Цинкование металлоконструкций: виды и особенности

СОДЕРЖАНИЕ

• Суть цинкования металлоконструкций и общие принципы процесса
• Методы цинкования металлоконструкций
• Горячее цинкование металлоконструкций
• Холодное цинкование металлоконструкций
• Гальваническое цинкование металлоконструкций
• Термодиффузионное цинкование металлоконструкций
• Газотермическое цинкование металлоконструкций

Цинкование металлоконструкций позволяет избавиться от одного из самых больших недостатков металла – склонности к образованию коррозии. Благодаря подобной обработке исключается взаимодействие поверхности с кислородом с последующим окислением, а значит, ржавчина просто не может проявиться.

Существует много разных способов цинкования. У каждого из них есть свои плюсы и минусы. Сегодня поговорим об этом подробнее.

Суть цинкования металлоконструкций и общие принципы процесса

Цинкование представляет собой технологический процесс, в ходе которого осуществляется обработка металлических деталей и конструкций, чтобы защитить их от появления ржавчины. Есть множество способов оцинковки. Но все эти методы объединяет единый принцип защиты металла от коррозии, который остается неизменным.

Суть цинкования, вне зависимости от применяемой технологии, заключается в следующем: с помощью выбранного метода на подготовленную поверхность детали либо конструкции наносят слой цинка.

При этом защитный слой из цинка может просто покрывать поверхность материала-основы или дополнительно соединяться с ним за счет диффузного взаимодействия, – все зависит от выбранной технологии. Главная задача – создать цинковый слой на поверхности изделия, чтобы защитить металл от коррозии.

Цинк обладает специфическим свойством: после контакта с кислородом на оцинкованной поверхности образуется оксидная пленка.

Оксид цинка намного плотнее и прочнее, чем оксид железа, поэтому оцинкованная поверхность не пропускает к металлу О2, не боится механических воздействий. Цинкование металлоконструкций позволяет защитить металл от образования ржавчины и разрушения за счет создания воздухонепроницаемого покрытия.

Читайте также: «Полочные стеллажи»

Даже если во время эксплуатации на детали образуется механическое повреждение и оксидная пленка разрушится, на оголенном цинке после взаимодействия с кислородом сразу же образуется новый дополнительный слой. Поэтому защита металла от образования ржавчины с помощью оцинковки является самовосстанавливающейся.

Даже когда защитное покрытие сильно и глубоко повреждено, ржавчина на металле будет образовываться медленнее. Если же металлоконструкция ничем не защищена, коррозийные процессы протекают достаточно быстро. 

Объясняется это тем, что цинк с железом в области повреждения образуют гальваническую пару. В ней цинк выступает в роли активного металла, именно в нем запускается процесс образования коррозии. Непосредственно сама металлоконструкция остается защищенной от появления ржавчины.

Методы цинкования металлоконструкций

Прежде чем описывать технологии цинкования металлоконструкций, которые чаще всего используются в промышленности, разберем, чем они отличаются друг от друга. Необходимо хорошо знать особенности выбранной методики, так как от нее зависит результат, который будет получен.

Учитывая сферу эксплуатации металлических изделий и конструкций, следует выбирать тот вариант обработки, который будет самым выгодным с экономической точки зрения.

Основные отличия методов цинкования металлоконструкций:

• Толщина защитного покрытия — если металлоконструкции крупногабаритные, то защитный слой должен быть как можно толще. Что касается высокоточных мелких деталей, необходимо варьировать толщину антикоррозийного покрытия. Учитывая эту особенность, выбирают ту или иную технологию.
• Равномерность толщины оцинковки — если деталь высокоточная, небольшого размера, требования к антикоррозийному покрытию будут повышенными. Например, слой цинка должен быть равномерным на прецизионных отверстиях, резьбе, фасках. Если же выполняется цинкование таких крупногабаритных металлоконструкций, как опора ЛЭП, не имеет значения, насколько равномерной будет оцинковка.
• Прочность удержания защитного покрытия на металле — это свойство зависит от выбранного метода обработки. К примеру, если это горячее и термодиффузионное цинкование, вещество не просто покроет металл: образуется молекулярное соединение цинка с металлом, поэтому защитное покрытие будет сверхпрочным.
• Внешний вид оцинкованной детали — оксидная пленка может быть матовой, глянцевой, с темно-серым или голубоватым оттенком, все зависит от применяемой технологии.
• Стойкость к механическим повреждениям — от этого параметра зависит то, как долго защитное покрытие продержится на металлических конструкциях, которые подвергаются физическим и механическим нагрузкам.
• Способность к самовосстановлению — это свойство зависит от толщины цинкового слоя, а также эксплуатационных особенностей металлоконструкции или изделия, которые были покрыты защитным слоем.
• Коррозионная устойчивость — это общее свойство обработанного изделия. То, насколько высокой будет устойчивость к образованию ржавчины, зависит от многих нюансов: от толщины цинкового слоя, равномерности покрытия, прочности удержания, устойчивости к механическим повреждениям, способности самовосстанавливаться.

Основные характеристики покрытия, а также то, насколько сложным будет цинкование металлоконструкций, объем и скорость обработки, себестоимость и целесообразность работы – все это зависит от выбранной технологии. Вышеперечисленные свойства – это основные критерии, на которые нужно ориентироваться при выборе способа цинкования металлоконструкций.

На промышленных предприятиях в большинстве случаев используют пять основных технологий обработки металлоконструкций. Далее подробно рассмотрим каждый из способов цинкования.

1. Горячее — суть метода заключается в том, что металлоконструкции и заготовки опускают в расплавленный цинк.
2. Холодное цинкование осуществляется так же, как и стандартное окрашивание (вручную либо с помощью напыления).
3. Гальваническое цинкование. Для реализации данного метода заготовки погружают в электролит, содержащий цинк, затем через раствор пропускают ток.
4. Термодиффузионное цинкование — формирование защитного слоя происходит после того, как металлоконструкцию помещают в насыщенную порошкообразным цинком среду.
5. Газотермическое цинкование — на заготовку направляют газовую горелку, в пятно максимального нагрева подается цинковая проволока (либо порошок).

Читайте также: «Лестница на металлическом каркасе»

Далее разберем особенности каждого из описанных методов обработки металла. Рассмотрим то, как осуществляется технологический процесс, проведем сравнение технологий по описанным ранее свойствам, выявим основные плюсы и минусы каждого способа цинкования металлоконструкций.

Горячее цинкование металлоконструкций

Горячее цинкование представляет собой способ нанесения цинкового покрытия на обрабатываемую поверхность, который по своей эффективности уступает лишь гальванической технологии. При этом по себестоимости, а также долговечности сформированного защитного слоя горячее цинкование превосходит электрохимическое.

В данном методе, в отличие от других способов цинкования металлоконструкций, сочетаются низкая стоимость реализации технологического процесса и повышенные защитные характеристики покрытия.

Цинковый слой, который был нанесен этим методом, сохранится в идеальном состоянии спустя 65-70 лет, даже в суровых эксплуатационных условиях, не изменив свои первоначальные свойства.

Читайте также: «Ограждения пожарных лестниц»

Какие достоинства есть у метода горячего цинкования металлоконструкций и почему эта технология является самой популярной среди других способов нанесения защитного покрытия?

1. Обрабатывать по такой технологии можно заготовки со сложной геометрической формой. К примеру, горячее цинкование применяется для создания защитного покрытия на трубах.
2. Если во время эксплуатации деталей цинковое покрытие повредится из-за механического воздействия, защитный слой самовосстановится, не потребуется повторять цинкование заново.
3. Если сравнивать горячее цинкование с другими технологиями нанесения защиты, то с его помощью получится сделать покрытие, в шесть раз более устойчивое к пагубному воздействию жидких сред. Поэтому метод горячей оцинковки используется, чтобы защитить трубы и емкости.
4. С помощью этого способа цинкования металлоконструкций получится устранить дефекты на металлической поверхности, к примеру раковины, поры.
5. Эксплуатировать трубы и метизы, покрытые цинком по этой технологии, получится без серьезных денежных вложений. Так, поверхность детали не нужно окрашивать, поскольку она уже защищена от пагубного воздействия окружающей среды. Это касается труб, монтируемых в стенах, а также расположенных под грунтом, до которых достаточно сложно добраться.

Холодное цинкование металлоконструкций

Эта технология является легкой в исполнении, бюджетной, подходит для любых ситуаций, когда требуется цинкование металлоконструкций.

Суть холодного цинкования заключается в следующем: заранее подготовленный металл окрашивают точно так же, как в случае с использованием полимерной краски. Главное отличие в том, что в составе содержится большой процент порошка цинка. После застывания образуется защитное покрытие, обладающее всеми вышеописанными свойствами. На поверхности металла появляется пленка, состоящая из оксида цинка. Она защищает поверхность от негативного воздействия О2.

Основные достоинства данного метода:

• Невысокая стоимость.
• Простота технологического процесса.
• Возможность обрабатывать металлоконструкции сложной формы, любых габаритов.
• Нет необходимости в демонтаже окрашиваемых деталей, их не нужно перевозить на предприятие, чтобы оцинковать.
• Если потребуется, можно сделать достаточно толстый слой оксида цинка.
• После холодного цинкования можно покрасить поверхность краской выбранного оттенка. В роли подложки под красящий состав будет выступать цинкосодержащий грунт.

Минусы холодного цинкования металлоконструкций:

• Сложно контролировать равномерность толщины защитного слоя.
• Покрытие плохо держится на поверхности.
• Низкая устойчивость к механическим и физическим повреждениям.

Читайте также: «Металлические перила»

Учитывая плюсы и минусы данной технологии, можно утверждать, что холодное цинкование подходит для использования в полевых условиях. Этот способ получится реализовать вне зависимости от веса и размеров металлоконструкций. Однако холодное цинкование не подойдет, если необходимо сделать сверхпрочное покрытие, которое сохранится в идеальном состоянии спустя много лет. Кроме того, данный метод не стоит использовать для защиты мелких прецизионных деталей.

Гальваническое цинкование металлоконструкций

Гальваническое цинкование металлоконструкций представляет собой электрохимический метод покрытия деталей цинком.

Для реализации этой технологии используется цинкосодержащий электролит в больших емкостях. Главное достоинство данного способа обработки деталей и конструкций заключается в том, что на металл воздействуют два процесса одновременно: электрофизический и химический.

При гальваническом цинковании активно соединяются молекулы металла обрабатываемой поверхности с цинком. Во время такой адгезии происходит сцепление разнородных веществ на молекулярном уровне.

Чтобы выполнить гальваническое цинкование металлоконструкций, детали и изделия из металла погружают в ванны с электролитом, которые снабжены анодом. Это цинковая пластина, с нее при помощи электролита (сернокислый и хлористый цинк), анионы металла переходят на поверхность, в результате образуется равномерное защитное покрытие.

То, как будет происходить гальваническое цинкование металлоконструкций, зависит от состава электролита и температуры, которая поддерживается в емкостях.

В раствор могут быть добавлены окрашивающие, а также блескообразущие вещества. В результате обработанные детали выглядят более привлекательно.

Читайте также: «Конструкционная сталь»

Какие электролиты применяются во время цинкования металлоконструкций методом гальваники:

• Кислые и слабокислые: сульфаты, борфториды, хлориды.
• Аммиакатные: щелочи и нейтральные растворы.
• Цианидные и цинкатные: электролиты щелочной группы с цианидом и цинкатом натрия в растворе едкого натра.

Прежде чем приступить к обработке, следует подготовить металлоконструкции, очистить их и обезжирить, также провести флюсование: нанести пленку, препятствующую окислению.

Какими свойствами обладает цинковое защитное покрытие, полученное методом гальванизации? Его поверхность пластичная, защитный слой непрерывный на деталях, работающих в условиях циклической деформации, к примеру, таких как стальные пружины.

Термодиффузионное цинкование металлоконструкций

Суть термодиффузионной технологии: металлоконструкцию и сухой порошок, содержащий цинк, размещают в контейнере. Затем он герметизируется, нагревается до критически высокой температуры – 2 500 ?С.

В ходе этого процесса атомы цинка, находящиеся в сухом порошке, переходят в газообразное состояние. В результате упрощается их диффузное проникновение в верхний слой металлических заготовок.

Читайте также: «Антикоррозионная защита металлоконструкций»

Термодиффузная технология подходит для тех ситуаций, когда необходимо сделать цинковое покрытие, толщина которого более 15 мкм. Чтобы подготовить детали, необходимо действовать по общепринятому стандарту.

Данная технология, наряду с другими, имеет как достоинства, так и недостатки.

Для начала рассмотрим плюсы термодиффузной технологии:

• Она безопасна и экологична.
• Можно контролировать то, насколько толстым получится защитное покрытие.
• Цинковый слой будет высококачественным, на нем не образуются поры.
• После обработки не остаются отходы, которые нужно утилизировать.
• Получится оцинковать детали со сложной геометрической формой.

Минусы этого метода цинкования металлоконструкций:

• На деталях после обработки появляется налет, нет зеркального блеска. 
• Образуется цинковая пыль в окружающей среде.
• Невысокая производительность.
• Сложно добиться равномерности защитного покрытия. 

Газотермическое цинкование металлоконструкций

Газотермическое цинкование – это технология металлизации конструкций и деталей с помощью высокоскоростного напыления на поверхность порошка цинка.

Суть технологии: на металлоконструкцию направляют открытый огонь, для этого используют газовые горелки. Затем в зону максимального нагрева подают цинковый порошок (или проволоку).

В ходе этого процесса мелкодисперсные капли цинка на большой скорости налетают на металлическую поверхность. На ней они застывают, и образуется защитное покрытие, толщина которого 30-50 мкм. Когда нужно добиться толстого слоя, данная процедура повторяется несколько раз.

Основные достоинства газотермического цинкования металлоконструкций:

• Можно покрыть деталь в полевых условиях, не потребуется демонтировать металлоконструкцию.
• Защитный слой получается равномерным.
• Можно отрегулировать толщину цинкового покрытия.

Минусы этого способа цинкования:

• Не подходит для обработки деталей небольшого размера.
• Защитный слой получается пористым.
• Не удастся провести оцинковку труднодоступных мест.
• Нельзя использовать для нанесения защитного покрытия на прецизионные детали.
• Трудоемкий процесс.
• Производительность достаточно низкая.

Даже с учетом всех минусов газотермической технологии, ее используют нечасто и лишь в некоторых областях производства. Например, этот метод цинкования металлоконструкций подходит, если нужно защитить изделие от ржавчины, не демонтируя его. Либо восстановить поверхность материала, которая была испорчена в результате образования коррозии.

Читайте также: «Полировка металла»

Металлоконструкции используются во многих сферах человеческой жизнедеятельности. Они обладают повышенной прочностью и надежностью, у них длительный эксплуатационный срок. Однако у стальных изделий есть одно уязвимое место: на них образуется коррозия, а при появлении ржавчины они быстро портятся. Цинкование металлоконструкций – эффективный способ защитить поверхность, сохранив изделие в первозданном виде.