Горячее цинкование: описание и особенности технологии

СОДЕРЖАНИЕ

• Суть технологии горячего цинкования металла
• Преимущества горячего цинкования
• Различия холодного и горячего цинкования
• Области применения горячего цинкования
• Этапы проведения горячего цинкования
• Подготовка поверхности к обработке
• Гальванизация
• Дальнейшая обработка
• Контроль
• Критерии выявления признаков брака

Суть технологии горячего цинкования металла

Горячее цинкование является наиболее надежным, весьма эффективным и давно себя зарекомендовавшим способом предохранения металлических изделий от коррозии. Такая технология позволяет защитить поверхность изделий от деструктивного влияния окружающей среды.

При данном виде обработке на покрываемой заготовке создается пленка из цинка, полностью покрывающая обрабатываемый объект. Толщина защитного слоя при горячем цинковании находится в диапазоне 30-120 мкм. Стандартные размеры ванн – 13 м в длину, 1,8 в ширину и 2 м в глубину – дают возможность обрабатывать таким способом трубы больших диаметров, детали конструкции ЛЭП и прочие металлические изделия.

Читайте также: «Станочные приспособления»

Средний срок полезной эксплуатации металлоконструкций, подвергнутых горячему цинкованию, составляет не менее 25 лет.

Вообще, горячая оцинковка обеспечивает не только барьерную, но и электрохимическую противокоррозионную защиту. Данным способом можно покрывать любые металлы, но преимущественно так обрабатываются изделия из стали.

Преимущества горячего цинкования

У технологии горячего цинкования по сравнению с другими способами покрытия существует целый ряд существенных преимуществ:

1. Геометрическая форма покрываемого изделия не имеет никакого значения – какой бы сложной она ни была, вся поверхность без исключения будет покрыта цинковым слоем, причем пленка везде будет иметь гомогенную толщину. (В частности, поэтому горячее цинкование применяется при обработке труб и изделий из них).
2. Самым ценным свойством готовых изделий является то, что механические повреждения участков с цинковым покрытием имеют свойство восстанавливаться самостоятельно, без какого-либо внешнего воздействия!
3. Металл после горячего цинкования стоек к взаимодействию с жидкими веществами. Он превышает по этому показателю другие формы защитных покрытий не менее чем в 6 раз. Именно поэтому горячее цинкование применяется для обработки внутренних поверхностей водопроводных труб и всевозможных емкостей для химической промышленности.
4. Метод горячего цинкования эффективно устраняет такие дефекты поверхностей заготовок, как поры, раковины, микротрещины и пр.
5. Эксплуатация стальных оцинкованных деталей крайне экономична. В частности, данные элементы не требуется окрашивать, что немаловажно для частей конструкций, располагающихся в труднодоступных местах. А кроме того, не нужно применять избыточных мер гидроизоляции.

Но, кроме преимуществ, присутствуют у данной технологии и недостатки. Самым значительным является ограничение размера деталей, а точнее, то, что они не могут превышать габариты ванны с расплавом цинка. Поэтому на крупных предприятиях большие изделия покрываются методом непрерывного горячего цинкования (АНГЦ).

Различия холодного и горячего цинкования

При холодной оцинковке сталь покрывается защитным составом при комнатной температуре. Впрочем, защита от климатических воздействий при этом обеспечивается достаточно эффективная. Технологий холодной оцинковки существует две:

• Технология электролиза. В данном случае толщина покрытия составляет до 20 мкм. Эксплуатировать изделия, обработанные таким способом, допустимо лишь в неагрессивных средах.
• Технология обработки крупногабаритных конструкций. Металлическое изделие покрывается смесью, в которую входит до 80 % порошкового цинка. Максимальная толщина покрытия при этом составляет до 50 микрон (мкм).

Если сравнить все перечисленные выше методы нанесения защитного цинкового покрытия, то можно отметить, что при горячей оцинковке у стальных изделий образуется более толстая, стойкая, мощная защита. Срок службы защитной оксидной цинковой пленки, в теории, доходит до 120 лет.

Характерными чертами данной технологии являются следующие особенности:

• Горячий способ цинкования реализуется методом погружения металлического изделия в ванну с расплавленным цинком. Нанесение покрытия холодным методом производится с помощью валиков, кистей и других инструментов.
• Горячая оцинковка осуществляется при температуре в 460 градусов (тогда как холодная – при комнатной температуре).
• После горячей оцинковки покрытие образуется однородное и гомогенное по толщине, как следствие, внешний вид готового изделия получается практически идеальный. Холодное оцинковывание не позволяет достичь подобного результата.
• Холодная оцинковка дает возможность производить обработку крупногабаритных конструкций и деталей в том числе на открытом воздухе. Горячее цинкование производят исключительно в цехах со специальным оборудованием.

Читайте также: «Как подключить сварочный аппарат»

Различить, каким способом нанесено покрытие – горячим цинкованием или холодным, можно по внешнему виду изделия. Первая методика позволяет получить ровный, практически идеальный внешний вид готовой детали.

Области применения горячего цинкования

Слой цинка представляет собой барьерное покрытие. Его главный функционал – защита от коррозии, возникающей при контакте железа с водой в присутствии кислорода воздуха. Цинк горячего осаждения дает крайне эффективную защиту от ржавления в течение десятков лет. При этом такие элементы конструкции не нужно подвергать окраске, что дает существенную экономию.

Обычно горячее цинкование применяется к изделиям простой формы; это такие детали, как уголки, трубы, тавровые и двутавровые балки, листы и пр. При этом теряется смысл покрывать цинком детали, содержащие резьбу, мелкие отверстия и элементы сложной формы (защитная пленка здесь будет содрана).

Этапы горячего цинкования

Этап 1. Подготовка поверхности к обработке

Это комплексный процесс, который предусматривает самые разные процедуры, такие как обезжиривание, обработка кислотными составами (кислотное травление, а также флюсование). Обработка необходима для обеспечения большей адгезии цинка с металлической поверхностью изделия, чем обеспечивается качество покрытия.

• Обезжиривание

Для данной процедуры предусмотрены специальные ванны, куда заготовки погружаются целиком. Там происходит удаление с поверхности изделий всевозможных загрязнений, пылевых и масляных наслоений. Процедура обезжиривания осуществляется с использованием химических веществ, перечень которых указан в регулирующем ГОСТе. После данного этапа остатки обезжиривающего реагента удаляются во время процедуры смывки.

Читайте также: «Что такое фреза»

• Кислотное травление

За обезжириванием следует кислотное травление. Заготовки промываются от остатков окиси и закиси железа, а также для обеспечения сглаживания заусенцев, шелушащихся поверхностей и других дефектов. Во время травления обычно применяют раствор соляной кислоты. Данная стадия осуществляется при температуре 22–24°. Концентрация раствора подбирается в зависимости от того, насколько сильно обрабатываемая поверхность загрязнена коррозионными отложениями.

Для осуществления травления применяются реактивные растворы с концентрацией 140–200 граммов концентрированной кислоты на 1 литр раствора. Высокое содержание кислоты способно повредить саму поверхность.

Чтобы этого не произошло, а также для того, чтобы свести к минимуму выделение водорода из раствора, в него добавляют специальные ингибиторы, которые сами в процессе травления не участвуют, но замедляют активность протекания реакции. После процедуры травления заготовку также тщательно промывают, чтобы удалить как кислоту, так и продукты химической реакции.

Читайте также: «Обработка металла на токарном станке»

• Процедура флюсования

После травления производится флюсование. Заготовка погружается во флюсовый реагент, содержащий 30%-й раствор хлорида цинк-аммония. Обработка осуществляется при температуре 65-80 °C. Флюсование дает возможность избавиться от остатков окислов на обрабатываемом изделии, а также позволяет нанести предохраняющий слой, чтобы предотвратить окисление.

Отметим, что флюсование – крайне важный подготовительный процесс перед оцинковыванием. Качественное удаление всех посторонних веществ, продуктов реакции даст возможность цинку осесть ровным слоем, обеспечив равномерное, гомогенное покрытие заготовки.

Этап 2. Гальванизация

Когда поверхность подготовлена, приступают к процессу гальванизации. Изделия погружаются в расплавленный цинк при температуре 450 °C. Заготовка некоторое время остается в ванне, где железо в составе стального сплава реагирует с цинком, в процессе чего формируются множественные интерметаллические слои железо – цинк, а внешний слой состоит из чистого цинка.

Скорость проистечения реакции очень высока на первом этапе, когда и формируется первичное покрытие – основа. Далее с ростом толщины слоя скорость процесса начинает замедляться. В целом время погружения составляет примерно 4-5 минут. Но общий принцип такой: чем больше габариты изделия, тем дольше время цинкования.

Когда изделие после процедуры горячей оцинковки извлекается из ванны, то цинк мгновенно вступает в реакцию с кислородом воздуха. В результате образуется оксид, который, в свою очередь, начинает реагировать с углекислым газом с образованием карбоната цинка. Последний добавляет покрытию твердости и дополнительно защищает от коррозии.

Этап 3. Дальнейшая обработка

Под дополнительной обработкой подразумевается этап закалки прошедшей оцинковывание заготовки в воде или же ускоренное ее охлаждение воздухом от компрессора. Более высокая скорость остывания способствует повышению твердости покрытия изделия. Принудительная закалка воздухом при этом – более дешевая альтернатива водяному охлаждению, для которого необходима ванна.

Читайте также: «Гибочные прессы»

Далее оцинкованные изделия могут окрашиваться или покрываться дополнительными слоями того же цинка для усиления их эстетических свойств, а также для формирования дополнительных слоев защиты.

Этап 4. Контроль

Данный этап подразумевает визуальную проверку готового изделия, чтобы подтвердить целостность сформированного цинкового покрытия. Кроме визуального осмотра, производится тестирование магнитным толщиномером и неразрушающим ультразвуковым контролем, с помощью которых можно убедиться в равномерности толщины полученного цинкового слоя. На весь производственный цикл горячего цинкования уходит около 12 часов.

Критерии выявления признаков брака

Одной из целей тестирования является обнаружение брака. В частности, именно для выявления дефектов готовое изделие предварительно и осматривают. Качественные параметры заготовки, подвергнутой горячему цинкованию, установлены в ГОСТе 9.307-89. В частности, в обязательном порядке должны соблюдаться следующие критерии:

• Цинковый слой не должен иметь разрывов.
• Цвет покрытия должен быть матовым, темно-серым или же серебристо-глянцевым.
• Не допускается наличие никаких наплывов на поверхности обработанного изделия. Вкрапления гартцинка – химического осадка – если и могут присутствовать, то должны иметь размер не более 2 мм.
• Шероховатость покрытия ГОСТом вполне допускается.

Более того, ГОСТ устанавливает целый ряд признаков, которые не считаются дефектами:

• незначительные неровности поверхности или же незначительная рябизна;
• цветовые отличия в виде местных радужных оттенков или пятен, имеющих светло-серые оттенки;
• царапины защитного слоя, имеющие небольшую глубину (главное, чтобы основа заготовки не была видна невооруженным глазом).

Также ГОСТ допускает наличие участков с пробелами (разрывами) в покрытии, совокупная площадь которых не должна превышать 2 % от общей площади поверхности изделия, а также участки до 2 см в диаметре. Такие дефекты можно обработать веществами, предназначенными для холодного цинкования, а также с помощью методики газотермического напыления.

Читайте также: «Металлические стеллажи для склада»

Толщина слоя цинкового покрытия, в соответствии с указанным ГОСТом, должна находиться в диапазоне 40-200 микрон. Если же требуется иная толщина (в зависимости от эксплуатационных требований), то она должна быть прописана в паспорте готового изделия.

Все проверки на соответствие ГОСТу должны осуществляться перед началом процедуры хроматирования, которая подразумевает под собой формирование дополнительного защитного слоя поверх цинкового покрытия (сюда относятся и консервационные смазки). Определение толщины цинкового слоя осуществляется двумя методиками:

• с использованием магнитных измерителей-толщиномеров;
• металлографическим способом с использованием образцов-свидетелей.

В заключение осуществляется проверка качества сцепления слоя цинка с поверхностью изделия. Наибольшее внимание уделяется участкам, непосредственно прилегающим к резьбовым соединениям детали, а также к местам сварки. Процесс контроля адгезии проводится с помощью одного из 4 возможных методов:

• нанесение сетки царапин;
• осуществление нагрева;
• процедура крацевания;
• нанесение серии ударов поворотным молотком.

Итак, характерной чертой горячего цинкования металлоконструкций является оптимальное соотношение приемлемой стоимости производственного процесса с высоким качеством получаемого результата, выражающегося в высокой долговечности и повышенных защитных свойствах образуемого предохраняющего слоя.

Читайте также: «Оборудование для СТО»

Цинковое покрытие, нанесенное с точным соблюдением всех требований технологии, способно сохранять эксплуатационную пригодность стальных изделий на протяжении длительных десятилетий. Причем данные изделия могут служить в самых неблагоприятных условиях, сохраняя все свои прочностные и другие полезные характеристики.