Что это? Цинкование металла – покрытие изделий слоем цинка при помощи специальных технологий. Существует несколько основных методов защиты деталей: горячий, холодный, гальванический, термодиффузионный и газодинамический.
Для чего? Даже легированная сталь не всегда может эффективно противостоять агрессивным воздействиям окружающей среды (повышенная влажность, соль, другие химические вещества). При цинковании металл защищен от коррозии, и срок службы изделия значительно увеличивается.
Из этого материала вы узнаете:
Суть цинкования металла
Металлические изделия подвержены коррозии. Чтобы исключить образование ржавчины, поверхность металла подвергается оцинковке, то есть покрытию слоем цинкосодержащего состава.
Существуют различные технологии цинкования металла, однако вышеуказанная суть процесса во всех случаях остается неизменной.
При выполнении оцинковки слой цинка может либо только покрывать основной металл, либо соединяться с ним за счет диффузного взаимодействия. Результат в обоих случаях одинаковый – изделие получает защитный слой, который препятствует химической реакции металла с кислородом, окислению и образованию ржавчины.
При любом методе цинкования металла нанесенный слой цинка быстро вступает во взаимодействие с кислородом, в результате образуется оксид, который по сравнению с оксидом железа обладает гораздо большей прочностью и плотностью, он не повреждается от незначительного механического контакта. В результате формируется своеобразная пленка, предохраняющая основной металл от разрушительного окисления.
Читайте также: «Толщина оцинкованной стали: какой должна быть»
Еще одно важное свойство оксида цинка – это способность восстанавливать целостность оболочки при ее повреждении. Когда на оцинковке появляется царапина, в реакцию тут же выступает чистый цинк. В результате на месте повреждения формируется новая пленка.
Более того, железо сохраняет защиту даже при повреждении изделия до основного материала. Это объясняется тем, что цинк и железо образуют гальваническую пару, в которой именно Zn окисляется первым. Пока он сохраняет способность соединяться с кислородом, Fe остается в химически стабильном состоянии.
Различные виды цинкования металла используются в следующих сферах:
- Строительство. Это основная сфера применения данной технологии. Оцинкованное железо служит сырьем для металлочерепицы, профнастила, кровельных материалов, несъемной опалубки.
- Изготовление коммунальных сетей (газопроводных, водопроводных, вентиляционных).
- Изготовление сэндвич-панелей. Этот строительный материал позволяет значительно сократить срок возведения здания, поэтому он широко используется при строительстве.
Кроме того, оцинкованное железо очень широко применяется при изготовлении различных изделий методами вытяжки, гибки, вальцовки.
Горячее цинкование металла
Метод горячего цинкования металла – один из наиболее доступных. При его использовании металлическое изделие помещается в жидкий раствор цинка, затем оно нагревается до температуры 400 градусов по Цельсию. Это приводит к соединению цинка с основным металлом.
Однако для цинкования по такой технологии изделие необходимо предварительно подготовить, выдержав его в ваннах с несколькими растворами, воздействие которых улучшает дальнейшее протекание химических реакций. Данный метод имеет следующие преимущества.
- Полученный слой цинка отличается надежностью и долговечностью, его прочность вполне сопоставима с нержавеющей сталью. При этом покрытие получается максимально равномерным и ровным, заполняет все мелкие трещины, гарантируя целостность защитной пленки. Толщина слоя при горячем цинковании металла может достигать 150-200 мкм.
- Доступная альтернатива использованию нержавеющей стали, себестоимость которой в 4 раза выше оцинковки железа аналогичного объема. Потребительские свойства при этом оказываются ничуть не хуже.
- Более высокое качество защиты по сравнению с лакокрасочными покрытиями. В результате даже при условии более высокой себестоимости цинкование позволяет увеличить срок службы изделия, а значит, сократить расходы на замену деталей.
- Отсутствует необходимость финишной отделки стыков. Ровный слой цинка сам по себе обеспечивает аккуратный и презентабельный внешний вид.
Читайте также: «Горячее цинкование: описание и особенности технологии»
Теперь о минусах данного способа цинкования металла.
- Жидкий цинк активно взаимодействует с кислородом, поэтому очень быстро застывает. Эта может приводить к образованию наплывов толщиной до 1 мм. В результате это приводит к возникновению дефектов на изделиях с резьбой или мелкими отверстиями.
- Габариты обрабатываемого изделия ограничены размерами ванны, в которой протекает процесс.
- При обработке возникают серьезные энергопотери, так как для поддержания жидкого состояния цинка его приходится постоянно подогревать до оптимальной температуры. Это может привести к повреждению изделия при цинковании тонколистового металла.
- Для цинкования горячим способом потребуется специальное оборудование, обычно для выполнения данной операции приходится обращаться на металлургическое предприятие. При большом объеме материала расходы могут оказаться весьма существенными, не говоря уже об издержках на транспортировку продукции.
Отметим, что в России насчитывается не более 100 предприятий, которые имеют необходимую материально-техническую базу для горячего цинкования. Неудивительно, что спрос всегда превышает предложение, а заказчикам нередко приходиться ждать возможности обработать партию продукции в течение нескольких месяцев.
Холодное цинкование металла
При горячем процессе цинкования металла обработка предполагает взаимодействие железа и цинка на молекулярном уровне. В этом смысле можно сказать, что холодное покрытие не является полноценным цинкованием, поскольку при таком методе изделие лишь покрывается несколькими слоями лакокрасочного материала при помощи кисти, пульверизатора либо валика.
При холодном цинкование металла технология следующая. Заготовка порывается промежуточным цинкосодержащим грунтом с концентрацией активного вещества от 50 до 96 %, а затем наносится финишный слой, устойчивый к механическим повреждениям.
Минусом подобного метода является необходимость просушки каждого слоя перед нанесением следующего. В итоге значительно снижается производительность работ.
Также при данной технологии деталь не получает электрохимической защиты, ее долговечность поэтому оказывается ниже, чем при горячем цинковании.
Нанесенный холодным способом слой цинка имеет защитный эффект только в том случае, когда покрытие способно растворяться под воздействием внешней агрессивной среды. Этому процессу может препятствовать отвердение наружного финишного слоя, и тогда защитные свойства Zn снижаются практически до нуля.
Читайте также: «Вальцевание металла: что это, особенности и характеристики»
Плюсом можно считать высокую степень адгезии, а также отсутствует необходимость предварительно подготавливать поверхность изделия (за исключением очистки от грязи и ржавчины). Себестоимость холодной обработки цинком гораздо ниже, чем при использовании горячей технологии.
Гальванический метод цинкования металла
Гальваническое цинкование металла имеет следующую технологию. Изделие погружается в раствор электролита, в котором находятся цинковые пластины (анод). Затем через раствор пропускается электрический разряд. Под действием тока на заготовке, выполняющей роль катода, оседают ионы, отцедившиеся от цинкового анода. В результате формируется ровное и цельное защитное покрытие.
Гальваническое покрытие подходит для деталей, которые не будут использоваться в агрессивных условиях и подвергаться механическим повреждениям, поскольку при таком цинковании металла толщина покрытия не превышает 20 мкм. Плюсом является красивый металлический блеск изделия, поэтому такая технология может оказаться лучшим вариантом, когда внешний вид покрытия имеет значение.
Защитная пленка при этой технологии ровная, на ней не образуется наплывов. В то же время она подвержена механическому воздействию. Повышение толщины слоя может приводить к возникновению водородной хрупкости.
Популярность гальванического цинкования не столько высока по причине значительной стоимости такой технологии обработки.
Термодиффузионное цинкование металла
При термодиффузионном цинковании изделие помещается в емкость с порошковым цинком, после чего выполняется ее нагрев до температуры от 260 до 450 градусов по Цельсию. В результате начинается процесс взаимодействиям металла и цинка на атомном уровне, химические элементы соединяются и образуют надежное покрытие.
Толщина цинкования металла при этом методе может достигать от 20 до 100 мкм, при этом она меняется в зависимости от продолжительности обработки и температуры.
Данная технология имеет следующие плюсы:
- Можно подобрать оптимальную толщину защитного покрытия.
- Диффузия металлов обеспечивает высокую устойчивость пленки к внешнему воздействию.
- Цинк ложится ровным слоем по всей поверхности детали.
- Прочность покрытия.
- Способность к самовосстановлению.
- Защита от коррозии вполне сопоставима с показателями, получаемыми при горячем методе цинкования.
Теперь о минусах:
- Сложность технологии.
- Высокие затраты (в два раза дороже, чем традиционное горячее цинкование).
- Неаккуратный внешний вид изделия после обработки.
Основная сфера использования термодиффузионного цинкования – нефтегазовая промышленность, энергетика, иные сферы, где детали подвергаются агрессивному воздействию внешней среды и механическим повреждениям. Технология мало распространена из-за сложности процесса и высокой стоимости.
Газодинамическое цинкование
Газодинамическое цинкование выполняется под воздействием сверхзвукового потока. Кинетика мелкодисперсного металла в струе газа обеспечивает разгон цинкового порошка до высокой скорости и его приваривание к поверхности материала. Температура окружающей среды при этом может достигать 700 градусов. Изделие для использования данной технологии должно быть предварительно подготовлено абразивным либо механическим способом.
Достоинства химического метода цинкования металла:
- Если при контакте цинка с материалом изменяется пластический тип, то энергия трансформируется из кинетической в тепловую и энергию адгезионной активации. Это обеспечивает высокую плотность покрытия, а его толщина регулируется изменением давления и температуры.
- Часто используется вспомогательный материал – металл либо керамика, что обеспечивает повышение плотности и снижение пористости.
- Пригодность технологии для использования во многих сферах промышленности.
- Использованию такой технологии не препятствуют низкие температуры окружающей среды, влажность, обработка может выполняться не только для изделия любого размера, но и для отдельного участка детали.
- Оборудование для цинкования металла по данной технологии можно транспортировать к месту выполнения работ, нет необходимости в специально обустроенном цехе.
Значительным недостатком технологии является ограниченная номенклатура металлов, которые подходят для такой обработки. Это исключительно пластичные материалы: цинк, медь, алюминий, никель, сплавы на их основе.
Часто задаваемые вопросы о цинковании металла
Какие технические нормативы регламентируют использование различных технологий цинкования металла?
ГОСТ 9.307-2021 определяет стандарты цинкования металла, выполненного по горячей технологии, то есть при температурах от 430 до 460 градусов по Цельсию. В них же содержатся требования к материалу обрабатываемого изделия и методикам контроля качества полученного покрытия.
Какие классы защитного цинкового покрытия существуют?
Требования к цинкованию металлов, предусмотренные ГОСТ Р9.316-2006, содержат 5 классов ТДЦ. Минимальная толщина покрытия зависит от класса:
- 1 – 6-9 мкм;
- 2 – 10-15 мкм;
- 3 – 16-20 мкм;
- 4 – 21-30 мкм;
- 5 – 40-50 мкм.
Что предпринять, чтобы избежать окисление цинка в защитной пленке?
На оцинкованной поверхности детали может образовываться белый налет – оксид. Для борьбы с ним помогут следующие способы:
- Исключите контакт изделия с водой.
- Исключите условия, вызывающие образование конденсата на поверхности изделия. Это позволит цинку формировать стабильные оксиды.
- Обрабатывайте изделие пассивирующими химикатами или маслами.
Соответственно, необходимо обеспечить изделию хорошую вентиляцию, также поможет повышение температуры в разумных пределах, что улучшит испарение влаги. Не переусердствуйте, поскольку постоянное нахождение оцинкованной детали в теплой среде провоцирует образование конденсата и формирование гидроксида цинка.
Образованию на поверхности стабильных оксидов способствует выдержка изделия в среде с низкой влажностью, что также предотвратит появление белого налета.
Цинкование широко используется для защиты от коррозии металлических заготовок. Особенность технологии в том, что она обеспечивает не только барьерную, но и электрохимическую защиту, что значительно повышает долговечность изделия.