Цинкование, способы и методы


Цинкование, способы и методы.

 

 

Цинкование – это покрытие металла слоем цинка для защиты от коррозии. Цинкование обеспечивает металлу как активную, так и пассивную защиту от коррозии.

 

Цинкование

Преимущества цинкования, как способа нанесения антикоррозийного покрытия

Виды, методы и способы цинкования

Горячее, холодное, гальваническое, термодиффузионное и газотермическое цинкование

 


Цинкование:

Цинкование – это покрытие металла слоем цинка для защиты от коррозии.

Цинкование, как метод защиты от коррозии, подходит для ровных или с небольшим изгибом поверхностей, не подверженных механическим воздействиям.

Цинкование, как метод защиты от коррозии, основан на следующем принципе. Большинство металлов (например, цинк, олово, алюминий) окисляются на воздухе, при этом на поверхности металла образуется плотная защитная плёнка из соединений окисленного металла. Эта плёнка препятствует проникновению кислорода вглубь металла и таким образом останавливает дальнейшее окисление металла. Однако в случае железа процесс происходит иначе. Образующиеся соединения окисленного железа (например, гидроксиды) имеют больший объём по сравнению с первоначальным металлом, в результате образующаяся плёнка гидроксидов сразу же разрушается и получается рыхлой. Такая рыхлая, неплотная и непрочная плёнка свободно пропускает кислород вглубь к неокисленному металлу, и процесс его окисления продолжается. Железо  и сталь не способно защитить себя от дальнейшего окисления, так образуется ржавчина.

Если покрыть железо или сталь слоем цинка, то его защитная оксидная плёнка не пропустит кислород как к металлу покрытия, так и к железу, находящемуся под покрытием. Следовательно, железо или сталь будет защищено от коррозии. Цинк и железо образуют гальваническую пару, в которой железо является менее активным металлом, в результате цинк в составе покрытия вступает в реакции коррозии первым, а основной металл (железо) остаётся практически «нетронутым».

В гальваническое паре с железом цинк имеет большую степень электроотрицательного заряда, чем железо. Это означает, что коррозионному воздействию подвергается в первую очередь именно цинк и до тех пор, пока он полностью не разрушится, металлу будет обеспечена полная защита от коррозии. Цинк не дает вступать железу (стали) в окислительные реакции. В том случае, если на каком-либо участке поверхности металла покрытие из цинка разрушается, то цинк, вступая в реакцию с кислородом и водой, образует гидроксид цинка, который в свою очередь, обладая хорошими защитными свойствами, защищает основной металл.

Толщина цинкового слоя зависит от технологии, способа и метода цинкования, температуры и продолжительности процесса цинкования и колеблется от 6 мкм для гальванического цинкования до 1,5 мм.

Цинкование обеспечивает металлу как активную, так и пассивную защиту от коррозии. Пассивная защита осуществляется барьерным действием цинкового покрытия. Барьерное действие цинкового покрытия сводится к тому, что под атмосферным воздействием чистый цинк (Zn) вступает в реакцию с кислородом и формирует оксид цинка (ZnO), с последующей реакцией с диоксидом углерода (CO2) и формированием карбоната цинка (ZnCO3), обычно серого матового, достаточно твёрдого материала, останавливающего дальнейшую коррозию материала.

Активная защита от коррозии возникает из-за катодного эффекта цинкового покрытия: по сравнению с более благородными металлами, такими как железо (если смотреть электрохимический ряд напряжений) цинк служит анодом, который защищает железо, расположенное под ним от коррозии до тех пор, пока он не будет полностью разъеден. Катодный эффект цинкового покрытия защищает даже оголенные повреждения основного металла (например, если на металле имеются царапины, задиры, трещины или потертости) или не оцинкованные режущие кромки металла, находящиеся на определенном расстоянии от прилегающего цинкового покрытия.

В настоящее время цинкование является самым распространенным способом защиты от коррозии.

Слой только что нанесенного цинка обычно ярко светится. Со временем на поверхности цинка в результате коррозии цинка образуется патина и слой цинка становится более темным и матовым по внешнему виду. Патина представляет собой атмосферостойкий защитный слой оксида цинка и карбоната цинка.

 






Преимущества цинкования, как способа нанесения антикоррозийного покрытия:

– цинковое покрытие увеличивает срок службы металла до 50 лет и более,

цинковое покрытие покрывает основное изделие из металла равномерным слоем,

– цинковое покрытие устойчиво к отслаиванию,

цинковое покрытие обеспечивает железу и стали не только барьерную, но и электрохимическую защиту,

– цинковое покрытие само себя восстанавливает на повреждённых участках,

цинковое покрытие более устойчиво к сколам при ударах, чем аналогичные по коррозионной устойчивости полимерные лакокрасочные покрытия.

 


Виды, методы и способы цинкования:

Цинкование осуществляется с помощью следующих методов и способов:

– горячего;

– холодного;

– гальванического;

– термодиффузионного;

– газотермического.

 


Горячее цинкование:

Во время горячего цинкования железо или сталь погружают в ванну с расплавом из  жидкого цинка, температура которого составляет около 450 °C. При горячем цинковании на границе между железом (сталью) и цинком образуется устойчивый сплав этих двух металлов (Fe-Zn), а над ним – очень твердый слой чистого цинка.

Толщина слоя цинка обычно составляет от 50 до 150 микрон, а при оцинковке ленты – от 5 до 40 микрон.

Благодаря большей толщине цинкового слоя детали, оцинкованные горячим способом, имеют срок службы, в основном, более 50 лет.

Перед проведением горячего цинкования изделие подвергается предварительной подготовке с целью очистки изделия от посторонних загрязнений, примесей и т.п. и включает в себя следующие этапы: очистка и обезжиривание, травление с использованием кислотных растворов, промывка после травления и флюсование, тщательная просушка.

После проведения горячего цинкования изделия последнее также обдувается сжатым воздухом с целью просушки изделия и удаления с обработанной поверхности лишнего цинка.

Однако сам производственный процесс горячего цинкования имеет недостатки, обусловленные экологической опасностью, трудоемкостью и энергозатратностью самого процесса.

 

Холодное цинкование:

Холодное цинкование предполагает нанесение на поверхность металла, например, в виде готового изделия, специальной цинкосодержащей смеси-краски.

Данный способ применяется когда необходимо оцинковать изделие сложной конфигурации, либо изделие содержит труднодоступные места, либо когда изделие не может быть оцинковано другими способами.

Цинкосодержащая смесь-краска содержит порядка до 90 % цинка в виде цинковой пудры (остальное приходится на связующие компоненты) и при нанесении покрытия на металл устойчива к повреждениям и перепадам температур.

Холодное цинкование металла выполняется в широком интервале температур. Как и в ходе горячего цинкования поверхность защищаемого металла необходимо предварительно очистить от загрязнений, примесей и т.п.

Холодный способ цинкования отличается лёгкостью нанесения, возможностью закрасить отдельный повреждённый участок, царапины или сварочные швы, возможностью использования различных инструментов для нанесения краски (кисти, валика либо распылителя) и низкой себестоимостью по сравнению с другими методами.

 


Гальваническое цинкование:

Гальваническое цинкование представляет собой электрохимический процесс осаждения цинка из электролитического цинкосодержащего раствора (электролита) на изделие, подключенное к отрицательному полюсу источника электрического тока. В ходе гальванического цинкования основной металл и цинк соединяются на молекулярном уровне.

Гальваническое цинковое покрытие отличается высокой точностью по толщине и высокой адгезией по отношению к основному металлу, обладает  исключительной гладкостью, равномерностью и декоративностью. Однако гальваническое цинкование имеет ряд ограничений. Оно не позволяет создавать защитных слоев толще 40 микрон.

Процесс гальванического цинкования выполняется методом электролиза с расходуемым анодом следующим образом. В электролитический раствор помещаются основное металлическое изделие и цинковые пластины. Цинковые пластины подключаются к положительному полюсу электрического тока, а металлическое изделие – к отрицательному. Таким образом, цинковые пластины выступают анодом, а изделие – катодом. При включении электрического тока на поверхности пластин и изделия образуется разность электрических потенциалов, цинковые пластины начинают растворяться в электролите, и молекулы цинка перемещаются на поверхность металлического изделия, оседая на ней и формируя однородный защитный цинковый слой.

Скорость образования цинкового покрытия на изделии зависит от состава и плотности электролита, его температуры и характеристик (плотности и пр.) электрического тока. Так как в процессе гальванического цинкования цинковая пластина выступает как расходный материал, то ее периодически очищают от окислов солей и контролируют на предмет истощения.

Как и в ходе горячего или холодного цинкования поверхность защищаемого металлического изделия необходимо предварительно очистить от загрязнений, примесей и т.п.

Однако сам производственный процесс гальванического цинкования имеет недостатки, обусловленные экологической опасностью, трудоемкостью и энергозатратностью самого процесса, а также необходимостью утилизации использованного электролита.

 

Термодиффузионное цинкование:

Термодиффузионное цинкование представляет собой процесс, в ходе которого на металлическое изделие наносится цинкосодержащая сухая смесь, после чего оно помещается в печь или контейнер, в котором создается высокая температура – порядка 290-450 и выше оС. Под воздействием высокой температуры атомы цинка переходят в газообразное состояние и проникают в поверхностный металлический слой изделия.

Сам процесс проникновения атомов одного вещества в другое называется диффузией. Отсюда и название данного метода цинкования. В литературе метод термодиффузионного цинкования называется также «шерардизация» (по фамилии его изобретателя – Шерард (Sherard Cowper-Coles)).

Термодиффузионное цинковое покрытие в точности повторяет контуры изделий, оно однородно по толщине на всей поверхности, включая изделия сложной формы и резьбовые соединения.

Термодиффузионное цинковое покрытие является анодным по отношению к черным металлам и электрохимически защищает сталь от коррозии. Оно обладает прочным сцеплением (адгезией) с основным металлом за счет взаимной диффузии железа и цинка в поверхностных интерметаллидных фазах, поэтому не происходит отслаивания и скалывания покрытия при ударах, механических нагрузках и деформациях обработанных изделий.

Используют термодиффузионное цинкование преимущественно в тех случаях, когда на поверхности обрабатываемого металла необходимо сформировать защитный слой, толщина которого превышает 6 мкм.

Данный способ имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с другими. Во-первых, экологическая чистота производственного процесса и отсутствие отходов. Во-вторых, равномерность, высокая точность по толщине и высокая адгезия цинка по отношению к основному металлу. В-третьих, термодиффузионному цинкованию подвергаются изделия любой сложной формы и конфигурации, имеющие различные отверстия и выступы. В-четвертых, возможность регулировать толщину цинкового покрытия. В-пятых, по сравнению с гальваническим способ термодиффузионное цинкование не вызывает необратимого водородного охрупчивания металла во время процесса нанесения (непосредственно в контейнере).

Как и в ходе горячего, холодного или гальванического цинкования поверхность защищаемого металлического изделия необходимо предварительно очистить от загрязнений, примесей и т.п.

 

Газотермического цинкование:

Газотермическое цинкование является разновидностью процесса газотермического напыления металла на подложку и представляет собой процесс нагрева, диспергирования и переноса конденсированных распыляемых частиц цинка газовым или плазменным потоком на поверхность основного металлического изделия в целях формирования на нем защитного цинкового слоя.

Под общим названием газотермическое напыление объединяют следующие методы: газопламенное напыление, высокоскоростное газопламенное напыление, детонационное напыление, плазменное напыление, напыление с оплавлением, электродуговая металлизация и активированная электродуговая металлизация. По своей сути газотермическое напыление очень похоже на сварку, отличие заключается в функциональном назначении переносимого материала. Цель сварки – соединение конструкционных элементов сооружений, цель газотермического напыления – защита поверхности от коррозии, износа и т.д.

Использовать данный способ напыления в случаях нанесения цинкового слоя на крупногабаритные изделия, которые их нельзя подвергнуть защитной обработке другими способами.

 

Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com

 






















карта сайта

Лист оцинкованный