Цинковое покрытие металла: основные методы и их особенности

Железо и сталь — это материал из которого изготовлен скелет современной технологической цивилизации. Но — увы! — и у стальной основы нашей цивилизации есть свое уязвимое место. Оно называется коррозия, от которой железо и сталь не имеют той естественной защиты, какой является оксидная пленка для многих цветных металлов — олова, цинка или алюминия.

Сталь нуждается в защите от коррозии — и лучшей защитой для нее будет цинкование. (или оцинковка). Оцинкованный лист прослужит гораздо дольше обычного стального.

Почему именно цинк?

Прежде всего потому, что цинк достаточно распространен и недорог, сам по себе коррозии практически не поддается, плавится при не очень высокой температуре (около 420 градусов, что гораздо ниже температуры плавления железа), обладает приемлемой прочностью. И при этом — что важно! — имеет стационарный электрический потенциал -0,76 В., то есть гораздо более отрицательный, чем у железа.

Благодаря этому своему свойству, цинк, даже при нарушении целостности покрытия и под воздействием электролитов, будет в возникающих электрохимических реакциях играть роль анода. То есть станет медленно растворяться, защищая этим от электрохимической коррозии стальную основу конструкции. В общем — даешь цинковые покрытия! Вот только какими способами их наносить? Это достаточно интересный вопрос, поскольку способов таких несколько — и у каждого из них есть свои плюсы и минусы. Рассмотрим их…

Какие существуют методы оцинковки?

Существует шесть основных методов оцинковки металла:

• горячее цинкование методом Кука-Нортмана;
• метод горячего цинкования Сендземира;
• гальваническое цинкование;
• термодиффузное цинкование;
• газотермическое напыление цинка;
• холодное цинкование.

Сейчас, детально рассмотрим каждый метод по-отдельности.

Горячее цинкование методом Кука-Нортмана

Начнем с физики данного метода: берется ванна с расплавленным цинком и в нее погружается готовое изделие из металла. Но перед погружением изделия, его сначала обезжиривают, убирают окалины и ржавчины, промывают, убирая остатки кислот, а после, просушивают и наносят флюс. Дальше, приступают к погружению металлического изделия в ванную с расплавленным цинком при температуре 480 градусов по Цельсию. Следующим шагом, регулируем толщину покрытия и просушиваем. После всего проделанного , обязательно контролируем качество и толщину изделия.

Каждый метод имеет свои плюсы и минусы. Рассмотрим и мы их.

Плюсы: износостойкость и долговечность защитного слоя. Например, если добавить олово в расплавленный цинк, он приобретет блеск; а если алюминий, то возникнет способность защитного слоя изгибаться и растягиваться (при деформациях).

Минусы: обязательно всегда нужно убирать окалины и остатки кислот, так как расплавленный цинк реагирует только на чистую поверхность металла.

Метод горячего цинкования Сендземира

Физика данного метода такова: берется полоса из стали, предварительно очищенная и пройдя печной отжиг, поступает по роликовым направляющим в емкость с расплавленным цинком. Потом, пройдя через этот жидкий металл, полоса покрывается ровным слоем цинка со всех сторон. Далее, на выходе из емкости, полоса, которая превратилась уже в рулон, проходит обработку в системе воздушных ножей. Под большим давлением, появляется сжатый воздух, который убирает лишний объем цинкового раствора и охлаждает сталь. На финише уже идет обработка, сушка, смотка. Еще, сокращенно, данный метод получил, название метод оцинкования рулонного метала. Положительные и негативные стороны данного метода следующие:

Плюсы: можно наносить покрытия большой толщины; однородность, стойкость, пластичность покрытия; 100% защита гладкого проката толщиной от 0.5 до 3 мм; производительность высокая.

Минусы: повышенная прочность. Это не очень удобно, когда металл подвергается отжигу, возникает прочность достаточно высокая и это усложняет работу. Это, обязательно, нужно учитывать.

Гальваническое цинкование

Тут все гораздо проще: берется гальваническая ванна, электроды которой подключены к сети постоянного тока (не переменного! это важно). Катод – обрабатываемая деталь, анод- цинка. Как только подается напряжение в электролите, заряженные частицы начинают двигаться, тем самым вызывая осаждения ионов цинка на покрываемый металл. Нужно помнить, что для каждого металла подбирается свой состав электролита и плотность тока. Часто данный метод называют электрохимическое цинкование. Перейдем к плюсам и минусам данного метода:

Плюсы: большой выбор цветов защитного покрытия; с точностью до 96% можно регулировать толщину осаждаемого цинка; производительность на высшем уровне

Минусы: цинк – электроотрицательный металл. Когда он осаживается на катоде, выделяется водород, который проникает в образуемое покрытие. Это хорошо для «толстых» металлов, но для тонкостенных опасно. Поэтому, к каждому металлу подбирают свой состав электролитов, используя при этом добавки, которые повышают буферную емкость. Также, при покрытии цинком металла, в электролитную ванну вводят специальные субстанции, повышающие электропроводность.

Термодиффузное цинкование

Для этого метода, желательно, знать и понимать термодинамические законы (изобарный процесс, изотермический процесс, изотопный процесс, изохорный процесс). Суть данного метода: берется барабанная камера, в которую помещают цинковую смесь и очищенные детали; выбирается диапазон нагрева, в капсуле поднимают температуру и начинают ее вращение. Следует помнить, что при нагреве 500 градусов по Цельсию цинк переходит сначала в жидкое состояние, а затем в газообразное, так как собственная температура плавления цинка 419 градусов по Цельсию. Дальше, частицы цинка проникают в поверхностный слой стали, концентрируются и образуют целостное и равномерное покрытие по всей поверхности. Один цикл равен приблизительно 3 часам. А сейчас рассмотрим 2 стороны медали данного метода:

Плюсы: отлично подходит для покрытия мелких деталей разных форм (с резьбой, с геометрий и т.д.); экономно расходует цинк; средний показатель производительности.

Минусы: ограничение размеров обрабатывающих деталей. Они должны строго помещаться в барабанную камеру.

Газотермическое напыление цинка

Сначала, расскажем об этом методе общее значение, а после саму физику. Вообщем, что за метод такой, газотермический? Для этого метода, цинк, который присутствует в составе проволоки, напыляется на поверхность изделия, который в обработке в составе газовой среды. Данная технология используется тогда, когда цинковый слой нужно нанести на «большие» изделия и для которых другие обработки не вариант. А теперь физика метода. Суть ее заключается в том, что частички расплавленного металла ударяются об поверхность, которая в обработке и тем самым формируют тонкий слой. Такое покрытие, в котором много больших пор хорошо комбинируется с нанесением лакокрасочных материалов.

Плюсы: возможность эксплуатировать в агрессивных средах (воздействие морской и пресной воды, постоянная влажность и другое).

Минусы: подходят для этого метода только крупногабаритные детали/изделия.

Холодное цинкование

Суть данного метода проста и логична: на обрабатываемую поверхность изделия наносится специальная цинкосодержащая смесь (обычно используют цинконол). С помощью валика или кисточки наносится данная смесь. С помощью цинконола можна получить на поверхности металла защитный слой, в котором содержится цинка 88-93%. Чаще всего, таким методом пользуются для покрытия защитного слоя труб, опоры линий электропередач, элементы железнодорожных путей и другие.

Плюсы: широкий температурный интервал. Холодное цинкование изделий выполняется в широком диапазоне температур и сформированное покрытие при этом отличается хорошей защитой, эластичностью.

Минусы: обязательно нужен растворитель для холодного цинкования; маленькая устойчивость к механическим воздействиям.

Подведем итог: мы рассмотрели металлофизику металла; узнали, что такое коррозии, повреждение, прочность металла; детально расписали шесть методов цинкования металла. Где же в Петербурге можно заказать цинкование металла любым из шести представленных методов? Все очень просто: в этом вам поможет лучшая компания в городе, которая уже «собаку съела» на данной процедуре – «СПбЗКИ». У нас вы можете заказать оцинковку деталей и целых металлических конструкций, которые используются в разных сферах производства.

Если вы действительно хотите защитить поверхность своего металлического изделия, смело можете набирать нас по телефонам, которые представлены на сайте для заказа цинкования вашего изделия. У нас демократичные цены и сотни положительных отзывов. Так что, ждем именно вашего звонка.

Горячее цинкование

Это самый, на первый взгляд, простой и надежный метод создания цинковой пленки на изделиях их чугуна и стали: эти предметы просто погружают в расплав цинка, а потом вынимают уже покрытыми слоем цинка толщиной от 40 до 80 микрон — то есть достаточно плотным и износостойким.

Однако не все так просто: для того, чтобы цинковая пленка надежно «зацепилась» на поверхности черного металла, эта поверхность должна быть тщательно очищена и офлюсована (то есть покрыта составом, который должен предотвратить ее окисление до соприкосновения с расплавом цинка, и обеспечить надежную адгезию цинковой пленки).

При этом нужно иметь в виду, что расплавленный цинк застывает довольно быстро и может поэтому образовывать наплывы до 1 мм. толщиной, что нежелательно в тех случаях, когда на поверхность оцинкованных изделий есть резьба. Кроме того, сама технология накладывает ограничения на размеры изделий, которые мы хотим оцинковать таким способом — они не могут быть больше, чем ванны с расплавом цинка (а они не могут очень большими по определению).

Оцинковка металла

В принципе, технология во всех методов одинакова: наносится на поверхность металла тонкий слой цинка и он покрывается пленочкой, защишая его от механических повреждений. Именно цинк защищает металлическую поверхность от всех нагрузок и повреждений, а оцинковка металла:

• совсем недорогая процедура;
• безопасна для любых свойств (включая механические) сделанных деталей;
• есть возможность ставить разную толщину.

Цинк – самый доступный металл, обеспечивающий электрохимическую защиту железа. Поэтому, цинкование часто применяются в таких сферах: строительстве, машиностроении и другие. Износостойкость – главный компонент данный процедуры. Именно она определяет долговечность металла. Например, если на металл с цинковым покрытием действует атмосферные составляющие, то разрушается он медленно, образуя тонкий слой защитной пленочки. Именно она защищает самые глубокие слои от коррозий, она продлевает жизнь и износостойка по сравнению с другими изделиями. Обычно, к оцинкованию подходят такие сплавы: медь, алюминий, чугун, сталь и другие.

Холодный метод цинкования

В отличии от горячего цинкования, его холодный вариант никак не связан с размерами цинкуемых деталей и поверхностей, поскольку он состоит в нанесении на них электролитических растворов цинка в различных летучих жидкостях. Такие растворы (гальванол, цинотан, цинотерн, цинкнол) наносятся на стальную поверхность из пульверизатора: растворитель высыхает, а цинковое покрытие остается — причем «садится» оно на поверхность стали очень надежно, с высокой адгезией. При этом покрываемую поверхность не нужно флюсовать, ее достаточно просто очистить от ржавчины и грязи.

Холодный метод цинкования хорош своей простотой

и применимостью для работ на открытом воздухе. Но внешний вид покрытой таким способом стали будет просто матово-серым без металлического блеска.

Поэтому холодное цинкование лучше всего использовать как «покрытие под покраску».

Особенности процедуры цинкования и основные способы защиты металла

Коррозия металла, или процесс его окисления, особенно усиливается в условиях повышенной влажности. Для предотвращения коррозии металлических изделий на них наносят защитные покрытия. Одним из самых надёжных считается цинкование металла, поскольку цинк берет на себя воздействие агрессивных сред. Цинкование обеспечивает не только барьерную, но и электрохимическую защиту металла. В ходе реакции на поверхности детали возникает окисный слой, который обеспечивает дополнительную защиту.

После механического разрушения покрытия действие защитного слоя прекращается. Существуют различные виды цинкования металла , многие из них требуют сложного и дорогостоящего оборудования, но некоторые применимы и в домашних условиях.

Оцинкованные трубы

Технология цинкования была впервые освоена во Франции в 18 веке, далее развивалась в Англии. Большой вклад в совершенствование процесса внесли отечественные ученые Якоби и Менделеев. На сегодня цинкование металла — один из самых доступных способов защиты от коррозии

Гальванический метод цинкования

Зато гальванический метод цинкования придает оцинкованой поверхности чрезвычайно привлекательный вид.

Он состоит в том, что через ванну с электролитом течет ток, причем анодом служат цинковые пластины, а катодом — изделия из стали. Под действием тока цинк растворяется в электролите, и его ионы оседают на железе. В результате получается тонкая (от 4 до 20 микрон) пленка, которая не только защищает сталь от коррозии, но и придает поверхности эстетичный внешний вид. Поверхность, покрытая гальваническим цинком может приобрести (в зависимости от своей толщины) сине-голубой, светло-серый или матово-белый металлический блеск. Главными достоинствами такого покрытия будет равномерность его толщины по всей покрываемой поверхности.

Но за этими плюсами идут и свои минусы: тонкое и красивое гальваническое покрытие будет не стойким к истиранию, а увеличение его толщины будет чревато тем, что сталь в процессе гальваники может приобрести заодно и т.н. «водородную хрупкость». Тем не менее, гальваническое цинкование. в силу своей малой себестоимости очень часто используется для антикоррозионной защиты разных видов крепежа, металлических изделий и декоративных элементов.

Области применения оцинкованных конструкций

• Строительные работы разного профиля: дорожное, мостовое, строительство зданий и сооружений.
• Нефтедобыча и нефтепереработка.
• Газодобывающая и газоперерабатывающая промышленность.
• Энергетическая сфера.
• Связь.
• Автомобилестроение.
• Сельское хозяйство и другие направления.

Метод применим для конструкций, которые эксплуатируются в разных условиях

• Опоры высоковольтных линий передач.
• Опорные металлические конструкции мостов, трубопроводов.
• Различное оборудование.
• Задвижки и запоры гидротехнических систем.
• Каркасы домов и заграждений.
• Сваи, поддерживающие перекрытия различного типа.
• Лестничные ступени и пролеты.
• Трубы различных систем, в том числе вентиляционных.
• Корпуса кораблей.
• Памятники и архитектурные сооружения.

Термодиффузное цинкование

Главного недостатка гальванического цинкования — «водородной хрупкости» позволяет избежать технология термодиффузионного цинкования.

Она основана на том, что цинк при определенных условиях может испаряться с поверхности цинксодержащего порошка и проникать в поверхностные слои железа, так что в результате образуется сложный сплав цинка с железом.

Такая диффузия становится возможной при

высокой (от 290 до 400 градусов) температуре и наличии электрического потенциала, при котором стальные изделия являются анодом.

Процесс термодиффузии производится во вращающемся контейнере при пониженном давлении (0,1 атмосферы) в восстановительной водородной атмосфере. На термодиффузное цинкование каждой партии крепежных метизов требуется от 90 до 180 минут.

В результате эти детали приобретут мышино-серый цвет — но вместе с ним и повышенную прочность поверхности и отменную устойчивость к коррозии ( в 3-5 раз лучшую, чем при гальваническом цинковании и в полтора-два — чем при горячей оцинковке).

При этом равномерность покрытия будет идеальной, а про адгезию такого покрытия говорить и смысла нет — оно просто «сливается» с черным металлом, так что отделить ее от него просто невозможно. Конечно, внешний вид оцинкованных таким способом метизов, большого эстетического удовольствия не доставляет, но от болтов, гаек, пружин и шурупов особой красоты и не требуется.

Недостаток же у термодиффузного цинкования только один, но существенный — в силу особенностей технологии применять ее можно только в отношении небольших по размеру предметов.

Услуги цинкования в Москве, преимущества обращения в нашу компанию

Но как быть, если обработка нужна не двум-трем деталям, а серийной партии, причем выполнить ее требуется в кратчайшие сроки? Наш цех предлагает полный комплекс услуг по цинкованию металла: от подготовительных работ до отгрузки готовых изделий на склад заказчика. Обращайтесь к нам — и мы:

• оперативно отреагируем на вашу заявку,
• сделаем скидку за объем,
• проведем качественное цинкование в Москве с соблюдением всех технологических требований,
• обеспечим контроль на всех этапах обработки,
• выполним заказ строго к обозначенному в договоре времени,
• предоставим гарантию на проведенную работу.