Цинкование металла в домашних условиях

Главная » Работы и материалы » Цинкование металла в домашних условиях

Любое металлическое изделие, из какой высококачественной стали ни было бы изготовлено, рано или поздно погибает, отравленное коррозией. Способов борьбы с коррозией существует масса, среди которых химические, механические, электрохимические методы защиты. Каждый из них эффективен по-своему, каждый из них, тем не менее, имеет свою рентабельность. Наиболее оптимальным методом защиты стали от ржавчины по соотношению цена/эффективность, стало цинкование. Об этом процессе сегодня и поговорим.

Содержание:

1. Окраска и цинкование металла, насколько это необходимо
2. Горячее цинкование металла
3. Газо-термический метод оцинковки
4. Термо-диффузная и гальваническая оцинковка
5. Холодная оцинковка

Окраска и цинкование металла, насколько это необходимо

Прочный и стабильный металл, который выдерживает сумасшедшие нагрузки и используется повсеместно, абсолютно беспомощен перед коррозией, если не произвести соответствующую обработку. Оцинковка — один видов такой защиты поверхности металла от ржавчины, а главным ее плюсом есть эффективность и приемлемая цена. То же можно сказать и о большинстве методов, которыми проводится оцинковка. Сам по себе цинк ценен тем, что в результате взаимодействия с кислородом, он образовывает довольно прочную и стабильную пленку, оксидное покрытие, которое и защищает сталь от воздействий окружающей среды.

Металл может оцинковываться несколькими способами:

1.  Термодиффузный метод.
2.  Холодная оцинковка.
3. Гальваническая оцинковка.
4.  Горячее цинкование.
5. Газо-термическим напылением.

Цинкование металла в домашних условиях может проводиться либо по одному методу, либо комплексно. Все зависит от того, в каких условиях работает поверхность и от тех качеств защитного слоя, которых необходимо добиться. При выборе способа цинкования учитывают желаемую толщину цинка, а это уже влияет на температуру и длительность процесса. Однако, есть у оцинкованных поверхностей некоторые ограничения в использовании, а самое важное из них — отсутствие прямого механического воздействия.

Горячее цинкование металла

По общепромышленным объемам цинкования металла, оцинковка горячим способом занимает едва ли не первое место. Это связано с очень высокой стойкостью покрытия, полученного таким способом. Только в домашних условиях его применение едва ли возможно, поскольку процесс довольно сложный, затратный и неблагополучный с точки зрения экологической безопасности. Оборудование для горячего цинкования дорогое и малодоступное.

Оцинковка по горячему методу проходит путем погружения детали в емкость с жидким цинком, расплавленным при температуре от 500 до 4500° С. Естественно, что в условиях простого домашнего хозяйства такое покрытие получить довольно сложно. К тому же, подготовка поверхности металла требует определенного воздействия химических процессов, что может повредить здоровью, если не предпринимать суровых мер защиты.

Газо-термический метод оцинковки

Оцинковка по такому алгоритму производится напылением. Этот метод хорош только в тех случаях, когда необходимо обработать большие плоскости и в крупных партиях. Иначе рентабельность такого метода будет вызывать сомнения. Оцинковка по газо-термическому методу проводится путем распыления порошкообразного цинка или цинка в виде тонкой проволоки. Цинк подается на металл в расплавленном и распыленном виде. Применяется в тех случаях, когда размеры изделия не позволяют поместить его в ванну с жидким цинком, чаще всего это крупногабаритные металлоконструкции. После оцинковки поверхность металла представляет собой пористое покрытие, а поры заполняют чаще всего лакокрасочным материалом. По своим прочностным качествам и стойкости к агрессивным средам, такое комбинированное покрытие считается одним из самых прочных и способно сохранять металл даже в соленой воде на протяжении 25-35 лет.

Термо-диффузная и гальваническая оцинковка

При термо-диффузной оцинковке металлов, защитное покрытие получается на основе атомных связей между атомами цинка и железа, в результате чего образуется прочный цинковый сплав со сложной структурой. Такого эффекта можно добиться только в том случае, когда цинк входит в фазу испарения, а возможно это только при температуре не менее 2500° С. Особенность процесса в том, что он проходит в закрытом объеме, совершенно безопасен для здоровья, а слой цинка может составлять до 100 мкм.

Гальваническое цинкование позволяет получить гладкое и равномерное покрытие с точно выдержанной толщиной слоя. Как правило, толщина покрытия не превышает 40 мкм, зато с точки зрения эстетики, такое покрытие одно из самых удачных. Процесс оцинковки ничем не отличается от других электрохимических процессов, при которых положительно заряженные частицы переходят с поверхности цинка на поверхность обрабатываемой детали.

Холодная оцинковка

Это самый доступный вид оцинковки, поскольку с точки зрения технологии нанесения он ничем не отличается от обычной покраски. Окрашивают деталь специальным цинксодержащим грунтовочным материалом, который содержит в своей структуре до 90% цинка. Во-первых, он хорош тем, что может применяться в любых условиях, включая гаражи и маленькие мастерские, а во-вторых, цинкование металла цена которого в десятки раз ниже вышеприведенных методов, может использоваться в тех случаях, когда применение других способов невозможно по разным причинам. Стойкость его, однако, довольно посредственна, если сравнивать с другими методами оцинковки.

 

Из приведенных выше методов только два последних можно применить в домашних условиях, тем не менее, и они помогают достаточно эффективно бороться с коррозией. Так что, не все потеряно и любой конструкции из металла можно обеспечить долгую жизнь и практичный внешний вид.

назначение, виды, оцинковка в домашних условиях

Горячее цинкование – самый надежный, наиболее эффективный и при этом довольно-таки старый метод защиты изделий от коррозионных воздействий. Горячее цинкование позволяет обеспечить надежную защиту поверхности металлических конструкций от разрушающего воздействия окружающей среды. На элементах образуется защитный слой, который равномерно покрывает детали, а его толщина колеблется в среднем от 30 до 120 мкм. Горизонтальная ванна длиной 13 м шириной 1,8 м и глубиной 2 м позволяет цинковать трубы больших диаметров, опоры ЛЭП и различных металлоконструкций. Средний срок эксплуатации оцинкованных изделий, в зависимости от условий их использования, составляет 25-30 лет.

За счет горячего цинкования, покрытие обеспечивается не только барьерной, но и электрохимической защитой металла от коррозии. Оцинкование, которое можно выполнять по разным технологиям, используется преимущественно по отношению к стали.

По стоимости выполнения и по долговечности покрытие с горячим цинком превосходит другие виды цинкования, например электрохимическое. Горячее цинкование металла, если сравнивать его с другими технологиями, отличается оптимальным сочетанием доступной стоимости технологического процесса с высокими защитными свойствами получаемого цинкового слоя. Нанесенное методом горячего цинкования покрытие даже при эксплуатации изделия в самых неблагоприятных условиях способно прослужить долгое время, полностью сохранив при этом свои защитные свойства.

Суть цинкования

при любой технологии его реализации сводится к тому, чтобы защитить металл от появления коррозии. В зависимости от применённой методики защитный слой может укутывать поверхность материала, либо дополнительно соединяться с ним за счёт диффузного взаимодействия.

Благодаря свойствам цинка при контакте с атмосферным кислородом на его поверхности моментально образуется оксидная плёнка, которая обладает высокой плотностью и прочностью, за счёт чего она не пропускает к металлу атмосферный кислород и не разрушается от механического воздействия.

Таким образом — оцинкованный металл оказывается в надежной воздухонепроницаемой оболочке, защищающая его от разрушающей коррозии.

В случае механического воздействия, оксидная плёнка повреждается, оголённый цинк тут же взаимодействует с атмосферным кислородом, который образует новый защитный слой. Благодаря этому свойству оцинковку называют самовосстанавливающейся защитой металла от коррозии.

Методы цинкования металла

Существует несколько методик цинкования металла, которые имеют своими особенностями. Выбранный метод существенно влияет в той или иной степени на получаемый результат, так как в зависимости от сферы эксплуатации металлических изделий и конструкций экономически выгодно применять далеко не все технологии оцинковки.

Методы цинкования отличаются между собой следующими свойствами:

Толщиной защитного покрытия

— если для габаритных металлоконструкций чем большим будет слой защиты, тем лучше, то для высокоточных мелких деталей необходимо применять цинкование, при котором можно выбирать и контролировать толщину антикоррозионного покрытия. Реализовать это позволяет далеко не всякая технология.

Равномерностью толщины оцинковки

— опять же, чем мельче и точнее металлическая деталь, тем выше требования к наносимому на неё защитному покрытию. Например, для опоры ЛЭП не имеет значение, насколько равномерно она будет укрыта цинком, тогда как для деталей, имеющих отверстия, резьбу и фаски — равномерность слоя цинка крайне важна.

Прочностью удержания защитного покрытия на металле

— этот параметр сильно зависит от того, каким методом было выполнено цинкование. Так, например, при рассмотренном далее горячем цинке, он не только покрывает поверхность изделия, но также соединяется с ним на молекулярном уровне, что существенно повышает прочность удержания защиты на металле.

Внешним видом оцинкованной детали

— в зависимости от применяемой технологии поверхностный слой оксида цинка может быть матовым, глянцевым, а также отличаться оттенками от тёмно-серого до голубоватого.

Стойкостью к механическим повреждениям

— чем данный параметр выше, тем дольше продержится защита на изделиях, которые подвергаются тем или иным физическим нагрузкам и агрессивным факторам.

Способностью к самовосстановлению

— это способность зависит от толщины нанесённого на металл цинка и характера эксплуатации конструкции или изделия.

Коррозионной устойчивостью

— является общим свойством обработанного изделия, которое складывается из совокупности нескольких факторов. В том числе, устойчивость оцинкованной детали к коррозии зависит от толщины цинкового слоя, его равномерности, прочности удержания, а также от стойкости к механическим повреждениям и способности к самовосстановлению.

В современной промышленности наибольшей распространённостью различают следующие технологии цинкования:

Горячее

— выполняется посредством погружения обрабатываемых изделий в расплавленный цинк.

Холодное

— осуществляется по абсолютной аналогии с обычным окрашиванием вручную или при помощи напыления.

Гальваническое

— реализуется путём погружения обрабатываемых деталей в цинкосодержащий электролит, через который пропускается электрический ток.

Термодиффузионное

— слой защитного покрытия формируется при помещении обрабатываемой детали в среду, насыщенную порошкообразным цинком.

Газотермическое

— на обрабатываемую деталь направляется газовая горелка и в пятно наибольшего нагрева подаётся цинковая проволока или цинковый порошок.

Рассмотрим основные достоинства, недостатки и технологию горячего цинкования

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.

Горячее цинкование

Покрытие горячим цинком осуществляется по ГОСТ 9.307-89 «ЕЗСКС, Покрытия горячие цинковые. Общие требования и методы контроля». Выписка из ГОСТ 9.307-89 (п.2.Требования к покрытию):
2.1. Внешний вид покрытия

2.1.1. При внешнем осмотре поверхность цинкового покрытия должна быть гладкой или шероховатой, покрытие должно быть сплошным. Цвет покрытия от серебристо-блестящего до матового темно-серого.

2.1.2. На поверхности изделий не должно быть трещин, забоин, вздутий.

2.1.3. Наличие наплывов цинка недопустимо, если они препятствуют сборке. Крупинки гартцинка диаметром не более 2 мм, рябизна поверхности, светло-серые пятна и цвета побежалости, риски, царапины, следы захвата подъемными приспособлениями без покрытия до основного металла не являются дефектами.

Допустимо восстановление непокрытых участков, если они не шире 2 см и составляют не более 2% общей площади поверхности. Непокрытые участки защищают слоем цинкосодержащего лакокрасочного покрытия (минимальная толщина 90 мкм, массовая доля цинка в сухой пленке 80%-85%) или газотермическим напылением цинка (минимальная толщина 120 мкм).

Применяемые электролиты

При гальваническом цинковании состав и температура электролита при заданной плотности тока напрямую влияют на скорость осаждения и структуру цинкового покрытия. Кроме того, отдельные виды электролитных растворов могут содержать в своем составе блескообразующие и окрашивающие добавки, используемые в декоративных целях. Для гальванического цинкования применяют основные группы электролитов, каждая из которых имеет множество рецептурных разновидностей:

1. Кислые и слабокислые. Традиционные простые электролитические растворы на основе сульфатов, хлоридов, борфторидов или их смесей.
2. Аммиакатные. Нейтральные и щелочные гальванические растворы, которые получают путем растворения оксида цинка в растворе сульфата (или хлорида) аммония.
3. Цианидные и цинкатные. Щелочные электролиты, в которых применяют цианид и цинкат натрия, растворенные в едком натре.

Кроме того, существуют электролиты для гальванического цинкования на основе аминосоединений, но они имеют гораздо меньшее распространение.

Особенности покрытия горячим цинком

На сталях с высоким содержанием кремния и/или фосфора (из-за неоднородности химического состава стали), (слоя у поверхности, структуры поверхности, чужеродных вкраплений), а также на толстостенных изделиях наблюдается разнооттеночность покрытия. Серая поверхность состоит из сплава цинк-железо, выходящего на поверхность, а более светлые места – это чистый цинк. В случае стали с неблагоприятным содержанием кремния и фосфора может появиться значительное утолщение покрытия и ухудшение его адгезии, видимым эффектом этого явления, может быть шероховатая поверхность с серой и тёмно-серой окраской, переходящей со временем даже в коричневый оттенок.

Цинковая поверхность на том же изделии может быть неоднородной; могут появиться пятна разной степени глянца, серой матовости и шероховатости. Так как поверхностная локализация примесей в низколегированной стали приводит к тому, что при прокате изделий из неё, появляется значительное различие в содержании кремния и фосфора в разных частях изделия.

Однако это не может являться браковочным признаком, поскольку, кроме внешнего вида, отрицательных моментов нет – он не влияет на срок службы покрытия, а через какое-то время (в течение 1-1,5 года) цвет конструкции станет одинаковым).

Белая коррозия (бело-серые пятна, возникающие под влиянием атмосферных факторов), а также так называемые «кровавые потёки» (остатки флюса и кислоты в местах неплотной сварки) не являются основанием для претензий на качество оцинкованной поверхности.

Вышеуказанные проблемы являются наиболее характерными для сталей марки 09Г2С, что обусловлено особенностями их химсостава.

Наиболее часто проявляются дефекты цинкового покрытия для сталей 09Г2С, которые не являются основанием для предъявления претензий:

1. Повышенная толщина образующегося цинкового покрытия.

2. Разная толщина цинкового покрытия.

3. Повышенное образование гард-цинка.

4. Пониженная адгезия цинкового покрытия к металлу.

5. Пониженная плотность цинкового слоя.

6. Внешний вид покрытия (отсутствие блеска, неровности, потеки, серый цвет).

Введение

Металлические изделия применяются повсеместно. Но, к сожалению, в мире нет ничего вечного! Даже металл разрушается естественным путем, приводя к миллиардным убыткам. Поэтому неудивительно, что ученые разрабатывают разные технологии, способные защитить стальные конструкции и изделия от коррозии.

Отметим, что именно горячее цинкование является наиболее простым и популярным способом борьбы со ржавчиной. Сегодня мы подробно расскажем о данном технологическом процессе, его свойствах, сильных и слабых сторонах и т.п.

Твердость цинка

Прочность любого лакокрасочного покрытия определяется прочностью связующего.

Лаки по твердости, в соответствии с международными стандартами ISO 15184, ASTM D 3363, SIS 184187, NEN 5350, ECCA Test Method, определяется с помощью карандашных грифелей по шкале 6В-5В-4В-3В-В-НВ-F-Н-2H-3H-4H-5H-6H-7Н-8Н-9Н, где 6В является показателем наименьшей, а 9Н – наивысшей твёрдости. Она соответствует по твердости карандашу 2Т.

Твердость покрытия горячим цинкованием равна твердости металла. Цинк. А под цинком у нас находится железо.

По ювелирной шкале Мооса:

Тальк (графит) — 1

Свинец — 1,5 Янтарь (гипс) — 2 Цинк (алюминий, золото, серебро) — 2,5-3 Медь — 3 Железо — 4 Сталь — 5 Стекло — 6 … Алмаз — 10

Технологический цикл горячего цинкования

Полноценный процесс горячего цинкования включает в себя следующие технологичные этапы:

Отгрузка требующих обработки изделий в зону навески

. Поскольку рассматриваемый метод один из немногих, который позволяет оцинковывать сравнительно крупногабаритные детали, то отгрузка, как правило, осуществляется при помощи специальных мостовых кранов.

Навеска металлоконструкций

. Для последующей обработки доставленные на производство детали навешиваются на подвижные траверсы. Металлоконструкции распределяются и фиксируются таким образом, чтобы вся секция могла поместиться в технологические ёмкости на дальнейших этапах. Также важно навесить изделия так, чтобы они могли контактировать с жидкостями, в которые они будут погружаться, всей поверхностью, не мешая друг другу.

Предварительная обработка металлоконструкций.

Перед цинкованием горячим методом изделия из стали подвергаются обязательной многоэтапной подготовке. Она заключается в попеременном погружение траверсы с вывешенными деталями в ванны с технологическими жидкостями. В том числе, в этих ваннах проводится обезжиривание, очистка, травление (за счёт чего обеспечивается проникновение цинка в кристаллическую решётку металла), удаление следов кислоты, покрытие защитным флюсом. Также на данном этапе выполняется предварительный подогрев металла перед погружением в расплавленный цинк, что позволяет избежать деформации изделий из-за резкого перепада температур.

Сушка и предварительный разогрев

. Осуществляется в специальной многоступенчатой печи, в которую подаётся разогретый и очищенный воздух. В результате перед оцинковкой с металлоконструкций испаряются следы предварительной подготовки в ваннах с жидкостями, а также происходит их дополнительный прогрев.

Цинкование

. Основной технологический этап процесса горячего цинкования металла. Выполняется путём транспортировки траверсы с подготовленными металлическими изделиями в закрытую со всех сторон печь, в которой расположена ванна с расплавленным цинком. Его температура поддерживается на постоянном уровне в районе +450°C при помощи высокоскоростных газовых горелок. Герметичность печи нужна по двум причинам.

Во-первых, это необходимо для обеспечения безопасности людей, которые работают на производстве. Во-вторых, в процессе цинкования выделяются разогретые до высокой температуры газы, которые нуждаются в очистке перед выбросом в атмосферу. Кроме того, тепловая энергия этих газов используется вторично для подогрева технологических жидкостей на этапе предварительной подготовки металлических изделий.

Снятие, сортировка и отгрузка оцинкованных металлоконструкций

. По завершению процесса цинкования в ванне с расплавленным цинком траверса с вывешенными изделиями автоматически направляется в зону для их снятия и сортировки, после чего выполняется погрузка металлоконструкций на транспорт для отправки заказчику.

Несмотря на кажущуюся сложность описанного процесса, метод горячего цинкования является одним из самых простых и экономически выгодных. Кроме того, благодаря внедрению тех или иных технологических этапов возможно получать в итоге антикоррозионную защиту с многочисленными преимуществами по сравнению с другими методами цинкования.

Используемые материалы и оборудование

Оборудование для цинковой гальванотехники такое же, как и для других гальванических процессов. В его состав входят ванны для гальванического цинкования, а также емкости для химической подготовки изделий. Их объем зависит от вида производства и может варьировать от десяти литров до нескольких кубометров. К ваннам подведены трубопроводы для подачи и отвода воды и реагентов и электрические контакты для подвода напряжения к анодам и катодам.

В общем виде технологический процесс гальванического цинкования состоит из следующих этапов:

1. Механическая зачистка.
2. Травление изделия.
3. Промывка в проточной воде.
4. Обезжиривание.
5. Промывка, аналогичная п. 3.
6. Гальваническое цинкование.
7. Промывка, сушка и контроль.

В цехе оборудование гальванических линий цинкования располагается линейно, повторяя порядок описанного выше техпроцесса (см. рис. ниже). Для перемещения изделий между участками обработки используются мостовые или консольные краны с дистанционным управлением.

Современные ванны для гальванического цинкования изготавливают из кислотостойких пластмасс. Безопасность при работе с компонентами электролита аналогична правилам промышленного использования растворов кислот и щелочей. Никаких специальных требований, связанных с токсичностью или агрессивностью электролита, к гальваническому цинкованию не предъявляется.

Пакетное горячее цинкование | Американская ассоциация гальванистов

Дом » Коррозия » Защита и предотвращение коррозии стали » Цинковые покрытия » Пакетное горячее цинкование погружением

При периодическом горячем цинковании, также известном как общее цинкование, получают цинковое покрытие путем полного погружения стального изделия в ванну (котел) с расплавленным цинком. Перед погружением в цинковую ванну сталь подвергается химической очистке от всех масел, жиров, грязи, окалины и оксидов. Подготовка поверхности имеет решающее значение, так как цинк не вступает в реакцию с грязной сталью.

После подготовки поверхности сталь погружают в ванну с расплавленным цинком (830 F). Ванна состоит более чем на 98% из чистого цинка, а остальные 2% или менее состоят из добавок, чаще всего из алюминия, никеля и висмута. Эти добавки улучшают текучесть и потребление цинка, внешний вид покрытия и другие показатели эффективности. Находясь в ванне для цинкования, расплавленный цинк вступает в металлургическую реакцию с железом в стали, образуя покрытие.

Горячеоцинкованные покрытия используются для многих материалов в строительной отрасли, от электроэнергетики до художественных скульптур. Оцинковка, начиная от мелких деталей, таких как гайки, болты и гвозди, и заканчивая крупными структурными формами, является неотъемлемой частью инфраструктуры Северной Америки. Чаще всего периодическое горячее цинкование используется для стали, подверженной воздействию атмосферы; однако он также используется в пресной и морской воде, закапывается в почву, замуровывается в бетон и т. д.

Размер может быть ограничением для применения горячего цинкования; однако средняя длина цинковых ванн в Северной Америке составляет 40 футов, а чайники длиной 55-60 футов являются обычным явлением.

Использование постепенного погружения (погружение одной порции продукта, а затем другой) значительно увеличивает максимальный размер, который можно разместить, почти вдвое увеличивая размер ванны.

Покрытие методом горячего цинкования состоит из ряда слоев цинково-железного сплава с поверхностным слоем из чистого цинка. Уникальные интерметаллические слои плотно связаны (3600 фунтов на кв. дюйм) и тверже, чем основная сталь, что обеспечивает превосходную стойкость к истиранию. Слои цинково-железного сплава, металлургически связанные со сталью, становятся неотъемлемой частью стали, а не просто поверхностным покрытием. Поскольку цинк является анодным по отношению к стали, даже если прочные интерметаллические слои горячеоцинкованного покрытия повреждены (до 1/4 дюйма в диаметре), соседний цинк будет жертвенно защищать открытую сталь до тех пор, пока весь окружающий цинк не будет израсходован.

Еще одной уникальной характеристикой серийного покрытия методом горячего цинкования является его равномерное и полное покрытие.

Во время реакции диффузии в котле слои цинково-железного сплава растут перпендикулярно всем поверхностям, обеспечивая покрытие краев, углов и резьбы, равное или превышающее покрытие плоских поверхностей. Кроме того, поскольку горячее цинкование представляет собой процесс полного погружения, все внутренние поверхности полых конструкций и труднодоступные углубления сложных деталей покрываются. Это полное, равномерное покрытие гарантирует, что критические точки, где обычно начинается коррозия, имеют такую ​​же защиту, как и доступные плоские внешние поверхности.

При периодическом горячем цинковании покрытие получается более толстым и/или более плотным, чем при других процессах цинкования. Основные технические условия для горячего цинкования; ASTM A123/A123M, A153/A153M, A767, а также CSA G164 и ISO 1461 содержат требования к минимальной толщине покрытия в зависимости от типа и толщины стали.

Для получения дополнительной информации посетите раздел горячего цинкования на этом веб-сайте.

Горячее и холодное цинкование погружением: в чем разница?

Разрушительное воздействие коррозии на металлы известно на протяжении столетий. Почти с тех пор, как металлы были строительным материалом, люди постоянно искали способы повысить их долговечность в агрессивных средах. Одним из наиболее широко используемых методов защиты металлов (в основном стали) является цинкование.

Реклама

В 1742 году химик, известный как Мелуэн, обнаружил, что цинковое покрытие можно нанести на железо, погрузив его в расплавленный цинк. Это открытие вызвало волну исследований в научном сообществе и заложило основу гальванизации. В 1780 году итальянский физик Луиджи Гальвани, человек, в честь которого назван этот процесс, заметил, что контакт между двумя разнородными металлами приводит к протеканию электрического тока. (Справочную информацию см. в разделе «Почему два разнородных металла вызывают коррозию?») Со временем понимание цинкования значительно улучшилось, и к 1850 году британская гальваническая промышленность ежегодно использовала 10 000 тонн цинка для защиты железа. Это было рождением индустрии, которая продолжает процветать и по сей день.

Оцинкованная сталь играет важную роль в нашей повседневной жизни. Он часто используется в нескольких секторах, включая строительство, транспорт, сельское хозяйство и энергетику. Существует два основных метода цинкования стали; это горячее цинкование и холодное цинкование. В этой статье мы рассмотрим эти два метода цинкования и обсудим, чем они отличаются.

Реклама

Что такое цинкование?

В своей простейшей форме гальванизация означает нанесение цинкового покрытия на поверхность металла (обычно стали или железа). Он в основном используется в качестве защитной меры для предотвращения коррозии и, как следствие, увеличения срока службы защищенного металлического компонента. При правильном нанесении на стальную поверхность цинковые покрытия обеспечивают два основных типа защиты: барьерную защиту и гальваническую защиту.

Барьерная защита

Когда цинковое покрытие наносится на поверхность, оно высыхает и затвердевает, образуя защитный слой оксида цинка, непроницаемый для воздуха и влаги, что устраняет один из компонентов, необходимых для возникновения коррозии – электролит. Поскольку нижележащая стальная основа не может вступать в контакт с внешним воздухом или влагой, предотвращается дальнейшая коррозия.

Реклама

Рис. 1. Слой оксида цинка обеспечивает барьерную защиту нижележащей подложки.

Гальваническая защита

Гальванизация, однако, наиболее известна благодаря одноименному методу защиты. Гальваническая защита, также известная как катодная защита, защищает нижележащую стальную подложку от коррозии, тем самым жертвуя собой в процессе. Этот тип защиты особенно полезен в ситуациях, когда защищаемая сталь может быть обнажена из-за царапин, порезов, вмятин или повреждения покрытия.

Поскольку цинк является высокореактивным и электроотрицательным металлом, он возьмет на себя роль анода и, следовательно, будет подвергаться коррозии первым, если соседняя сталь не защищена. Цинк будет продолжать обеспечивать гальваническую защиту до тех пор, пока покрытие не будет полностью израсходовано.

Горячее цинкование

Горячее цинкование является одним из наиболее распространенных видов цинкования. Этот процесс включает в себя нанесение покрытия на железный или стальной предмет путем погружения его в ванну с расплавленным цинком при температуре около 840°F (449°C). После извлечения из ванны цинковое покрытие на внешней стороне железа или стали вступает в реакцию с кислородом в атмосфере с образованием оксида цинка (ZnO).

Оксид цинка далее реагирует с диоксидом углерода с образованием защитного слоя, известного как карбонат цинка (ZnCO ₃ ). Эта матовая сероватая пленка относительно стабильна и плотно прилегает к поверхности железа или стали. При горячем цинковании цинк химически связывается и становится частью защищаемой стали.

Хотя концепция горячего цинкования может показаться простой, процесс состоит из нескольких важных этапов (рис. 2). Сначала сталь проходит три стадии очистки, чтобы подготовить ее поверхность к цинкованию; это обезжиривание, травление и флюсование. Обезжиривание используется для удаления грязи, масла и других органических остатков; слабая кислотная ванна или травление травят сталь и удаляют прокатную окалину и оксид железа; а флюсование дополнительно удаляет любые оксиды и покрывает сталь защитным слоем, который предотвращает образование дополнительных оксидов на поверхности стали перед цинкованием.

Рис. 2. Горячее цинкование состоит из последовательности этапов.

После завершения процесса очистки и высыхания конструкции ее можно погрузить в ванну с расплавленным цинком. Расплавленный цинк течет внутри и вокруг железного или стального предмета, тщательно покрывая его и защищая все поверхности. Затем материал с покрытием вынимают из ванны и сушат на воздухе перед проверкой.

Холодное цинкование

Холодное цинкование — это просто нанесение краски с высоким содержанием цинка на поверхность стального элемента для защиты его от коррозии. Таким образом, термин «холодное цинкование» считается неправильным среди некоторых специалистов в области покрытий.

Цинковые краски можно наносить кистями, валиками, краскопультами и т.п. Покрытия можно также наносить методом электрогальванизации. Краски с высоким содержанием цинка, используемые при холодном цинковании, отличаются от обычных покрытий наличием связующего соединения. Эти связующие вещества позволяют цинку механически связываться со сталью, обеспечивая эффективный уровень защиты.

Как и горячее цинкование погружением, холодное цинкование может обеспечить барьерную защиту, а также некоторую степень катодной защиты. Однако цинковая пыль, присутствующая в краске или покрытии, должна быть в достаточно высоких концентрациях, чтобы способствовать электропроводности между сталью и цинком.

Рисунок 3. Видео о холодном цинковании.

Подготовка поверхности, необходимая для нанесения покрытий с высоким содержанием цинка, менее требовательна, чем методы горячего погружения. Перед началом работ по нанесению покрытий поверхность стали должна быть чистой и сухой. Обычно проволочная щетка сначала используется для удаления ржавчины или любых других продуктов коррозии, которые могут присутствовать. Грязь, жир, химикаты и другие органические соединения также должны быть удалены соответствующим образом. После подготовки поверхности на нее наносится необходимое количество слоев цинкового покрытия.

Сравнение горячего и холодного цинкования

Хотя горячее и холодное цинкование служат схожим целям, их способ применения и эффективность значительно различаются. Холодное цинкование, к сожалению, не обеспечивает такого же уровня защиты, как его аналог горячего погружения. Поскольку холодное цинкование представляет собой просто покрытие, оно не может связываться с металлом на химическом уровне и, как таковое, не обладает такой же долговечностью, стойкостью к истиранию и возможностями катодной защиты, как горячее цинкование.

Хотя холодное цинкование не соответствует характеристикам горячего цинкования погружением, оно имеет свои преимущества.