Технология цинкования металла: как это работает и какие методы применяются

Содержание:

• Гальваническое цинкование металла
• Технология горячего цинкования металла
• Технология холодного цинкования металла
• Сравнение технологий цинкования

Цинкование представляет собой метод анодной защиты металлических поверхностей, при котором на обрабатываемый материал наносится слой цинка, обладающий более низким электродным потенциалом. Данный подход широко применяется в промышленности для предотвращения коррозионных процессов и увеличения срока службы металлических изделий. Выбор конкретной технологии цинкования зависит от характеристик обрабатываемого изделия и будущих условий эксплуатации. В данной статье мы рассмотрим основные разновидности и технологические особенности процесса цинкования.

Гальваническое цинкование металла

Гальваническое цинкование является одним из наиболее востребованных методов защиты металла. Данная технология базируется на электрохимических процессах, протекающих в специализированном барабане. В результате обработки формируется покрытие толщиной 10-20 мкм различных оттенков: белого, голубого, радужного или матово-белого цвета. Из-за незначительной толщины такое покрытие чаще используется в декоративных целях.

К преимуществам гальванизации относятся:

• Равномерность нанесения защитного слоя
• Высокие декоративные характеристики
• Сохранение точных размеров изделия
• Значительная производительность метода

Однако метод имеет и недостатки: недостаточная устойчивость к коррозионным процессам и повышенный риск водородного охрупчивания металла вследствие анодирования.

Основная сфера применения гальванического цинкования – обработка крепежных элементов, стальных сеток и гвоздей. Популярность данного метода обусловлена экономичностью процесса, высокой производительностью оборудования и достаточным уровнем антикоррозионной защиты для крепежных изделий.

Технология электролитического цинкования основана на процессе электролиза. Суть процедуры заключается в погружении стальных деталей в ванну с электролитом и чистым цинком, после чего к компонентам подводится электрический ток через электроды. Цинк, выступающий в роли анода, размещается в специальных сетчатых контейнерах в форме шаров, пластин или других конфигураций.

В ходе электролиза происходит растворение цинкового анода, а его ионы оседают на поверхности стальной детали, формируя защитное покрытие толщиной от 4 до 20 мкм. Растворение анода происходит благодаря пропусканию электрического тока с катодной плотностью 1-5 А/дм².

Гальваническое цинкование может осуществляться тремя способами: щелочным, цианидным и кислотным. Наибольшее распространение получила технология цинкования в слабокислых электролитах, обеспечивающая привлекательный внешний вид покрытия и высокую степень укрываемости. Данный метод также снижает водородную хрупкость углеродистых и легированных сталей.

Гальванизация позволяет обрабатывать изделия из чугуна и стали сложной конфигурации. Технологический процесс предусматривает несколько этапов: предварительную очистку поверхности от загрязнений, смазки, коррозии и окалины, нанесение цинкового слоя, осветление покрытия (травление в слабом растворе азотной кислоты) и пассивацию. Последний этап повышает устойчивость покрытия к воздействию окружающей среды и улучшает его декоративные свойства, придавая блеск и необходимый оттенок.

Технология горячего цинкования металла

Метод горячего цинкования обладает рядом существенных преимуществ перед другими способами защиты металлических поверхностей:

• Возможность обработки изделий сложной геометрической формы, включая трубы
• Способность к самовосстановлению при механических повреждениях покрытия
• Исключительная устойчивость к воздействию жидких сред (в 6 раз выше по сравнению с другими методами)
• Устранение поверхностных дефектов обрабатываемых изделий (пор, раковин)

Горячее цинкование обеспечивает долговечную защиту, что делает эксплуатацию таких изделий экономически выгодной. Обработанные поверхности не требуют регулярного окрашивания или дополнительной защиты, что особенно важно для элементов, расположенных в труднодоступных местах – под землей, внутри стен и т.д.

Однако данная технология имеет и ограничения. Главный недостаток связан с размерами обрабатываемых изделий, которые ограничены габаритами ванны для погружения. На крупных производствах эту проблему решают с помощью агрегатов непрерывного горячего цинкования (АНГЦ).

Процесс горячего цинкования включает два основных этапа:

1. Подготовка изделия к обработке
2. Погружение изделия в расплавленный цинк с последующим обволакиванием металла защитным слоем

Технология регламентируется ГОСТ 9.307-89, который предписывает тщательную подготовку поверхности перед нанесением покрытия. Подготовительный этап состоит из следующих операций:

• Механическая обработка для удаления загрязнений, окислов, ржавчины и шлаков
• Обезжиривание поверхности специальными химическими реагентами
• Промывка после обезжиривания
• Травление проблемных участков
• Промывка после травления
• Флюсование поверхности
• Окончательная просушка

Согласно стандарту, необходимо удалять все острые кромки и углы механическим способом, например, с использованием пескоструйных установок. Для обезжиривания применяются специальные химические составы, перечень которых приведен в соответствующем ГОСТе.

Окисленные участки или старое цинковое покрытие удаляются методом травления с применением соляной кислоты при комнатной температуре. Концентрация кислоты подбирается в зависимости от степени загрязнения поверхности. После травления изделие тщательно промывают для удаления остатков химических реагентов.

Флюсование материала предотвращает окислительные процессы на поверхности и улучшает адгезию наносимого покрытия с металлом. Данная операция выполняется при температуре +60°C путем нанесения тонкого слоя флюса, состоящего из хлорида аммония и цинка, смешанных с водой в пропорции 500 г на 1 литр.

Для горячего цинкования используется специализированное оборудование: линии горячего цинкования или емкости с расплавленным цинком. При использовании метода погружения необходимо поддерживать определенную температуру расплава – обычно в диапазоне +420...+455°C, в зависимости от размеров обрабатываемого изделия.

При организации производственного участка для горячего цинкования необходимо соблюдать следующие требования:

• Наличие мощной вытяжной системы для удаления образующихся паров
• Автоматическое регулирование скорости погружения и времени выдержки изделия в расплаве
• Обеспечение качественного охлаждения обработанного изделия

Процесс обработки метизов горячим цинкованием включает следующие этапы:

1. Погружение заготовки в цинковый расплав
2. Выдержка в течение 4-10 минут
3. Извлечение заготовки (скорость извлечения влияет на толщину формируемого покрытия)
4. Охлаждение естественным или принудительным способом

Технология холодного цинкования металла

В некоторых случаях метод холодного нанесения цинкового покрытия оказывается предпочтительнее горячего. Основные преимущества холодной защиты металлов включают:

• Высокий уровень адгезии, обеспечивающий хорошее сцепление лакокрасочных материалов с оцинкованной поверхностью
• Отсутствие ограничений по геометрической форме обрабатываемых изделий
• Минимальные затраты на предварительную обработку
• Возможность проведения сварочных работ на оцинкованных поверхностях
• Простота нанесения с использованием малярного валика, кисти или распылителя
• Возможность выполнения работ непосредственно на месте без демонтажа конструкций

Дополнительным преимуществом является возможность нанесения защитного состава при температуре от -20 до +40°C. Главный недостаток метода – относительно невысокая стойкость к механическим повреждениям. Однако этот минус компенсируется возможностью локального восстановления защитного покрытия.

Технология холодного цинкования регламентируется ГОСТ 9.305-84, описывающим структуру и свойства антикоррозионных составов. Согласно стандарту, холодные составы для цинкования применимы практически ко всем металлам, за исключением магниевых сплавов и высокопрочных сталей.

Процесс холодного цинкования, как и другие методы, требует тщательной предварительной подготовки поверхности. Технологический процесс включает следующие этапы:

1. Удаление загрязнений, следов закоксованности и солей путем смыва с поверхности
2. Очистка гидроабразивным, гидродинамическим или абразивоструйным методом для придания поверхности определенной шероховатости и устранения окалины и ржавчины
3. Просушивание поверхности после водной обработки
4. Финишная механическая очистка с удалением заусенцев, сварочных брызг, острых кромок и углов
5. Обеспыливание поверхности с помощью сжатого воздуха под высоким давлением

После завершения подготовительных работ и проверки качества очистки приступают к нанесению специального состава для холодного цинкования. При этом необходимо соблюдать температурный режим, указанный производителем в инструкции. Важное условие: температура обрабатываемой поверхности должна быть минимум на 3 градуса выше точки росы, чтобы избежать конденсации влаги, которая может существенно снизить качество защитного покрытия.

Холодное цинкование особенно эффективно для защиты металлоконструкций, эксплуатируемых в агрессивных средах, где требуется периодическое обновление защитного слоя. Этот метод также идеально подходит для ремонтных работ и локального восстановления поврежденных участков оцинкованных поверхностей.

Сравнение технологий цинкования и выбор оптимального метода

При выборе технологии цинкования необходимо учитывать ряд факторов: условия эксплуатации изделия, требуемый срок службы покрытия, экономическую целесообразность и технические возможности производства.

Гальваническое цинкование оптимально для мелких деталей, где важны точность размеров и декоративный вид. Этот метод экономически выгоден при массовом производстве крепежных элементов и метизов.

Горячее цинкование обеспечивает наиболее долговечную защиту и рекомендуется для изделий, эксплуатируемых в агрессивных средах или труднодоступных местах. Особенно эффективен этот метод для защиты крупногабаритных конструкций, металлических ограждений, труб и резервуаров.

Холодное цинкование предпочтительно в случаях, когда невозможно применить другие методы из-за размеров или местоположения конструкции. Этот метод незаменим при проведении ремонтных работ и защите сварных швов на оцинкованных поверхностях.

Независимо от выбранного метода цинкования, качество защитного покрытия во многом определяется тщательностью предварительной подготовки поверхности. Даже самая совершенная технология не обеспечит должной защиты, если на поверхности металла останутся загрязнения, окислы или следы коррозии.

Правильный выбор технологии цинкования и соблюдение всех требований технологического процесса позволяют значительно продлить срок службы металлических изделий, снизить затраты на их обслуживание и ремонт, а также уменьшить риск аварийных ситуаций, связанных с коррозионным разрушением металлоконструкций.

В современной промышленности цинкование применяется для защиты широкого спектра изделий: от мелких крепежных элементов до масштабных металлоконструкций, от бытовых предметов до ответственных элементов инженерных сооружений. Универсальность этого метода, разнообразие технологических решений и постоянное совершенствование процессов обеспечивают цинкованию лидирующие позиции среди антикоррозионных покрытий.