Гальваническое, холодное и термодиффузионное цинкование

Дата публикации: 27.01.2020

Нанесение слоя цинка на металлические изделия и крепеж широко используется для повышения их антикоррозийных свойств. Также цинковое покрытие увеличивает срок службы металла, придает ему эстетичный цвет.

Сегодня широко применяется три метода цинкования металла, которые обеспечивают защиту метизов без изменения исходных свойств материала:

• Горячее
• Гальваническое
• Термодиффузионное

Независимо от выбранной методики цинкования, металлическое изделие проходит ряд подготовительных мероприятий:

• Удаление жировой пленки с поверхности при помощи кислот или щелочей
• Очистка от загрязнений
• Удаление ржавчины или окалины
• Флюсование или повышение параметров смачивания верхнего слоя метиза
• Высушивание поверхности металла
• Определение качества полученного цинкового слоя

Цинкованием называется процесс покрытия поверхности металлических предметов цинковым слоем с целью предохранения от окисления под воздействием влаги и воздуха. Оцинкованию подвергают стальные и железные изделия. Горячее цинкование выполняется путем погружения предметов в ванну с раскаленным до высокой (почти 450°С) температуры цинком. Это простой и экономичный способ, который эффективно защищает металл от коррозии.

При высоких температурах цинкование происходит быстро, при вынимании предметов из ванны на них уже образовано покрытие, но до полного остывания меняется внутренняя структура металла. Срок оцинкованных таким методом изделий составляет более 50 лет. Горячее цинкование не только защищает от ржавчины, но и повышает сопротивление износу, улучшает внешний вид, увеличивает выносливость изделия.

Метод гальванического цинкования

Давайте немного поговорим о методе – гальваническое цинкование. Этот метод считается наиболее распространенным. Химический процесс гальванического цинкования называется – электролиз. Суть метода в том, что в подготовленную ванночку с электролитом опускают стальную делать и платину из цинка, дальше в ванну проводят ток и при постоянном токе происходит процесс электролиза. Под действием тока, анодная пластина из цинка распадается на мелкие ионы, которые попадают на поверхность стальной детали, за счет этого происходит формирование гальванического покрытия. Толщина такого покрытия может варьироваться от 5 до 25 мкм.

Внешне изделия, покрытые методом гальванической оцинковке, имеют привлекательный вид с блеском, но одним из минусов считается небольшая стойкость к адгезии. За счет того, что происходит массовая оцинковка данным методом, поверхность крепежа может иметь масляную пленку, которая ухудшает цинковое покрытие, а так же негативно влияет на нанесения покрытия при увеличении расстояния между ними. В качестве электролита при гальваническом методе покрытия используются:

• Цианидные ванны. Такие ванны имеют в составе цианид натрия, что является очень токсичным веществом. При добавлении в состав ванн цианида, изделия получают свойства высокой эффективности покрытия, хорошая текучесть, за счет нее можно обработать даже самые сложные изделия, которые имеют множество граней, а так же при помощи такой ванны можно создать больше покрытий, чем в других. Самым значительным минусов считается, что цианид опасное вещество для окружающей среды и человека, а так же стальные изделия становятся хрупкими, что снижает прочность высокопрочной стали.
• Щелочные ванны. Такие ванны содержат не более 2 граммов оксида цинка, а так же не более 20 грамм натрия на 1 литр химического раствора. Значительным плюсом по-сравнению с цианидными ваннами, можно назвать большую безопасность для окружающей среды. Так же ванны из щелочи, имеют ограничения, в таких ваннах можно оцинковывать только стальной крепеж, процесс нагревания происходит до 30 градусов, так же стальные изделия становятся более хрупкими, за счет этого внешний вид утрачивает свой блеск и изящность.
• Кислотные ванны. Наиболее внимательно стоит рассмотреть кислотные ванны с низким содержанием кислот, что позволяет изделиям выглядеть привлекательнее, а поверхности быть полностью покрытой цинком. Так же значительным плюсом можно отнести стойкость стали к хрупкости при нанесении цинкового слоя для изделий, которые имеют многогранность. Поэтому данный метод применим к чугуну, а так же к сплаву из алюминия и меди. Наиболее часто данный метод позволяет изготовить изделия, который имеют разноцветный внешний вид и применяется для декора фасадов и конструкций.

Для того, чтобы все изделия имели привлекательный внешний вид, поверхность стали необходимо хорошо обработать. Перед оцинковкой, все листы стали проходят предварительную очистку от неровностей или следов коррозии. После происходит процесс оцинковки. Для закрепления результата, изделия осветляют за счет нанесения азотной кислоты, а так же хроматированием, чтобы изделия служили дольше. Дополнительное покрытие – называется пассивацией, которая может быть разных цветов: ярко-желтой, белой или с голубым отливом, а так же может быть черной. Но стоит быть острожным с такими покрытиями, так как на большинстве предприятий производящих метизы и крепеж, используют ядовитые вещества (шестивалентный хром) в виде пленки. Стоит обратить внимание, что такие покрытия теряют стойкость к коррозии при повышении температуры более 100 градусов. С 2007 года такие пленки из хрома является запрещенным в широкой линейке крепежа для автомобилей.

С течением времени, такие опасные пленки были заменены на хромитные (трехвалентный), без содержания опасного хрома, которые решили множество проблем. С недавних пор, такой крепеж стали использовать в автомобильном производстве, так как он стал более защищенным от влияния окружающей среды, но не решил всех проблем. За счет того, что при обработке стали для нанесения цинкового покрытия при помощи разных ванн, применяются опасные химические вещества, которые негативно влияют на окружающую среду. Поэтому производствам, которые занимаются оцинковкой гальваническим методом необходимо непрерывно вести разработку и усовершенствование системы защиты окружающей среды от попадания вредных химических веществ, которые используются при электролизации. На данные сооружения предприятия отчисляют большие суммы, которые влияют на стоимость крепежа.

Не смотря на это, гальванический метод самый часто используемый метод для оцинковки крепежа, так как это наработанная схема, изделия которой пользуются высоким спросом. Гальванические ванны постоянно усовершенствуются, за счет появления новых технологий и разработок, что позволяет наносить цинковое покрытие на резьбу, а так же имеет привлекательный внешний вид. Негативными факторами можно назвать то, что при электролизации сталь становится более хрупкой, что делает невозможным использование этого метода для высокопрочной стали.

Требования к защитному слою

К покрытию предъявляются строгие требования. ГОСТ предусматривает отсутствие следующих дефектов на поверхности деталей после термодиффузионного цинкования:

• отслоений;
• трещин;
• пригоревших остатков;
• пустот;
• раковин;
• сторонних вкраплений;
• отсутствия покрытия.

В современных условия этот вид антикоррозионной защиты считается эффективным и экономически целесообразным.

Метод горячей оцинковки

Метод горячей оцинковки производится в несколько этапов: 1. Сначала металл обезжиривают, промывают в специальных растворах, а так же травят в кислотном растворе и снова моют. 2. Подготавливают керамическую ванну с расплавленным цинком, температура которого достигает до 465 градусов, в которую окунают изделия в специально подготовленном барабане. 3. Барабан вращательными движения прокручивают, за счет этого горячий цинк равномерно распространяется по крепежу, что гарантирует наибольшее заполнение даже самых маленьких щелей. 4. После всего вышеописанного, барабан убирают из ванны и убирают лишний цинк.

Одной из отрицательных сторон данного метода – это то, что резьба не сохраняется и ее необходимо прокручивать заново. При этом, стойкость к коррозии таких изделий значительно снижается. Не смотря на это гайки, которые не имею покрытия, зачастую применяются совместно с болтами или шпилькой, которая горячеоцинкованная, благодаря такой системе, значительно снижается возможность разрыва изделия при установке, а так же покрытие будет более надежное, если гайка и болт будет не более чем на 2 мм дальше друг от друга. Такое возможно из-за того, что, к железу, цинк имеет более высокую анодность. Если же вы решите совместить крепеж, обработанный разными методами, то он долго не прослужит и покрытие быстро сотрется и изделие станет не защищенным от коррозии и потеряет свои свойства.

Наиболее непривлекательным моментом можно назвать высокую стоимость изделий, так как стоимость значительно выше стоимости при нанесении покрытия гальваническим методом, приблизительно на 30%. Стоимость выше за счет того, что по технологическому процессу емкости необходимо всегда поддерживать на высоких температурах, без возможности снизить температуру, когда цинкование не производится. Так же перед началом горячей оцинковки необходимо обработать резьбу, чтобы обеспечить припуск для цинка и исключить появления лишнего цинка. Допустимая норма цинка 40-60 мкм, из-за этого метод гальванического цинкования используют только для изделий с диаметром более 8 мм, так как резьба слишком маленькая. Метод горячей оцинковки не применяется в декоративных целях, так как цвет преобладает серых оттенков. Крепеж, который оцинковывается методом горячей оцинковки, не используется при строительстве автомобилей и рабочих машин.

Метод горячей оцинковки имеет свой особенности, которые подходят для определенного вида крепежа: гвозди, изделия из проволоки, потому что данный метод имеет погрешности при нанесении резьбы.

Общие сведения и назначение

Стальные изделия подвержены коррозии, особенно если речь идет о применении в условиях высокой влажности. Оцинкованная стальная деталь надежно защищена от коррозии. Покрытие вместе с металлом образует гальваническую пару, где цинк по сравнению со сталью имеет большую степень электроотрицательного заряда

. Соответственно, коррозии подвергается цинк, а реакции стали практически отсутствуют. Антикоррозийная защита металла будет держаться, пока цинковое покрытие не разрушится.

Существует несколько технологий цинкования. Некоторые технологии допускают оцинковку своими руками с получением приемлемого по качеству результата.

Метод термодиффузионного цинкования

Термодиффузионное цинкование широко применяется при обработке стали и имеет свои преимущества и недостатки, как и другие методы. Для данного метода цинкования, применяются специальные колбы, которые полностью изолированы от окружающего мира и не производят испарения, что позволяет производствам, значительно экономить средства. Технологический процесс применяет повышенные температуры вплоть до 4500 градусов, за счет которой изделия закаляются и не подвержены разрушению или ломкости, поэтому таким методом можно обрабатывать и изделия из высокопрочной стали. Имеют улучшенную стойкость к влиянию окружающей среды.

При применении метода термодиффузионного цинкования толщина цинкового покрытия достигает 50 мкм, что значительно выше, чем у гальванического метода. Стоит обратить внимание, что срок службы при соприкосновении с морской водой составляет около 15 лет. Так же стоит учесть, что покрытие может быть любой толщины, в зависимости от выдержки в специальной печи.

Положительно характеризует данный метод то, что при нанесении покрытия, цинк распределяется равномерно без подтеков, что позволяет покрывать данным методом сложный крепеж, который имеет много граней, а так же он отлично заполняет щели, полости в изделии. Для данного метода нет необходимости подготавливать изделия при помощи растворов, травления кислотой, чтобы не появилось высокое содержания водорода, что может привести к хрупкости, которую нельзя допустить для высокопрочного крепежа.

К отрицательным свойствам данного метода, можно отнести несколько особенностей, которые заключаются в том, что изделия покрытые данным методом нельзя использовать в декоративном плане, так как при термодиффузионном методе изделия приобретают темный непривлекательный цвет. Данный крепеж используется в конструкциях, которые несут существенные нагрузки, поэтому цвет зачастую неважен. Данный метод еще недавно не позволял изготовить сразу большие партии изделий, так как формы для оцинковки имели небольшие габариты, но сейчас уже изобретены большие формы, которые способны производить до 1 тонны крепежа единоразово.

При разработке данного метода была создана специальная система защиты от цинковой пыли. За счет специальных колб, которые не выпускают созданную цинковую пыль, данный метод считается наиболее защищенным и экологичным, по-сравнению с другими методами. Данная технология была описана и разработана в методе «Шерардайзинга».

Особенности данного метода заключается в том, что стальную поверхность сначала очищают от излишков металла и пыли, после чего частицы цинка начинают оцинковывать поверхность за счет соприкосновения с поверхностью железа и легирующими элементами, которая под воздействием высоких температур создает защитное покрытие. Полученное покрытие при помощи напыления закрепляется по всей поверхности изделия, включая резьбу, пробу.

При нанесении цинкового покрытия происходит диффузия цинка, которая влияет на заполнение повреждений в цинке при повреждении, такие повреждения могут влиять на увеличения напряжения, которое может сильно повлиять на деформацию крепежа из высокопрочной стали. Для создания такого процесса «заживления» необходимо, чтобы произошло взаимодействие между атомами цинка и стали. Для создания такой возможности, перед нанесением покрытия, необходимо произвести полную очистку металла, который будет цинковаться, а так же подготовить специальный раствор, изолируют короб, в котором будут производить восстановление. Такой процесс проходит при температурном режиме от 370 до 600 градусов, что значительно ускоряет диффузию и восстановительные свойства детали. Стоит обратить внимание, что такие созданные свойства влияют на покрытие и делают его ненадежным, что приводит к хрупкости металла и возникновению коррозии за непродолжительное время. Цинковые покрытия стоит наносить при средних температурах до 420 градусов. Так как за счет диффузии цинк занимает 1/3 толщины покрытия, что показывает на высокую стойкость к адгезии, а так же хорошую защиту от появления коррозии.

Толщина покрытия при термодиффузионном методе составляет от 25 до 110 мкм, это главное отличие данного метода, так как при термодиффузионном покрытии необходимо соблюдать четкие пропорции для толщины. Такие методом цинкуются маленькие шайбы и маленькие гайки, винты, которые имеют маленькую резьбу, которые защищены от влияния коррозии, а так же подходит для высокопрочного крепежа.

Стоимость таких изделий значительно ниже, чем при нанесении цинка при помощи других методов. На цену влияет отсутствие опасных для здоровья человека и окружающей среды отходов, что позволяет экономить средства на строительство и разработку технологий по защите окружающей среды.

Большим недостатком считается, что данные изделия получаются непривлекательными, не блестят и не могут служить декоративными элементами, но за счет дополнительного сплава, данный минус можно доработать и дополнить.

Термодиффузионный метод используется для нанесения покрытия в широкой сфере производства, промышленности, в машиностроении, где не применяются другие методы цинкования. Так же данный метод цинкования отлично применяется при строительстве больших сооружений, которые несут значительные нагрузки и для них важна надежная защита от коррозии, а так же стойкость к водородной хрупкости и т.п.

Сфера использования

Этот способ обработки создает однородный слой даже в труднодоступных местах. Микронная толщина слоя позволяет обрабатывать мелкие детали. Термодиффузионному цинкованию подвергают:

• арматуру для нефтяной, газовой, строительной и железнодорожной отраслей;
• ограждения мостов, дорог;
• метизы;
• мебельную фурнитуру;
• фитинги;
• конструкции ЛЭП;
• элементы автомобилей.

Метод механического цинкования

Механическое цинкование происходит при помощи водного раствора, в который опускают детали со стеклянными изделиями в виде шаров, а так же цинковый раствор. Данные растворы опускаются в специальный барабан или колоколообразный сосуд, который осуществляет вращательные движения. Стеклянные шары служат неким посредником, которые помогают цинковому раствору распространить цинк по всей поверхности изделия. Получившийся слой бывает двух типов:

• Тонкий слой до 10 мкм;
• Толстый слой до 20 мкм.

Раствор не подвергается повышенным температурам и весь процесс осуществляется при обычной температуре, что позволяет экономить бюджет.

Данный метод так же хорош, как и термодиффузионный метод, за счет того, что не происходит влияние на сталь, и она не становится хрупкой. Данный метод позволяет создать изделия, которые имеют отличные внешний вид и служат декоративными элементами при сборке мебели и фурнитуры. Срок эксплуатации таких изделий не более 2 лет, что очень незначительно. Поэтому данный метод оцинковки не применяется для изделий, которые будут установлены на производстве, машиностроении и т.п., так как они не будут обладать нужными свойствами.

Такие крепежные изделий покрытые методом механической оцинковки предназначены только для декоративной цели, поэтому изделия не имеют антикоррозионной защиты от появления ржавчины. Стоимость таких изделий самая привлекательная, так как нет затрат на сложные технические процессы, электроэнергию и нет необходимости беспокойства об окружающей среде и парах, которые попадают в воздух, воду. Данный метод применяется в небольших цехах.

Технология процесса

Термодиффузионное цинкование технологический процесс которого разбит на шесть последовательных операций. Строгое следование по маршруту залог получения качественного результата.

• Подготовительный. На этапе подготовки детали подвергаются пескоструйной или ультразвуковой очистке от окалины, ржавчины. Удаление жировых загрязнений осуществляется ацетоном. Если деталь имеет большие размеры возможна дробеструйная обработка.
• Загрузка контейнера. Очищенные и высушенные детали помещаются в герметичный контейнер. Для насыщения внутреннего объема цинком и водородом добавляется насыщающая смесь. Большой популярностью пользуется «Левикор». От количества смеси зависит толщина слоя покрытия. После тщательного перемешивания контейнеры герметизируются и помещаются в печь.
• Процесс насыщения. Температура процесса насыщения зависит от типа сплава и его марки. В среднем процесс длится 60–90 минут. В течение всего времени нагревающая установка вращается, обеспечивая перемешивание деталей с насыщающей смесью.
• Выгрузка и очистка. После окончания процесса насыщения производится выгрузка деталей. Удаление остатков насыщающей смеси.
• Пассивирование. Эта операция предназначена для защиты покрытия от окислительного воздействия воздушной среды. Изделия, предназначенные для окрашивания, подвергаются обработке однократно. Те, что не окрашиваются, обрабатываются два раза. После каждого пассивирования следует промывка.
• Сушка. Во время сушки удаляется влага, и детали остывают.

Это обусловлено стабильными защитными свойствами и эксплуатационными характеристиками обработанных изделий.

Особенности технологии и сфера применения

Данный способ обработки обеспечивает металлоконструкциям надежную антикоррозийную защиту, а также предупреждает преждевременный износ металла, как следствие – позволяет увеличить срок службы. В основе методики лежит процесс диффузии молекул металла, проводимый при температуре от 400 до 470 °С. За счет этого в поверхностный слой конструкции диффузируют молекулы легирующего вещества – цинка. Особенности процесса термодиффузии прописаны в профильном стандарте – ГОСТ Р 9.316-2006.

Применение данной технологии позволяет создать на поверхности металлоконструкций равномерный цинковый слой. Главной особенностью метода выступает то, что слой цинка является однородным даже на труднодоступных участках обрабатываемой детали (полости, отверстия и т.д.).

Технологию термодиффузии обычно применяют для обработки следующих конструкций и деталей:

• Оградительные конструкции для мостов и дорог;
• Фурнитура, которая используется в мебельной промышленности;
• Арматура, используемая в нефтегазовой промышленности;
• Арматура, которую используют для укрепления железнодорожных полотен;
• Элементы трубопроводов, используемых при создании инженерных коммуникаций и арматура, которую используют в сфере строительства;
• Элементы конструкций линий электропередач;
• Отдельные детали автотранспортных средств.

С помощью термодиффузионного цинкования на металлоконструкциях удается создавать слой цинка минимальной толщины. Поэтому данной обработке допускается подвергать изделия, имеющие незначительные габариты.

Стоит отметить, что обработка деталей при максимальном повышении температуры (до 470 °С) приводит к увеличению интенсивности процесса термодиффузии молекул цинка. Поэтому покрытие не приобретает необходимые эксплуатационные характеристики. Такое покрытие характеризуется низким уровнем антикоррозийной защиты, высокой хрупкостью и высоким уровнем отслаивания цинкового слоя.

Для создания цинкового покрытия необходимой толщины, которое будет обладать высокими защитными свойствами, важно провести ряд дополнительных мероприятий:

• Перед обработкой поверхность металла следует тщательно очистить;
• Нужно создать абсолютную герметичность контейнера, в котором проводится термодиффузионное цинкование;
• В герметичном боксе следует создать инертную и восстановительную среду, поскольку в окислительной среде наносить цинковое покрытие нельзя.

В процессе нанесения цинкового покрытия целесообразно дополнительно добавлять в рабочую среду активаторы (специальные флюсующие элементы).

Горячее цинкование

Цинковое покрытие является защитным, а не декоративным.

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. 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).

Повышенные требования к внешнему виду цинкового покрытия должны быть, установлены при открытии заказа, и заложены дополнительно в цену изделия.

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:

• Повышенная толщина образующегося цинкового покрытия.
• Разная толщина цинкового покрытия.
• Повышенное образование гард-цинка.
• Пониженная адгезия цинкового покрытия к металлу.
• Пониженная плотность цинкового слоя.
• Внешний вид покрытия (отсутствие блеска, неровности, потеки, серый цвет).

Не допускайте хранения изделий в полиэтиленовой плёнке на длительный срок.

Историческая справка

В 1742 году Поль Жак Малуэн описал способ защиты железа от коррозии погружением детали в расплавленный цинк.

В 1836 году Станислас Сорель получил патент на технологический процесс горячего цинкования: деталь очищается, обезжиривается, протравливается, покрывается флюсом и погружается в ванну с расплавленным цинком. Этот способ используется уже более 180

лет, имеются детали которые уже более180 лет защищены горячим цинком. ГОСТ 9.307 регламентирует данный технологический процесс в нашей стране и даёт полное изложение получения, методику контроля покрытия и допустимые параметры.

Горячий цинк и Холодный цинк

На рынке есть опоры по очень приятный цене, но в описании указано, что они защищены от коррозии методом «холодного цинкования». Что это такое?

– одно из наиболее популярных антикоррозийных средств по металлу на современном рынке отделочных материалов. Не секрет, что цинкование является самым долговечным методом защиты металла от коррозии. Однако провести его традиционными способами не всегда является возможным. Все-таки и «горячий» метод, и способ электрохимического осаждения доступны только в промышленных условиях. Именно поэтому «холодное» цинкование с применением цинковой краски является столь популярным.

Итак, это краска с наполнением цинковым порошком. У неё есть существенное преимущество — цена покрытия.

Твердость

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 (кто кого царапает)

Понятно, что любая краска гораздо менее твердая, чем цинк

Адгезия (прилипание)

И горячий и холодный цинк наносится на подготовленную поверхность. От качества подготовки поверхности зависит прочность покрытия, это всем известно. Лакокрасочное покрытие нужно обновлять через 1-3 года для уличных изделий. Оно теряет защитные свойства: стирается и отшелушивается от старости, сырости, и механических повреждений. Это известно каждому, у кого есть что-нибудь окрашенное на улице.

Оцинковка по ГОСТ «Горячий цинк» образует на поверхности цинковый припой

, который обеспечивает: —барьерную защиту простой изоляцией стали от воздействия электролитов из окружающей среды (как краска). Цинк чрезвычайно плотный и непроницаемый материал, счистить его с поверхности можно только с помощью напильника, желательна — «болгарка» —катодную защиту . Это означает, что цинк сначала будет корродировать сам, защищая этим лежащий под ним металл. Это происходит в соответствии с так называемым «гальваническим рядом металлов» при наличии идеального гальванического контакта цинк-сталь. Катодная защита стали цинком обеспечивается даже тогда, когда повреждение цинкового покрытия на стали до «голой» стали достигает 5-6 мм: никакой коррозии стали не начинается, пока она не «съест» окружающий цинк.

Длительность защиты

Специалисты нашей компании для получения цинкового покрытия высокого качества используют современное оборудование немецко-австрийской фирмы KVK KOERNER и чешской компании EKOMOR. Процесс обработки проводится в несколько этапов:

• Очистка конструкции при помощи механического, химического или ультразвукового воздействия. На нашем предприятии для этих целей применяют пескоструйное, дробеметное и ультразвуковое оборудование.
• Помещение изделий в рабочий бокс (контейнер), в который впоследствии добавляют цинкосодержащий порошок.
• Герметизация рабочего контейнера, создание и поддержание внутри бокса требуемой температуры (на уровне 450 °C). В зависимости от величины обрабатываемой площади и заданной толщины цинкового слоя детали содержат в боксе от 1 до 4 часов. В течение этого времени молекулы цинка испаряются и проникают в кристаллическую решетку металлической поверхности изделия.
• Обработанные детали извлекают из бокса, с их поверхности удаляют остатки частиц порошка, а затем моют.
• Для придания деталям декоративных свойств их подвергают пассивации.

Достоинства и недостатки технологии

Термодиффузионный метод обработки металла, в отличие от других технологий, имеет ряд очевидных преимуществ:

• Цинковое покрытие ложится равномерно, а поверхность приобретает хорошую адгезию и стабильные защитные качества.
• Технология является экономически выгодной, поскольку для ее применения не нужны крупные производственные площади, а затраты на электричество и трудозатраты минимальные.
• Поскольку диффузионная обработка проката проводится в герметичных боксах, эта технология характеризуется химической и токсической безопасностью, а также является экологически чистой. Более того, рабочий процесс исключает вероятность получения специалистами термических ожогов.
• Очистка поверхности изделий после обработки слоем цинка осуществляется без применения кислот и прочих химически агрессивных составов.
• Есть возможность регулировать толщину цинкового покрытия, причем – в широком диапазоне в зависимости от установленных требований.
• Отходы, которые образуются при термодиффузионном цинковании, легко поддаются утилизации, которая проводится по стандартной схеме, исключая опасность для здоровья человека.
• Диффузионное цинкование металлических поверхностей проводится на оборудовании, которое характеризуется простотой в управлении и обслуживании.
• В отличие от других технологий, применяемых для обработки металлоконструкций цинком, термодиффузионное покрытие проводится при щадящей температуре.

Сравнительный анализ коррозионной стойкости

Несмотря на множество достоинств, данная технология также имеет некоторые недостатки, среди которых:

• Поверхность после обработки имеет неэстетичный серый цвет. Для повышения привлекательности покрытия на предварительно созданный слой цинка необходимо нанести дополнительный декоративный слой. Однако возможность нанесения декоративного слоя не предусмотрена требованиями действующих ГОСТов. Поэтому если декоративные свойства для оцинкованных деталей не выступают первостепенными, серый цвет изделия не считается недостатком.
• Технологию можно применять только в отношении изделий, размеры которых не ограничиваются объемом печи нагрева и не превышают габариты самого герметичного бокса.

Гальванический метод цинкования металла

В этом случае на заранее подготовленную поверхность изделия электролитическим способом наносится очень тонкий слой цинка. Метод позволяет наносить цинковый слой толщиной всего 5–40 мкм.

Защитные свойства цинкового слоя зависят главным образом от толщины этого слоя и равномерности его нанесения. Значения этих параметров выбираются исходя из условий использования обрабатываемого изделия. Различные методы цинкования металла дают различную толщину защитную покрытия в диапазоне от 5 мкм (гальванический метод) до 1,5 мм. Качество гальванической оцинковки во многом определяется применяемым при цинковании электролитом.

Защитные качества цинкового покрытия можно усилить, используя такие распространенные методы:

• Хроматирование (пассивирование). На поверхности заготовки создается хроматная пленка в результате воздействия хромовой кислоты и ее солей.
• Фосфатирование. Формирование фосфатной пленки на поверхности обрабатываемого металла осуществляется растворами солей фосфорной кислоты.
• Покраска. Наносить лакокрасочное покрытие на изделие лучше после обработки заготовки фосфатированием.

При промышленных масштабах производства оцинкованных изделий (металлических полос, листов и штрипсов) толщину защитного слоя, полученного гальваническим цинкованием, можно увеличить до 0,5 мм. Покрытие образуется в результате осаждения на поверхности заготовки (являющейся катодом) ионов цинка, выделяемых из электролита (водного цинкового раствора) под действием постоянного тока. Анодом должен служить материал из цинка, в процессе восполняющий запас этого вещества в растворе. Катодная плотность тока зависит от используемого режима и варьируется в пределах от 1 до 5 А/кв. дм.

Гальванический метод цинкования является самым распространенным среди остальных способов оцинковки благодаря своим преимуществам:

• высокая производительность операций;
• хорошая степень защиты обрабатываемых металлических изделий;
• низкая себестоимость обработки;
• обеспечение максимально равномерного покрытия и сохранение изначальной формы и размеров заготовки;
• возможность оцинковки форм любой сложности, в том числе пористых структур;
• допустимость декоративной оцинковки, создающей гладкие и привлекательные поверхности без необходимости дальнейшей обработки металла.

Имеются у метода и свои минусы, главный из которых – низкая степень сцепления цинкового покрытия с металлической поверхностью, из-за чего ее необходимо предварительно тщательно очищать. Кроме того, существует риск наводораживания металла обрабатываемого изделия, в результате повышается водородная хрупкость металла и ухудшается внешний вид продукции. Этот риск особенно высок при нарушении режимов гальванического цинкования. Другой значительный недостаток данного метода состоит в выделении вредных для окружающей среды веществ в процессе оцинковки. Поэтому ликвидация этих отходов является обязательным этапом.

Требования ГОСТ Р 9. 316-2006 к термодиффузионным цинковым покрытиям

Согласно требованиям настоящего нормативного акта, термодиффузионные покрытия из цинка, в зависимости от толщины слоя, относятся к разным классам, а именно:

• 1-й класс – от 6 до 9 мкм;
• 2-й класс – от 10 до 15 мкм;
• 3-й класс – от 16 до 20 мкм;
• 4-й класс – от 21 до 30 мкм;
• 5-й класс – от 40 до 50 мкм.

Однако толщина покрытия не ограничивается показателем в 50 мкм. Просто о большей толщине не упоминается в положениях ГОСТ. Поэтому по согласованию с изготовителем клиент может заказать обработку изделий цинковым покрытием требуемой толщины. Но в этом случае цинковое покрытие будет считаться нестандартным.

Представленный метод обработки металлоконструкций невозможно применять к деталям и изделиям, в которых присутствуют соединения, сделанные с помощью припоя или смол. Обработку таких изделий проводят, используя другие технологии.

Согласно требованиям настоящего ГОСТа, цинковое покрытие, нанесенное по этой технологии, не может иметь такие дефекты:

• Наросты, вздутия и отслоения;
• Раковины и различные пустоты;
• Присутствие инородных частиц;
• Участки без покрытия (даже при их минимальной площади);
• Остатки насыщающих смесей, которые невозможно смыть;
• Трещины и другие дефекты.

Цинкование покрытий по ГОСТу

В чертежах часто можно встретить аббревиатуры: ц6хр, ц9хр, ц12хр, ц15хр, ц18хр, бцв, прм, фос и прочие. Порой это вводит несведущих людей в легкое недоумение. Но после расшифровки все становится куда как понятнее. Разберем пример «ц6хр»:

• ц – цинкование, все предельно ясно;
• цифра – обозначает толщину слоя в микрометрах, в данном случае составляет 6 мкм;
• хр – указывает на необходимость хроматирования;
• бцв – может встречаться вместо «хр», расшифровывается как «бесцветный», нужна бесцветная пассивация;
• фос – фосфатирование;
• прм – пропитка маслом.

Как видите – ничего сложного. Мы работаем со всеми перечисленными видами нанесения. Наши специалисты готовы проконсультировать всех желающих, принять заказы.

Оборудование для термодиффузионного цинкования

Нанесение цинкового покрытия методом термодиффузии осуществляется на специализированном оборудовании.

Стандартная линия для обработки металлоконструкций цинком включает следующие виды оборудования:

• Отсыпные установки для реторт;
• Сушильные шкафы и печи проходного типа;
• Оборудование для фосфатной пассивации;
• Вспомогательные устройства и оснастка;
• Электронные контроллеры для измерения толщины цинкового слоя и раствора для пассивации;

Печное оборудование (боксы, контейнера или камеры с герметично закрывающейся крышкой), оснащенное стационарными или сменными ретортами, объем пространства для загрузки которых составляет до 600 кг.

Технические преимущества термодиффузионного цинкования

• Возможность выполнить покрытие любой толщины.
• Детали не склеиваются в отличие от горячего цинкования.
• Нет наплывов цинка в соединяющих местах и углублениях.
• Возможность дальнейшей обработки изделий пластификаторами, различными красками. Все виды красок отлично прилегают к термодиффузионному покрытию, практически исключены отслоение и вздутие красок. С двойным покрытием увеличивается срок службы изделий, что экономно.
• Экологическая чистота всего процесса при отсутствии обезжиривания изделий.
• Хорошая свариваемость. За пределами места сварочного шва цинк не выгорает, не ухудшается качество сварки и условия труда.
• У конструкций после термодиффузионного оцинкования при транспортировке покрытие не повреждается.

Процесс термодиффузионного цинкования придает изделиям оттенок, имитирующий цвет титана. Это диапазон оттенков от серебристо-серого до серого цвета. Толщина покрытия выполняется не менее 40 мкм в соответствии с 5 классом защиты по ГОСТ  Р 9.316-2006. По требованию клиента толщина покрытия может повыситься до 100 мкм.

Компания ГЮР-СТаль предлагает приобрести с нашего склада профильную оцинкованную трубу различного сортамента:

Специалисты компании ГЮР-Сталь бесплатно проконсультируют Вас по сортаменту и подберут нужный вид металлопроката, который будет соответствовать требованиям вашего проекта.

Стоимость и наличие доставки уточняйте у специалистов ГЮР-Сталь по тел: 8-499- 258-08-21 или оставьте Заявку прямо сейчас.

Метод горячего цинкования применяется для

• металлоформ, металлических построек, сооружений;
• телевизионных башен и радиотрансляционных мачт;
• строительных конструкций и материалов;
• конструктивных элементов мостов;
• осветительных столбов и мачт;
• монументальных сооружений;
• опор линий электропередач;
• дорожных ограждений;
• строительных лесов;
• антенных опор.

При выборе технологии горячего цинкования, в нагретый до +450°C раствор цинка опускается предварительно подготовленная деталь или крепеж. На поверхности метиза образуется тонкий слоя карбоната цинка, который оказывает защитное действие. Это очень простой и популярный способ защиты металла, который отлично подходит для изделий, предназначенных для эксплуатации в условиях перепада температур, повышенной влажности, воздействия реагентов.

Метизы, подвергшиеся горячему цинкованию, отличает:

• Серебристый или серый оттенок
• Незначительные шероховатости
• Крупные габариты
• Срок службы обработанного метиза — до 120 лет

Гальваническое цинкование

Для создания декоративного цинкового слоя, который имеет небольшие показатели сцепляемости с металлом, используют гальванический метод цинкования. Он представляет собой нанесение защитного слоя под воздействием электрических разрядов. Такой метод значительно дешевле, но он не гарантирует надежной защиты в случае обработки изделий сложной формы, резьбовых метизов. Нанесенный цинк при повторном использовании метиза может отслаиваться.

Металл, покрытый цинком гальваническим методом, выделяет:

• Голубовато-серый оттенок
• Гладкость поверхности
• При дополнительной пассивации — радужные переливы

Термодиффузионное цинкование

Самым современным и надежным методом цинкования сегодня считается термодиффузия. В процессе нанесения покрытия очищенный и подготовленный метиз подвергается нагреву в специальной печи с размещенным в ней контейнером с цинком. Постоянное вращение контейнера способствует однородному и равномерному проникновению молекул цинка в металл.

Оцинкованному термодиффузионным методом металлу характерны:

• Самая высокая степень защиты изделия
• Серый оттенок
• Однородная, матовая поверхность
• Отличная устойчивость к высоким температурам — защитный слой выдерживает нагревание до +370°C без изменения антикоррозийных свойств

Термодиффузионное цинкование идеально подходит для чугуна и всех видов стали. Его можно применять для деталей разной конфигурации, имеющих отверстия, изгибы, швы, резьбу. В процессе цинкования получают изделия с повышенными антикоррозийными свойствами, которые можно использовать в областях, где требуются составляющие с высоким классом прочности.

Горячее цинкование состоит из нескольких этапов

• Предварительная обработка металлоконструкций: очищение методом пескоструйной очистки, обезжиривание, протравливание кислотой, тщательное промывание.
• Флюсование – нанесение на поверхность изделия тонкой пленки, защищающей конструкцию от окисления, помогающей взаимодействовать металлу с цинком. После флюсования выполняется просушка.
• Оцинковка. Изделие опускается в емкость с раскаленным цинком. Охлаждение на воздухе или в воде.

Термодиффузионное цинкование крепежных металлических изделий дает возможность получить термодиффузионное покрытие (ТДЦ), которое идеально защищает наружные и внутренние поверхности металлоконструкций.