Горячее цинкование

Горячее цинкование — в основе технологии лежит принцип диффузионного перемешивания веществ. Горячее цинкование — это, когда молекулы (атомы) одного вещества внедряются в кристаллическую решетку другого и перераспределяются в ней (атомы цинка внедряются в поверхностный слой стального изделия, формируя защитный слой).

Что такое горячее цинкование?

Защитный слой, образующийся при горячем цинковании, затем подвергается окислению с образованием оксидного слоя, который при воздействии окружающей среды превращается в карбонатный слой.

Как правило, гальванизация стальных заготовок выполняется после завершения любой необходимой термической обработки, например, отжига стали.

Гальванизация может выполняться различными методами, такими как электролиз, термическая диффузия или метод горячего цинкования.

Горячее цинкование идеально подходит для обработки крупногабаритных деталей и поэтому широко используется в промышленности.

Процесс состоит из четырех этапов: этап подготовки поверхности, этап цинкования, этап последующей обработки и этап контроля.

Цинкование металлоконструкций позволяет избавиться от одного из самых больших недостатков металла – склонности к образованию коррозии. Благодаря подобной обработке исключается взаимодействие поверхности с кислородом с последующим окислением, а значит, ржавчина просто не может проявиться.

Существует много разных способов цинкования. У каждого из них есть свои плюсы и минусы. Сегодня поговорим об этом подробнее.

Такие материалы, как железо и сталь, склонны вступать в реакцию с воздухом и влагой, присутствующими в окружающей среде, что приводит к образованию ржавчины. Горячее цинкование защищает железные и стальные заготовки от ржавления и увеличивает срок их службы.

Но что именно представляет собой горячее цинкование, и какие процессы включает в себя?

Горячее цинкование — это тип процесса цинкования, при котором железные или стальные заготовки погружаются в ванну с расплавленным цинком, поддерживаемым при температуре около 450 °C. Верхний слой основного металла вступает в реакцию с расплавленным цинком и создает защитный слой на заготовке.

В этой статье представлено подробное руководство по горячему цинкованию, а также его преимущества и ограничения. В конце мы также обсудим разницу между горячим и холодным цинкованием.

Что это такое? Горячее цинкование – один из наиболее популярных методов защиты металлических изделий от коррозии. Его применяют в различных областях и для конструкций самых разных форм и размеров.

Как происходит? Есть у технологии свои особенности, зная которые, можно значительно упросить процесс нанесения сберегающего слоя на заготовки. Очень важно подготовить рабочую поверхность при помощи сразу нескольких способов. Только при соблюдении ряда этих правил и нюансов удастся достичь надежной защиты железных изделий.

Технологический процесс горячего цинкования — это закономерная последовательность технологических операций по предварительной подготовки металлической поверхности перед оцинковкой, цинкования, финишной обработки . Качество цинкового покрытия напрямую зависит  от тщательного соблюдения технологического процесса горячего цинкования.

• Технологический процесс горячего цинкования. Предварительный этап
• Схема участка горячего цинкования
• Горячее цинкование
• Tехнологический процесс горячего цинкования. Финишная обработка

Суть цинкования металлоконструкций и общие принципы процесса

Цинкование представляет собой технологический процесс, в ходе которого осуществляется обработка металлических деталей и конструкций, чтобы защитить их от появления ржавчины. Есть множество способов оцинковки. Но все эти методы объединяет единый принцип защиты металла от коррозии, который остается неизменным.

Суть цинкования, вне зависимости от применяемой технологии, заключается в следующем: с помощью выбранного метода на подготовленную поверхность детали либо конструкции наносят слой цинка.

При этом защитный слой из цинка может просто покрывать поверхность материала-основы или дополнительно соединяться с ним за счет диффузного взаимодействия, – все зависит от выбранной технологии. Главная задача – создать цинковый слой на поверхности изделия, чтобы защитить металл от коррозии.

Цинк обладает специфическим свойством: после контакта с кислородом на оцинкованной поверхности образуется оксидная пленка.

Оксид цинка намного плотнее и прочнее, чем оксид железа, поэтому оцинкованная поверхность не пропускает к металлу О2, не боится механических воздействий. Цинкование металлоконструкций позволяет защитить металл от образования ржавчины и разрушения за счет создания воздухонепроницаемого покрытия.

Даже если во время эксплуатации на детали образуется механическое повреждение и оксидная пленка разрушится, на оголенном цинке после взаимодействия с кислородом сразу же образуется новый дополнительный слой. Поэтому защита металла от образования ржавчины с помощью оцинковки является самовосстанавливающейся.

Даже когда защитное покрытие сильно и глубоко повреждено, ржавчина на металле будет образовываться медленнее. Если же металлоконструкция ничем не защищена, коррозийные процессы протекают достаточно быстро.

Объясняется это тем, что цинк с железом в области повреждения образуют гальваническую пару. В ней цинк выступает в роли активного металла, именно в нем запускается процесс образования коррозии. Непосредственно сама металлоконструкция остается защищенной от появления ржавчины.

Горячее цинкование металлоконструкций

Горячее цинкование представляет собой способ нанесения цинкового покрытия на обрабатываемую поверхность, который по своей эффективности уступает лишь гальванической технологии. При этом по себестоимости, а также долговечности сформированного защитного слоя горячее цинкование превосходит электрохимическое.

В данном методе, в отличие от других способов цинкования металлоконструкций, сочетаются низкая стоимость реализации технологического процесса и повышенные защитные характеристики покрытия.

Цинковый слой, который был нанесен этим методом, сохранится в идеальном состоянии спустя 65-70 лет, даже в суровых эксплуатационных условиях, не изменив свои первоначальные свойства.

Какие достоинства есть у метода горячего цинкования металлоконструкций и почему эта технология является самой популярной среди других способов нанесения защитного покрытия?

• Обрабатывать по такой технологии можно заготовки со сложной геометрической формой. К примеру, горячее цинкование применяется для создания защитного покрытия на трубах.
• Если во время эксплуатации деталей цинковое покрытие повредится из-за механического воздействия, защитный слой самовосстановится, не потребуется повторять цинкование заново.
• Если сравнивать горячее цинкование с другими технологиями нанесения защиты, то с его помощью получится сделать покрытие, в шесть раз более устойчивое к пагубному воздействию жидких сред. Поэтому метод горячей оцинковки используется, чтобы защитить трубы и емкости.
• С помощью этого способа цинкования металлоконструкций получится устранить дефекты на металлической поверхности, к примеру раковины, поры.
• Эксплуатировать трубы и метизы, покрытые цинком по этой технологии, получится без серьезных денежных вложений. Так, поверхность детали не нужно окрашивать, поскольку она уже защищена от пагубного воздействия окружающей среды. Это касается труб, монтируемых в стенах, а также расположенных под грунтом, до которых достаточно сложно добраться.

Часто задаваемые вопросы связанные с горячим цинкованием

Можете ли вы покрасить горячеоцинкованную стальную заготовку?

Да, вы можете покрасить оцинкованную стальную заготовку горячим цинкованием. Этот дополнительный слой краски защитит от коррозии и ржавчины, одновременно повышая эстетическую ценность оцинкованной заготовки.

Какую температуру может выдержать оцинкованная сталь?

Оцинкованная сталь может выдерживать температуру примерно до 350°C (623 K), при превышении которой сплав цинка и железа начинает плавиться.

Газотермическое цинкование металлоконструкций

Газотермическое цинкование – это технология металлизации конструкций и деталей с помощью высокоскоростного напыления на поверхность порошка цинка.

Суть технологии: на металлоконструкцию направляют открытый огонь, для этого используют газовые горелки. Затем в зону максимального нагрева подают цинковый порошок (или проволоку).

В ходе этого процесса мелкодисперсные капли цинка на большой скорости налетают на металлическую поверхность. На ней они застывают, и образуется защитное покрытие, толщина которого 30-50 мкм. Когда нужно добиться толстого слоя, данная процедура повторяется несколько раз.

Основные достоинства газотермического цинкования металлоконструкций:

• Можно покрыть деталь в полевых условиях, не потребуется демонтировать металлоконструкцию.
• Защитный слой получается равномерным.
• Можно отрегулировать толщину цинкового покрытия.

Минусы этого способа цинкования:

• Не подходит для обработки деталей небольшого размера.
• Защитный слой получается пористым.
• Не удастся провести оцинковку труднодоступных мест.
• Нельзя использовать для нанесения защитного покрытия на прецизионные детали.
• Трудоемкий процесс.
• Производительность достаточно низкая.

Даже с учетом всех минусов газотермической технологии, ее используют нечасто и лишь в некоторых областях производства. Например, этот метод цинкования металлоконструкций подходит, если нужно защитить изделие от ржавчины, не демонтируя его. Либо восстановить поверхность материала, которая была испорчена в результате образования коррозии.

Металлоконструкции используются во многих сферах человеческой жизнедеятельности. Они обладают повышенной прочностью и надежностью, у них длительный эксплуатационный срок. Однако у стальных изделий есть одно уязвимое место: на них образуется коррозия, а при появлении ржавчины они быстро портятся. Цинкование металлоконструкций – эффективный способ защитить поверхность, сохранив изделие в первозданном виде.

Оцените, пожалуйста, статью

Всего оценок: 1, Средняя: 5

Преимущества горячего цинкования

У технологии горячего цинкования по сравнению с другими способами покрытия существует целый ряд существенных преимуществ:

• Геометрическая форма покрываемого изделия не имеет никакого значения – какой бы сложной она ни была, вся поверхность без исключения будет покрыта цинковым слоем, причем пленка везде будет иметь гомогенную толщину. (В частности, поэтому горячее цинкование применяется при обработке труб и изделий из них).
• Самым ценным свойством готовых изделий является то, что механические повреждения участков с цинковым покрытием имеют свойство восстанавливаться самостоятельно, без какого-либо внешнего воздействия!
• Металл после горячего цинкования стоек к взаимодействию с жидкими веществами. Он превышает по этому показателю другие формы защитных покрытий не менее чем в 6 раз. Именно поэтому горячее цинкование применяется для обработки внутренних поверхностей водопроводных труб и всевозможных емкостей для химической промышленности.
• Метод горячего цинкования эффективно устраняет такие дефекты поверхностей заготовок, как поры, раковины, микротрещины и пр.
• Эксплуатация стальных оцинкованных деталей крайне экономична. В частности, данные элементы не требуется окрашивать, что немаловажно для частей конструкций, располагающихся в труднодоступных местах. А кроме того, не нужно применять избыточных мер гидроизоляции.

Но, кроме преимуществ, присутствуют у данной технологии и недостатки. Самым значительным является ограничение размера деталей, а точнее, то, что они не могут превышать габариты ванны с расплавом цинка. Поэтому на крупных предприятиях большие изделия покрываются методом непрерывного горячего цинкования (АНГЦ).

Последующая обработка

Последующая обработка — это дополнительный этап, на котором оцинкованную заготовку либо закаливают в воде, либо дают ей остыть под принудительным воздействием холодного воздуха от компрессора.

Закалка обеспечивает самую быструю скорость охлаждения, повышая при этом твердость заготовки, в то время как воздушное охлаждение обеспечивает более дешевую альтернативу со сравнительно меньшей твердостью.

Оцинкованные объекты могут быть окрашены или покрыты дополнительным покрытием для повышения их эстетической ценности и обеспечения дополнительного защитного слоя.

Суть технологии горячего цинкования металла

Горячее цинкование является наиболее надежным, весьма эффективным и давно себя зарекомендовавшим способом предохранения металлических изделий от коррозии. Такая технология позволяет защитить поверхность изделий от деструктивного влияния окружающей среды.

При данном виде обработке на покрываемой заготовке создается пленка из цинка, полностью покрывающая обрабатываемый объект. Толщина защитного слоя при горячем цинковании находится в диапазоне 30-120 мкм. Стандартные размеры ванн – 13 м в длину, 1,8 в ширину и 2 м в глубину – дают возможность обрабатывать таким способом трубы больших диаметров, детали конструкции ЛЭП и прочие металлические изделия.

Средний срок полезной эксплуатации металлоконструкций, подвергнутых горячему цинкованию, составляет не менее 25 лет.

Вообще, горячая оцинковка обеспечивает не только барьерную, но и электрохимическую противокоррозионную защиту. Данным способом можно покрывать любые металлы, но преимущественно так обрабатываются изделия из стали.

Области применения горячего цинкования

Слой цинка представляет собой барьерное покрытие. Его главный функционал – защита от коррозии, возникающей при контакте железа с водой в присутствии кислорода воздуха. Цинк горячего осаждения дает крайне эффективную защиту от ржавления в течение десятков лет. При этом такие элементы конструкции не нужно подвергать окраске, что дает существенную экономию.

Обычно горячее цинкование применяется к изделиям простой формы; это такие детали, как уголки, трубы, тавровые и двутавровые балки, листы и пр. При этом теряется смысл покрывать цинком детали, содержащие резьбу, мелкие отверстия и элементы сложной формы (защитная пленка здесь будет содрана).

Технологический процесс горячего цинкования. Предварительный этап

Обрабатываемые детали закрепляются на специальном транспортном приспособлении (траверсе) при помощи проволоки. Для различных по габаритным размерам изделий используется проволока определенной толщины. Обязательным условием при горячем цинковании является наличие на каждом обрабатываемом изделии технологических отверстий для крепежа.

Этапы горячего цинкования

Это комплексный процесс, который предусматривает самые разные процедуры, такие как обезжиривание, обработка кислотными составами (кислотное травление, а также флюсование). Обработка необходима для обеспечения большей адгезии цинка с металлической поверхностью изделия, чем обеспечивается качество покрытия.

Для данной процедуры предусмотрены специальные ванны, куда заготовки погружаются целиком. Там происходит удаление с поверхности изделий всевозможных загрязнений, пылевых и масляных наслоений. Процедура обезжиривания осуществляется с использованием химических веществ, перечень которых указан в регулирующем ГОСТе. После данного этапа остатки обезжиривающего реагента удаляются во время процедуры смывки.

За обезжириванием следует кислотное травление. Заготовки промываются от остатков окиси и закиси железа, а также для обеспечения сглаживания заусенцев, шелушащихся поверхностей и других дефектов. Во время травления обычно применяют раствор соляной кислоты. Данная стадия осуществляется при температуре 22–24°. Концентрация раствора подбирается в зависимости от того, насколько сильно обрабатываемая поверхность загрязнена коррозионными отложениями.

Для осуществления травления применяются реактивные растворы с концентрацией 140–200 граммов концентрированной кислоты на 1 литр раствора. Высокое содержание кислоты способно повредить саму поверхность.

Чтобы этого не произошло, а также для того, чтобы свести к минимуму выделение водорода из раствора, в него добавляют специальные ингибиторы, которые сами в процессе травления не участвуют, но замедляют активность протекания реакции. После процедуры травления заготовку также тщательно промывают, чтобы удалить как кислоту, так и продукты химической реакции.

После травления производится флюсование. Заготовка погружается во флюсовый реагент, содержащий 30%-й раствор хлорида цинк-аммония. Обработка осуществляется при температуре 65-80 °C. Флюсование дает возможность избавиться от остатков окислов на обрабатываемом изделии, а также позволяет нанести предохраняющий слой, чтобы предотвратить окисление.

Отметим, что флюсование – крайне важный подготовительный процесс перед оцинковыванием. Качественное удаление всех посторонних веществ, продуктов реакции даст возможность цинку осесть ровным слоем, обеспечив равномерное, гомогенное покрытие заготовки.

Этап 2. Гальванизация

Когда поверхность подготовлена, приступают к процессу гальванизации. Изделия погружаются в расплавленный цинк при температуре 450 °C. Заготовка некоторое время остается в ванне, где железо в составе стального сплава реагирует с цинком, в процессе чего формируются множественные интерметаллические слои железо – цинк, а внешний слой состоит из чистого цинка.

Скорость проистечения реакции очень высока на первом этапе, когда и формируется первичное покрытие – основа. Далее с ростом толщины слоя скорость процесса начинает замедляться. В целом время погружения составляет примерно 4-5 минут. Но общий принцип такой: чем больше габариты изделия, тем дольше время цинкования.

Когда изделие после процедуры горячей оцинковки извлекается из ванны, то цинк мгновенно вступает в реакцию с кислородом воздуха. В результате образуется оксид, который, в свою очередь, начинает реагировать с углекислым газом с образованием карбоната цинка. Последний добавляет покрытию твердости и дополнительно защищает от коррозии.

Этап 3. Дальнейшая обработка

Под дополнительной обработкой подразумевается этап закалки прошедшей оцинковывание заготовки в воде или же ускоренное ее охлаждение воздухом от компрессора. Более высокая скорость остывания способствует повышению твердости покрытия изделия. Принудительная закалка воздухом при этом – более дешевая альтернатива водяному охлаждению, для которого необходима ванна.

Далее оцинкованные изделия могут окрашиваться или покрываться дополнительными слоями того же цинка для усиления их эстетических свойств, а также для формирования дополнительных слоев защиты.

Этап 4. Контроль

Данный этап подразумевает визуальную проверку готового изделия, чтобы подтвердить целостность сформированного цинкового покрытия. Кроме визуального осмотра, производится тестирование магнитным толщиномером и неразрушающим ультразвуковым контролем, с помощью которых можно убедиться в равномерности толщины полученного цинкового слоя. На весь производственный цикл горячего цинкования уходит около 12 часов.

При горячем цинковании обрабатываемое изделие погружают в цинковый расплав (450°C). Погружение деталей в рабочий раствор производится на большой скорости, чтобы предотвратить возможность дополнительного окисления обрабатываемой поверхности.

Скорость извлечения изделий из рабочего расплава невелика. Это дает возможность излишкам расплава стечь обратно в ванну цинкования. Чтобы получить равномерное покрытие по всей длине, на поверхности обрабатываемой детали должны присутствовать дополнительные технологические отверстия (для улучшения оттока излишков расплава).

Толщина цинкового слоя напрямую зависит от

• времени выдержки в цинковом расплаве,
• температуры цинкового расплава,
• скорости извлечения детали после оцинковки.

Горячее цинкование. Технологические характеристики процесса

Горячее цинкование определяется скоростью диффузионного процесса, которая напрямую зависит от
• температурного режима,
• агрегатное состояние взаимодействующих веществ.

Плотность поверхностного слоя — . Микротвердость цинкового слоя после горячего цинкования составляет .

Горячее цинкование протекает путем кратковременного погружения металлоизделия в расплавленный цинк (рабочая температура раствора ~ 450 градусов, время выдержки – 9-12 мин).

Твердость и износостойкость покрытия увеличивается за счет формирования на поверхности защитного слоя, состоящего из карбоната цинка. При извлечении обрабатываемой детали из расплавленного раствора происходит ряд последовательных химических реакций. Сначала образуется оксид цинка (цинк вступает в реакцию с кислородом, окисляется). Затем в результате взаимодействия диоксида углерода и оксида цинка получается устойчивое, твердое соединение – карбонат цинка.

Цинковое покрытие после финишной обработки имеет серый, матовый цвет. Для улучшения декоративных характеристик в цинковый расплав добавляют алюминий, никель (вместе или раздельно).

После горячего цинкования слой наносимого покрытия может находиться в диапазоне от 30 до 200 мкм. Толщина цинкового слоя зависит от
• рабочей температуры расплавленного раствора,
• временного интервала погружения,
• скоростного режима извлечения обрабатываемого изделия из ванны цинкования,
• финишного удаления излишков цинкового расплава.

Высокая износостойкость цинкового покрытия, большая толщина защитного слоя увеличивают срок эксплуатации обрабатываемых изделий.

В среднем металлоконструкции после горячей оцинковки служат 60 лет и больше.

Приоритеты технологии горячего оцинкования

1. Высокая устойчивость к химическому воздействию.
2. Способность защитного слоя к самовосстановлению в местах механического повреждения.
3. Высокие механические характеристики, ударная устойчивость.
4. Длительный срок эксплуатации обработанных деталей.
5. Простота технологического процесса горячего цинкования.
6. Возможность оцинковать крупногабаритные изделия и конструкции.

7. Высокая электро- и теплопроводность цинкового покрытия.

Холодное цинкование металлоконструкций

Эта технология является легкой в исполнении, бюджетной, подходит для любых ситуаций, когда требуется цинкование металлоконструкций.

Суть холодного цинкования заключается в следующем: заранее подготовленный металл окрашивают точно так же, как в случае с использованием полимерной краски. Главное отличие в том, что в составе содержится большой процент порошка цинка. После застывания образуется защитное покрытие, обладающее всеми вышеописанными свойствами. На поверхности металла появляется пленка, состоящая из оксида цинка. Она защищает поверхность от негативного воздействия О2.

Основные достоинства данного метода:

• Невысокая стоимость.
• Простота технологического процесса.
• Возможность обрабатывать металлоконструкции сложной формы, любых габаритов.
• Нет необходимости в демонтаже окрашиваемых деталей, их не нужно перевозить на предприятие, чтобы оцинковать.
• Если потребуется, можно сделать достаточно толстый слой оксида цинка.
• После холодного цинкования можно покрасить поверхность краской выбранного оттенка. В роли подложки под красящий состав будет выступать цинкосодержащий грунт.

Минусы холодного цинкования металлоконструкций:

• Сложно контролировать равномерность толщины защитного слоя.
• Покрытие плохо держится на поверхности.
• Низкая устойчивость к механическим и физическим повреждениям.

Учитывая плюсы и минусы данной технологии, можно утверждать, что холодное цинкование подходит для использования в полевых условиях. Этот способ получится реализовать вне зависимости от веса и размеров металлоконструкций. Однако холодное цинкование не подойдет, если необходимо сделать сверхпрочное покрытие, которое сохранится в идеальном состоянии спустя много лет. Кроме того, данный метод не стоит использовать для защиты мелких прецизионных деталей.

Термодиффузионное цинкование металлоконструкций

Суть термодиффузионной технологии: металлоконструкцию и сухой порошок, содержащий цинк, размещают в контейнере. Затем он герметизируется, нагревается до критически высокой температуры – 2 500 ?С.

В ходе этого процесса атомы цинка, находящиеся в сухом порошке, переходят в газообразное состояние. В результате упрощается их диффузное проникновение в верхний слой металлических заготовок.

Термодиффузная технология подходит для тех ситуаций, когда необходимо сделать цинковое покрытие, толщина которого более 15 мкм. Чтобы подготовить детали, необходимо действовать по общепринятому стандарту.

Данная технология, наряду с другими, имеет как достоинства, так и недостатки.

Для начала рассмотрим плюсы термодиффузной технологии:

• Она безопасна и экологична.
• Можно контролировать то, насколько толстым получится защитное покрытие.
• Цинковый слой будет высококачественным, на нем не образуются поры.
• После обработки не остаются отходы, которые нужно утилизировать.
• Получится оцинковать детали со сложной геометрической формой.

Минусы этого метода цинкования металлоконструкций:

• На деталях после обработки появляется налет, нет зеркального блеска.
• Образуется цинковая пыль в окружающей среде.
• Невысокая производительность.
• Сложно добиться равномерности защитного покрытия.

Горячее цинкование. Недостатки процесса

1. Отсутствует возможность наложить слой с точными (жесткими) геометрическими параметрами, неравномерность толщины финишного покрытия (наплывы, утолщения).

2. Невозможность создать на обрабатываемой поверхности слой толщиной от 4 мкм (минимальная толщина покрытия 30 мкм).
3. Технология не позволяет обрабатывать мелкогабаритные изделия.
4. При обработке сложных, геометрических конструкций обязательно наличие дополнительных технологических отверстий для удаления излишков цинка.

Ограничения горячего цинкования

Опасно при неосторожном обращении

Процесс горячего цинкования включает в себя работу с расплавленными цинковыми ваннами и растворами для обработки поверхности, содержащими агрессивные химикаты, такие как кислоты, а также тяжелые предметы и конструкции.

Эти химикаты могут раздражать дыхательную систему при вдыхании и вызывать сыпь на коже при контакте.

Расплавленные растворы и горячие предметы могут вызвать ожоги, которые могут оказаться смертельными, а неправильное обращение с тяжелыми заготовками может привести к несчастным случаям и поставить под угрозу жизнь оператора.

Поэтому при проведении процесса горячего цинкования следует применять соответствующие протоколы безопасности, такие как ношение защитного снаряжения, соблюдение безопасного расстояния при работе с тяжелыми заготовками и т.д.

Несмотря на то, что процесс горячего цинкования относительно дешевле, чем многие другие процессы нанесения слоев, первоначальные и текущие затраты на него непосильны для любителей и небольших производств.

Оборудование, необходимое для процесса горячего цинкования, занимает значительную площадь и требует сертификации и обучения перед началом работы, что делает его непрактичным для любителей.

Восприимчивость к износу

Оцинкованный слой может быть поврежден при воздействии абразивных веществ, в результате чего может быть поврежден основной материал.

Процесс горячего цинкования ограничен железными и стальными заготовками.

Таким образом, применение процесса горячего цинкования ограничено.

Области применения изделий после горячего цинкования

Большая толщина наносимого покрытия, высокая коррозионная устойчивость, длительный срок эксплуатации – параметры, которые учитываются при создании ответственных металлоизделий. Горячей оцинковке подвергаются :
• строительные металлоконструкции,
• линии электропередач,
• дорожные и мостовые опоры,

• осветительные и рекламные конструкции,
• дорожные, оградительные приспособления.

Горячее цинкование используется в трубопрокатном производстве. Горячеоцинкованые трубопроводы используются в нефтяной и газодобывающей промышленности (добыча и переработка). Оцинкованные изделия и конструкции используют в коммунальном хозяйстве, сельскохозяйственной отрасли.В автомобилестроении активно применяют оцинкованный, тонколистовой, холоднокатаный прокат (изготовление кузовных панелей). Разработана специальная методика высокоскоростного, горячего цинкования проволоки.

Различия холодного и горячего цинкования

При холодной оцинковке сталь покрывается защитным составом при комнатной температуре. Впрочем, защита от климатических воздействий при этом обеспечивается достаточно эффективная. Технологий холодной оцинковки существует две:

• Технология электролиза. В данном случае толщина покрытия составляет до 20 мкм. Эксплуатировать изделия, обработанные таким способом, допустимо лишь в неагрессивных средах.
• Технология обработки крупногабаритных конструкций. Металлическое изделие покрывается смесью, в которую входит до 80 % порошкового цинка. Максимальная толщина покрытия при этом составляет до 50 микрон (мкм).

Если сравнить все перечисленные выше методы нанесения защитного цинкового покрытия, то можно отметить, что при горячей оцинковке у стальных изделий образуется более толстая, стойкая, мощная защита. Срок службы защитной оксидной цинковой пленки, в теории, доходит до 120 лет.

Характерными чертами данной технологии являются следующие особенности:

• Горячий способ цинкования реализуется методом погружения металлического изделия в ванну с расплавленным цинком. Нанесение покрытия холодным методом производится с помощью валиков, кистей и других инструментов.
• Горячая оцинковка осуществляется при температуре в 460 градусов (тогда как холодная – при комнатной температуре).
• После горячей оцинковки покрытие образуется однородное и гомогенное по толщине, как следствие, внешний вид готового изделия получается практически идеальный. Холодное оцинковывание не позволяет достичь подобного результата.
• Холодная оцинковка дает возможность производить обработку крупногабаритных конструкций и деталей в том числе на открытом воздухе. Горячее цинкование производят исключительно в цехах со специальным оборудованием.

Различить, каким способом нанесено покрытие – горячим цинкованием или холодным, можно по внешнему виду изделия. Первая методика позволяет получить ровный, практически идеальный внешний вид готовой детали.

Tехнологический процесс горячего цинкования. Финишная обработка

Обработанное изделие после оцинковки имеет температуру поверхности ~ 450°C. Охлаждение до комнатной температуры может производиться:

• на открытом воздухе,
• в специальной ванне с чистой водой.

Разгрузка металлоизделий

Оцинкованные изделия снимаются со специального транспортного приспособления (траверсы).

Путем шлифования убираются застывшие излишки цинкового расплава.

Контролируемые параметры технологического процесса горячего цинкования — это толщина цинкового покрытия и внешний вид изделия.Готовые изделия после технологического процесса горячего цинкования пакетируются для последующей транспортировки.

Схема участка горячего цинкования

Технологический процесс горячего цинкования. Обезжиривание

Процесс предварительной подготовки перед горячим цинкованием включает в себя удаление с обрабатываемой поверхности органических (жировых) и неорганических (пыль, стружка) загрязнений.

Обезжиривание изделий может производиться:

· химическим способом,

· электрохимическим методом,

· путем термической обработки (отжиг).

Химическое и электрохимическое обезжиривание производятся в водных растворах, содержащих щелочь (натр едкий), тринатрийфосфат, жидкое мыло. Поверхностно — активные вещества вводят в рабочий раствор для уменьшения коэффициента сцепления масла и жировых загрязнений с обрабатываемой поверхностью.

Состав и режим химического обезжиривания горячего цинкования

• Натр едкий – 25 г/л,
• Сода кальцинированная – 50 г/л,
• Тринатрийфосфат – 15г/л,
• Жидкое стекло – 3 г/л.
Температура рабочего раствора находится в диапазоне от 80 до 90 ° С.

Альтернативой щелочного обезжиривания при горячем цинковании может служить кислотное удаление жировых пленок и неорганических загрязнений. Основным компонентом рабочего раствора является фосфорная кислота. Рабочая температура технологической операции – 40 ÷ 50 ° С.

Состав рабочего раствора такой же, как и при химическом обезжиривании.

Температура электрохимического процесса – 70 ÷80 ° С.

Плотность тока – 2 ÷ 5 А/дм2.

ЭХО активно используется для удаления травильного шлама.

Недостатком электрохимического обезжиривания является:

· наводораживание поверхностного слоя, потому закаленные тонкостенные детали не следует обрабатывать таким способом;

· низкая рассеивающая способность (сложнопрофильные, рельефные изделия не очищаются должным образом в глубоких канавках и впадинах).

Для удаления остатков щелочного раствора, эмульсии и других остаточных продуктов, обрабатываемые изделия тщательно промывают сначала в промывке с горячей водой, а затем в холодной проточной воде.

Следы коррозии, термическую окалину можно удалить с обрабатываемой поверхности, применяя

· химическую обработку — травление,

· механический способ.

При химическом удалении загрязнений с металлической поверхности в процессе горячего цинкования используются кислотные составы:

• 18 ÷ 22 % — ный водный раствор серной кислоты,
• 20 ÷ 25 % — ный водный раствор соляной кислоты.

Каждый травильный состав обладает определенными специфическими свойствами.

При химической обработке в серной кислоте термическая окалина удаляется на 15 ÷ 20 % от основного объема, при травлении в соляной кислоте этот показатель увеличивается до 40 ÷ 50%.

После травления в кислотном соляном растворе поверхность имеет более гладкую текстуру, чем после обработки в серном растворе.

Травление обрабатываемого изделия в серной кислоте может привести к повреждению матричной основы («растравливанию»). Для устранения этой проблемы используют специальные ингибиторы.

Химическая обработка в соляной кислоте практически не наводораживает поверхностный слой изделия.

Для травления в серной кислоте рабочий раствор необходимо нагреть до 60 ÷ 80 °C.

Себестоимость состава травления в соляной кислоте выше, чем в серном растворе.

Отработанную серную кислоту можно использовать в дальнейшем для других технологических нужд.

Механический метод очистки

Сущность метода —  воздействие на обрабатываемую поверхность мелких, дисперсионных частиц под высоким давлением.

Оборудование для очистки – дробеструйный агрегат, дробеметный аппарат.

Промывка производится в проточной воде. Служит для удаления травильного раствора и остатков химического воздействия. Температура технологической операции – 25 ÷ 30°C.

Заключительная подготовительная операция перед цинкованием. Флюсование предназначено для химического удаления

• образовавшихся после травления металлических оксидов и солей с обрабатываемой поверхности,
• солей с поверхности расплавленного цинка в местах соприкосновения при погружении изделия в рабочий раствор,
• для улучшения параметра смачиваемости обрабатываемой поверхности расплавленным цинком при погружении (путем снижения коэффициента поверхностного натяжения цинкового расплава).

Операция по нанесению флюса может проходить двумя способами.

1. Расплавленное флюсование («мокрый» способ). Флюсовый слой находится непосредственно на зеркале расплава цинка. Обрабатываемое изделие перед оцинковкой проходит сначала безводный расплавленный флюсовый слой, а затем погружается в рабочий цинковый расплав.
2. Флюсование в специальном водном растворе с последующей сушкой. После такого способа обработки на металлической поверхности образуется слой «сухого» флюса.

Флюсовая смесь состоит из солей хлористого цинка и хлористого аммония.

Состав и режим флюсования

• раствор хлористого цинка (водный) – 150 ÷ 300 г/л.
• раствор (водный) хлористого аммония — 100 ÷ 150г/л.
Температура обработки – 60 °C.

Сушка офлюсованных изделий позволяет решить ряд технологических вопросов.

• Получение на обрабатываемой поверхности равномерного флюсового слоя.
• Подогрев изделия перед оцинковкой облегчает нагрев рабочей ванны цинкования, улучшая технологические параметры процесса.
• После сушки образуется плотная солевая пленка на обрабатываемой поверхности, которая предохраняет изделия от окисления перед цинкованием.

Сушку производят в специальных камерах. Для ускорения процесса и улучшения качества обработки сушильные камеры оснащают системой рециркуляции горячего воздуха.

Продолжительность обработки и температурный режим зависят от массы обрабатываемых изделий.

Оптимальная температура поверхности после сушки находится в диапазоне от 120 до 150°C, при таком нагреве флюс не разлагается, сохраняя технологические свойства.

После подготовки поверхности заготовки наступает время начать процесс гальванизации.

Заготовки погружаются в вану с расплавленным цинком, поддерживаемую при температуре около 450 °C (723 K).

Как правило, они погружаются в ванну под углом, чтобы пузырьки воздуха выходили из полых частей заготовки.
При погружении в ванну для цинкования железо или сталь вступает в реакцию с цинком, образуя многочисленные интерметаллические слои цинк-железо, причем внешний слой состоит из чистого цинка.

Эта реакция происходит очень быстро на начальных этапах, во время которых образуется первичное покрытие, после чего она начинает замедляться, и толщина покрытия постепенно увеличивается.

Погружение обычно занимает от четырех до пяти минут. Однако время погружения увеличивается по мере увеличения размера объекта.

После извлечения предметов из чайника для цинкования цинковое покрытие сначала окисляется до оксида цинка, который вступает в реакцию с углекислым газом в воздухе и образует слой карбоната цинка, дополнительно предотвращающий коррозию.

Разница между горячим и холодным цинкованием

Горячее цинкование включает в себя несколько этапов обработки поверхности, в то время как при холодном цинковании требуется только кислотное травление и обезжиривание поверхности железного или стального изделия.

При холодном цинковании оцинковываемая конструкция помещается в качестве анода в электролит с солью цинка, после чего на поверхность конструкции посредством электролиза осаждается слой цинка.

С другой стороны, горячее цинкование предполагает погружение заготовки в ванну с расплавленным цинком для формирования защитного покрытия.

В результате горячего цинкования образуется плотный и равномерный слой цинка, в то время как слой, образующийся при холодном цинковании, сравнительно тонкий и легко царапается.

Горячее цинкование является экологически безопасным, в то время как утилизация токсичных отходов электролита, образующихся при холодном цинковании, оказывает негативное воздействие на окружающую среду.

Первоначальные и текущие затраты на холодное цинкование сравнительно ниже, чем на горячее цинкование, что делает его более приемлемым для любителей и небольших производств.

Горячее цинкование обычно используется для крупных конструкций.

Хотя горячее цинкование может использоваться и для небольших изделий, холодное цинкование оказывается сравнительно более экономичным процессом для малых и средних изделий.

Гальваническое цинкование металлоконструкций

Гальваническое цинкование металлоконструкций представляет собой электрохимический метод покрытия деталей цинком.

Для реализации этой технологии используется цинкосодержащий электролит в больших емкостях. Главное достоинство данного способа обработки деталей и конструкций заключается в том, что на металл воздействуют два процесса одновременно: электрофизический и химический.

При гальваническом цинковании активно соединяются молекулы металла обрабатываемой поверхности с цинком. Во время такой адгезии происходит сцепление разнородных веществ на молекулярном уровне.

Чтобы выполнить гальваническое цинкование металлоконструкций, детали и изделия из металла погружают в ванны с электролитом, которые снабжены анодом. Это цинковая пластина, с нее при помощи электролита (сернокислый и хлористый цинк), анионы металла переходят на поверхность, в результате образуется равномерное защитное покрытие.

То, как будет происходить гальваническое цинкование металлоконструкций, зависит от состава электролита и температуры, которая поддерживается в емкостях.

В раствор могут быть добавлены окрашивающие, а также блескообразущие вещества. В результате обработанные детали выглядят более привлекательно.

Какие электролиты применяются во время цинкования металлоконструкций методом гальваники:

• Кислые и слабокислые: сульфаты, борфториды, хлориды.
• Аммиакатные: щелочи и нейтральные растворы.
• Цианидные и цинкатные: электролиты щелочной группы с цианидом и цинкатом натрия в растворе едкого натра.

Прежде чем приступить к обработке, следует подготовить металлоконструкции, очистить их и обезжирить, также провести флюсование: нанести пленку, препятствующую окислению.

Какими свойствами обладает цинковое защитное покрытие, полученное методом гальванизации? Его поверхность пластичная, защитный слой непрерывный на деталях, работающих в условиях циклической деформации, к примеру, таких как стальные пружины.

Критерии выявления признаков брака

Одной из целей тестирования является обнаружение брака. В частности, именно для выявления дефектов готовое изделие предварительно и осматривают. Качественные параметры заготовки, подвергнутой горячему цинкованию, установлены в ГОСТе 9.307-89. В частности, в обязательном порядке должны соблюдаться следующие критерии:

• Цинковый слой не должен иметь разрывов.
• Цвет покрытия должен быть матовым, темно-серым или же серебристо-глянцевым.
• Не допускается наличие никаких наплывов на поверхности обработанного изделия. Вкрапления гартцинка – химического осадка – если и могут присутствовать, то должны иметь размер не более 2 мм.
• Шероховатость покрытия ГОСТом вполне допускается.

Более того, ГОСТ устанавливает целый ряд признаков, которые не считаются дефектами:

• незначительные неровности поверхности или же незначительная рябизна;
• цветовые отличия в виде местных радужных оттенков или пятен, имеющих светло-серые оттенки;
• царапины защитного слоя, имеющие небольшую глубину (главное, чтобы основа заготовки не была видна невооруженным глазом).

Также ГОСТ допускает наличие участков с пробелами (разрывами) в покрытии, совокупная площадь которых не должна превышать 2 % от общей площади поверхности изделия, а также участки до 2 см в диаметре. Такие дефекты можно обработать веществами, предназначенными для холодного цинкования, а также с помощью методики газотермического напыления.

Толщина слоя цинкового покрытия, в соответствии с указанным ГОСТом, должна находиться в диапазоне 40-200 микрон. Если же требуется иная толщина (в зависимости от эксплуатационных требований), то она должна быть прописана в паспорте готового изделия.

Все проверки на соответствие ГОСТу должны осуществляться перед началом процедуры хроматирования, которая подразумевает под собой формирование дополнительного защитного слоя поверх цинкового покрытия (сюда относятся и консервационные смазки). Определение толщины цинкового слоя осуществляется двумя методиками:

• с использованием магнитных измерителей-толщиномеров;
• металлографическим способом с использованием образцов-свидетелей.

В заключение осуществляется проверка качества сцепления слоя цинка с поверхностью изделия. Наибольшее внимание уделяется участкам, непосредственно прилегающим к резьбовым соединениям детали, а также к местам сварки. Процесс контроля адгезии проводится с помощью одного из 4 возможных методов:

• нанесение сетки царапин;
• осуществление нагрева;
• процедура крацевания;
• нанесение серии ударов поворотным молотком.

Итак, характерной чертой горячего цинкования металлоконструкций является оптимальное соотношение приемлемой стоимости производственного процесса с высоким качеством получаемого результата, выражающегося в высокой долговечности и повышенных защитных свойствах образуемого предохраняющего слоя.

Цинковое покрытие, нанесенное с точным соблюдением всех требований технологии, способно сохранять эксплуатационную пригодность стальных изделий на протяжении длительных десятилетий. Причем данные изделия могут служить в самых неблагоприятных условиях, сохраняя все свои прочностные и другие полезные характеристики.

Этап контроля включает в себя визуальную проверку оцинкованных заготовок, чтобы определить, были ли они полностью оцинкованы или нет.

Помимо визуального контроля, заготовки также проверяются магнитным толщиномером и неразрушающим ультразвуковым контролем для обеспечения равномерности толщины покрытия.

Весь процесс горячего цинкования занимает около двенадцати часов.

Горячее цинкование обладает различными преимуществами, что делает его одним из наиболее предпочтительных методов гальванизации в различных отраслях промышленности.

Устойчивость к коррозии

Защитный слой, образующийся в процессе ГГЦ, защищает железные и стальные заготовки от износа, вызванного ржавлением поверхности.

Даже если это покрытие стирается или царапается, оставляя часть поверхности железа или стали открытой, цинк, будучи более реакционноспособным, окисляется, образуя защитный оксидный слой на поверхности.
Экологически чистый процесс

Горячее цинкование — это экологически чистый процесс с низким углеродным следом, который приводит к минимальному образованию токсичных паров или вредных отходов.

Кроме того, этот процесс увеличивает срок службы заготовок, что приводит к уменьшению количества отходов и даже позволяет использовать переработанные железо, сталь и цинк.

Эстетичный внешний вид

Защитное покрытие, полученное в результате горячего цинкования, имеет блестящий и гладкий вид, что повышает эстетическую ценность изделия.

Коммерческие конструкции, такие как столбы освещения или опоры зданий, являются одними из распространенных примеров, в которых используется горячее цинкование для достижения блестящей поверхности с увеличенным сроком службы.

Процесс горячего цинкования занимает около 12 часов (для больших заготовок), что относительно меньше, чем другие процессы нанесения слоев, такие как порошковая окраска или окраска распылением.

Гибкость применения в строительстве

По сравнению с бетонными столбами, использование оцинкованных железных или стальных столбов обеспечивает гибкость при проектировании инфраструктуры, поскольку их можно легко сваривать, соединять болтами или сращивать для формирования сложных конструкций.

Стоимость процесса горячего цинкования относительно дешевле по сравнению с другими процессами нанесения слоев, такими как порошковое покрытие или электростатическое напыление.

Кроме того, защитный слой предохраняет заготовку от воздействия неблагоприятных условий окружающей среды, что приводит к минимальным требованиям к техническому обслуживанию и дальнейшему снижению общей стоимости.

Подготовка поверхности

Начальным этапом является подготовка поверхности стальных или железных объектов, подлежащих гальванизации.

Этот этап включает в себя различные процессы, такие как обезжиривание, кислотное травление и флюсование, для улучшения качества поверхности заготовки, что обеспечивает надлежащую гальванизацию.

Заготовки погружаются в ванну для обезжиривания, где они промываются для удаления грязи, пыли и масляных отложений с их поверхности.

После обезжиривания заготовки погружают в ванну для кислотного травления, где их промывают для удаления оксидов железа и сглаживания шелушащихся поверхностей (или заусенцев, образовавшихся при обработке).

Наконец, заготовки погружают в раствор флюса, обычно содержащий 30 % хлорида цинк-аммония при температуре 65-80°C (338-353 K).

Это позволяет удалить все оставшиеся окислы и нанести защитный слой для предотвращения дальнейшего окисления.

Это самый важный этап подготовки поверхности, поскольку тщательная очистка от окислов обеспечит гладкое и равномерное осаждение цинка на железные или стальные заготовки.

Заключение

Горячее цинкование идеально подходит для повышения коррозионной стойкости железных и стальных изделий.

Из-за высоких первоначальных инвестиций этот метод лучше всего подходит для цинкования больших заготовок, что делает его идеальным для таких отраслей, как автомобилестроение, судостроение, строительство и т. д.

Если вы ищете более дешевую альтернативу для гальванизации небольших заготовок, то холодное цинкование должно стать вашим основным методом.

Однако горячее цинкование обеспечивает различные преимущества перед холодным цинкованием, и поэтому вы можете выбрать профессиональные услуги горячего цинкования, чтобы получить высококачественный оцинкованный продукт.

Советуем вам прочитать статьи опубликованные в нашем блоге ранее: «‎Анодированный алюминий: Всё что нужно знать»‎ и «‎Черные и цветные металлы: различия и области применения»‎.