ГОСТ Покрытия термодиффузионные цинковые

Особенности и сферы применения

Такой метод защиты металлических изделий от коррозии и старения, как термодиффузионное цинкование, общие требования к которому регламентирует ГОСТ Р 9.316-2006, основан на явлении диффузии молекул металла, протекающей при относительно высокой температуре (400–470°). В данном случае в поверхностный слой обрабатываемого изделия диффузируют молекулы легирующего элемента – цинка.

В результате применения такой технологии на поверхности металлической детали формируется однородный цинковый слой. При этом однороден такой слой даже в труднодоступных местах обрабатываемого изделия.

При термодиффузионной обработке детали покрываются равномерном слоем цинка, включая отверстия и внутренние полости

Диффузионному поверхностному цинкованию, выполняемому при термическом воздействии на обрабатываемую деталь, чаще всего подвергают:

• арматуру, применяемую в нефтяной и газовой отраслях;
• ограждающие дорожные и мостовые конструкции;
• элементы трубных коммуникаций и строительную арматуру;
• фурнитуру, используемую для изготовления мебели;
• арматуру, применяемую для укрепления железнодорожного полотна;
• конструктивные элементы автотранспортных средств;
• конструктивные элементы ЛЭП (линии электропередачи).

Термодиффузионное цинкование позволяет получать на поверхности металла цинковый слой минимальной толщины, благодаря чему подвергать такой обработке можно даже детали, отличающиеся очень небольшими размерами.

При повышении температуры обработки по данной технологии до 470° термодиффузия молекул цинка в поверхностный слой металла становится более интенсивной, но полученное в итоге покрытие не обладает требуемыми характеристиками. Оно не только отличается повышенной хрупкостью и легко отслаивается от поверхности изделия, но и не способно обеспечить требуемый уровень антикоррозионной защиты.

Промышленная линия термодиффузионного цинкования

Чтобы сформировать на поверхности металлического изделия термодиффузионное цинковое покрытие заданной толщины, обладающее высокими защитными характеристиками, необходимо предусмотреть ряд дополнительных процедур.

• Проводится тщательная очистка поверхности изделия, которое будет подвергаться обработке.
• Необходимо обеспечить герметичность контейнера для термодиффузионного цинкования.
• Когда герметичность контейнера обеспечена, в нем необходимо создать инертную или восстановительную среду. Следует иметь в виду, что в окислительной среде цинкование выполнять нельзя.

Детали обработаны и загружены в специальную емкость для термодиффузионного цинкования

При выполнении самого термодиффузионного цинкования в рабочую среду желательно вносить специальные флюсующие элементы, которые называют активаторами.

Если придерживаться всех вышеуказанных рекомендаций и строго соблюдать все технологические режимы, то на поверхности металлического изделия можно сформировать термодиффузионное цинковое покрытие, которое будет соответствовать как заданной толщине, так и требуемым защитным характеристикам.

Сравнительный анализ коррозионной стойкости

Алгоритм нанесения термодиффузионного цинкового покрытия выглядит следующим образом.

• Обрабатываемая поверхность тщательно очищается (в производственных условиях для этого используют дробеметные, пескоструйные и ультразвуковые установки).
• Изделие и специальную смесь, за счет которой будет осуществляться насыщение его поверхности цинком, помещают в герметичный контейнер.
• В контейнере создается требуемая температура, при которой и протекает диффузионное поверхностное цинкование.

Печь для термодиффузионного цинкования

После окончания цинкования деталь извлекают из контейнера и очищают ее поверхность от остатков использованной смеси. Затем остается выполнить пассивирование уже оцинкованной поверхности и дать ей полностью остыть.

Для выполнения диффузионного поверхностного цинкования используются различные насыщающие смеси, одной из которых является «Левикор».

Высокую популярность у отечественных специалистов смесь «Левикор» завоевала благодаря тому, что ее отличает высокая проникающая способность, а ее применение позволяет получать цинковые покрытия требуемой толщины, обладающие исключительными защитными свойствами.

Достоинства и недостатки

Технология цинкования, для реализации которой используется термодиффузия, отличается целым рядом достоинств. Перечислим их.

• Поверхность обработанного изделия и сформированный на ней цинковый слой характеризуются отличной адгезией.
• Данный метод обработки отличается экономичностью, так как для его реализации не требуются большие производственные площади, значительные затраты рабочей силы и электрической энергии.
• Технология термодиффузионного цинкования позволяет получать идеально ровное и однородное по своей толщине покрытие, отличающееся, кроме того, высокими защитными свойствами.
• За счет того, что термодиффузия осуществляется в герметичных контейнерах, данный процесс отличается токсической, химической и экологической безопасностью. При работе с такими установками человек не получит термический ожог, а также не подвергнется воздействию других факторов, которые бы могли негативно отразиться на его здоровье.
• Толщина цинкового слоя при использовании такой технологии хорошо поддается регулировке в достаточно широких пределах.
• Образующиеся в процессе термодиффузионного цинкования отходы легко утилизируются. При этом процесс такой утилизации, выполняемой по стандартной схеме, также не связан с опасностью для человеческого здоровья.
• Для очистки поверхности изделия после термодиффузионного цинкования не используются кислоты и другие агрессивные средства.
• Оборудование, на котором выполняется диффузионное поверхностное цинкование, отличается простотой управления и обслуживания.
• Процедура термодиффузионного покрытия цинком выполняется при более щадящем температурном режиме, если сравнивать ее с другими технологиями нанесения защитных покрытий.

После этого типа цинкования возможна последующая окраска деталей

У данной технологии есть два основных недостатка. Заключаются они в следующем.

• Цинковый слой, формирующийся на поверхности изделия при использовании данной методики, отличается малопривлекательным сероватым цветом. Такая проблема решается путем нанесения на предварительно полученное термодиффузионное цинковое покрытие дополнительного декоративного слоя. Следует, однако, иметь в виду, что возможность нанесения такого слоя не оговаривается положениями ГОСТа. Во многих случаях, когда для оцинкованных металлических изделий эстетический фактор не столь важен, на такой недостаток не обращают внимания.
• Габариты изделий, которые могут быть подвергнуты термодиффузионному цинкованию, серьезно ограничены размерами герметичного контейнера, а также внутренним объемом нагревательной печи.

При выполнении такой обработки следует строго придерживаться не только технологических рекомендаций, но и правил техники безопасности. В противном случае в организм человека может попасть цинковая пыль, которая способна нанести вред его здоровью.

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

В соответствии с положениями нормативного документа, термодиффузионные цинковые покрытия могут быть отнесены к одному из следующих классов:

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

Несмотря на то, что в ГОСТе не упомянуты цинковые покрытия большей толщины, потребитель по согласованию с производителем может заказать их нанесение. Однако в таком случае полученное покрытие будет относиться к категории нестандартных.

Рассматриваемый метод цинкования позволяет получить качественное цинковое покрытие толщиной 5–100 микрон

Термодиффузионное цинковое покрытие не наносится на те металлические конструкции и изделия, на которых имеются соединения, выполненные при помощи смол или припоя. Нанести цинковый слой на такие детали возможно, но для этого следует применять другие технологии.

В соответствии с положениями ГОСТ, цинковый слой, нанесенный на металлическое изделие по рассматриваемой технологии, не должен иметь следующих дефектов:

• остатков насыщающих смесей, которые не поддаются смыванию;
• вкраплений инородных тел;
• наростов;
• пустот и раковин;
• отслоений;
• трещин на поверхности;
• вздутий;
• даже очень незначительных по площади участков, на которых отсутствует покрытие.

Контроль качества подготовленной поверхности

А.1 Для контроля качества подготовленной поверхности изделия перед
нанесением покрытия из партии отбирают от 2 % до 5 % их общего числа образцов,
но не менее четырех изделий. Единичные изделия и конструкции (кронштейны,
консоли, опоры, блоки жестких поперечин) подвергают сплошному контролю.

А.2 Крепежные изделия контролируют на наличие необходимого допуска для
нанесения покрытия с помощью эталонной плашки, гайки и других приспособлений,
установленных в технологической документации.

А.3 Методы контроля качества подготовленной поверхности — по .

5 Физико-химические показатели качества покрытия

5.1 Физико-химические показатели
качества покрытия приведены в таблице 2.

Таблица 2 — Показатели
качества покрытия

5.2 В деталях и арматуре, имеющих
глухие отверстия и пазы шириной до 12 мм, а также сквозные гладкие и резьбовые
отверстия и пазы шириной до 6 мм, толщину покрытия на глубине более одного
диаметра или одной ширины не нормируют, при этом на этих участках не
допускается отсутствие покрытия. Наличие покрытия в данных местах, а также в
резьбах и глухих отверстиях контролируют металлографическим методом по ГОСТ
9.302.

Предисловие

Цели и принципы стандартизации в
Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом
регулировании», а правила применения национальных стандартов Российской
Федерации – ГОСТ Р 1.0-2004
«Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения»

Сведения о стандарте

1 РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН
Техническим комитетом по стандартизации ТК 213 «Металлические и другие
неорганические покрытия» и ТК 214 «Защита изделий и материалов от коррозии»

2 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом
Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 21 августа
2006 г. № 204-ст

3 ВЗАМЕН ГОСТ
Р 51163-98

Информация об изменениях к настоящему
стандарту публикуется в указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок — в
ежемесячно издаваемых информационных указателях «Национальные стандарты». В
случае пересмотра или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление
будет опубликовано в издаваемом информационном указателе «Национальные
стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также
в информационной системе общего пользования — на официальном сайте
Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети
Интернет

8 Упаковка, транспортирование и хранение

8.1 Для хранения и
транспортирования готовых изделий с покрытием используют негерметичную упаковку
(тару), исключающую прямое попадание на покрытие коррозионно-агрессивных
веществ и обеспечивающую естественную вентиляцию изделий для исключения
образования на их поверхности конденсированной влаги. При этом необходимо
соблюдать меры защиты покрытия от механических повреждений.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте
использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ
9.008-82 Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия
металлические и неметаллические неорганические. Термины и определения

ГОСТ
9.014-78 Единая система защиты от коррозии и старения. Временная
противокоррозионная защита изделий. Общие требования

ГОСТ
9.032-74 Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия
лакокрасочные. Группы, технические требования и обозначения

ГОСТ
9.054-75 Единая система защиты от коррозии и старения. Консервационные
масла, смазки и ингибированные пленкообразующие нефтяные составы. Методы
ускоренных испытаний защитной способности

ГОСТ
9.105-80 Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия
лакокрасочные. Классификация и основные параметры методов окрашивания

ГОСТ
9.301-86 Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия
металлические и неметаллические неорганические. Общие требования

ГОСТ
9.302-88 (ИСО 1463-82, ИСО 2064-80, ИСО 2106-82, ИСО 2128-76, ИСО 2177-85,
ИСО 2360-82, ИСО 2361-82, ИСО 2819-80, ИСО 3497-76, ИСО 3543-81, ИСО 3613-80,
ИСО 3882-86, ИСО 3892-80, ИСО 4516-80, ИСО 4518-80, ИСО 4522-1-85, ИСО
4522-2-85, ИСО 4524-1-85, ИСО 4524-3-85, ИСО 4524-5-85, ИСО 8401-86). Единая
система защиты от коррозии и старения. Покрытия металлические и неметаллические
неорганические. Методы контроля

ГОСТ
9.305-84 Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия
металлические и неметаллические неорганические. Операции технологических
процессов получения покрытий

ГОСТ
9.306-85 Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия металлические
и неметаллические неорганические. Обозначения

ГОСТ
9.307-89 Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия цинковые
горячие. Общие требования и методы контроля

ГОСТ
9.308-85 Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия
металлические и неметаллические неорганические. Методы ускоренных коррозионных
испытаний

ГОСТ
9.401-91 Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия
лакокрасочные. Общие требования и методы ускоренных испытаний на стойкость к
воздействию климатических факторов

ГОСТ
9.402-2004 Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия
лакокрасочные. Подготовка металлических поверхностей к окрашиванию

ГОСТ
9.407-84 Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия
лакокрасочные. Метод оценки внешнего вида

ГОСТ
9.908-85 Единая система защиты от коррозии и старения. Металлы и сплавы.
Методы определения показателей коррозии и коррозионной стойкости

ГОСТ
12.3.008-75 Система стандартов безопасности труда. Производство покрытий
металлических и неметаллических неорганических. Общие требования безопасности

ГОСТ 1497-84 (ИСО 6892-84)
Металлы. Методы испытаний на растяжение

ГОСТ
1759.4-87 (ИСО 898-1-78) Болты, винты и шпильки. Механические свойства и
методы испытаний

ГОСТ 12601-76 Порошок
цинковый. Технические условия

ГОСТ
16093-2004 Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба метрическая. Допуски.
Посадки с зазором

ГОСТ
22356-77 Болты и гайки высокопрочные и шайбы. Общие технические условия

— При пользовании настоящим
стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в
информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального
агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по
ежегодно издаваемому указателю «Национальные стандарты», который опубликован по
состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым
информационным указателям, опубликованным в текущем году Если ссылочный
документ заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует
руководствоваться замененным (измененным) документом. Если ссылочный документ
отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в
части, не затрагивающей эту ссылку.

Толщина цинковых покрытий при разных методах
измерений

В.1 Под толщиной покрытия обычно
понимают расстояние по нормали между поверхностью основного покрываемого
металла и поверхностью внешнего слоя покрытия по ГОСТ
9.008.

При термодиффузионном цинковании
получают покрытие, в основном состоящее из железоцинковой δ1-фазы
переменного состава, содержащей в поверхностном слое до 10 % железа.

Итерметаллидные фазы формируются
как в поверхностных слоях основного металла, так и внутри его структуры, образуя
четкую металлографическую картину присутствия фаз, по которой можно установить
признак нижней границы наличия цинка в структуре основного металла.

Таблица В.1 — Сопоставление толщины покрытий

Ключевые
слова: защита от коррозии, термодиффузионное цинковое покрытие, качество
покрытия, методы контроля

Термодиффузионное цинкование

«Завод оцинкованных металлоконструкций» производит термодиффузионное цинкование на печах Дистек-125. Габариты реторты: длина 3000мм, диаметр 700мм.
Сотрудничая с нами, вы получаете:

• Приемлемые цены от 22 руб./кг.
• Пропускную способность до 60 тонн в месяц;
• Возможность пассивации изделий после цинкования;
• Высочайшее качество покрытия;
• Услуги по очистке металлоизделий;
• Кратчайшие сроки;
• Оперативное заключение договора;

Данный вид цинкования позволяет защищать от коррозии детали из любых марок стали, в том числе высокопрочных, и чугуна без изменения свойств основного металла.

Перед загрузкой изделий проверяется состояние их поверхности. При необходимости проводится дробеструйная обработка, сушка, очистка изделий от окалины и окисной пленки. Для мелких изделий дополнительно предусмотрена операция обезжиривания поверхности. ТДЦ длинных изделий проводится в следующем порядке:

• изделия загружаются в контейнер;
• после загрузки изделий, в контейнер засыпается порция насыщающей смеси и закрывается крышка;
• контейнер переносится цеховым краном в печь или на стеллаж;
• в печи производится термодиффузионного насыщения поверхности изделий цинком в автоматическом режиме;
• выгрузка контейнера из печи и остывание на стеллаже.
• после разгерметизации контейнера производится выгрузка изделий;

Изделия проходят финишную обработку поверхности в следующей последовательности:

• промывка изделий водой для удаления остатков отработанной насыщающей смеси;
• фосфатная пассивация в ванне с раствором;
• ополаскивание изделий водой;
• сушка изделий в калориферной установке;
• проверка качества покрытия изделий и отправка их на склад готовой продукции.

Цех ТДЦ представляет комплекс оборудования, увязанного в единую технологическую цепочку – линию. Линия оборудована компьютерной системой визуализации процесса, которая включает:

• автоматический расчет технологических режимов покрытия конкретных изделий в программе «TDZpro»;
• назначение и автоматической управление процессом насыщения изделий в печи «Distek 3600» с записью процесса в базе данных программы.

Система позволяет наблюдать за работой линии в удаленном режиме через Интернет и отслеживать прохождение отдельного заказа по операциям на дисплее в режиме реального времени.

Система обеспечивает архивацию всех параметров процесса ТДЦ, как заданных технологом, так и полученных на практике, включая фиксацию фактической толщины покрытия, замеренного представителем ОТК и отдельных замечаний по качеству.

Термодиффузионное цинкование имеет ряд существенных преимуществ:

• высокая антикоррозионная стойкость;
• покрытие в точности воспроизводит профиль поверхности изделия в целом и отдельных деталей на ней (резьбу, маркировку, другой тонкий рельеф поверхности).
• покрытие имеет более высокую твердость, чем другие цинковые покрытия и обладает хорошим сопротивлением абразивному износу.
• температура насыщения относительно невелика, поэтому покрытие может быть нанесено на пружинные и другие предварительно термообработанные детали.
• процесс может быть использован для нанесения покрытий на изделия, полученные по порошковой технологии, на пористые изделия, а также на предварительно собранные подвижные узлы и сварные изделия.
• детали, подвергаемые насыщению, требуют минимальных затрат на подготовку поверхности к покрытию. Допускается наличие на деталях пятен коррозии, остатков смазки и СОЖ.
• в процессе исключено образование жидких и твердых отходов, нуждающихся в нейтрализации или захоронении.
• покрытие представляет собой интерметаллид железо-цинк переменного состава, в основном FeZn7 (α1-фаза). Плотность этой фазы 7,2 см3, микротвердость ~ 4500 МПа.
• толщина покрытия может варьироваться в пределах от 20 до 100 мкм и более.
• покрытие, получаемое по процессу «DiSTeK», полностью соответствует требованиям ASTM B633, ASTM B695, Британского стандарта BS 4921:1988 и ГОСТ Р 51163-98 Российской федерации.

Получаемое покрытие однородно по толщине, имеет матовый темно-серый (возможно варьировать) цвет. Антикоррозионная стойкость такого покрытия превосходит по своим защитным свойствам другие цинковые покрытия.

Классы покрытий в зависимости от толщины цинкового покрытия определяют по таблице 1.
Таблица 1 — Классы покрытий

Недостатком термодиффузионного цинкования является отсутствие у готового изделия декоративных свойств: покрытие имеет матовую поверхность серого цвета.
Для улучшения внешнего вида  «Завод оцинкованных металлоконструкций» предлагает производить последующую покраску цинкосодержащими эмалями или порошковую покраску.

ООО «Завод оцинкованных металлоконструкций» проводится весь комплекс работ по термодиффузионному цинкованию и финишной обработке мелких изделий:

• гвозди строительные, машинные, специальные (ершенные, навинтованные, квадратные, обойные, кровельные, отделочные, палетные, формовочные, шиферные, финишные, тарные, рифленые и др.);
• шурупы (специальные, термоупрочненные)
• винты (стандартные, специальные, самосверлящие и самонарезающие)
• болты (с полукруглой, шестигранной или потайной головкой )
• гайки (шестигранные, клапана отбоя и клапана отдачи амортизатора)
• заклепки

При цинковании резьбовых деталей метод ТДЦ за счет равномерности покрытия не требуется последующая обработка резьбы.

1 Область применения

Настоящий стандарт
распространяется на защитные цинковые покрытия (далее — покрытия), наносимые
методом термодиффузионной обработки в порошковых смесях, предназначенные для
обеспечения коррозионной стойкости изделий, деталей и другой металлопродукции
из стали, в том числе повышенной прочности, а также из чугуна и медных сплавов
(далее — изделия), и устанавливает общие требования к покрытиям и методы
контроля их качества.

Покрытие не рекомендуется
применять на изделиях, которые при работе достигают температуры 370 °С и выше
или контактируют с другими деталями, достигающими этих температур.

Технология термодиффузионного цинкования — технологические этапы и особенности

Существует несколько способов защиты стали от коррозии. Среди электрохимических технология термодиффузионного цинкования (другое название – «шерардизация») считается самой эффективной. Что она собой представляет, каковы ее преимущества и основные этапы работы – тема предлагаемой статьи.

В ГОСТ сказано, что технология термодиффузионного цинкования применяется при обработке образцов из стали, меди и чугуна. Однако это не единственно возможные варианты. Она была опробована и на ряде других металлов и сплавов; результат – положительный.

Особенности термодиффузионного цинкования

• Двойная защита основы – электрохимическая + механическая.
• Степень антикоррозийной устойчивости – максимальная.
• Исключается риск появления «водородной хрупкости».
• Полное сохранение формы и рельефа образца.
• Возможность регулирования толщины цинкового слоя в большом диапазоне (как правило, 6 – 50 мкм, хотя и это не предел; превышение обговаривается с заказчиком).
• Минимальные затраты на стадии подготовки изделия к обработке.
• В процессе цинкования температура в печи повышается до уровня не более 500 0С, следовательно, расход эл/энергии существенно ниже, чем при осуществлении ряда других методик, предусматривающих термообработку изделий.
• Простейшая технология утилизации отходов.

Минус

Практическая реализация технологии термодиффузионного цинкования возможна лишь в условиях большого производства. В быту она неприменима, так как предполагает наличие специфического (дорогостоящего) оборудования.

Технологические этапы термодиффузионного цинкования

Способы и оборудование выбираются исходя из габаритов образцов, их формы, рельефности, степени загрязнения и ряду других параметров. В масштабах производства это, как правило, пескоструйные, дробеметные, ультразвуковые установки.

Помещение изделия в емкость (контейнер)

В резервуар добавляется смесь с повышенным содержанием цинка. Ее рецептура, масса определяются ТУ на готовую деталь. В первую очередь – требуемой толщиной защитного слоя. Одно из условий проведения термообработки – герметичность контейнера.

Непосредственное цинкование

Оно проводится при высоких температурах. Для этого контейнер помещается в специальную печь, и ему одновременно с нагревом придается вращение. Такая обработка позволяет получить максимальную однородность цинкового слоя по всей площади образца. В зависимости от условий (температура, скорость) процесс длится в пределах 2,5±0,5 часа.

Охлаждение

После завершения цинкования контейнер извлекается из печи. Разгерметизация емкости возможна при достижении значения ее температуры 60 ºС и менее. Только после этого производится выемка детали.

Очистка заготовки

Задача – удалить приставшие к основе фракции порошка.

Фосфатирование

Оно проводится в соответствие с ГОСТ №№ 9.305 и 9.402 в зависимости от вида дальнейшей обработки детали. Проще говоря, подо что она готовится – покраску или иное.

Доп/обработка поверхности

Ее специфика определяется заданными ТУ на образец.

После проведения всех указанных мероприятий осуществляется контроль качества.

В статье рассмотрены лишь общие вопросы, касающиеся термодиффузионного цинкования. Тем, кто хочет разобраться с данной технологией более подробно, автор рекомендует изучить ГОСТ № Р 9.316 от 2006 года.

Термодиффузионное цинкование | Цинковый портал

Термодиффузионное цинкование — процесс формирования защитного слоя путем  диффузионного внедрения атомов одного вещества (Zn) в кристаллическую решетку другого(Fe).

Чем глубже проникновение инородного вещества вглубь основы материала, тем выше прочность сцепления (связи) при термодиффузионном цинковании.

На поверхности формируется сплавное покрытие, состоящее из железа и цинка.

Термодиффузионное цинкование. Методика формирования поверхностного слоя

Диффузия – это направленное движение частиц под воздействием тепла. Термодиффузионное цинкование протекает в температурном диапазоне от 400 градусов до 500. Согласно диаграмме Fe — Zn, температура активно влияет на формирование структуры защитного слоя, толщина покрытия зависит от времени выдержки (продолжительности технологического процесса).

После термодиффузионного цинкования (химико-термической обработки) металлического изделия цинком на стальной подложке формируется поверхностный слой, который имеет двухфазную микроструктуру:
• Г-фаза формируется на поверхности матричной основы изделия, толщина слоя от 2 мкм до 4 мкм, содержание железа до 25%, цинка — до 75%,
• б1 – фаза – формируется на поверхности обрабатываемой детали, толщина слоя от 100 мкм до 160 мкм, содержание железа до 12%, цинка – до 88%.

Цинковое покрытие при термодиффузионном методе обработке получается в результате нагрева исходной детали в рабочей зоне спецоборудования вместе с насыщающей, диффузионной смесью.

Технологический состав для ХТО включает в себя цинковый порошок (цинковую пыль), инертный разбавитель, активатор.

Различные добавки, входящие в насыщающую смесь, влияют на определенные технологические свойства покрытия, ускоряют процесс термодиффузионного цинкования.

Микроструктура поверхностного слоя зависит от
• температуры протекания технологического процесса,
• времени выдержки в насыщающей среде,
• состава диффузионной смеси.

При термодиффузионном цинковании защита металлической основы от коррозионного разрушения происходит электрохимическим способом, т.к. наносимое покрытие является анодом, а черный металл — катодом.

Каждая последующая структурная фаза, по мере приближения к матрице, становится катодом по отношению к предыдущей составляющей.

После цинкования на обработанной поверхности образуется гладкое, беспористое покрытие, которое точно повторяет все конструкционные особенности изделия. Толщина диффузионного слоя равномерна, одинакова по всей длине. Цвет покрытия светло-серый.

Оцинковку можно производить на деталях, изготовленных из высоко- и низкоуглеродистых стали, а также на изделиях из чугуна.

Для улучшения товарного вида оцинкованных изделий и для повышения характеристик коррозионной устойчивости производится дополнительная поверхностная обработка (фосфатирование, пассивирование, промасливание), после чего процент коррозионной стойкости увеличивается еще на 12- 15 единиц.

Оборудование для термодиффузионного цинкования

Для цинкования используется специальное оборудование:
• барабаны,
• контейнеры,
• реторты,
• печи.

Для нагрева и поддержания определенного температурного режима в химико-термических установках применяют термостойкие нагреватели.

Основные преимущества защитного покрытия после термодиффузионного цинкования

• Высокая коррозионная стойкость.
• Отсутствие водородной охрупчиваемости (электрохимическое цинкование).
• Эксплуатационная надежность (высокая износостойкость).
• Цинковое покрытие обладает достаточной пластичностью (твердая смазка).
• Прочное сцепление поверхностного слоя с матричным основанием (диффузионная связь).
• Высокая твердость защитного слоя, низкий коэффициент абразивного износа.

Термодиффузионное цинкование используется для нанесения защитного покрытия на детали и изделия, используемые в нефте- и газодобывающих отраслях, для защиты водопроводов и газопроводов, в строительной индустрии.

Дополнительная обработка поверхности после термодиффузионного цинкования (фосфатирование, покраска, промасливание и др.) расширяют области практического применения.

7 Контроль качества покрытия

7.1 Оцинкованные изделия
предъявляют к приемке партиями. Партией считают изделия одного типа и размера,
изготовленные из металла (сплава) одной марки и одной термической обработки и
подвергнутые термодиффузионному цинкованию в одном контейнере по одной и той же
технологии.

7.2 Число изделий (или
образцов-свидетелей) для испытаний должно составлять не более 10 % партии, но
не менее четырех. Единичные изделия и конструкции (кронштейны, консоли, опоры,
блоки жестких поперечин и т.п.) подвергают сплошному контролю при применении
неразрушающих методов; при применении разрушающих методов контроля используют
образцы-свидетели по 6.11.1.

7.3 Качество покрытия
контролируют на соответствие требованиям таблицы 2.

7.4 Контроль
внешнего вида покрытия проводят невооруженным глазом при освещении не менее 300
лк на расстоянии 25 см от контролируемой поверхности.

При получении
неудовлетворительных результатов хотя бы на одном из испытуемых образцов
проводят повторный контроль на удвоенной выборке из той же партии. При
получении неудовлетворительных результатов повторного контроля партию бракуют.

7.5 Контроль
толщины цинкового покрытия проводят только после стадии фосфатирования.

— на участках поверхности, не
имеющих накатки и резьбы, в нескольких местах на расстоянии не менее 5 мм от ребер,
углов, отверстий;

— на резьбовых деталях — в трех
точках: на плоскости головки болта, гладкой части болта и торцевой части болта
со стороны резьбы, на торцах гаек.

Толщину покрытия измеряют
магнитным (магнитными толщиномерами) или металлографическим методами по с учетом требований 5.2,
при этом металлографический метод является арбитражным. По согласованию с
потребителем допускается измерять толщину покрытия другими методами по , обеспечивающими
погрешность измерений не более ±10 %. Пример сопоставимости толщины покрытий,
измеренных магнитным и рентгенофлюоресцентным методами, приведен в приложении В.

При получении
неудовлетворительных результатов хотя бы на одном из испытуемых образцов партию
бракуют.

7.6 Контроль
остаточной (водородной) хрупкости при приемосдаточных испытаниях проводят в
соответствии с 6.11.3.2
по требованию потребителя.

7.7
Ускоренные коррозионные испытания при приемосдаточных испытаниях проводят в
соответствии с 6.11.4.3
по требованию потребителя, а также в условиях, оговоренных 6.11.4.2.
При получении неудовлетворительных результатов повторные испытания не проводят,
а партию бракуют.

7.8 При сертификации продукции
испытания проводят по всем показателям таблицы 2 и 6.11.4.5.

6 Технология нанесения цинкового покрытия

6.1 Технологический процесс
цинкования состоит из следующих стадий:

— подготовки поверхности;

— термодиффузионного цинкования
(нанесения цинкового покрытия);

— дополнительной обработки
покрытия (см. 3.2

6.2 Участки помещений для
нанесения покрытия располагают с учетом ограничения или исключения проникания
агрессивных газов и пыли.

6.3 Работы проводят при температуре
окружающей среды не ниже 15 °С и относительной влажности воздуха не более 70 %
в условиях, исключающих образование конденсированной влаги.

6.4 Перерыв между стадиями
подготовки поверхности и нанесения покрытия должен быть не более 24 ч для условий
по 6.3, при этом для медных сплавов допустимый перерыв устанавливают по НД.

6.5 При наличии на поверхности
изделий средств временной противокоррозионной защиты перед нанесением покрытия
проводят их расконсервацию по ГОСТ
9.014.

6.6 Требования к контролю
качества основного металла — по ГОСТ
9.301 (раздел 3).

6.7 Подготовка поверхности

6.7.1 Подготовку поверхности в
зависимости от вида загрязнений проводят по ГОСТ
9.402. Степень очистки — 2 по ГОСТ
9.402.

6.7.2 На поверхность изделий, подготовленную
к цинкованию, не допускается попадание масел, пыли, влаги и образование на ней
конденсата.

6.7.3 Контроль качества
подготовленной поверхности для нанесения покрытия проводят по приложению А.

6.8 Нанесение цинкового
покрытия

6.8.1 Изделия, подвергаемые
термодиффузионному цинкованию, помещают в герметически закрываемый контейнер с
цинкосодержащей смесью. Массу насыщающей смеси устанавливают в зависимости от
заданной толщины покрытия, общей площади защищаемой поверхности изделий с
учетом влияния на толщину процесса фосфатирования.

6.8.2 Контейнер помещают в печь,
в которой проводят нанесение покрытия при температуре от 290 °С до 390 °С при
вращении контейнера со скоростью от 0,03 до 0,1 с-1 в течение от 2
до 3 ч. После окончания термодиффузионной обработки контейнер извлекают из печи
и охлаждают, при этом при температуре свыше 60 °С контейнер не открывают.

6.8.3 После охлаждения
контейнера изделия вынимают и очищают поверхности от остатков порошка.

6.8.4 Для получения покрытия
используют насыщающую смесь на основе цинкового порошка по ГОСТ 12601 влажностью не
более 1,5 %. Могут быть использованы цинкосодержащие смеси импортного
производства по качеству не ниже отечественных.

После нанесения цинкового
покрытия по 6.8 проводят фосфатирование по ГОСТ
9.305. Под лакокрасочные покрытия фосфатирование проводят по ГОСТ
9.402.

6.10 Дополнительная обработка

Дополнительную обработку
покрытий (см. 3.2)
проводят:

— маслами, смазками, восковыми
составами и другими средствами временной противокоррозионной защиты в
соответствии с требованиями ГОСТ
9.014 с учетом НД на конкретный материал;

— лакокрасочными покрытиями в
соответствии с требованиями ГОСТ
9.105 с учетом НД на конкретный лакокрасочный материал; при этом применяют
лакокрасочные материалы по ГОСТ
9.401;

— кремнийсодержащими составами
по НД на конкретный состав.

6.11 Контроль процесса
цинкования

6.11.1 Контроль
качества технологического процесса цинкования осуществляют соблюдением всех
стадий цинкования в соответствии с требованиями настоящего стандарта и
проведением периодических испытаний по следующим основным показателям:

— прочность сцепления цинкового
покрытия;

— остаточная (водородная)
хрупкость (водородное охрупчивание)* изделий;

— коррозионная стойкость
(защитные свойства) покрытия,

* Контроль проводят в случае, если потребитель
предъявляет к изделию данное требование.

— Если форма, размеры или
стоимость изделия не позволяют использовать его для контроля разрушающими
методами, то испытания проводят на образцах-свидетелях, изготовленных из того
же материала и с той же шероховатостью поверхности» как у изделия, и
оцинкованных по одной технологии, в одном контейнере с контролируемыми
изделиями. Образцами — свидетелями являются пластины размерами не менее 158 см; для контроля
остаточной (водородной) хрупкости — образцы формой и размерами по Б.2
(приложение Б),
для контроля толщины труднодоступных поверхностей (5.2)
— образцы, согласованные с потребителем.

6.11.2
Прочность сцепления цинкового покрытия определяют в зависимости от типа
изделия по (раздел 5) методами,
указанными для цинкового покрытия, или по ГОСТ
9.307.

При получении
неудовлетворительных результатов хотя бы на одном из испытуемых образцов
выясняют причины возникновения и устраняют их.

— Допускается по
согласованию с потребителем использовать другие методы определения прочности
сцепления или исключать контроль данного показателя.

6.11.3 Контроль остаточной
(водородной) хрупкости (водородного охрупчивания)

6.11.3.1 Для контроля остаточной
(водородной) хрупкости изделий не реже одного раза в месяц проводят
механические испытания на четырех изделиях, выбранных из четырех индивидуальных
партий (или на четырех образцах-свидетелях), сформированных в течение не более
одной недели. При получении неудовлетворительных результатов испытаний выявляют
причины и устраняют их.

6.11.3.2
Контроль остаточной (водородной) хрупкости (водородного охрупчивания) изделия проводят
после фосфатирования по приложению Б.
Изделия с пределом прочности более 1000 МПа перед испытанием рекомендуется
выдержать 48 ч при комнатной температуре, с более низким пределом прочности —
24 ч.

6.11.4 Ускоренные
коррозионные испытания

6.11.4.1 Ускоренные коррозионные
испытания проводят для определения:

— коррозионной стойкости
покрытия без дополнительной обработки (см. 3.2);

— защитных свойств покрытия.

6.11.4.2
Ускоренные коррозионные испытания проводят первый раз при освоении производства
и периодически для подтверждения качества покрытий. При получении
неудовлетворительных результатов периодических испытаний изготовитель переводит
испытания по этому показателю в категорию приемосдаточных до получения
положительных результатов не менее чем на трех партиях подряд.

6.11.4.3
Испытания на коррозионную стойкость проводят в камере нейтрального соляного
тумана по ГОСТ
9.308 в течение времени, приведенного в таблице 3.

Таблица
3 — Продолжительность испытаний

Образцы считают не выдержавшими испытаний при
появлении продуктов коррозии основного металла (ржавчины) хотя бы на одном из
испытуемых образцов до истечения времени, указанного в таблице 3. При этом
образование продуктов коррозии покрытия на кромках (торцах) образцов не считают
браковочным признаком, если потребителем не установлено иное.

При получении
неудовлетворительных результатов технологический процесс приостанавливают,
выявляют причины, устраняют их и проводят повторные испытания.

6.11.4.4
Контроль защитных свойств покрытий проводят по методом нанесения капли
испытательного раствора. Оценка защитных свойств — по ГОСТ
9.301 (таблица 1).

6.11.4.5
Защитные свойства покрытий с дополнительной обработкой (см. 3.2)
определяют в соответствии с требованиями:

— ГОСТ
9.054 для средств временной противокоррозионной защиты;

— ГОСТ
9.401 для лакокрасочных покрытий с оценкой декоративных и защитных свойств
по ГОСТ
9.407;

— ГОСТ
9.308 (раздел 1) для кремнийсодержащих составов, при этом продолжительность
испытания должна быть не менее 750 ч.

Покрытия термодиффузионные цинковые ГОСТ

ГОСТ Р9.316-2006 предусматривает 5 классов покрытий в зависимости от толщины цинкового покрытия. 1 класс: от 6 до 9 мкм, 2 класс: от 10 до 15 мкм, 3 класс: от 16 до 20 мкм, 4 класс: от 21 до 30 мкм. 5 класс: от 40 до 50 мкм. Толщина цинкового покрытия свыше 50 мкм — по согласованию с потребителем.

Тип покрытия — цинковое с фосфатированием.Термодиффузионное цинковое покрытие по ГОСТ обозначают буквами «ТД». По согласованию с потребителем дополнительно указывают класс покрытия.

На поверхности металлопроката, поступающего для нанесения покрытия не допускаются:- коррозионные повреждения- окалина- шлаковые, флюсовые и др.включения- смазка, масло, эмульсия, пыль, краска Покрытие наносят после того, как все термические и механические операции обработки изделий (резание, сврка, формовка, сверление и т.п.) будут закончены.

Технологический процесс нанесения цинкового покрытия состоит из нескольких стадий: 1. Подготовка поверхности2. Термодиффузионное цинкование3. Фосфатирование.4. Дополнительная обработка (обработка жидким стеклом, цинксодержащей краской, смазками и др.средствами временнойантикоррозионной защиты).

Толщину покрытия измеряют магнитным (магнитными толщиномерами) или металлографическими методами. Погрешность измерений не более +-10%.При перевозке изделий необходимо соблюдать меры защиты покрытия от механических повреждений.