Методы цинкования металла

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Железо и сталь — это материал из которого изготовлен скелет современной технологической цивилизации. Но — увы! — и у стальной основы нашей цивилизации есть свое уязвимое место. Оно называется коррозия, от которой железо и сталь не имеют той естественной защиты, какой является оксидная пленка для многих цветных металлов — олова, цинка или алюминия.

Сталь нуждается в защите от коррозии — и лучшей защитой для нее будет цинкование. (или оцинковка). Оцинкованный лист прослужит гораздо дольше обычного стального.

Почему именно цинк?

Прежде всего потому, что цинк достаточно распространен и недорог, сам по себе коррозии практически не поддается, плавится при не очень высокой температуре (около 420 градусов, что гораздо ниже температуры плавления железа), обладает приемлемой прочностью. И при этом — что важно! — имеет стационарный электрический потенциал -0,76 В., то есть гораздо более отрицательный, чем у железа.

Словосочетание «холодное» цинкование у всех на слуху, а что же оно означает? И чем метод «холодного» цинкования лучше традиционного метода – «горячего» цинкования?

Для начала рассмотрим метод «горячего» цинкования. Что это такое?

Горячее цинкование – это когда изделие полностью погружают в емкость с расплавленным до 400⁰С «жидким» цинком, в результате чего цинк покрывает всю поверхность изделия равномерным слоем и на поверхности изделия образуется цинковая пленка, которая надежно защищает от коррозинного воздействия окружающей среды.

У данного метода есть преимущества, такие как:

• изделия небольшой формы окунаются легко и быстро,
• 100% нанесение покрытия в труднодоступные места и на сложные конструкции,
• качество покрытия не зависит от квалификации и знаний того, кто осуществляет процесс нанесения,

но есть и недостатки :

• процесс нанесения цинкового покрытия осуществляется только на производственном предприятии,
• ванны для окунания изделий определенных, ограниченных размеров и осуществлять нанесение цинкового состава на крупногабаритные изделия не представляется возможным,
• поврежденное покрытие не возможно отремонтировать, необходимо только заново производить процесс цинкования всей конструкции,
• после процесса цинкования при сушке изделия остаются некрасивые подтеки «жидкого» цинка, которые портят внешний вид изделия,
• при сборке конструкции после цинкования стыки и места сборки необходимо дополнительно защитщать от коррозии.

Как мы видим, у метода «горячего» цинкования есть свои преимущества и недостатки. Существует альтернатива этому методу – «холодное» цинкование.

«Холодное» цинкование – это нанесение на подготовленную поверхность металла состава с сожержанием цинка не менее 80%. В результате нанесения на поверхности образуется плёнка полимера с цинковым порошком, которая защищает металлическу поверхности от воздействия окружающей среды.

«Холодным» метод называется потому, что для создания цинкового покрытия на поверхности металла, нет особых требований соблюдения температурного режима, так при «горячем» методе для нанесения цинового покрытия неоходим разогрев цинкового состава до 400⁰С .

Как и «горячее» цинкование, метод «холодного» цинкования имеет свои преимущества и недостатки.

Холодное и горячее цинкование — отличия

Методов защиты металла довольно много: гальванический способ, диффузионное, газодинамическое, холодное и горячее цинкование. Несмотря на разнообразие способов защиты металла, самыми распространенными являются методы холодного и горячего цинкования. И так, давайте рассмотрим, какой же из этих методов лучше?

Для начала, давайте разберем, что такое цинкование?

Цинкование – это покрытие металла слоем цинка для защиты от коррозии. Цинковое покрытие всегда обеспечивает активную (катодную) и пассивную (барьерную) защиты.

При контакте металла и цинка возникает электрохимическая реакция. Цинк утрачивает свои электроны и расходуется первым, не давай коррозии образовываться на металле, до тех пор пока не истощится. Уже начавшийся процесс ржавления останавливается. Этот способ назван катодной или активной защитой.

Кроме этого, цинковое покрытие дает еще пассивную (барьерную) защиту, образовывает на поверхности плотную пленку. Пленка не пропускает влагу и кислород к защищенному железу.  Все виды цинкования (нанесения цинка) дают металлу активную и пассивную защиту.

Технологические процессы методов

Горячее цинкование — покрытие металла слоем цинка путём окунания изделия в ванну с расплавленным цинком при температуре около 460 °C. Далее, конструкцию подвешивают и ждут до полного высыхания. По мере высыхания, цинком заполняются все труднодоступные места, поры и микротрещенки изделия и покрытие получается ровным и не имеет пропусков.

Данный метод изобрели более 100 лет назад, поэтому его называют самым проверенным способом защиты металлов от коррозии. С возникновения метода в его технологическом процессе практически ничего не изменилось.

Холодное цинкование – нанесение на подготовленную поверхность металла состава с содержанием цинка 92-96%. Применяется холодное цинкование как обычные краски – наносится кистью, валиком, краскопультом и окунанием.

Метод холодного цинкования разработан относительно недавно, в восьмидесятых годах 20-го столетия. Изобрел его один из ученых УрО РАН (Уральского Отделения Российской  Академии Наук). С тех пор его популярность растет с каждым годом  из-за удобства и практичности.

Само покрытие может иметь небольшие механические повреждения, царапины, поры, но во время периода эксплуатации эти недостатки «забиваются» (тем самым уплотняя покрытие) продуктами растворения цинка. Метод холодного цинкования наиболее легок в исполнении, дешевый и доступный. Холодное цинкование можно осуществить на месте  эксплуатации металлоконструкции без ее демонтажа. Каких либо ограничений по размерам и формам конструкции при этом не существует. Подготовку поверхности перед холодным цинкованием также производят на месте.

Само покрытие может иметь небольшие механические повреждения, царапины, поры, но во время периода эксплуатации эти недостатки «забиваются» (тем самым уплотняя покрытие) продуктами растворения цинка. Холодное цинкование можно осуществить на месте  эксплуатации металлоконструкции без ее демонтажа. Каких либо ограничений по размерам и формам конструкции при этом не существует. Подготовку поверхности перед холодным цинкованием также производят на месте.

Процесс нанесения цинкнаполненного состава довольно легок в исполнении, т.к. можно применять окунание, покраску кистью (валиком) либо распыление. Оцинковку проводят при температурах от -10 до +40 °С.

Покрытие абсолютно пожаробезопасно и электропроводно.

Преимущества и недостатки методов

Определиться однозначно с выбором метода цинкования довольно непросто. Однако, несмотря на надежность и результат, проверенный столетиями, метод горячего цинкования связан с определенными расходами, это и расходы на транспортировку, покупка ванн нужных размеров и саму процедуру. Холодное цинкование выходит несколько дешевле, ничуть не теряя в качестве. К тому же, холодное цинкование проще наносится, более устойчиво к внешней среде и воздействиям, а при повреждениях, быстро ремонтируется.

Холодное цинкование даст Вам уверенность в качестве выпускаемой продукции, ведь после нанесения можно не вспоминать о коррозии на срок до 25 лет.

Как оставить заявку или получить консультацию от наших специалистов?

Наша организация всегда готова предложить качественное покрытие по демократичным ценам. А технические специалисты просчитают и составят самую оптимальную систему покрытия, опираясь на необходимый срок эксплуатации, что в дальнейшем, сэкономит Вам время и деньги.

Не знаете, как составить заявку или остались вопросы?

Чем отличается цинковый грунт от обычного

Основным отличием является состав. Главный компонент грунтовки – цинк, в пропорции с эпоксидными, акриловыми или полиуретановыми смолами, с добавлением пигмента и специальными добавками дающие композиции плотность.

Цинкосодержащий грунт может применяться первым слоем как защитная подложка под декоративный второй слой или быть самостоятельным покрытием. Предназначен для нанесения на стальные поверхности и придания изделиям дополнительной коррозионной стойкости за счет содержания в нём цинковых пигментов различной конфигурации, обеспечивающих катодную и барьерную защиту. Используется для внутреннего и наружного применения.

Окрашивая объект, вы усиливает противодействие разрушениям от ржавчины:

• гидротехнических сооружений;

• водного транспорта;

• строительных конструкций;

• эстакад в портах;

• агрегатов, емкостей, насосов;

• хранилищ, цистерн, резервуаров;

• металлических трубопроводов – нефтяных, газовых;

• сельскохозяйственных и электрических опор.

В бытовых условиях красят:

• водопроводные коммуникации;

• отопительные котлы.

Это самый, на первый взгляд, простой и надежный метод создания цинковой пленки на изделиях их чугуна и стали: эти предметы просто погружают в расплав цинка, а потом вынимают уже покрытыми слоем цинка толщиной от 40 до 80 микрон — то есть достаточно плотным и износостойким.

Однако не все так просто: для того, чтобы цинковая пленка надежно «зацепилась» на поверхности черного металла, эта поверхность должна быть тщательно очищена и офлюсована (то есть покрыта составом, который должен предотвратить ее окисление до соприкосновения с расплавом цинка, и обеспечить надежную адгезию цинковой пленки).

При этом нужно иметь в виду, что расплавленный цинк застывает довольно быстро и может поэтому образовывать наплывы до 1 мм. толщиной, что нежелательно в тех случаях, когда на поверхность оцинкованных изделий есть резьба. Кроме того, сама технология накладывает ограничения на размеры изделий, которые мы хотим оцинковать таким способом — они не могут быть больше, чем ванны с расплавом цинка (а они не могут очень большими по определению).

Холодный метод цинкования

В отличии от горячего цинкования, его холодный вариант никак не связан с размерами цинкуемых деталей и поверхностей, поскольку он состоит в нанесении на них электролитических растворов цинка в различных летучих жидкостях. Такие растворы (гальванол, цинотан, цинотерн, цинкнол) наносятся на стальную поверхность из пульверизатора: растворитель высыхает, а цинковое покрытие остается — причем «садится» оно на поверхность стали очень надежно, с высокой адгезией. При этом покрываемую поверхность не нужно флюсовать, ее достаточно просто очистить от ржавчины и грязи.

Холодный метод цинкования хорош своей простотой

и применимостью для работ на открытом воздухе. Но внешний вид покрытой таким способом стали будет просто матово-серым без металлического блеска.

Поэтому холодное цинкование лучше всего использовать как «покрытие под покраску».

Преимущества «холодного» цинкования

• универсальность в нанесение : ручной (валиком или кистью), пневматический метод или окунанием изделия,
• возможность обработки деталей любых размеров: от маленьких, до больших- таких как трубопроводы и резервуары,
• технологичность — перед нанесением состава окрашиваемую конструкцию не демонтируют и не подвергают разборке, что позволяет наносить цинкосодержащий материал не только в заводских, но и в полевых условиях,
• после «холодного» цинкования можно проводить любые сварочные работы, которые не влияют на целостность покрытия. В последствие, на сварной шов можно нанести свежее покрытие, тем самым защить и шов, и всю конструкцию от коррозии.
• высокая проиводительность — процесс нанесения цикосодержащего покрытия не занимает много времени.

Технология «холодного» цинкования не имеет ярко выраженных минусов. Существуют два фактора, которые тяжело назвать недостатками:

• для достижения качественного покрытия необходима тщательная подготовка поверхности перед окрашиванием,
• для обработки различных полостей необходимо приложить усилия.

При «холодном» цинковании для получения надежной защиты конструкции от коррозионных разрушений на длительный срок необходимо строго соблюдать технологию на всех этапах работы.

Подводя итог, можно с уверенностью заявить, что метод «холодного» цинкования обладает преимуществом перед традиционным «горячим « цинкованием.

Несмотря на надежность метода «горячего» цинкования, его использование несет большие расходы, на транспортировку и саму процедуру цинкования.

«Холодное» цинкование позволяет сэкономить на защите металла без потери качества. К тому же, «холодное» цинкование устойчиво противостоит внешним воздействиям, гораздо проще наносится, продолжает выполнять свои защитные функции при повреждениях, быстро и локально ремонтируется.

Обработка металлических конструкций методом «холодного» цинкования позволит вам сэкономить, увеличить стоимость ваших конструкций, а значит и ваши доходы, сделать изделия привлекательнее для ваших покупателей.

Термодиффузное цинкование

Главного недостатка гальванического цинкования — «водородной хрупкости» позволяет избежать технология термодиффузионного цинкования.

Она основана на том, что цинк при определенных условиях может испаряться с поверхности цинксодержащего порошка и проникать в поверхностные слои железа, так что в результате образуется сложный сплав цинка с железом.

Такая диффузия становится возможной при

высокой (от 290 до 400 градусов) температуре и наличии электрического потенциала, при котором стальные изделия являются анодом.

Процесс термодиффузии производится во вращающемся контейнере при пониженном давлении (0,1 атмосферы) в восстановительной водородной атмосфере. На термодиффузное цинкование каждой партии крепежных метизов требуется от 90 до 180 минут.

В результате эти детали приобретут мышино-серый цвет — но вместе с ним и повышенную прочность поверхности и отменную устойчивость к коррозии ( в 3-5 раз лучшую, чем при гальваническом цинковании и в полтора-два — чем при горячей оцинковке).

При этом равномерность покрытия будет идеальной, а про адгезию такого покрытия говорить и смысла нет — оно просто «сливается» с черным металлом, так что отделить ее от него просто невозможно. Конечно, внешний вид оцинкованных таким способом метизов, большого эстетического удовольствия не доставляет, но от болтов, гаек, пружин и шурупов особой красоты и не требуется.

Недостаток же у термодиффузного цинкования только один, но существенный — в силу особенностей технологии применять ее можно только в отношении небольших по размеру предметов.

Горячее или холодное цинкование?

– это общепринятый стандарт в качестве защиты металла от коррозии, 160-летняя практика горячего цинкования металлоконструкций утвердила свою эффективность в увеличении срока службы покрытия в течении 60-70 лет.

Суть выполнения работы горячего цинкования заключается в погружении детали в ванну с расплавленным цинком. В результате которого образуется защитная плёнка толщиной 40-65 мкм.

Технология горячего цинкования требует тщательного подхода к выполнению всех ее этапов.

• Обработка механическим способом;

• Промывание после обезжиривания;

• Промывание после травления;

После ознакомления с этапами технологии должно быть понятно, что существует ограничение по габаритам конструкций. Горячим цинкованием невозможно обработать неподвижные стационарные металлоконструкции. То есть, те, которые нельзя доставить на производство.
Если сравнивать горячее цинкование с другими технологиями, отличие заключается в экономичном расходе материала, высокие защитные свойства получаемого цинкового слоя.
Но главный минус, такого метода – это специализированное оборудование и место. – новая технология антикоррозийной защиты металлов, на основе цинкосодержащих составов. Отличительная особенность методики – отсутствие особых требований к условиям, в которых происходит процесс нанесения покрытия.    Холодное цинкование является простой технологией, в отличии от горячего цинкования требующего многочисленного оборудования и помещения.     Цинковое покрытие наносится на поверхность в несколько слоев, любым доступным способом.    Наиболее рекомендуемыми является пневматический или безвоздушный методы распыления. Они позволяют получить наиболее равномерную и гладкую поверхность.    Цинксодержащие грунтовки эффективно применяются для обработки любых поверхностей из железа. Металлических конструкций, емкостей, систем снаружи и внутри помещений бытового, хозяйственного, общественного и промышленного использования. В условиях постоянного влияния влаги особенно важны преобразователь ржавчины и протектор железа от коррозии.
В среднем использование цинкосодержащего грунта продлевает срок эксплуатации металлических изделий и конструкций в 8 раз, в отличии от обычного покрытия по металлу.«Холодное цинкование предоставляет большую свободу и гибкость, так как позволяет обрабатывать как новые, так и старые конструкции без демонтажа, в любое время, без нарушения графиков, какого бы то ни было ущерба качеству и расходов на транспортировку.»
Важным моментом в характеристике цинковых грунтов является процентный состав содержания цинка. Естественно, чем выше процентное содержание цинка, тем лучше антикоррозионные характеристики продукта, но если вам нужно эластичное или другие свойства высохшей плёнки, то все зависит, от дополнительных добавок и их соотношение.

Газо-термическая оцинковка

В последнее время все более широко начинает использоваться еще один вариант нанесения цинкового покрытия — газо-термический. В этом случае цинк в виде тонкой проволоки или порошка подается к соплу специальной горелки, расплавляется в потоке раскаленного газа и мельчайшими каплями оседает на поверхность стального или чугунного изделия.

В принципе, такой метод можно было бы считать разновидностью горячего цинкования, если бы только капли расплавленного цинка, ударяясь о поверхность металла не деформировались, создавая «чешуйчатое» пористое покрытие.

Такое покрытие требует дополнительного слоя краски для заполнения микропор в слое цинка.

Это, конечно, недостаток, но зато такие комбинированные покрытия отличаются отличной адгезией и обладают устойчивостью в самых неблагоприятных условиях эксплуатации (в морской  воде, частых атмосферные осадках, кислой среде и т.д.), где они могут сохраняться до 30 лет.

Видео по теме:

Гальванический метод цинкования

Зато гальванический метод цинкования придает оцинкованой поверхности чрезвычайно привлекательный вид.

Он состоит в том, что через ванну с электролитом течет ток, причем анодом служат цинковые пластины, а катодом — изделия из стали. Под действием тока цинк растворяется в электролите, и его ионы оседают на железе. В результате получается тонкая (от 4 до 20 микрон) пленка, которая не только защищает сталь от коррозии, но и придает поверхности эстетичный внешний вид. Поверхность, покрытая гальваническим цинком может приобрести (в зависимости от своей толщины) сине-голубой, светло-серый или матово-белый металлический блеск. Главными достоинствами такого покрытия будет равномерность его толщины по всей покрываемой поверхности.

Но за этими плюсами идут и свои минусы: тонкое и красивое гальваническое покрытие будет не стойким к истиранию, а увеличение его толщины будет чревато тем, что сталь в процессе гальваники может приобрести заодно и т.н. «водородную хрупкость». Тем не менее, гальваническое цинкование. в силу своей малой себестоимости очень часто используется для антикоррозионной защиты разных видов крепежа, металлических изделий и декоративных элементов.