Цинкование изделий из металла

Металлопрокат / Статьи / Цинкование изделий из металла

Значительную долю в общем объеме продукции металлопроката, который реализует компания «КСМ», занимают изделия из оцинкованной стали. Цинковое покрытие представляет собой высокоэффективную защиту стальных сплавов от коррозии, позволяющую значительно продлить сроки эксплуатации металла. На каких принципах основан метод цинкования и каковы его основные виды — рассмотрению этих вопросов посвящена данная статья.

Защитные функции цинка

Как и большинство металлов, в условиях доступа кислорода железо подвергается окислению. Однако, в отличие от цинка, алюминия или олова, процесс окисления Fe сопровождается иными изменениями. Если в первом случае на поверхности металлов со временем образуется плотная защитная пленка из окисленных соединений, препятствующих проникновению кислорода вглубь, то рыхлая и непрочная оксидная пленка на поверхности изделий из железа такой защитной роли не выполняет — она не препятствует дальнейшему окислительному процессу и распространению коррозии вглубь металла (ржавлению). Результатом процесса является разрушение металла, стремительное сокращение сроков эксплуатации деталей и конструкций.

Одним наиболее эффективных решений проблемы является покрытие железа слоем металла, который более устойчив к атмосферным воздействиям. Именно таким металлом по отношению к железу является цинк, берущий на себя защитную функцию. Наибольшую устойчивость к корродирующему воздействию атмосферных осадков, водопроводной воды, солей, углекислоты демонстрирует чистый цинк. Однако в условиях промышленного производства используются различные марки металла (Ц0А и ниже), предусматривающие разный объем содержания примесей. Наличие последних влияет на скорость растворения цинка — сохранение необходимых защитных свойств в данном случае может быть обеспечено за счет увеличения толщины цинкового покрытия, которая, в свою очередь, зависит от технологии процесса цинкования. Толщина защитного цинкового слоя слоя может варьироваться в пределах от 6 мкм (при гальваническом цинковании) до 200 мкм.

Виды цинкования

В промышленном производстве оцинкованных изделий из металла используются четыре технических метода цинкования, каждый из которых применяется в зависимости от специфики характеристик изделия и его назначения. Пред нанесением покрытия поверхность металла подвергается предварительной обработке:

• на первом этапе осуществляется чистка с удалением окалины методом травления;
• на втором этапе производится отжиг с целью получения оптимальных физико-химических свойств металлической поверхности, необходимых для нанесения цинкового покрытия.

Способы оцинковки

Гальванический

Гальванический метод — один из наиболее широко применяемых способов. Он предусматривает нанесение на металл слоя цинка путем электрохимического воздействия. Изделия из металла, подвергаемые цинкованию, помещаются вместе с цинковыми пластинами в ванну с электролитом. В результате подключения постоянного тока происходит анодная реакция растворяемого цинка, в результате которой ионы Zn оседают на поверхности металлических изделий. В зависимости от используемых технологий различают несколько способов гальванического цинкования — щелочное, кислотное и цианидное.

Широкий масштаб применения данного метода обусловлен низкой себестоимостью и высокой производительностью в данном сегменте отрасли. Вместе с тем, толщина цинкового покрытия, которая обеспечивается при оцинковке гальваническим способом, достигает всего 4-20 мкм, что обуславливает ограниченный характер его использования: цинковые покрытия такого рода применяются в качестве защитно-декоративных и имеют сравнительно короткий срок эксплуатации. Помимо этого, гальваническое цинкование выполняется при изготовлении стальной сетки, гвоздей и крепежных изделий.

Горячее цинкование

Метод горячего цинкования — второй по масштабам использования после электролизного. Данный способ предусматривает непосредственное нанесение слоя цинка на предварительно подготовленную поверхность металлических изделий. Цинкование осуществляется в специальных емкостях, наполненных цинком, расплавленным до температуры 460°С. Для равномерного распределения Zn по поверхности изделий и удаления его излишков в качестве ёмкостей используются вращающиеся барабаны. В результате химической реакции цинк и основной металл образуют между собой устойчивое соединение, при этом толщина защитного цинкового слоя может достигать 200 мкм. Горячее цинкование обеспечивает самую надежную антикоррозийную защиту, которая способствует продлению сроков эксплуатации изделия до 50 и более лет. Высокие технические характеристики оцинкованного данным способом металлопроката, например, такого, как трубы оцинкованные водогазопроводные - позволяют использовать его в таких отраслях хозяйства, как газо- и водоснабжение, строительство и в целом ряде других.

Холодное цинкование

Холодное цинкование — один из наименее энергоемких и затратных способов оцинковки. Он предусматривает нанесение на поверхность основного металла грунтовок или красителей с цинковой пудрой, объем содержания которой может составлять до 98% всего объема всего состава покрытия. Материал наносится методом пневматического или безвоздушного распыления. Как и при гальваническом методе, при напылении цинк выступает в роли анода по отношению к основному металлу-катоду, образуя с ним устойчивое химическое соединение. Данный способ также называется протекторным, поскольку в гальванической паре Fe-Zn выступает в качестве защитника (протектора). Метод позволяет обрабатывать не только отдельные изделия, но и конструкции, надежно защищая от коррозии швы и стыки.

Термодиффузионное цинкование

Термодиффузионное цинкование — один из методов оцинковки, который способен обеспечивать уровень защитного покрытия, аналогичный тому, что получают при горячем цинковании. Метод предусматривает образование сплава железа и цинка сложной фазовой структуры в условиях термического воздействия, при котором молекулы Zn, перейдя в паровую фазу, проникают в железную подложку. Процесс осуществляется в муфелях, температура в которых может варьироваться в пределах 400-4500°С (в зависимости от особенностей технологии), при этом цинк помещается в них виде цинкосодержащего порошка. После выгрузки из муфелей детали подвергаются пассивации — обработке специальными растворами, которые обеспечивают защиту поверхности изделий от окисления при воздействии атмосферного воздуха. Также выполняется галтовка изделий. На заключительной стадии осуществляется сушка оцинкованных деталей.

Метод термодиффузионного цинкования обеспечивает отличные эксплуатационные характеристики изделий — высокую коррозионную стойкость, хорошее сопротивление абразивному износу, а также твердость покрытия, которая превосходит показатели, достигаемые при других способах цинкования. Вместе с тем, метод имеет существенный недостаток, который ограничивает масштабы его применения — это невысокая производительность, обусловленная ограниченными объемами камер для цинкования.