Термодиффузия металла что это

Обновлено: 19.05.2024

Несмотря на это, технология термодиффузии получила широкое распространение в кругу профильных специалистов.

Это обусловлено стабильными защитными свойствами и эксплуатационными характеристиками обработанных изделий.

Особенности технологии и сфера применения

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

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

Технологию термодиффузии обычно применяют для обработки следующих конструкций и деталей:

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

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

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

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

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

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

Как происходит процесс обработки

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

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

Достоинства и недостатки технологии

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

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

Сравнительный анализ коррозионной стойкости

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

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

Требования ГОСТ Р 9.316-2006 к термодиффузионным цинковым покрытиям

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

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

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

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

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

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

Оборудование для термодиффузионного цинкования

Нанесение цинкового покрытия методом термодиффузии осуществляется на специализированном оборудовании.

Стандартная линия для обработки металлоконструкций цинком включает следующие виды оборудования:

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

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

Производственная компанияЦИНК-ТЗтехнологии защиты от коррозии

Термодиффузия представляет собой процесс проникновения атомов цинка в поверхностный слой металла, происходящий под действием высокой температуры в восстановительной или инертной газовой среде.

Рабочая температура зависит от толщины покрытия и варьируется в пределах 280°С-470°С. Внедряясь, в кристаллическую решетку металла,

цинк создает на поверхности защитный слой толщиной в несколько микрон. Процесс протекает в газовой среде водорода.

Толщина покрытия регламентируется государственным стандартом. Согласно ГОСТ Р 9.316-2006 толщина покрытия делится на пять классов:

6…9 мкм;
10…15 мкм;
16…20 мкм;
21…30 мкм;
40…50 мкм.

Выбор в качестве антикоррозионной защиты пал на цинк неслучайно. Находясь на стальной поверхности, он распространяется по ней со скоростью 2 мм в год, но при температуре окружающей среды 70 °С. Такое свойство позволяет затягивать поверхностные микроповреждения.

Практика показывает, что этот способ более перспективен и имеет свои достоинства.

Термодиффузионное цинкование металла

Инновационный метод покрытия различных металлических поверхностей специальным цинковым слоем получил название — термодиффузионное цинкование металла (шерардизация). Такое покрытие защищает детали от коррозии. Этот процесс основан на молекулярной диффузии, возникающей при достаточно высокой температуре (400-470 градусов).

Особенности процесса

Защита термодиффузионным цинкованием, должна соответствовать ГОСТ Р. 9.316-2006. Такая технология позволяет покрыть поверхность цинковым слоем. Он отличается своей однородностью даже в наиболее труднодоступных местах, изготавливаемого изделия.

Этому процессу, в основном подвергаются детали, обрабатываемые с помощью мощного термического воздействия. К ним относятся:

арматура;
дорожные ограждения;
трубы;
мебельная фурнитура;
элементы, усиливающие железнодорожное полотно;
автомобильные детали;
изделия ЛЭП.

Технологический процесс современного термодиффузионного цинкования позволяет покрыть поверхность заготовки тончайшим цинковым слоем. Он дает возможность выполнить обработку очень маленьких деталей. Согласно технологии, после повышения температуры до 470 градусов, начинается шерардизация молекул цинка. Происходит интенсивное покрытие цинком поверхности детали. Однако оно не соответствует заданным характеристикам. Цинковый слой становится очень хрупким, он легко отслаивается. В результате деталь остается без надежной антикоррозийной защиты.

Чтобы цинковый слой имел нужную толщину, надежные защитные показатели, требуется предварительно выполнить несколько дополнительных шагов:

тщательно очищается обрабатываемая поверхность детали;
контейнер, в котором будет проходить термодиффузионное цинкование, должен отличаться высокой герметичностью;
внутри емкости создается инертная среда.

Обратите внимание! Запрещается проводить цинкование в любой окислительной среде.

Для проведения термодиффузионного цинкования, чтобы получить положительный результат, добавляют флюсующие элементы, так называемые активаторы. Они упрочняют поверхностный слой, улучшают антикоррозионную защиту детали. После проведения процедуры, цинковый слой должен быть абсолютно гладким. Некачественной считается цинковая поверхность, на которой находятся:

вкрапления;
вздутия;
трещины;
пустоты;
небольшие отслоения.

Чтобы сформировать идеальное цинковое покрытие, требуется придерживаться вышеописанных правил. Получится покрытие, полностью соответствующее технологическим требованиям (определенной толщины, отличными защитными характеристиками).

Основные преимущества

металлические детали обеспечиваются хорошей адгезией;
получается ровный слой, заданной толщины;
процесс полностью безопасен, так как происходит в абсолютно герметичном контейнере;
существует возможность регулирования толщины получаемого цинкового слоя.

Надо сказать, что подобная технология значительно отличается от аналогичных методик. Термодиффузионное цинкование металла может происходить при невысоком температурном режиме.

Технология процесса

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

Подготовительный. На этапе подготовки детали подвергаются пескоструйной или ультразвуковой очистке от окалины, ржавчины. Удаление жировых загрязнений осуществляется ацетоном. Если деталь имеет большие размеры возможна дробеструйная обработка.

Преимущества термодиффузионного цинкования

Отличное сцепление с любой металлической поверхностью, образуется прочный неотделяемый слой, устойчив к механическому воздействию в процессе эксплуатации.
Экономичность процесса. Обработать деталь с помощью термодиффузии будет намного дешевле, поскольку материалы сами по себе дешевые и работы не требуют больших затрат времени и сил.
Покрытие ровное, имеет одинаковую толщину и хорошие противокоррозионные показатели, возможность регулировать слой цинка в зависимости от агрессивности среды, в которой используется деталь.
Абсолютная безопасность оцинкованного изделия, оно не выделяет летучие вещества, не вступает в реакции, не токсично.
Обрабатываемая поверхность очищается без применения кислот и реактивов, достаточно просто обработать ее пескоструем и обезжирить перед цинкованием.
Температура обработки детали намного ниже, чем при горячем цинковании, не нарушается структура обрабатываемых деталей.

Достоинства и недостатки

На протяжении применения метода антикоррозионной защиты были выявлены характерные для него черты. Термодиффузионное цинковое покрытие обладает рядом достоинств, среди которых выделяются:

высокая адгезия за счет того, что микронеровности поверхности не исчезают;
экономичность: низкие затраты на подготовку и электроэнергию, малое количество производственных площадей и обслуживающего персонала;
толщина покрытия равномерна по всей площади изделия;
экологичность процесса;
регулирование толщины при образовании защитного покрытия;
повышение твердости на поверхности;
минимальные затраты;
невысокая себестоимость;
простое в обслуживании оборудование;
невысокая температура не меняет внутреннюю структуру металла;
для очищения не используются химические реактивы;
получаемые отходы утилизируются естественным способом.

На фоне достоинств у метода есть и недостатки:

в отличие от других методов нанесенное покрытие имеет матовый серый цвет;
невысокая производительность;
габариты обрабатываемых изделий ограничиваются размерами объемами оборудования.

Оцинкование деталей различными методами и проведенный сравнительный анализ показал следующие данные.

№ п.п.	Метод цинкования
№ п.п.	Горячее	Гальваническое	Термодиффузионное
1	Температурный режим протекания процесса, °С	450–540	20	280–470
2	Толщина нанесенного слоя, мкм	30–60	6–15	5–100
3	На какой материал наносится	Сталь с незначительным содержанием кремния	Сталь (ограничение для высокопрочных марок)	Черные металлы и сплавы на основе меди
4	Размер обрабатываемых метизов	М10–50	М4–50	М4–90
5	Типы обрабатываемых отверстий	Сквозные	Сквозные	Сквозные, глухие
6	Ограничения по обработке	Карманы, сплошные сварные швы	Карманы, отсутствие сварных швов	Без ограничений
7	Закаленный крепеж	Не подлежит обработке (температура протекания процесса близка к низкому отпуску)	Не подлежит обработке (кислотная обработка, повышение водородной хрупкости)	Без ограничений
8	Стойкость к солям (лабораторный тест), час	500	96	1500
9	Свойства покрытия	Сниженная адгезия, ресурсозатратная подготовка	Сниженная адгезия, ресурсозатратная подготовка	Адгезия высокая
10	Твердость	Снижается	Отсутствует	Плюс 1…2 HRC
11	Коэффициент трения	Повышенный	Пониженный	Пониженный при выкручивании
12	Подготовка к нанесению покрытия	Химическая	Химическая	Нейтральная
13	Испарения вовремя цинкования	Обильное дымовыделение	Выделение хрома	Отсутствие дымовыделения

Цинкование

В качестве надежного защитного покрытия в последнее время всё чаще используется цинкование. Мы используем термодиффузионное цинкование, имея собственный технологический участок.

Существуют три основных вида цинкования металла:

— горячее цинкование, когда металлические конструкции погружаются в ванну с расплавом цинка, где под воздействием высокой температуры происходят процессы диффузии и элементами цинка замещаются элементы железа в поверхностном слое металла(стали);

— холодное или электрохимическое цинкование, когда металлоизделия помещаются в ёмкости с кислотным раствором цинка, а в качестве катализатора выступает электрический ток;

— термодиффузионное цинкование, сравнительно молодой метод, детали помещаются в специальные контейнеры(реторды), где, вращаясь в атмосфере горячего воздуха, насыщенного цинковой пылью, происходят процессы внедрения в кристаллическую решётку стали молекул цинка.

Каждый из методов имеет свои недостатки и преимущества, но все однозначно лучше любого защитного покрытия жидкими и порошковыми эмалями при защите от коррозии, особенно в агрессивных средах.

Термодиффузионное цинкование СПб. Оборудование:

— ванна для пассивации после насыщения.

При цинковании методом термодиффузия мы придерживаемся нормативов ГОСТ 9.316-2006 — Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия термодиффузионные цинковые. Общие требования и методы контроля. ГОСТ 9.316-2006 — Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия термодиффузионные цинковые. Общие требования и методы контроля.

Для термодиффузионного цинкования мы используем трехкомпонентную порошковую смесь ТЕДИЦИН:

компонент А – инертный тугоплавкий материал (шлифпорошок),

компонент В – цинковый порошок,

компонент С – активирующий состав.

Компонент А используется в 10 — 15 циклах работы установки (в зависимости от качества подготовки поверхности изделий перед цинкованием) после чего, при появлении признаков ухудшения качества покрытия, подлежит утилизации без каких-либо ограничений. Компоненты В и С добавляются при каждом цикле цинкования. Количество компонента В определяется по площади поверхности загружаемых деталей и рассчитывается по формуле: mZn = 7гр/м2*мкм·F·m·d,где mZn – расходная норма цинка (г); F – удельная поверхность одной детали (м2/кг); m – масса всех загруженных деталей (кг); d – толщина диффузионного цинкового покрытия (мкм). Если вычисление общей площади поверхности детали затруднительно, то масса компонента В берется из расчета ориентировочно 0,4-0,8 г на 1 кг изделий для получения покрытия толщиной 1 мкм, а при последующих загрузках корректируется в зависимости от полученной толщины покрытия. В среднем, для образования покрытия толщиной 1 мкм на площади изделий 1 м2 необходимо 7 г компонента В. Компонент А загружается в количестве в 5 раз большем, чем масса компонента В. Компонент С загружается в количестве от 10 % до 20 % от массы компонента В. Технология термодиффузионного цинкования.

Термодиффузионное цинкование с применением порошковой смеси с активирующими добавками протекает при температуре от 340 до 400°C. Процесс химико-термической обработки при t= 360-380°C характеризуется:

— малой толщиной цинкового слоя, но достаточной для обеспечения требуемых физико-химических характеристик по ГОСТ Р 9.316-2006 «Покрытия термодиффузионные цинковые», — серебристым цветом готового покрытия, что выгодно отличается товарным видом от серого цвета покрытия при использовании порошковых смесей с инертными материалами, — хорошими показателями пластичности сформированного слоя.

Увеличение температуры ТДЦ(термодиффузионного цинкования) до 420 градусов приводит к:

— росту толщины цинкового слоя до проектной( в случае необходимости), — образованию светло-серого покрытия, имеющего гладкую поверхность( без шершавости и потёков), — ухудшению параметров пластичности, увеличению хрупкости.

Химико-термическая обработка при температурном режиме выше 420 градусов (419,6 градусов – температура плавления цинка) стимулирует:

— образование толстого, шероховатого цинкового покрытия, — процесс частичного оплавления порошковой композиции и цинковой составляющей (могут образовываться на обрабатываемом изделии наплывы большой толщины).

Для получения более толстых покрытий используется порошковая смесь с инертными добавками и процесс цинкования проходит при температуре выше 420градусов( 430-440°C) Горячее цинкование, ванна 2х3х13м. Метод основан на погружении цинкуемых изделий в расплав цинка. Гарантия качества, новое оборудование, сроки.

Сфера использования

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

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

В промышленных масштабах производимое термодиффузионное цинкование оборудование используется механизированное, а сам процесс максимально автоматизирован. Используемые агрегаты:

загрузчик деталей и насыщающего состава;
конвейер, подающий контейнеры к печи;
вращающаяся печь;
выгружающий конвейер;
отсеиватель;
вибратор;
сепаратор магнитный;
емкости для пассивирования и промывки;
сушилки;
приемник готовой продукции.

Требования к защитному слою

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

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

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

(0 голосов, среднее: 0 из 5)
Поделитесь с друзьями!

Коррозионная агрессивность грунта

Т.к. механизм коррозии в грунте почти всегда носит электрохимический (гальванический) характер, в дальнейшем мы будем рассматривать только этот тип агрессивного воздействия на находящиеся в грунте элементы заземления.

Коррозией называется разрушение металлов и сплавов под влиянием химического и электрохимического воздействия внешней среды.

Коррозионная агрессивность грунта (почвы) определяется совокупностью различных факторов: структуры грунта, пористости, состава, его влажности, воздухопроницаемости, концентрации и состава солей, величины рН и общей кислотности, а также зависит от рельефа и климатических условий местности.

Влажность грунта играет большую роль в протекании коррозионных процессов. При малой влажности велико электрическое сопротивление грунта, что обуславливает уменьшение значения протекающего коррозионного тока. При большой влажности электрическое сопротивление грунта уменьшается, но сильно затрудняется диффузия кислорода к поверхности металла. Существует различные мнения о том при каком значении влажности наблюдается максимальная коррозия.

Кроме того , скорость коррозии сильно зависит от наличия блуждающих токов в грунте. Это необходимо дополнительно учитывать на объектах, находящихся в зоне влияния электрифицированного транспорта или высоковольтного оборудования.

На наш взгляд, использование при строительстве систем заземления черного металла безо всякой защиты в грунте неоправданно. С одной стороны, в соответствии с требованиями ГОСТ Р 50571.5.54-2011, использование незащищенных коррозионностойким покрытием заземляющих электродов не предусматривается. П.542.2.3 гласит: Материал и конструкция заземлителей должны быть устойчивыми к коррозии.

Действительно, в зависимости от марки стали, коррозионной агрессивности грунта и прочих факторов скорость коррозии может достигать значений 0,3 мм/год. Можно оценить, насколько разрушится 5 мм уголок обыкновенной углеродистой стали по прошествии 5-7 лет.

С другой стороны, экономической, общая сметная стоимость построения системы заземления в большей степени определяется схемой заземления, объемом непосредственно земляных работ и, если применимо, восстановительных работ (асфальтовые и бетонные покрытия дорожного полотна и тротуаров, а также газонов и зеленых насаждений), а не стоимостью самих материалов (пример ТЭО).

В свете вышеизложенного , предположения типа а что если просто забить в землю кусок углового проката мы не рассматриваем.

Требованиями ГОСТ Р 50571.5.54-2011 предусматривается применение следующих материалов для элементов конструкции системы заземления расположенных в грунте:

Особенности технологии термодиффузионного цинкования

Термодиффузионное цинкование – процесс получения покрытия слоем цинка любой стальной или чугунной поверхности изделия. Узнайте, как происходит процесс, какое оборудование используют дл я покрытия.

Для металла важно быть защищенным от коррозии, которая приносит колоссальные убытки во всем мире. Ведь согласно исследованиям не менее десяти процентов металла приходит в негодность именно из-за нее. Разработано много способов, как препятствовать такому деструктивному процессу. Большинство из них сводится к тому, чтобы блокировать доступ окисляющей среды к поверхности металла. Термодиффузионное цинкование как раз один из таких методов.

Термодиффузионный процесс нанесения цинковой оболочки примечателен еще тем, что позволяет замедлить и так называемую электрохимическую коррозию. Это связано со структурой металла цинка, который имеет более отрицательный потенциал, чем сталь. Поэтому в первую очередь разрушается он, локализуя и останавливая все очаги возникновения коррозии в любой точке покрытия.

Суть и назначение термодиффузионного цинкования

Человеком, благодаря которому технология термодиффузионного цинкования познала мир, был инженер-изобретатель из Англии по имени Шерард Коупер-Колс. Он предлагал насыщать поверхность изделий из стали цинком путем диффузии в искусственно созданной среде, где присутствуют высокие температуры. По прошествии более 100 лет эта технология получила развитие.

С химической точки зрения, прохождение процесса, при котором на стальной поверхности образуется слой цинкового покрытия, сопровождается переносом молекул цинка, вступлением их в связь с молекулами стали и образованием общей кристаллической решетки. Все это происходит при температуре около 450 °C (точнее, 400–450 градусов).

При проведении термодиффузионного цинкования не следует повышать температуру внутри бокса до 470 °C: это приводит к образованию более хрупкого отслаивающегося покрытия с плохими антикоррозионными свойствами.

Как упоминалось выше, термодиффузионное цинкование нацелено на достижение следующих результатов:

Защита механического характера. Образованное цинковое покрытие не допускает внешнюю среду к физическому контакту с защищаемым металлом.
Защита электрохимического характера. Цинк со сталью образуют пару гальваническую, где первый металл будет анодом, второй – катодом, то есть анод разрушается, за счет чего катод восстанавливается.

Современный процесс получения цинкового покрытия термодиффузионным методом претерпел некоторые изменения, доработки и включает следующие этапы:

Обработка изделий на предварительном этапе путем химического, механического или ультразвукового воздействия.
Помещение деталей, прошедших предварительную обработку, в специальный рабочий бокс, куда также добавляется цинксодержащий порошок.
Герметизация бокса и создание внутри него необходимой повышенной рабочей температуры.
Выдержка изделий в течение определенного времени, извлечение их из камеры и проведение дополнительных мероприятий по обработке.

Процесс будет проходить более интенсивно, если такую камеру подвергать вращению.

Первый этап необходим для того, чтобы избавиться от раковин, отслоений, трещин, ржавчины и жировой пленки, которые могут образовываться на поверхности изделия и препятствовать осаждению цинка. Эффективно с этим справляться можно, подвергая детали обработке абразивными материалами в установках типа пескоструйных, далее следует обезжиривание химическими жидкостями и очистка ультразвуком, хотя диффузионный процесс менее требователен к чистоте поверхности, чем, к примеру, гальванический.

Бокс, или камера для проведения термодиффузионного цинкования, представляет собой конструкцию из нержавейки, у которой есть плотно закрывающаяся крышка. Помещая туда заготовку и цинковый порошок, температуру внутри поддерживают на уровне около 450 °C в течение 1–4 часов, все зависит от того, какова необходимая площадь покрытия и какой толщины слой цинка должен образоваться. За это время произойдет испарение молекул цинка и проникновение их в кристаллическую решетку металла.

Когда термодиффузионное цинкование окончено, заготовки вынимают из камеры и подвергают ряду очисток. Первое, что удаляют, это оставшиеся частицы порошка, далее моют изделия и на последнем этапе проводят пассивацию – улучшение внешнего вида изделий, придание им декоративного товарного вида.

Термодиффузионное цинкование не зря считается одним из лучших способов получения оцинкованного покрытия, у него много положительных сторон:

Слой получается однородным, в нем отсутствуют поры, можно получить толщину с очень высокой точностью до 5 микрон при возможных диапазонах толщины 15–150 микрон.
Из всех имеющихся способов цинкования слой, полученный термодиффузионным методом, самый стойкий к коррозии, что дает возможность экономить на толщине покрытия, не жертвуя при этом качеством.
Цинковое покрытие устойчиво к изнашиванию за счет высокой прочности слоя и хорошей адгезии к поверхности основного металла. В числовом выражении его микротвердость доходит до 5000 МПа, слой цинка такой же толщины при гальваническом покрытии не превышает по твердости 400 МПа.
При помощи термодиффузионного цинкования можно получить слой цинка на поверхности любой конфигурации, при этом не нарушая контуров изделия. Это особенно актуально при обработке резьбовых соединений.
Технологический процесс получения оцинкованного слоя этим методом является чистым с точки зрения экологии.
При термодиффузионном цинковании не наблюдается процесса водородного охрупчивания.

Термодиффузионное цинкование обладает и некоторыми недостатками:

Это в первую очередь невысокие декоративные качества покрытия, которое имеет серый матовый оттенок.
Также сложно создать большую камеру для проведения операций, в результате чего размеры деталей все же ограничены. Самая большая камера на сегодня имеет размер 1.5 метра длиной и 0.5 метра в диаметре.
Цинкование термодиффузионным методом не отличается быстротой.

Чтобы избежать процесса спекания порошка с цинком при высоких температурах, что иногда наблюдается, в последний вводят инертные частицы, то есть наполнитель, который не дает соприкасаться частичкам цинка в порошке.

Область применения

покрытие арматуры для газовой отрасли и нефтяной промышленности;
дорожная сфера – металлические конструкции для ограждения мостовых и дорожных покрытий;
строительная сфера и трубные сети – цинкование крепежной арматуры и элементов конструкций;
мебельная отрасль – обработка фурнитуры;
железнодорожные коммуникации – соединительные элементы и крепежные детали полотна железной дороги;
запчасти автомобилей и общественного транспорта;
энергетическая отрасль – обработка конструктивных составляющих электропередающих линий.

Стандартная линия организации покрытия металла слоем цинка должна иметь следующий перечень оборудования для термодиффузионного цинкования:

оборудование печное в виде камеры или бокса с плотно закрывающейся крышкой, ретортами сменного типа или стационарными с объемом пространства для загрузки до 600 килограммов;
оборудование отсыпное для реторт;
установка для фосфатной пассивации;
шкафы сушильные или печи сушильные проходные;
электронные контроллеры толщины слоя цинка, раствора пассивационного;
оснастка вспомогательного назначения.

Термодиффузия или горячее цинкование

Металлические конструкции подвержены коррозии и обязательно нуждаются в эффективной защите от нее. Под воздействием кислорода, незащищенная поверхность окисляется, на ней образуется рыхлый слой - ржавчина. Пористая структура ржавого слоя позволяет проникать кислороду в более глубокие слои металла, разрушая его и уменьшая прочность конструкций. Эффективный, простой и недорогой способ защитить детали из металла от коррозии – цинкование.

Что такое цинкование

Цинкование – это нанесение на поверхность металлических изделий тонкого слоя цинка, защищающего конструкции от процессов коррозии. Оцинковка может осуществляться различными способами – от простого покрытия поверхности цинковым составом до соединения металлов диффузным методом.

За счет особых свойств цинка при контакте оцинкованных металлоконструкций с кислородом на поверхности образуется высокоплотная и прочная пленка, обеспечивающая:

Защиту от проникновения к металлу атмосферного кислорода;
Протекцию от механических воздействий.

После оцинковки металлоконструкции находятся как бы в прочной оболочке, которая не пропускает воздух, не допуская тем самым коррозию.

Кроме того, цинк обладает таким свойством, что при малейшем повреждении защитного слоя на поверхности образуется новой защитный слой, во время контакта цинка с воздухом. Такая защита считается самовосстанавливающейся.

А при интенсивном повреждении цинкового слоя, ржавление металла будет происходит значительно медленнее. Это обусловлено наличием гальванической пары, в которой более активным металлом является цинк. Он и коррозирует раньше, замедляя процессы ржавления менее активного железа.

Методы цинкования

Выбранный метод цинкования влияет на конечный результат, так как при каждом способе металлические изделия приобретают различные свойства:

Толщина защитного слоя. Для габаритных конструкций лучше использовать более толстое покрытие, а мелких деталей необходимо подбирать оптимальную толщину защитного покрытия, не снижающую эксплуатационные характеристики.
Равномерность. Для мелких деталей важна равномерность укрытия по всей площади, а для габаритных изделий этот параметр не столь важен.
Прочность удержания защитного слоя на металле. Этот параметр зависит от выбранной технологии цинкования. При использовании горячего и термодиффузионного цинкования соединение металлов происходит на молекулярном уровне, что обеспечивает надежное удержание защитного покрытия.
Внешний вид. После оцинковки поверхность может становится матовой или глянцевой, а также иметь различные цвета – от темно-серого до голубого.
Устойчивость к механическим воздействиям. Чем выше уровень защиты, тем надежнее защищены детали от коррозии.
Самовосстановление. Этот параметр зависит от толщины наносимого слоя.
Устойчивость к процессам коррозии. На это свойство влияют все факторы – толщина слоя, равномерность нанесения, стойкость к механическим воздействиям и т.д.

Технология цинкования оказывает влияние на эксплуатационные свойства металлоконструкций. В современной промышленности наиболее востребованными являются два метода:

Горячее цинкование. Предполагает погружение деталей в раствор с расплавленным цинком.
Термодиффузионное цинкование. Формирование защитного покрытия осуществляется путем помещения деталей в среду с порошкообразным цинком.

Горячее цинкование

При использовании этого технологического процесса металлические детали погружаются в расплавленный цинк.

Оцинкованные таким способом изделия обладают широким спектром эксплуатационных преимуществ. Технология состоит из нескольких этапов:

Детали, нуждающиеся в обработке, помещаются в зону навески, где они устанавливаются на подвижные траверсы. На них они фиксируются так, чтобы секции было удобно опускать в технологические емкости. При этом при навешивании обеспечивается возможность эффективного контакта с жидкостями, таким образом, чтобы детали не мешали друг другу.
Перед погружением в цинк детали проходят несколько этапов предварительной обработки – обезжиривание, очистка, травление, удаление остатков кислоты, флюсование. На этом этапе металла немного нагревается, для исключения деформаций при резкой смене температур.
Сушка и подогрев. В многоступенчатые печи подается чистый подогретый воздух. Он позволяет тщательно удалить с поверхности остатки предварительной подготовки и нагревает детали до необходимой температуры.
Цинкование. Траверсы с подготовленными металлоизделиями помещаются в закрытую печь, где расположены емкости с расплавленным цинком (его температура около 450 градусов по Цельсию). Печь должна обеспечивать герметичность, чтобы обезопасить работу персонала и исключить попадание в атмосферу газов, которые должны пройти доочистку до выброса в атмосферу. Тепловая энергия от этих печей используется вторично в других технологических процессах.
После цинкования траверса с навешенными деталями отправляется в зонуснятия и сортировки.

Метод горячего цинкования остается одним из самых эффективных, и простых в плане реализации, а также не требует больших экономических затрат. При таком цинковании металлоконструкции обретают оптимальную защиту от коррозии. Преимущества:

Невысокая стоимость технологического процесса.
Использование технологических линий с высокой производительностью.
Возможность выполнять оцинковку крупных и габаритных деталей.
Толщина защитного слоя может варьироваться в пределах 40-200 мкм.
Прочность удержания на конструкциях цинкового слоя за счет проникновения молекул цинка в кристаллическую решетку металла.
Устойчивость конструкций к механическим воздействиям.
Хорошая способность к самовосстановлению.
Устойчивость к коррозии.

Есть у этого метода и некоторые недостатки:

Невозможность делать слой цинка менее 45 мкм.
Нестабильная равномерность покрытия.
Внешний вид изделий получается не слишком презентабельным.

Горячее цинкование – оптимальный вариант защиты для габаритных и крупных конструкций, которые нуждаются в надежной и продолжительной защите от коррозии. Его не целесообразно использовать для обработки мелких конструкций, требующих высокой точности по толщине слоя или равномерности покрытия. Таким способом нельзя обработать стационарные металлоизделия вне стен производственного цеха.

Термодиффузионное цинкование

При таком цинковании используется технология низкотемпературной обработки. Детали помещаются в среду с порошкообразным цинком и обрабатываются при температурах от 260 до 450 градусов по Цельсию. Чем выше температура обработки, тем большая равномерность покрытия обеспечивается. При такой технологии соединение металлов происходит на атомном уровне, а защитный слой может иметь толщину от 20 до 100 мкм. За счет использования различного времени цинкования можно регулировать толщину наносимого слоя.

Регулировка толщины покрытия;
Прочность протекционного слоя на поверхностиизделий за счет диффузии металлов;
Равномерность обработки даже в труднодоступных местах конструкций;
Устойчивость деталей к повреждениям;
Оптимальное самовосстановление поврежденного защитного слоя;
Хорошая коррозионная стойкость.

Минусами цинкования с применением технологии термодиффузии являются:

Сложность организации на производстве технологических процессов.
Большие экономические затраты.
Оцикованные таким способом детали имеют не самый презентабельный внешний вид.

В промышленности таким методом обрабатывают металлические детали, подверженные абразивному износу.

Читайте также: