Сталь для горячего цинкования

Обновлено: 16.05.2024

Один из основных недостатков железоуглеродистых сплавов (сталей и чугунов) – высокая склонность чистого железа к коррозии в атмосфере, влажной среде и при контакте с агрессивными веществами. Образующаяся при окислении на поверхности железа плёнка оксидов и гидроксидов имеет низкую плотность и не защищает металл от дальнейшей реакции с внешней средой.

Коррозия приводит к преждевременному выходу изделий из строя и служит ограничивающим фактором при расчете срока службы конструкций. Это особенно актуально для металлоконструкций зданий, срок эксплуатации которых составляет десятки лет, и для деталей, контактирующих с агрессивными веществами, подвергающихся постоянным растягивающим поверхность напряжениям, работающих при повышенной температуре.

Разновидности сталей

Сталь – важнейший материал промышленности. Этот металл занимает первое место в мире по объему производства и применяется практически во всех областях техники.

Стали принято классифицировать по применению, химическому составу, количеству вредных примесей и другим параметрам. Наиболее широко распространённая группа сталей – углеродистые. В состав сталей этого класса входит железо, углерод, некоторое количество вредных примесей (сера, фосфор, газы) и полезные постоянные примеси в небольшой концентрации. Такие элементы, как марганец и кремний, вводятся в углеродистые стали при выплавке для раскисления (снижения концентрации вредных примесей оксидов и сульфидов железа, которые ухудшают механические и технологические свойства сплава).

Стали обыкновенного качества

Наиболее широко применяемый промышленный материал. В зависимости от марки для данных сталей производитель гарантирует механические свойства (группа А – АСт1, АСт3 и т.д.), химический состав (группа Б) или оба параметра одновременно (группа В). Области применения:

Группа А – для изделий, не подвергающихся высокотемпературной обработке (ковка, сварка). Материал в процессе эксплуатации имеет те механические свойства, которые получил на выходе из прокатного цеха металлургического комбината;
Группа Б – для изделий, обрабатываемых давлением в горячем состоянии (ковка, горячая штамповка, волочение, прокатка). Гарантируемый химический состав в этом случае определяет свойства изделий после обработки;
Группа В – для сварных конструкций. Химический состав определяет свойства стали в зоне сварки и термического влияния. Механические свойства той части изделия, которая не подвергается нагреву у потребителя, сохраняются в состоянии поставки.

Из сталей обыкновенного качества изготавливают крепежные изделия, метизы низких классов прочности. Также они широко применяются в строительстве для сварных, резьбовых, клёпанных конструкций.

Качественные стали

Для деталей машин, инструментов и других ответственных конструкций используются марки стали, от которых требуется комплекс высоких механических свойств. К таким сталям относятся конструкционные, инструментальные, жаростойкие, жаропрочные, коррозионностойкие, износостойкие и другие марки сталей.

Конструкционные стали классифицируют по содержанию углерода. Низкоуглеродистые стали (C 13%), никеля. Жаропрочные стали сохраняют прочность при высоких температурах и содержат легирующие элементы в высокой концентрации.

Стали, подвергающиеся горячему цинкованию

Горячее цинкование – действенный и простой способ защиты стальных изделий от окисления в различных средах. Он применяется для изделий, которые экономически и технологически нецелесообразно изготавливать из дорогостоящих коррозионностойких сталей. Чаще всего, горячему цинкованию подвергаются детали и конструкции из низко- и среднеуглеродистых нелегированных сталей.

С повышением содержания углерода возрастает гетерогенность структуры стали, при этом ускоряется процесс её взаимодействия с расплавом цинка. Так, на высокоуглеродистых сталях образуется цинковое покрытие чрезмерной толщины, что негативно сказывается на его адгезионной прочности и ведёт к перерасходу сырья. Так как в современной промышленности ставится цель получения прочного цинкового покрытия с минимальной толщиной, высокоуглеродистые стали не подвергают данному методу обработки.

Для горячего цинкования не используют высоколегированные стали, так как входящие в их состав химические элементы могут не лучшим образом сказаться на толщине, свойствах и строении цинкового покрытия, в результате сложных химических реакций и фазовых превращений, происходящих на границе стали и расплава цинка.

Отличие холодного и горячего цинкования

Защита металла от коррозии и окисления выполняется разными способами. Технологии горячего и холодного цинкования являются наиболее популярными и востребованными. Оба способа позволяют создать на поверхности стальных деталей и конструкций тонкую оксидную пленку, исключающую доступ к металлу влаги, сырости, других климатических воздействий. Отличие горячего и холодного цинкования заключается в способе обработки деталей и конструкций.

Что такое горячее цинкование

Узнать, что лучше, горячая или холодная обработка металлических изделий, можно после подробного изучения технологий и сравнения полученных результатов. В первом случае особенность обработки заключается в погружении детали в ванну с расплавленным цинком. Температура химического состава составляет порядка 460 градусов.

Металл и цинковый раствор вступают в химическую реакцию, в ходе которой на поверхности образуется тонкая оксидная пленка. Максимальная толщина защитного слоя достигает 120 мкм. Данный параметр зависит от скорости погружения заготовки в ванну с раствором. Обязательным условием качественной обработки является предварительная подготовка стали, ее обезжиривание, травление и флюсование.

Что такое холодное цинкование

По сравнению с горячей оцинковкой, холодная обработка металла осуществляется при комнатной температуре. Сталь покрывается защитным составом. Готовое покрытие защищает металлические детали и конструкции от внешних климатических воздействий.

Первый способ холодного цинкования предполагает использование технологии электролиза. Максимальная толщина защитного покрытия составляет 20 мкм. Изделия, обработанные таким способом, могут использоваться в неагрессивных средах.

Второй способ применяется при обработке габаритных металлоконструкций. В качестве химического состава используется смесь, в которую входит до 80 процентов цинкового порошка. Максимальная толщина защитного покрытия, полученного по данной технологии, составляет 50 мкм.

В чем разница горячего и холодного цинкования

Сравнивая оба способа обработки металла, можно прийти к определенным выводам. Разница холодного и горячего цинкования заключается в толщине защитного покрытия и длительности эксплуатации металлоконструкций. При использовании горячей технологии стальные изделия получают более мощную защиту. В зависимости от условий эксплуатации срок жизни оксидной пленки составляет от 65 до 120 лет.

Отличиями технологий являются:

горячее цинкование производится в оборудованном цехе путем погружения металла в ванну с расплавленным цинком. При холодном цинковании обработка проводится кистями, валиками, другими аналогичными инструментами;
при первом варианте обработки температура смеси составляет 460 градусов. Второй вариант предполагает цинкование при комнатной температуре;
внешний вид изделий после ГЦ практически идеальный, покрытие ровное и однородное. Технология ХЦ не позволяет добиться подобного результата, если используется простой инструмент;
холодный способ активно используется для работы с габаритными конструкциями, в том числе на открытом воздухе. Горячая технология применяется только в оборудованных цехах.

Отличить горячее цинкование от холодного можно по внешнему виду изделий или заготовок. Погружение деталей в ванну и обработка валиком позволяют получить продукцию, сильно отличающуюся визуально.

Преимущества и недостатки метода горячего цинкования

Несмотря на востребованность обеих технологий, выбор конкретного способа обработки деталей необходимо делать после сравнения преимуществ и недостатков двух вариантов. Плюсы горячего цинкования следующие:

при наличии относительно небольших по размерам металлических изделий их обработка в ваннах осуществляется оперативно;
раствор на основе цинка проникает во все полости и микротрещины на поверхности, создает однородное защитное покрытие;
если деталь или изделие имеют сложную форму, такой способ обработки является единственным эффективным вариантом;
сплошной защитный слой образуется на всей площади изделия, включая внутренние полости, высокое качество обработки гарантировано;
готовая продукция имеет привлекательный внешний вид.

К недостаткам технологии можно отнести невозможность цинкования крупногабаритных конструкций, риск деформации металла из-за высокой температуры обработки, высокую стоимость такого способа. Обработанные детали нельзя сваривать между собой. При сборке требуется дополнительная обработка мест соединений.

Преимущества и недостатки холодного метода

Использование технологии холодного оцинкования также является востребованной. Преимуществом такого способа является возможность работать на открытом воздухе, обрабатывать любые по размерам металлоконструкции. Другими преимуществами такого варианта являются:

на всей площади изделия, включая стыки, соединения, сварные швы образуется надежный защитный слой;
технология применяется во многом благодаря низкой стоимости и универсальности. Обработанные детали можно собирать и разбирать без повторного цинкования;
полученное покрытие устойчиво к соленой среде. Данный параметр превышает показатели горячего цинкования в 2-3 раза;
подобным способом можно обрабатывать разные металлы, вне зависимости от их устойчивости к температурам.

Недостатки холодного цинкования заключаются в сильной зависимости качества обработки от квалификации мастера. К обработке поверхности предъявляются жесткие требования. Изделия со сложными формами очень трудно обрабатывать, особенно при наличии внутренних полостей.

Горячее цинкование металла: технология, оборудование, ГОСТ

Горячее цинкование – это метод покрытия поверхности металлического изделия слоем цинка, уступающий по своей популярности только гальванической технологии оцинковки. Между тем по стоимости выполнения, а также по долговечности формируемых цинковых покрытий данный способ превосходит электрохимическое цинкование.

Результаты испытаний болтов с различной оцинковкой в растворе соляной кислоты

Ознакомиться с требованиями ГОСТ к горячим цинковым покрытиям можно, скачав документ в формате pdf по ссылке ниже.

Зачем металлические изделия подвергают цинкованию

Цинкование предполагает, что на поверхность металлического изделия наносится слой цинка, толщина которого может находиться в интервале 40–65 мкм. За счет такого покрытия обеспечивается не только барьерная, но и электрохимическая защита металла от коррозии. Оцинкование, которое можно выполнять по разным технологиям, используется преимущественно по отношению к стали.

Горячее цинкование металла, если сравнивать его с другими технологиями, отличается оптимальным сочетанием доступной стоимости технологического процесса с высокими защитными свойствами получаемого цинкового слоя. Нанесенное методом горячего цинкования покрытие даже при эксплуатации изделия в самых неблагоприятных условиях способно прослужить не менее 65–70 лет, полностью сохранив свои защитные свойства.

Положение цинка в электрохимическом ряду металлов

Преимущества метода

Горячее цинкование металлоконструкций при сравнении с другими технологиями имеет ряд весомых преимуществ.

Подвергаться обработке по данной технологии могут даже детали, отличающиеся высокой сложностью геометрической формы. В частности, такую технологию активно используют для обработки труб.
Поврежденные в результате механического воздействия участки цинкового покрытия могут самовосстанавливаться, причем происходить это может без постороннего вмешательства.
По сравнению с другими способами оцинковки, метод горячего цинкования позволяет сформировать покрытие, устойчивость которого при взаимодействии с жидкими средами выше в 6 раз. Именно по этой причине такую технологию и применяют для обработки труб и различных емкостей.
Горячая оцинковка позволяет эффективно устранять многие дефекты обрабатываемой поверхности, такие как раковины, поры и др.
Эксплуатация труб и других метизов, которые покрыты цинком по данной технологии, требует минимальных финансовых затрат. Их поверхности, в частности, не требуют регулярной окраски, так как уже надежно защищены от воздействия негативных факторов внешней среды. Это очень актуально для труб, которые эксплуатируются в труднодоступных местах (в стенах, под землей и т.д.).

Сравнение стоимости и работоспособности горячеоцинкованной стали с другими методами защиты

Как выполняется горячее цинкование

Выделяют два этапа горячего цинкования:

Обрабатываемую поверхность тщательно подготавливают к процедуре.
Изделие погружают в емкость с расплавленным цинком, в результате чего оно буквально обволакивается данным металлом.

Все нюансы выполнения такой технологической операции регламентирует ГОСТ 9.307-89.

Технологический цикл цинкования

Технология горячего цинкования требует тщательного подхода к выполнению всех ее этапов. Чтобы понять их суть и назначение, каждый из них стоит рассмотреть подробнее.

Подготовка металлического изделия к процедуре

ГОСТ указывает, что поверхность, которую необходимо подвергнуть горячему цинкованию, должна быть тщательно подготовлена. Такая подготовка состоит из нескольких процедур:

механической обработки;
обезжиривания;
промывки;
травления;
промывки после травления;
флюсования;
просушки.

При помощи механической обработки с поверхности удаляются загрязнения, продукты окисления, следы ржавчины, а также шлаковые включения. ГОСТ также предписывает, что острые углы и кромки, имеющиеся на изделии, должны быть скруглены, что также решается на этапе механической обработки. Для выполнения механической обработки в производственных условиях используются пескоструйные установки.

Обезжиривание металлоизделий в растворе ортофосфорной кислоты

Обезжиривание, которое выполняется при температуре около 75°, необходимо выполнять перед горячим цинкованием для того, чтобы улучшить адгезию формируемого защитного слоя с цинкуемым изделием. Присутствие на обрабатываемой поверхности жировых и масляных пятен может привести к тому, что на таких участках цинковое покрытие будет иметь неравномерную толщину или даже отслаиваться.

Выполняют обезжиривание при помощи специальных химических реагентов, список которых приводит соответствующий ГОСТ. Их остатки впоследствии должны быть полностью удалены с поверхности изделия, для чего его подвергают промывке.

Промывочные емкости для длинномерных изделий

ГОСТ также указывает, что на трубах или других изделиях, подвергаемых горячему цинкованию, не должно быть окисленных участков, а также старого цинкового покрытия, если оно наносилось ранее. Для того чтобы выполнить эти требования, обрабатываемую поверхность подвергают травлению. С этой целью обычно используется раствор соляной кислоты. Выполняют такую процедуру при комнатной температуре (22–24°), а концентрацию раствора кислоты выбирают в зависимости от того, насколько сильно поверхность загрязнена окислами и следами коррозии.

Как правило, для выполнения травления используют растворы, в которых содержится 140–200 граммов кислоты на 1 литр. При выполнении травления раствор кислоты может сильно повредить обрабатываемую поверхность. Чтобы такого не происходило, а также чтобы минимизировать выделение водорода из травильного раствора, в него вводят специальные вещества, которые называются ингибиторами. Как и после обезжиривания, после травления изделие необходимо тщательно промыть, чтобы удалить остатки использованных химических веществ.

Подготовленные к оцинковке изделия

Флюсование перед горячим цинкованием, технология которого предусматривает тщательную подготовку обрабатываемой детали, позволяет решить сразу две важных задачи: предотвратить процесс окисления и улучшить адгезию наносимого покрытия с основным металлом. В процессе флюсования, выполняемого при температуре 60°, на обрабатываемую поверхность наносится тонкий слой флюса, содержащегося в специальном растворе. В качестве флюса, как правило, используются хлориды аммония и цинка. Их смешивают с водой в соотношении 500 граммов на литр, чтобы приготовить раствор для флюсования. При выполнении флюсования очень важно следить за такими параметрами используемого раствора, как содержание железа, плотность и кислотность. Если концентрация железа в растворе превышена, в него вводят перекись водорода, которая способствует образованию солей железа, выпадающих в осадок.

Любой цех горячего цинкования в обязательном порядке должен быть оснащен термическими печами, в которых обрабатываемое изделие просушивают после выполнения флюсования. Такая термическая обработка позволяет не только удалить остатки жидкости, которая ухудшает качество готового цинкового покрытия, но и нагреть деталь до температуры 100°, что дает возможность снизить затраты на осуществление основной технологической операции.

Как осуществляется технологический процесс

Сам процесс нанесения защитного цинкового слоя, для чего может использоваться линия горячего цинкования или более простое оборудование, заключается в погружении детали в емкость с расплавленным цинком. Температура, при которой цинковый расплав находится в таких емкостях, выбирается в зависимости от ряда факторов, к числу которых относятся и геометрические параметры обрабатываемого изделия. В среднем значение такой температуры находится в интервале 420–455°.

Если в качестве оборудования применяется не агрегат для непрерывного горячего цинкования (АНГЦ), а более простые технические устройства, необходимо обеспечить выполнение следующих условий на производственном участке.

Обязательно наличие мощной вытяжки, которая удалит из воздуха пары, интенсивно образующиеся при цинковании.
Оборудование для горячего цинкования должно обеспечивать строгое соблюдение скорости погружения изделия в расплав, а также времени его выдержки в нем.
Обработанная деталь после извлечения из емкости с цинком должна качественно охлаждаться.

Ванна для цинкования может достигать в длину 14 и более метров

Горячее цинкование метизов выполняется в следующей последовательности:

Погружение изделия в емкость с расплавленным цинком.
Выдержка, время которой может составлять от 4 до 10 минут.
Извлечение обрабатываемой детали из емкости с расплавом, от скорости выполнения которого во многом зависит толщина формируемого покрытия.
Охлаждение, которое может выполняться принудительно или протекать естественным путем.

Данная технология, преимущества использования которой были отмечены выше, отличается и относительно невысокой сложностью. Для осуществления такой процедуры нет необходимости готовить сложные электролитические растворы, чем на производственных предприятиях занимается гальваник.

Однако не лишена такая технология и недостатков, наиболее значимый из которых заключается в том, что размеры деталей, на которые наносится защитное покрытие, ограничены размерами емкости, содержащей расплавленный цинк. На крупных производственных предприятиях задача обработки габаритных изделий решается за счет применения агрегатов непрерывного горячего цинкования (АНГЦ).

Виды цинкования металла

Одним из самых значимых недостатков металлоконструкций, изделий из железа, стали и их производных — является склонность к коррозии. Взаимодействуя с кислородом, незащищённая поверхность чёрных металлов окисляется, образуя рыхлый слой, называемый ржавчиной. Последняя является ничем иным, как оксидом, сквозь который (из-за пористой структуры) кислород снова и снова проникает к железу, разрушает его, ослабляя тем самым изделие или конструкцию. Чтобы минимизировать этот недостаток, применяется цинкование.

Определение и общие принципы цинкования

Цинкование — это технологический процесс обработки деталей или конструкций из металла, нацеленный на защиту от воздействия коррозии. Существует несколько способов оцинковки, которые рассмотрены ниже. Однако вне зависимости от применяемого метода, принцип защиты металла от ржавления остаётся одним и тем же.

Суть цинкования при любой технологии его реализации сводится к следующему. Тем или иным методом на подготовленную поверхность изделия или конструкции наносится слой цинка. В зависимости от применённой методики защитный слой либо только укрывает поверхность основного материала, либо дополнительно соединяется с ним за счёт диффузного взаимодействия. Цель и результат, в принципе, всегда одни и те же — на поверхности уязвимого к коррозии металла образуется слой цинка определённой толщины.

Благодаря свойствам цинка при контакте с атмосферным кислородом на его поверхности моментально образуется оксидная плёнка. В отличие от оксида железа, она имеет высокую плотность и прочность, за счёт чего она: во-первых, не пропускает к металлу атмосферный кислород; во-вторых, не разрушается от малейшего механического воздействия.

Таким образом — оцинкованный металл оказывается в прочной воздухонепроницаемой оболочке, которая защищает его от разрушающей коррозии.

Более того, если в результате механического воздействия оксидная плёнка повреждается, оголённый цинк тут же взаимодействует с атмосферным кислородом, образуя новый защитный слой. Благодаря этому свойству оцинковку называют самовосстанавливающейся защитой металла от коррозии.

Даже если цинковое покрытие повредить до самого железа, его ржавление будет происходить не так интенсивно, как в случае с незащищённым металлом. Всё потому, что цинк с железом в повреждённом месте образует так называемую гальваническую пару, в которой именно цинк является более активным металлом. То есть, он вступает в реакцию коррозии первым, тогда как менее активное железо ржавеет и разрушается не так активно.

Методы цинкования металла

Перед описанием распространённых в современной промышленности технологий цинкования предлагаем рассмотреть общие различия между ними. Это важно, поскольку выбранный метод существенно влияет в той или иной степени на получаемый результат. На практике это означает, что в зависимости от сферы эксплуатации металлических изделий и конструкций экономически выгодно применять далеко не все технологии оцинковки.

В целом, методы цинкования отличаются между собой следующими свойствами:

Толщина защитного покрытия — если для габаритных металлоконструкций чем большим будет слой защиты, тем лучше, то для высокоточных мелких деталей необходимо применять цинкование, при котором можно выбирать и контролировать толщину антикоррозионного покрытия. Реализовать это позволяет далеко не всякая технология.
Равномерность толщины оцинковки — опять же, чем мельче и точнее металлическая деталь, тем выше требования к наносимому на неё защитному покрытию. Например, опоре ЛЭП всё равно, насколько равномерно она будет укрыта цинком, тогда как для деталей, имеющих прецизионные отверстия, резьбу, фаски и прочее — равномерность слоя цинка крайне важна.
Прочность удержания защитного покрытия на металле — сильно зависит от того, каким методом было выполнено цинкование. Например, при рассмотренном далее горячем и термодиффузионном цинковании цинк не только покрывает поверхность изделия, но также соединяется с ним на молекулярном уровне, что существенно повышает прочность удержания защиты на металле.
Внешний вид оцинкованной детали — в зависимости от применяемой технологии поверхностный слой оксида цинка может быть матовым, глянцевым, а также отличаться оттенками от тёмно-серого до голубоватого.
Стойкость к механическим повреждениям — чем она выше, тем дольше продержится защита на изделиях, подвергающихся тем или иным физическим нагрузкам.
Способность к самовосстановлению — по большей части зависит от толщины нанесённого на металл цинка и характера эксплуатации конструкции или изделия.
Коррозионная устойчивость — является общим свойством обработанного изделия, которое складывается из совокупности нескольких факторов. В том числе, устойчивость оцинкованной детали к коррозии зависит от толщины цинкового слоя, его равномерности, прочности удержания, а также от стойкости к механическим повреждениям и способности к самовосстановлению.

В зависимости от применяемой технологии цинкования меняются эти свойства, а также сложность технологического процесса, доступные объёмы и скорость обработки, себестоимость процесса и, в конце концов, его целесообразность. По сути, всё рассмотренное и перечисленное выше — является наглядными критериями сравнения методов цинкования.

В современной промышленности наибольшей распространённостью отличаются следующие пять технологий цинкования:

Горячее — выполняется посредством погружения обрабатываемых изделий в расплавленный цинк.
Холодное — осуществляется по абсолютной аналогии с обычным окрашиванием вручную или при помощи напыления.
Гальваническое — реализуется путём погружения обрабатываемых деталей в цинкосодержащий электролит, через который пропускается электрический ток.
Термодиффузионное — слой защитного покрытия формируется при помещении обрабатываемой детали в среду, насыщенную порошкообразным цинком.
Газотермическое — на обрабатываемую деталь направляется газовая горелка и в пятно наибольшего нагрева подаётся цинковая проволока или цинковый порошок.

Теперь рассмотрим эти методы цинкования более детально. В частности, «заглянем» внутрь технологического процесса, сравним по вышеописанным свойствам, приведём преимущества, особенности и недостатки.

Горячее цинкование

Горячее цинкование — это технологический процесс нанесения защитного цинкового слоя на металл путём непосредственного погружения в расплавленный цинк. Поскольку именно данный метод является наиболее распространённым и востребованным в современной промышленности, эта технология рассмотрена наиболее детально. Своей популярностью способ обязан внушительному списку преимуществ, которыми обладают оцинкованные изделия.

Полноценный процесс горячего цинкования включает в себя следующие технологичные этапы:

Отгрузка требующих обработки изделий в зону навески. Поскольку рассматриваемый метод один из немногих, который позволяет оцинковывать сравнительно крупногабаритные детали, то отгрузка, как правило, осуществляется при помощи специальных мостовых кранов.
Навеска металлоконструкций. Для последующей обработки доставленные на производство детали навешиваются на подвижные траверсы. Металлоконструкции распределяются и фиксируются таким образом, чтобы вся секция могла поместиться в технологические ёмкости на дальнейших этапах. Также важно навесить изделия так, чтобы они могли контактировать с жидкостями, в которые они будут погружаться, всей поверхностью, не мешая друг другу.
Предварительная обработка металлоконструкций. Перед цинкованием горячим методом изделия из стали подвергаются обязательной многоэтапной подготовке. Она заключается в попеременном погружение траверсы с вывешенными деталями в ванны с технологическими жидкостями. В том числе, в этих ваннах проводится обезжиривание, очистка, травление (за счёт чего обеспечивается проникновение цинка в кристаллическую решётку металла), удаление следов кислоты, покрытие защитным флюсом. Также на данном этапе выполняется предварительный подогрев металла перед погружением в расплавленный цинк, что позволяет избежать деформации изделий из-за резкого перепада температур.
Сушка и предварительный разогрев. Осуществляется в специальной многоступенчатой печи, в которую подаётся разогретый и очищенный воздух. В результате перед оцинковкой с металлоконструкций испаряются следы предварительной подготовки в ваннах с жидкостями, а также происходит их дополнительный прогрев.
Цинкование. Основной технологический этап процесса горячего цинкования металла. Выполняется путём транспортировки траверсы с подготовленными металлическими изделиями в закрытую со всех сторон печь, в которой расположена ванна с расплавленным цинком. Его температура поддерживается на постоянном уровне в районе +450°C при помощи высокоскоростных газовых горелок. Герметичность печи нужна по двум причинам.

Во-первых, это необходимо для обеспечения безопасности людей, которые работают на производстве. Во-вторых, в процессе цинкования выделяются разогретые до высокой температуры газы, которые нуждаются в очистке перед выбросом в атмосферу. Кроме того, тепловая энергия этих газов используется вторично для подогрева технологических жидкостей на этапе предварительной подготовки металлических изделий.

Снятие, сортировка и отгрузка оцинкованных металлоконструкций. По завершению процесса цинкования в ванне с расплавленным цинком траверса с вывешенными изделиями автоматически направляется в зону для их снятия и сортировки, после чего выполняется погрузка металлоконструкций на транспорт для отправки заказчику.

Несмотря на кажущуюся сложность описанного процесса, метод горячего цинкования является одним из самых простых и экономически выгодных. Кроме того, благодаря внедрению тех или иных технологических этапов возможно получать в итоге антикоррозионную защиту с многочисленными преимуществами по сравнению с другими методами цинкования.

Преимущества горячего цинкования (с учётом мощностей нашего предприятия):

сравнительно невысокая стоимость реализации технологического процесса;
высокая производительность автоматизированных линий (до 30 000 тонн в год);
возможность цинкования тяжёлых и крупногабаритных металлоконструкций (до 6 тонн и 13×2×3,1 м);
толщина защитного покрытия 40-200 мкм. Для крупногабаритных изделий толщина может составлять более 200 мкм;
высокая прочность удержания защитного покрытия на металле за счёт проникновения цинка в кристаллическую решётку железа;
высокая стойкость к механическим повреждениям;
отличная способность защитного покрытия к самовосстановлению;
высокая коррозионная устойчивость.

Недостатки:

невозможно наносить слой цинкового покрытия тоньше 45 мкм;
неравномерность защитного покрытия;
непрезентабельный внешний вид обработанных деталей — тёмно-серый, матовый.

Исходя из перечисленных преимуществ и недостатков можно сделать следующие выводы.

Горячее цинкование является идеальной технологией для антикоррозионной обработки крупных и средних по размеру металлоконструкций, которые нуждаются в максимальной защите от коррозии, но не имеют высокоточных поверхностей, отверстий, резьбы, фасок и других прецизионных технологических решений. После ознакомления с этапами технологии также должно быть понятно, что горячим цинкованием невозможно обработать неподвижные стационарные металлоконструкции. То есть, те, которые нельзя доставить на производство.

Холодное цинкование

Холодное цинкование — это самый простой, дешёвый и универсальный способ защитной обработки металлоконструкций. Заключается в том, что предварительно подготовленный металл окрашивается по аналогии с применением обычных полимерных красок. Единственная разница — в наносимом составе содержится определённая концентрация цинкового порошка, который после застывания основы образует защитный слой, действующий описанным выше образом. То есть, на поверхности конструкции образуется оксид цинка, который препятствует контактированию атмосферного кислорода с металлом.

Преимущества холодного цинкования:

дешевизна;
простота технологического процесса;
возможность обработки металлических изделий и конструкций любой формы и размеров;
обрабатываемые детали не нужно демонтировать и транспортировать на предприятие для цинкования;
при необходимости может быть нанесён слой цинкосодержащего состава любой толщины;
внешний вид металлоконструкции можно задать финишной обычной краской, тогда как подложкой для неё будет служить цинкосодержащий грунт.

неконтролируемая равномерность толщины защитного покрытия;
невысокая прочность удержания защитного покрытия на металле;
слабая стойкость к повреждениям.

Исходя из перечисленных преимуществ и недостатков можно сделать несколько выводов о холодном цинковании. Во-первых, эта технология хороша тем, что её можно реализовать буквально в полевых условиях. Во-вторых, форма, вес и габариты обрабатываемых металлоконструкций не могут стать помехой для цинкования. С другой стороны, способ абсолютно не подходит для тех случаев, когда требуется долговечное и высокопрочное защитное антикоррозионное покрытие. Также он не годится для обработки мелких прецизионных деталей.

Гальваническое цинкование

Гальваническое цинкование (также называется электролитическим) — это электрохимический метод антикоррозионной обработки металлических деталей. По факту является самым распространённым, хотя и не наилучшим. Распространённость гальванического цинкования связана с тем, что обработанные детали имеют презентабельный внешний вид. Они получаются блестящими, яркими, и могут иметь оттенки от белого, до серебристого с голубым.

Технология заключается в следующем. Обрабатываемую деталь (необязательно металлическую, то есть, токопроводящую) погружают в электролит, в котором содержится цинк. Такая жидкость обладает способностью проводить электрический ток. Когда он протекает через электролит, цинк, являющийся анодом в данном случае, разрушается, и его ионы оседают на поверхности обрабатываемой детали.

Преимущества гальванического цинкования:

презентабельный внешний вид защитного покрытия;
тонкий слой цинка (10-20 мкм), что позволяет обрабатывать прецизионные детали;
равномерность оцинковки;
сравнительно низкая себестоимость процесса;
возможность обработки неметаллических предметов, которые не могут выдержать, например, процесса горячего цинкования;
способность к самовосстановлению;
достойная прочность удержания цинка на поверхности.

слишком малая толщина слоя цинка для интенсивной эксплуатации изделий в агрессивной среде (имеется в виду вне сухих помещений);
абсолютная неустойчивость к механическим нагрузкам;
низкая общая коррозионная устойчивость.

В силу перечисленных плюсов и минусов гальванический метод цинкования востребован только в тех сферах, где больше требуется презентабельный внешний вид, либо временная защита от коррозии (например, на период складского хранения или транспортировки). Поэтому он считается больше декоративным, нежели защитным.

Термодиффузионное цинкование

Термодиффузионное цинкование — это метод низкотемпературной антикоррозионной обработки, который заключается в обработке деталей в среде с порошковым цинком при температурах от 260°C до 450°C (чем выше температура, тем равномернее получается покрытие). В результате пребывания детали в такой среде атомы цинка на атомном уровне проникают в верхние слои обрабатываемого материала, образуя равномерный защитный слой толщиной 20-100 мкм. При этом, есть возможность регулировать толщину наносимого покрытия путём увеличения или уменьшения времени процесса цинкования.

Преимущества термодиффузионного цинкования:

регулируемая толщина защитного покрытия;
высокая прочность удержания цинкового покрытия за счёт диффузии металлов;
равномерное распределение цинка по всей обрабатываемой поверхности (включая труднодоступные места);
высокая стойкость к повреждениям;
способность к самовосстановлению;
высокая общая коррозионная устойчивость (сравнимая с горячим цинкованием).

сложность технологического процесса;
высокая себестоимость (примерно в два раза дороже, чем горячее цинкование);
непрезентабельный внешний вид оцинкованных деталей.

В промышленности термодиффузионное цинкование востребовано в сферах, где от обработанных деталей требуется высочайшая стойкость к абразивному износу и пластичность поверхности. Обычно используется для антикоррозионной защиты металлических изделий в нефтегазовой, энергетической, сельскохозяйственной и реже в строительной сферах. Несмотря на преимущества особой популярностью технология не пользуется из-за высокой трудозатратности и, как следствие, дороговизны.

Газотермическое цинкование

Газотермическое цинкование — это метод металлизации металлических изделий путём высокоскоростного напыления на их поверхность цинкового порошка. Выполняется следующим образом. На обрабатываемую деталь направляется открытый огонь (применяются газовые горелки), и в зону наивысшего нагрева подаётся цинковый порошок, либо цинковая проволока. В результате мелкодисперсные капельки цинка с высокой скоростью налетают на обрабатываемую поверхность, где застывают, образуя защитный слой толщиной 30-50 мкм. Если необходимо получить более толстое покрытие, цинкование проводится в несколько этапов.

Преимущества газотермического цинкования:

возможность осуществления цинкования вне производственных условий и без демонтажа металлоконструкций;
сравнительная равномерность покрытия;
регулируемая толщина цинка.

нельзя обрабатывать мелкие детали;
пористость покрытия;
невозможно качественно оцинковать труднодоступные места;
не подходит для цинкования прецизионных деталей;
высокая трудоёмкость процесса;
низкая производительность.

Несмотря на множественные недостатки газотермического метода цинкования, технология, всё же, применяется в определённых сферах деятельности. К примеру, она востребована там, где нужно выполнить антикоррозионную обработку без демонтажа конструкций, восстановить часть утерянного в процессе коррозии материала и так далее.

Заключение

На нашем производстве мы используем технологию горячего цинкования. Для реализации основного этапа применяется ванна горячего цинкования марки Pilling, позволяющая обрабатывать металлоконструкции весом до 6 тонн и размерами в пределах 13×2×3,1 м. Толщина цинкования — в диапазоне 80-200 мкм. Производительность линии — до 30 000 тонн в год.

Цинкование металла: разновидности, проведение в домашних условиях

Защита металла от возникновения и развития коррозии является очень актуальным вопросом, решение которого позволяет значительно продлить срок службы металлических изделий, а также сделать их эксплуатацию более надежной. Самым распространенным способом, позволяющим обеспечить такую защиту, является цинкование, подразумевающее нанесение на поверхность металла покрытия, в химическом составе которого может содержаться до 95% цинка. Цинкование металла можно выполнять по различным технологиям, каждая из которых применяется в определенных ситуациях и имеет как достоинства, так и недостатки.

Цинкование получило наибольшее распространение среди других анодных защитных покрытий металлов

Для чего на сталь наносят слой цинка

Хорошо известно, что изделия, изготовленные из стали, очень подвержены коррозионным процессам, особенно при эксплуатации в условиях повышенной влажности. Между тем, если оцинковать стальную деталь, можно обеспечить ей надежную защиту от коррозии. Объясняется это тем, что цинковое покрытие образует с основным металлом гальваническую пару, в которой цинк имеет большую степень электроотрицательного заряда, чем сталь.

В такой гальванической паре при воздействии на ее составляющие агрессивных факторов внешней среды подвергается воздействию коррозии именно цинк, а химические реакции стали практически исключаются. Таким образом, коррозионная защита стали будет обеспечена до тех пор, пока покрытие, состоящее из цинка, полностью не разрушится. При этом на тех участках стального изделия, где покрытие из цинка по каким-либо причинам разрушается, под воздействием кислорода и влаги формируется гидрооксид цинка, который также обладает хорошими защитными свойствами.

Преимущества нанесения цинка перед окрашиванием

Цинкование изделий из стали позволяет обеспечить им не только барьерную, но и электрохимическую защиту. Цинкование металла может выполняться по разным технологиям, для реализации которых применяется различное оборудование. Используя отдельные виды таких технологий, можно выполнить цинкование в домашних условиях и при этом добиться отличного результата.

Методы цинкования

На сегодняшний день цинкование металла осуществляется с помощью следующих методов:

горячего;
холодного;
гальванического;
газотермического;
термодиффузионного.

Выбор метода, который будет использоваться для цинкования деталей и конструкций, изготовленных из стали, зависит от условий их эксплуатации, а также от характеристик, которым должен соответствовать защитный слой. Вне зависимости от используемой технологии цинкования необходимо заранее определиться с толщиной формируемого защитного слоя, которая зависит от таких параметров технологического процесса, как время воздействия на металл рабочей среды, а также от температуры выполнения обработки. При использовании стальных деталей и конструкций, на поверхность которых нанесен слой цинкового покрытия, следует иметь в виду, что они не должны подвергаться значительным механическим воздействиям, так как защитное покрытие из данного металла отличается высокой хрупкостью и может легко разрушиться.

Чтобы разбираться в том, какие виды цинкования следует использовать в той или иной ситуации, надо хорошо изучить каждый из них.

Горячее цинкование

Горячее цинкование металлоконструкций, хотя и позволяет добиться наилучшего качества и долговечности обработанных изделий, занимает среди подобных технологий только второе место по распространенности. При использовании этого метода возникает проблема экологической безопасности, так как его реализация требует применения сильных химических реагентов для подготовки обрабатываемой поверхности, а сама процедура выполняется в расплавленном цинке.

Промышленная линия горячего цинкования

В процессе оцинкования стали с использованием горячего метода выделяются два этапа:

подготовка поверхности изделия к обработке;
сама процедура покрытия металла цинком.

В свою очередь подготовка обрабатываемой поверхности также выполняется в несколько этапов:

очистка и обезжиривание;
травление с использованием кислотных растворов;
промывка после травления и флюсование;
тщательная просушка.

Погружение опор в ванну с горячим цинком

После того как изделие прошло все этапы предварительной подготовки и полностью просохло, его помещают в специальную ванну, наполненную расплавленным цинком. В результате на поверхности стального изделия формируется тонкий слой, состоящий из железа и цинка (Fe-Zn), который и обеспечивает надежную защиту от коррозии. После извлечения из ванны изделие обдувают сжатым воздухом, за счет чего обеспечивается не только его просушка, но и удаление с обработанной поверхности лишнего цинка. Большим недостатком данного метода цинкования металла является то, что размеры изделий, которые могут быть ему подвергнуты, ограничены габаритами ванны с расплавленным цинком. Между тем на крупных производственных предприятиях процесс оцинкования стали – строительных лесов, мачт освещения, опор ЛЭП (линий электропередачи) – осуществляется именно таким способом.

Поскольку данный метод связан с большими трудозатратами и необходимостью применения сложного технологического оборудования, для цинкования металла в домашних условиях он не применяется.

Холодное цинкование

Широкая популярность, которую метод холодного цинкования стали приобрел в последние годы, объясняется рядом причин. Самая главная из них состоит в том, что при своей высокой технологичности и простоте реализации такой метод цинкования позволяет создавать на поверхности металла слой, отличающийся высокими защитными свойствами. Немаловажным является и то, что при этом не требуется оборудование для цинкования металла, поэтому такую оцинковку можно выполнить своими руками даже в домашних условиях.

Суть технологии холодного цинкования заключается в том, что на поверхность обрабатываемого изделия наносится специальная цинкосодержащая смесь, в качестве которой может быть использован цинконол или любой другой состав. Наносить цинконол или другую смесь можно при помощи обычной кисточки или валика. В тех случаях, когда покрыть такой смесью необходимо изделия сложной конфигурации или труднодоступные места, для ее нанесения можно использовать краскопульт. Цинконол и другие составы, используемые для выполнения холодного цинкования, позволяют получить на поверхности металла защитный слой, содержащий 89–93% цинка.

Схема холодного цинкования

Оцинковка металла с помощью холодного метода является безальтернативной в тех случаях, когда требуется обеспечить защиту от коррозии конструкциям, которые не могут быть покрыты слоем цинка по другим технологиям. К таким конструкциям, в частности, относятся уже смонтированные трубы, опоры линий электропередач, элементы железнодорожных путей, а также другие металлические элементы, которые находятся в смонтированном (стационарном) состоянии.

Цинконол и другие составы для выполнения холодного цинкования широко используются и при ремонтных работах, когда необходимо восстановить поврежденный цинковый слой на металлическом изделии или конструкции. В частности, при помощи данного метода может быть выполнена восстановительная оцинковка кузова автомобиля (более того, использовать цинконол и другие смеси можно и для начального, полного цинкования кузова своими руками).

Составы для холодного цинкования представляют собой полимерные растворы с добавлением высокодисперсионного цинкового порошка

Выполнять холодное цинкование изделий из стали можно в достаточно широком температурном интервале, при этом сформированное покрытие отличается не только высокими защитными свойствами, но и хорошей эластичностью, устойчивостью к механическим повреждениям и температурным расширениям.

Если говорить о недостатках метода холодного цинкования, то к ним можно отнести недостаточно высокую устойчивость сформированного покрытия к механическим воздействиям, а также необходимость в строгом соблюдении техники безопасности при осуществлении такой процедуры, требующей использования органических растворителей.

Гальванический метод

Гальваническое цинкование, при выполнении которого на поверхность обрабатываемого изделия оказывается электрохимическое воздействие, позволяет получать покрытия, не только отличающиеся высокой точностью по толщине, но и обладающие исключительной гладкостью. Такое электрохимическое цинкование обеспечивает формирование на поверхности металла защитного слоя, толщина которого находится в интервале 20–30 мкм.

Гальваническое цинкование позволяет регулировать толщину формируемого защитного слоя, при этом он отличается равномерностью и высокой декоративностью. За счет того, что при выполнении гальванической оцинковки металл и цинк, который наносится на его поверхность, соединяются на молекулярном уровне, готовое покрытие отличается исключительно высокой адгезией с основным металлом. Между тем на степень адгезии оказывает влияние наличие на поверхности обрабатываемого изделия жировых и окисных пленок, удалить которые полностью (особенно в условиях массового производства) практически невозможно.

Гальваническая линия цинкования включает в себя полный комплекс обработки (от подготовки до закрепления)

Гальваническое цинкование выполняют следующим образом. Обрабатываемая конструкция и цинковые пластины помещаются в электролитический раствор, а затем подключаются к положительному и отрицательному контактам источника электрического тока. За счет сформированной таким образом разности электрических потенциалов пластины начинают растворяться в электролите, и молекулы цинка устремляются к поверхности обрабатываемого изделия, оседая на ней и формируя однородный защитный слой.

Большим преимуществом, которым гальваническое цинкование отличается от других технологий, является то, что оно позволяет сформировать на поверхности изделия защитный слой, отличающийся исключительными декоративными характеристиками. Гальваник при этом может регулировать толщину такого слоя.

К наиболее значимому недостатку данного метода можно отнести его достаточно высокую себестоимость, которая складывается не только из стоимости цинковых пластин и электролита. Например, использованный электролит, который содержит достаточно большое количество опасных отходов, необходимо тщательно очищать перед отправкой в канализацию, что также серьезно отражается на себестоимости метода.

Термодиффузионное цинкование

Термодиффузионная технология цинкования металла (ТДЦ), которую часто называют шерардизацией, была разработана еще в 20-х годах прошлого столетия, но долгое время применялась недостаточно активно. С конца прошлого века оцинковывание металла по данной технологии вновь обрело популярность.

Суть данного метода покрытия металлического изделия цинком заключается в том, что обрабатываемую деталь вместе с цинкосодержащей сухой смесью помещают в герметичный контейнер, в котором создается высокая температура – порядка 2600°. Под воздействием такой высокой температуры атомы цинка переходят в газообразное состояние, что значительно облегчает их диффузионное проникновение в поверхностный слой обрабатываемого изделия. Используют такую технологию цинкования преимущественно в тех случаях, когда на поверхности обрабатываемого металла необходимо сформировать защитный слой, толщина которого превышает 15 мкм.

Установка для термодиффузионного цинкования

Термодиффузионное покрытие изделий из металла цинком, подготовка к которому выполняется так же, как и при горячем цинковании, отличается рядом преимуществ, к которым следует отнести:

полную экологическую безопасность процесса, так как он выполняется в герметичном контейнере;
практически полное отсутствие пор на готовом защитном покрытии, отличающемся высокой адгезией к обрабатываемой поверхности;
высокую защитную способность покрытия, полученного по данной технологии (в 5 раз выше, чем у цинкового слоя, сформированного гальваническим способом);
возможность регулировать толщину цинкового слоя в достаточно большом диапазоне;
сохранение даже сложной формы и геометрических параметров покрытого цинком изделия;
отсутствие необходимости в специальной утилизации образующихся отходов.

Так выглядят изделия, покрытые цинком по методу ТДЦ

Есть у данного метода покрытия металлических изделий цинком и свои недостатки, к которым следует отнести:

не слишком привлекательный грязно-серый цвет готового покрытия и отсутствие металлического блеска;
невысокую производительность;
наличие включений цинковой пыли в окружающем воздухе при выполнении такого процесса, что наносит вред человеческому здоровью;
неоднородность цинкового покрытия по толщине.

Газотермическое напыление цинка

Чтобы покрыть слоем цинка металлический лист или объемную деталь, можно использовать газотермический метод цинкования. Суть такого метода заключается в том, что цинк, присутствующий изначально в составе сухой смеси или проволоки, напыляется на поверхность обрабатываемого изделия в составе газовой среды. Использовать такую технологию оптимально в тех ситуациях, когда цинковый слой надо нанести на крупногабаритные изделия, которые нельзя подвергнуть обработке другими способами.

Принцип газо-термического цинкования

Покрытие металлического изделия цинком при использовании такого метода происходит следующим образом. Частички расплавленного металла, ударяясь об обрабатываемую поверхность, формируют тонкий слой, напоминающий по своей структуре чешую. Такое покрытие, которое характеризуется наличием большого количества пор, дополняется нанесением лакокрасочных материалов. Созданный в результате такого комбинирования слой обладает защитными свойствами, позволяющими металлическому изделию, на которое он нанесен, длительное время успешно эксплуатироваться в достаточно агрессивных средах (высокая влажность, постоянное воздействие морской и пресной воды и др.).

Параметры цинковых покрытий, наносимых всеми вышеперечисленными способами, регламентирует соответствующий ГОСТ, на который и следует ориентироваться специалистам.

Как выполнить процедуру в домашних условиях

Оцинковка в домашних условиях выполняется преимущественно электрохимическим методом или по технологии холодного цинкования, что объясняется простотой данных способов. Чтобы выполнить цинкование своими руками с помощью электрохимического метода, необходимо тщательно подготовить поверхность обрабатываемого изделия. Такая подготовка заключается в очистке и обезжиривании, а также в протравливании кислотой и последующей промывке водой.

Схема гальванической установки для самостоятельного цинкования

Свой аппарат для выполнения гальванического цинкования можно изготовить из источника постоянного тока, выдающего напряжение порядка 6–12 В с силой тока 2–6 А, емкости из диэлектрического материала и устройства, при помощи которого будут фиксироваться электрод и обрабатываемое изделие. Электролитом в данном случае может выступать раствор любой соли, содержащей в своем составе цинк. Приготовить такой раствор можно из аккумуляторного электролита, поместив в него на некоторое время цинк и дождавшись окончания реакции растворения. Полученный состав перед использованием для цинкования следует процедить.

Выполняя оцинковку своими руками, следует иметь в виду, что на толщину и качество формируемого покрытия оказывают влияние следующие факторы:

Читайте также: