Цинкование металла: 5 способов защиты от коррозии

Метод механического цинкования

Механическое цинкование происходит при помощи водного раствора, в который опускают детали со стеклянными изделиями в виде шаров, а так же цинковый раствор. Данные растворы опускаются в специальный барабан или колоколообразный сосуд, который осуществляет вращательные движения. Стеклянные шары служат неким посредником, которые помогают цинковому раствору распространить цинк по всей поверхности изделия. Получившийся слой бывает двух типов:

Тонкий слой до 10 мкм;
Толстый слой до 20 мкм.

Раствор не подвергается повышенным температурам и весь процесс осуществляется при обычной температуре, что позволяет экономить бюджет.

Данный метод так же хорош, как и термодиффузионный метод, за счет того, что не происходит влияние на сталь, и она не становится хрупкой. Данный метод позволяет создать изделия, которые имеют отличные внешний вид и служат декоративными элементами при сборке мебели и фурнитуры. Срок эксплуатации таких изделий не более 2 лет, что очень незначительно. Поэтому данный метод оцинковки не применяется для изделий, которые будут установлены на производстве, машиностроении и т.п., так как они не будут обладать нужными свойствами.

Такие крепежные изделий покрытые методом механической оцинковки предназначены только для декоративной цели, поэтому изделия не имеют антикоррозионной защиты от появления ржавчины. Стоимость таких изделий самая привлекательная, так как нет затрат на сложные технические процессы, электроэнергию и нет необходимости беспокойства об окружающей среде и парах, которые попадают в воздух, воду. Данный метод применяется в небольших цехах.

На производстве гальваническая обработка металла проводится в строгой последовательности

Очистка поверхности деталей от лакокрасочных и смазочных материалов, ржавчины и окалины (процедура проводится с использованием обезжиривающих и щелочных смесей).
Промывка чистой водой в специальной проточной ванне.
Электролитическое обезжиривание и последующая промывка.
Травление в составе, который включает воду и соляную кислоту. Процедура удаляет остатки ржавчины и окалины, исключая растворение или деформацию основного металла, а также декапирует поверхности перед обработкой.
Промывка, непосредственно гальваническая оцинковка и повторная промывка.
Для устранения с поверхности окисной пленки применяться осветление металла в растворе, состоящем из воды и азотной кислоты.
Промывка, фосфатирование (при необходимости) с последующей промывкой.
Может быть проведена пассивация электролитическим хроматированием или путем хроматированного распыления.
Сушка детали.

В зависимости от особенностей технологии обработки и типа продукции гальваническая обработка металла может включать дополнительные манипуляции.

Если обрабатывают полосу, то цинкование начинают с разматывания материала, а далее выполняют сварку концов. На заключительном этапе полосу обрабатывают маслом и сматывают.

Проектирование участка

Организация гальванического производства является длительным и сложным процессом, от продуманности и тщательности которого зависит производительность. Прежде всего следует определиться для обработки каких деталей проектируется участок, составить схему технологического процесса цинкования (представлена ранее), создать рисунок (схему) планировки участка, определить перечень необходимого оборудования

Наибольшее внимание следует уделить выбору оснащения

Линия

Гальваническое цинкование — сложный технологический процесс, для осуществления которого необходимо полностью укомплектованная система оборудования. Рассмотрим, какие компоненты входят в перечень оборудования в зависимости от степени автоматизации производства.

Оборудование для гальванического цинкования. Фото БСМ-МЕТАЛЛ

Оборудование

По степени автоматизации процесса гальванизации линии разделяют на автоматизированные и механизированные. Оба типа состоят из таких обязательных элементов:

металлический каркас;
платформа обслуживания;
ванны для непосредственного нанесения цинка на поверхность изделия;
пульт управления;
вентиляционные конструкции вытяжного типа;
комплект труб, обеспечивающих подачу технических жидкостей и отвод отработанных материалов;
элементы питания гальванических ванн;
маслосборник для герметичного хранения жиров, «вытравленных» из металла во время процедуры обезжиривания;
сушило камерное для подвесок;
набор аппаратов фильтрации, через которые должен проходить воздух перед поступлением в вытяжную вентиляцию;
гальванические барабаны и подвески для закрепления обрабатываемого элемента в процессе гальванизации;
сушило шнековое или центрифуга для ускорения окончательной обработки и просушки готового изделия;
тележка для подвесок.

Гальваническое цинковое покрытие с радужным хроматированием. Фото ГальваноПроект

Для автоматизированной линии гальванического цинкования помимо перечисленных элементов в комплект поставки должен быть включен автооператор портальный и электроавтоматика. Данные элементы руководят работой линии так, что большая часть процессов будет автоматизирована и не будет требовать непосредственного присутствия оператора на протяжении всего времени гальванизации. Дополнительно для работы гальванического оборудования необходимо приобрести комплекс для очистки отработанных жидкостей.

Важно! В случае приобретения линии для гальваники обязательно уточняйте, что входит в стоимость: некоторые поставщики включают в комплект подвески и тележку только за дополнительную плату

Дефекты гальваники

Дефекты покрытия значительно ухудшают как защитные свойства, так и внешний вид изделий. Причин для образования дефектов чаще всего две: это нарушение технологических операций в процессе цинкования и недостаточно высокое качество поверхности металла. Однако существуют и другие причины. Далее перечислены основные и наиболее серьезные дефекты гальванических покрытий, причины их возникновения и пути предотвращения данных проблем.

Недостаточная адгезия

Недостаточная адгезия чаще всего приводит к необходимости выполнять оцинковку заново, что несет дополнительные материальные затраты. Недостаточное сцепление может наблюдаться между основным металлом и покрытием. Причиной чаще всего является брак в процессе подготовки поверхности.

Качество обезжиривания нужно проверить на партии деталей, которые очищаются вручную, тем самым добиваясь полной смачиваемости. Затем осуществляют следующие операции: травление и активация, растворы для которых также следует проверить и при необходимости заменить. Если этого недостаточно, то рекомендуется произвести анализ основного электролита, выяснить есть ли в нем примеси.

Процесс гальванического цинкования

Причинами отслаивания основного покрытия от подслоя является:

недостаточная промывка после меднения или декапирования;
подслой меди имеет пятна на поверхности.

Для исключения данной проблемы следует выполнять регулярные испытания на общую адгезию.

Питтинг

Питтинг представляет собой язвы и полости в металле, начинающиеся образовываться с поверхности изделий. Внешне питтинг проявляется с образования углублений на поверхности металла. Питтинги возникают в основном в защитном слое в местах различных дефектов.

Питтинг нередко путают с питтинговой коррозией, представляющей собой коррозию металла, в результате которой в металле и образуются питтинги. Подобный дефект требует повторного нанесения покрытия или забраковки детали.

Механизм возникновения коррозионных ям — питтинга, под воздействием кислорода. Фото Википедия

Питтинговая коррозия образуется при наличии в электролите посторонних примесей, при завышенной плотности тока, недостаточном перемешивании, пониженной температуры и pH. Для устранения данных проблем следует выполнить проработку электролита, введение смачивателя, дополнительное смешивание, снижение плотности тока, повышение температуры и pH.

Шероховатость

Шероховатость покрытия встречается достаточно часто. Для возникновения данной проблемы существует две категории причин:

те, которые образуются на предварительном этапе — некачественно выполненная подготовка изделий: шлифовка, очистка;
те, которые возникают в процессе нанесения покрытия: наличие в электролите твердых частиц, нарушение технологических режимов.

В первом случае от исполнителя требуется выполнить дополнительную обработку поверхности, а во втором — осуществить фильтрацию и коррекцию электролита.

Неоднородности внешнего вида

Неоднородности внешнего вида подвержены детали с блестящим покрытием, выражается она в матовых пятнистых участках неправильной формы и разных размеров. Причинами для этого служит чрезмерное травление и нарушение пропорции компонентов электролита или присутствие примесей. Кроме этого, существует еще одна причина — повышенная пористость покрытия.

Хрупкость покрытия

Хрупкость покрытия может быть вызвана наличием в электролите органических загрязнений, высокой концентрацией цинка, недостаточным количеством циана или щелочи или значительной температурой электролита. Для этого следует выполнить анализ электролита.

Качественное гальваническое цинковое покрытие с радужным хроматированием. Фото ГальваноПроект

Темный цвет

Темный цвет покрытия вызывается наличием в электролите примесей.

Таким образом, основной причиной дефектов является несоблюдение режимов технологических процессов. Поэтому следует быть бдительным, осуществлять жесткий контроль всех операций.

Виды цинкования металла

В современном мире для обработки металлических поверхностей применяется ци нкование. Оно служит прежде всего для защиты от коррозии. Для разных металлов необходимо использовать разные методы этого процесса. Это обусловлено тем, что не все металлы способны адгезироваться с цинком при определенных условиях.

Основные методы цинкования металла представлены такими способами, как:

Холодное цинкование металла

Этот метод отличается от всех остальных тем, что для него не требуется специальная ванна. Раствор цинкового сплава наносится так же, как и любое лакокрасочное покрытие.

Горячее цинкование металла

Данная процедура заключается в том, что в ванну со сплавом цинка опускается металлическое изделий для обработки. Процесс цинкования при этом происходит под воздействием небольшого нагревания. Это позволяет наносить раствор на поверхность более равномерно.

Гальваническое цинкование металла

Это метод характеризуется тем, что вся процедура происходит под воздействием электрического тока. В раствор электролита опускается металла и подключается электрический ток, подающий небольшое напряжение.

Термодиффузионное цинкование металла

Оно заключается в нанесении на поверхность металла цинкового сплава любой толщины. Она определяется заказчиком. Для процедуру используются специализированные контейнеры.

Таблица 1. Сравнение цинка с другими металлами.

Название металла
Краткое описание
Свойство металла
Применение

Алюминий

металл серебристо-белого цвета

Температура плавления 650°С. Алюминий устойчив против атмосферной коррозии благодаря образованию на его поверхности плотной окисной пленки

Наиболее важной особенностью алюминия является низкая плотность – 2,7г/см3 против 7,8г/см3 для железа и8,94г/см3 для меди. Имеет хорошую тепло- и электропроводность. Хорошо обрабатывается давлением

Хорошо обрабатывается давлением.

Применяется в электропромышленности для изготовления проводников тока, в пищевой и химической промышленности. Применяется в качестве раскислителя при производстве стали, для алитирования деталей с целью повышения их жаростойкости. В чистом виде применяется редко из-за низкой прочности – 50МПа.

Хром

блестящий цветной металл с синеватым оттенком, за удельным весом близкий к железу. Он довольно твердый (на единицу меньше от алмаза), тем не менее, хрупкий.

Он довольно твердый, тем не менее, хрупкий. Температура плавления 1910 °С. Стойкий против окисления в атмосфере и в воде. Азотная кислота его не растворяют. В растворах соляной и серной кислот растворяется постепенно, но более активно в крепкой соляной кислоте. Хром довольно крепкий против стирания.

В чистом виде хром широко используют для декоративного и антикоррозийного покрытия других металлов. В промышленности хром широко используют для изготовления легированных хромистых сталей высокой прочности.

Медь

металл красного, в изломе розового цвета

обладает высокой пластичностью и коррозийной стойкостью, высокой электропроводностью и теплопроводностью (100% чистая медь-эталон, то 65%-алюминий, 17%железо), а также стойкостью против атмосферной коррозии

Позволяет использовать ее в качестве кровельного материала ответственных зданий

Титан (Те)

лёгкий металл серебристо-белого цвета.

имеет высшую температуру плавления, низкую теплопроводность и плохие антифрикционные свойства, но легко куется и штампуется. При нагревании до 500 °С на воздухе он не окисляется, а при высшей температуре на его поверхности образовывается крепкая защитная пленка.

Поэтому из титана и его сплавов изготовляют обшивку сверхзвуковых самолетов, компрессоры реактивных двигателей, в турбо-строении — лопате и диски турбин и т.п.Из листового титана можно изготовить (с применением аргонового сваривания) легкие глушители для автомобилей, которые не ржавеют и не прогорают.

Таблица 2. Сравнение цинка с цветными металлами.

Условия	Металлы
	Латунь	Медь	Цинк-титан	Сталь в полимерах
Устойчивость к ультрафиолету	*****	*****	*****	***
Устойчивость к высоким температурам	*****	*****	****	***
Устойчивость к коррозии	*****	*****	*****	****
Устойчивость к механическим воздействиям	****	****	****	**
Пайка	*****	*****	***	—
Фальцевание	****	*****	*****	****
Вес	*****	*****	*****	***
Стоимость	****	****	*****	**
Срок службы	****	*****	****	***

Технология холодного цинкования

Обработка поверхности металлоконструкций осуществляться с использованием разных антикоррозийных композиций, особенности состава, свойства и характеристики которых устанавливаются профильным стандартом – ГОСТ 9.305-84.

Настоящий стандарт определяет требования к металлическим и неметаллическим основаниям, производство которых выполнялось по электрохимической и химической методике.

Согласно требованиям ГОСТ 9.305-84, смеси для проведения холодного цинкования допускается использовать на разных конструкциях, за исключением деталей, выполненных из высокопрочных сталей и магниевых сплавов. Перед нанесением антикоррозийных составов металлическая поверхность проходит определенную подготовку.

Работы по подготовке включают:

удаление загрязнений и солей путем обмыва поверхности;
очистка металла абразивоструйным, гидроабразивным или гидродинамическим методом, что позволяет удалить ржавчину и окалину, а также придать поверхности нужный уровень шероховатости;
высушивание детали, если очистка проводилась гидроабразивным или гидродинамическим методом;
удаление заусенец, острых кромок и варочных брызг (эти работы выполняются вручную);
очистка от пыли путем использования воздушных потоков, которые направляют на поверхность под высоким давлением.

Подготовка металлоконструкций предполагает полную очистку поверхности, на которой не должно оставаться жира и следов масел (для этого применяются растворители).

По завершению подготовительных работ проводятся мероприятия по нанесению выбранного состава на поверхность изделия. Холодный способ обработки предполагает поддержание в помещении, где наносится цинковый состав, температурного режима в диапазоне от -20°C до +40°C.

При этом, согласно рекомендациям производителей таких составов, поверхность обрабатываемой детали должна быть минимум на 3°C больше точки росы. Если это условие будет нарушено, то на изделии образуется влага, которая снижает качество нанесенного защитного слоя.

Рассчитывают точку росы при помощи психрометра, термометра, гигрометра или другого устройства. Полученные показания сравнивают с параметрами, которые приведены в таблице.

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

Это интересно: Чем лучше обезжирить металл перед покраской — изучаем в общих чертах

АнтикорЦинк — качественный и недорогой состав для холодного цинкования

Предлагаем своим клиентам наш новый продукт — АнтикорЦинк. Этот состав был разработан нашими специалистами специально для длительной защиты крупных металлических конструкций от коррозии. Мы ценим время наших клиентов, поэтому предлагаем вам сразу ознакомиться с возможностями АнтикорЦинк.

1. Впечатляющая долговечность

Высокое содержание цинка и отсутствие в нем посторонних примесей позволяют материалу сохранять свои свойства в течение десятилетий! При соблюдении технологии нанесения, АнтикорЦинк способен обеспечить защиту ваших изделий на срок более 25-ти лет! В данном случае подразумевается именно гарантированный срок. На практике эти цифры могут быть еще больше!

2. Выдерживает постоянное воздействие воды

АнтикорЦинк способен обеспечить надежную защиту изделий, работающих в условиях постоянного воздействия влаги, морской или пресной воды, а значит подходит для защиты пирсов, мостов, опор и т.д.

3. Не требует специальных навыков и сложного оборудования

Материал не требует специальных навыков или дополнительного оборудования. Нанесение состава на металлические поверхности осуществляется с помощью обычного малярного инструмента. Кроме того, наше покрытие обладает высокой адгезией к металлу, имеющему следы ржавчины (до 100мкм).

4. Эффективно заменяет собой более дорогие импортные аналоги

Хотите получить качественный защитный материал, не уступающий по своим свойствам более дорогим составам? АнтикорЦинк — российский продукт. Его цена не зависит от курса доллара, стоимости доставки и других параметров, что позволяет нам сделать стоимость продукции максимально привлекательной.

Этапы гальванического цинкования

На производстве гальваническое цинкование состоит из нескольких технологических процессов, каждый из которых завершается промывкой водой в проточной ванне или щеточно-моечным способом.

Сначала изделия тщательно очищаются от ржавчины, окалины, технологической смазки, остатков охлаждающей жидкости или краски и обезжириваются в щелочных растворах. Затем происходит обезжиривание электролитическое.

После него протравливаются в водном растворе соляной кислоты, при котором поверхность окончательно очищается без нарушения поверхностного слоя и происходит ее декапирование – активация перед нанесением цинкового покрытия. Только потом производится собственно цинкование.

После него, при необходимости, изделия осветляются и очищаются от окисной пленки в водном растворе азотной кислоты, затем фосфатирование, пассивация и сушка.

При цинковании различных изделий могут выполняться дополнительные операции. Например, полосу перед цинкованием разматывают, сваривают концы, правят, а после него промасливают и сматывают.

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.

Преимущества данного метода

Обработанные представленным методом изделия применяются фактически в любых условиях, исключение составляют сильная кислотная и щелочная среда.

Основные преимущества:

Возможность обработки изделий любых форм и конфигураций.
Способность самостоятельного восстановления участка металлоконструкции при механических повреждениях.
Высокая степень устойчивости перед жидкостями.
Дефекты основы тщательно скрываются под слоем цинка.
Оборудование для горячего цинкования простое и понятное в эксплуатации.
Значительная экономия – изделия не требуют регулярной обработки и окрашивания.

Для наилучшей степени покрытия изделий, на производствах используется низкоуглеродистая сталь ГОСТ 380-94, 1050-88, 27772-88.

Единственным недостатком метода отмечают ограниченность размеров деталей, которые зависят от параметров емкости с расплавленным цинком. На предприятиях крупногабаритного производства изделия обрабатывают с использованием агрегатов непрерывной оцинковки, цена на такой процесс соответственно выше.