Оцинкованные трубы дороже обычных, но цинкование защищает стальные сплавы от коррозии, значительно увеличивая срок службы. Трубный прокат, покрытый слоем цинка, используют при подземном способе прокладки трубопроводов питьевой воды, в коммунальном газоснабжении, для монтажа уличных конструкций. Оцинковку применяют для защиты емкостей и деталей.
История разработки технологии началась в XVII веке. В 1742 году французский химик Поль Жак Малуэн провел наблюдение над стальными образцами с цинковым покрытием. Его методика рекомендовала опускать предметы непосредственно в расплав. Научная работа была представлена в Королевской академии наук, но на тот момент способ признали слишком дорогостоящим.
В 1836 другой французский химик Станислав Сорель обнаружил, что предварительное травление увеличивает коррозионную стойкость оцинкованных металлов и оформляет патент. Уже через год британский патент получает предприимчивый политик и бизнесмен Уильям Кроуфорд, но в представленных документах присутствует полное описание технологии флюсования, обозначено применяемое оборудование. С этого момента горячий способ распространился во всех развитых странах,но был доступен для деталей небольшого размера.
С началом промышленной революции многие прежние разработки нашли применение. Так, обработка цинком габаритных конструкций началась с установки опор ЛЭП в Швейцарии в 1912 г. Затем метод применили в 1920 для защиты для опор контактной железнодорожной сети в Голландии. Технология набирала обороты в странах Нового и Старого света до начала войны.
Считается, что впервые оцинкованное гофрированное железо использовали для строительства доков военно-морского флота в Уэльсе, но ряд источников опровергает эти данные. В царской России велись исследования в области гальванизации, которые впоследствии использовали в изготовлении телеграфных аппаратов и проводов, но простому методу цинкования не уделили должного внимания.
Достоинства метода
Главное преимущество технологии заключается в продлении эксплуатационного срока металлоконструкций. Расчетный норматив для трубопроводов в зависимости от марки стали, толщины покрытия и загруженности не менее 30 лет в любом климате, реальное время службы достигает 70 лет.
Преимущества:
Увеличение коррозионной стойкости в 5-7 раз;
При незначительных повреждениях металл склонен к самовосстановлению;
Бактерицидные свойства: допускается применение при транспортировке питьевой воды и в пищевой отрасли;
Повышение стойкости стали к внутреннему и внешнему давлению;
Возможна обработка изделий любой формы с относительно ровной поверхностью;
Электрохимическая защита;
Одновременное покрытие внутри и снаружи.
Метод основан на способности восстановителей быстро окисляться на открытом воздухе. У железа наблюдается тот же эффект, но пленка окислов получается рыхлой, непрочной, она пропускает внутрь воду и атмосферный воздух, процессы коррозионного разрушения проникают в толщу металла. У цинка, олова и алюминия оксиды формируют надежную защиту от разрушения. Исключения составляют случаи, когда металл повреждается постоянными механическими воздействиями или агрессивными средами.
Технология горячего цинкования самая распространенная. В отличие от нанесения цинковых красок и напыления, наплавленный металл сохраняет длительную адгезию со сталью.
Преимущество перед сложным гальваническим методом заключается в высокой производительности, возможности обрабатывать крупногабаритные конструкции (в том числе строительные леса) и низких затратах.
Всегда есть оборотная сторона, недостатки горячего цинкования:
Высокий расход материала;
Зависимость от формы ванны.
Цинк воспламеняется при сварке, поэтому оцинкованный прокат используют только для монтажа сборных конструкций (резьбовое соединение трубопроводов). В коммунальном хозяйстве самая большая нагрузка приходится на теплосети, однако цинкование не рекомендуется применять при температуре эксплуатации выше 55 С⁰.
Таблица сравнения стоимости и работоспособности горячеоцинкованной стали с другими методами защиты
Оборудование для цинкования
Изделия, закрепленные с помощью технологичных отверстий перемещаются траверсой. Технологическая линия состоит из следующих операционных участков:
Зона разгрузки-погрузки;
Зона химической подготовки;
Сушильная камера;
Печь с расплавом;
Охлаждение;
Заключительная обработка: удаление наплывов и шлифовка.
Как правило, внутреннее пространство цеха должно быть большим. Для массового производства обустраивают автоматизированные линии с усиленной вентиляцией для удаления паров из печей, регулирующейся подачей обрабатывающих растворов и очистными сооружениями.
Основное оборудование:
Печи: сушильная и цинкования;
Ванны: для обезжиривания. травления. флюсования, промывки и охлаждения;
Грейфер для удаления гарт;
Грузоподъемные элементы для подвешивания и перемещения.
Контроль качества осуществляется согласно ГОСТ 9.307-89 “Единая системы защиты от коррозии”. Толщина составляет 40-200 мкм, учитывается наличие непокрытых участков (до 0,2% площади), сила сцепления, также производится нагрев до 180-200⁰ после охлаждения должно отсутствовать расслоение и вздутие покрытия.
Цинкованию не подлежат детали со скрытыми полостями, карманами, где могут образовываться воздушные мешки, скопления жидкости и концентрироваться остатки расплава. Детали сложной конфигурации подвергают тестовому погружению.
[include_post id="20924"]
Подготовка поверхности
Предварительная обработка заключается в удалении загрязнений, смазок, пыли и окалины. Нешлифованный стальной прокат имеет большое число микротрещин и пор, которые впоследствии заполняются цинком. Качественное проведение этапов очистки служит залогом долговечного сцепления.
Этапы проведения подготовки:
Обезжиривание. Допускается несколько методов. Химическая обработка проводится в растворе едкого натра, тринатрийфосфата, кальцинированной соды и жидкого мыла при температуре 80 С⁰. Для уменьшения жировых пленок и других загрязнений может использоваться разбавленная фосфорная кислота, нагретая до 40-50 С⁰. Электрохимическое обезжиривание эффективно удаляет травильный шлам, но плохо очищает впадины, канавки и бороздки. В редких случаях металлоизделия обезжиривают простым нагревом (отжигом).
Промывание. Для удаления остатков обезжиривающих составов металлоизделия погружают в проточную горячую и холодную воду.
Травление. Для устранения окалины применяют кислотные растворы в разных концентрациях. Соляная кислота (20-25%) практически не наводороживание поверхностные слои, поверхность получается более гладкой, но стоимость ее применения выше. Серная кислота (18-22%) может привести к разрушению структуры некоторых сплавов, требует нагрева до 60-80 С⁰, но обходится дешевле. Отработанная жидкость может использоваться повторно для других технологических нужд. Альтернативой травлению служит дробеструйная обработка.
Промывание. Остатки кислотных составов или дисперсионные частицы удаляют проточной водой.
Флюсование. Заключительный этап.
Флюсовая смесь состоит из хлористых солей цинка и аммония. Операция предназначена для удаления нерастворимых солей, которые образовались на этапе травления под действием кислот и для понижения сопротивления расплавленного цинка при быстром погружении. Флюс предотвращает окисление стали при нагреве во время транспортировки и сушки.
Флюсование производится двумя методами:
С помощью водного раствора и погружения в дополнительную ванну. В результате образуется флюсовый слой. Перед перемещением в цинковальную печь требуется просушивание.
Полуфабрикат предварительно помещают в сушильную камеру. Безводная флюсовая смесь располагается на зеркале цинкового расплава, так как имеет меньшую массу. Сталь обрабатывается при погружении, затем опускается в рабочую среду.
Терморежим просушивания зависит от размеров и химического состава сплава. Оптимальная температура поверхностных слоев составляет 120-150 С⁰. Большая часть технологических операций производится на этапе подготовки.
Технология горячего цинкования
В зависимости от химического состава и геометрии стальных изделий, температура в ванне цинкования составляет 430-470⁰, для мелких деталей и крепежей - до 540⁰. Сплавы с высокой теплопроводностью могут вступать в реакцию и образовывать прослойку железо-цинкового сплава. Она гетерогенна и формирует несколько слоев, между которыми создаются напряжения . Полуфабрикаты с высокими напряжениями (профили, листовые конструкции) подвержены короблению при неточно выбранной скорости цинкования. Сшивные детали, например емкости и ведра, должны иметь небольшие зазоры (3 мм) для лучшего проникновения.
Основные расчетные показатели:
Время погрузки;
Выдержка;
Скорость выгрузки.
Чем дольше время погружения в ванну цинкования, тем больше создается напряжений в структуре металла, возрастает вероятность окисления, поэтому этап максимально сокращают. Извлечение, напротив, производят медленно: цинковый слой затвердевает без излишних наплывов и получается однородным.
Продолжительность выдержки зависит от времени нагрева всей толщи металла до температуры расплавленного цинка и полного выкипания флюса (прекращение бурления). Все время операции расплав помешивают для удаления воздуха и остатков флюсовой смеси.
При слишком быстрой выгрузке образуются неравномерные толстые слои. В процессе извлечения струи должны стечь, желательно, чтобы они не прерывались, то есть не превращались в капли. Массивные конструкции обладают большой теплоемкостью и при выгрузке продолжается процесс расслоения и диффузии железо-цинкового сплава. Эту проблему решают, применяя обдув прохладным воздухом.
Быстрое охлаждение до 80-90⁰ производится в холодной воде. В результате покрытие имеет мелкозернистую структуру, серебристый цвет. Если поверхность должна иметь блеск в ванну добавляют масла. После этого готовую продукцию необходимо удалить из помещения, где сохранились пары травильных составов и хлористых соединений.
Цинк подвержен “старению” с образованием патины. За срок 6-24 месяца происходит выветривание непрочных поверхностных окислов и образование карбоната цинка. Упрочнение происходит как в складских, так и в атмосферных условиях. Изделия могут эксплуатироваться весь этот срок, но одновременно они подвергаются воздействию реагентов из окружающей среды, что препятствует нормальному старению. Для защиты оцинкованных поверхностей, если это необходимо, применяют хроматное пассивирование.
Заказать звонок
Написать на почту
Telegram
0 комментариев