Виды цинкования металла

Проблема коррозии, которая буквально «съедает» металл слой за слоем актуальна всегда. Существует масса способов защиты изделий от окисления, и цинкование один из них.

Цинкование – это процесс обработки отдельных деталей или целых конструкций с целью защитить от воздействия кислорода. Есть несколько классов цинкования металла, однако все они строятся на едином принципе.

Суть цинкования – это нанесение цинкового слоя на заранее подготовленную поверхность унифицированной толщины. Цель проста – снизить деструктивное влияние коррозии на металл.

Уникальное свойство цинка – это мгновенная реакция с кислородом, результатом которой становится оксид. В отличии от ржавчины, этот оксид прочный и плотный, не пропускает кислород и не разрушается при минимальном механическом воздействии.

Если защитный слой все же повредился, то цинк тут же вступает в новую реакцию и образует новую пленку. Такие свойства еще называются самовосстанавливающейся защитой.

При сильном повреждении слоя до железа коррозия будет менее агрессивна благодаря гальванической связи между цинком и изделием. Так как цинк более активное соединение, то оно будет первым вступать в реакцию с кислородом в атмосфере. Поговорим подробнее о популярных технологиях цинкования металла.

Чем отличаются методы цинкования

Известные сейчас способы цинкования отличаются по нескольким параметрам и свойствам. Рассмотрим их подробнее.

Параметр	Особенность
Толщина защитного слоя	Для крупногабаритных деталей чем толще слой, тем лучше. Но для высокоточных деталей толщина покрытия не менее важна. Регулировать нанесение цинка получается не в каждой методике.
Равномерность нанесения цинка	Для больших конструкций, например, опор ЛЭП, не принципиальна равномерность нанесения. А вот для изделий с прецизионными отверстиями этот параметр важен.
Прочность контакта покрытия с металлом	Отдельные способы нанесения цинка создают защитный слой, но также происходит реакция на молекулярном уровне. Это значительно увеличивает срок службы детали.
Внешний вид изделия	От выбранной методики зависит эффект и цвет поверхности. Она бывает матовой и глянцевой в разбросе оттенков от темно-серого до голубоватого.
Устойчивость к механическому воздействию	От этого параметра напрямую зависит защищенность изделия от атмосферного кислорода.
Возможность самовосстановления	Характеристика, в большей степени, зависит от толщины нанесенного слоя цинка и особенностей использования изделия.
Устойчивость к коррозии	Это комплексный параметр, в котором учитываются все перечисленные выше характеристики и особенности.

Все свойства, перечисленные выше, меняются от особенностей техпроцесса, а также доступном объеме обработки, ее скорости, себестоимости и целесообразности. Рассмотрим подробнее все популярные виды цинкования металла.

Горячее цинкование

Это техпроцесс, при котором изделие полностью погружается в расплавленный цинк. Считается самым популярным методом цинкования в промышленности.

Покрытие наносится в несколько этапов:

1. Отгрузка заготовок в зону навески – методика позволяет работать с габаритными изделиями, поэтому для их транспортировки используют мостовые краны.
2. Навеска металла – металл навешивают на подвижные траверсы. Изделия распределяются так, чтобы все попали в емкость с расплавленным металлом. 
3. Предварительная обработка – перед процедурой металл погружается в жидкости для обезжиривания, очистки и травления, чтобы удалить загрязнения, следы кислот и другие соединения.
4. Сушка и разогрев – в специальной печи на детали подается очищенный разогретый воздух, который удаляет следы использования жидкостей и подогревает сам металл.
5. Цинкование – деталь перемещается в печь с ванной, где поддерживается расплавленное состояние цинка при температуре +450 градусов. Печь должна быть герметичной, чтобы обезопасить работников, а также вторично использовать выделяемые при реакции газы.
6. Снятие, сортировка и отгрузка – изделия на траверсах после обработки по автоматической линии отправляются в зону снятия и сортировки. Далее происходит отправка заказчику со складской зоны.

Сильные стороны метода горячего цинкования металла:

1. Невысокая стоимость техпроцесса.
2. Высокая производительность работы автоматизированной линии.
3. Есть возможность обрабатывать крупные детали.
4. Толщина защитного покрытия более 200 мкм.
5. Высокая прочность защитного слоя благодаря проникновению цинка в кристаллическую решетку ферума.
6. Повышенная устойчивость к механическому воздействию.
7. Защитный слой может самовосстанавливаться.
8. Повышенная устойчивость к коррозии.

Есть и несколько недостатков:

1. Невозможно регулировать толщину слоя цинка тоньше 45 мкм.
2. Неравномерность нанесения защитного покрытия.
3. Лицевая сторона изделия непрезентабельно выглядит.

Горячее цинкование выгодно использовать для обработки крупногабаритных деталей и конструкций. Однако не подходит для работы с высокоточными поверхностями.

Холодное цинкование

Технология холодного цинкования металла популярна за счет универсальности и дешевизны техпроцесса. Суть процедуры в предварительной подготовке металла перед нанесением и окрашиванием.

Отличие от использования полимерных красок только в содержании цинкового порошка, который вступает на поверхности металла в реакцию с кислородом, образуя защитный слой оксида.

Преимущества метода:

1. Низкая стоимость.
2. Примитивный техпроцесс.
3. Нет привязки к габаритам и форме конструкций.
4. Деталь обрабатывается в полевых условиях.
5. Толщина нанесения состава любая.
6. Внешний вид изделия можно улучшить за счет нанесения финишной краски на цинкосодержащий грунт.

[include_post id=»9012″]

Есть у этого способа и недостатки:

1. Нет точной регулировки толщины цинкового слоя.
2. Низкая адгезия цинкового порошка на металле.
3. Слабая устойчивость к механическим повреждениям.

Цинковать металл таким способом можно в полевых условиях, а форма, вес и габариты конструкции не играют большой роли. Однако это вариант, когда нужно прочное и долговечное защитное покрытие от коррозии.

Гальваническое цинкование

Гальванический способ цинкования металла – это электрохимический метод, суть которого заключается в использовании электролита, где цинк выступает в роли анода. Далее через жидкость протекает ток, цинк распадается и его ионы оседают на поверхности металла.

На выходе изделие получается блестящим и ярким с оттенками от белого до голубого.

Преимущества методики:

1. Презентабельный внешний вид изделия.
2. Тонкий слой цинка до 20 мкм за счет чего можно обрабатывать детали с отверстиями.
3. Цинкование равномерное.
4. Низкая себестоимость техпроцесса.
5. Можно обрабатывать неметаллические предметы, которые нельзя подвергать термическому воздействию.
6. Способность к самовосстановлению защитного слоя.
7. Высокая адгезия цинка на металле.

Есть и недостатки:

1. Низкая толщина покрытия. Невозможность использовать такие детали в агрессивных средах.
2. Нет защиты от механического воздействия.
3. Общая устойчивость к окислению металла низкая.

Этот способ подойдет для придания металлу презентабельного вида или изделиям для временной защиты от окисления. Такое покрытие больше декоративное, чем практичное.

Термодиффузионное цинкование

Это методика создания защитного слоя цинка при +260-450 градусах. Есть прямая зависимость между температурой и равномерностью покрытия.

Деталь, пребывая в подобной среде, на атомном уровне меняется, реагируя на более активный цинк. Получается слой 20-100 мкм, равномерно распределенный по металлоконструкции. За счет регулирования времени цинкования можно изменять толщину защиты.

Преимущества метода:

1. Регулируемая толщина слоя цинка.
2. Повышенная прочность слоя благодаря диффузии.
3. Равномерность распределения атомов цинка.
4. Повышенное сопротивление механическим повреждениям.
5. Защитный слой самовосстанавливается.
6. Повышенная защищенность от коррозии.

Есть и несколько слабых сторон:

1. Сложность организации технологического процесса.
2. Высокая себестоимость методики.
3. Плохой внешний вид детали после обработки.

Термодиффузная обработка актуальна в сферах, где важна максимальная устойчивость к механическому износу покрытия. Методика используется в энергетике, нефтегазовой и сельскохозяйственной отраслях.

Газотермическое цинкование

Это метод прямой металлизации металлоконструкций за счет напыления порошка с содержанием цинка на верхний слой металла. Чтобы добиться зоны наивысшего нагрева. используются газовые горелки. Капельки цинка на скорости попадают на поверхность изделия, и образуется антикоррозийный слой до 50 мкм.

Если нужно более серьезное покрытие, процедуру несколько раз повторяют.

Сильные стороны методики:

1. Цинкование можно проводить вне заводских условий без демонтажа изделия.
2. Равномерность покрытия поверхности.
3. Можно управлять толщиной слоя цинка 

Методика востребована там, где нужно восстановить защиту металлоконструкции в условиях отсутствия рядом промышленного объекта.

Процесс цинкования металла предполагает нанесение состава или проволоки на поверхность изделия для повышения устойчивости к коррозии. Для каждой сферы промышленности или энергетики подбирается оптимальный способ по следующим параметрам:

• Требуемая толщина слоя.
• Себестоимость техпроцесса.
• Требования к внешнему виду изделия.
• Устойчивость к коррозии.
• Устойчивость к механическому воздействию.
• Сложность обработки.

Мельников И. Н. Защита металла от коррозии цинкованием поверхности //Наукоемкие проекты и технологии в машино-и приборостроении, медицине. – 2018. – С. 133-135.

Радионова Л. В., Субботина Ю. М. Преимущества и недостатки способа горячего оцинкования стальной полосы. Проблемы цинкования //Машиностроение: сетевой электронный научный журнал. – 2013. – Т. 1. – №. 2. – С. 3-9.

Казаковская Т. В., Горячев Э. Ю. СПОСОБ ДИФФУЗИОННОГО ЦИНКОВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ. – 2016.