191040, г. Санкт-Петербург, Лиговский пр., д. 52
  • Мы в социальных сетях:

+7 812 449-10-09

Заказать звонок

191040, г. Санкт-Петербург, Лиговский пр., д. 52
Мы в социальных сетях:
Производство крепленийПолезноеПрименение и особенности цинкового покрытия

Применение и особенности цинкового покрытия

Цинкование, или оцинковка, — технологический процесс нанесения на поверхность металлопроката или изделий из него тонкого цинкового слоя. Это делается для защиты металла от доступа кислорода и других умеренно агрессивных агентов, вызывающих поверхностное окисление и последующую глубокую коррозию. Цинком покрывают обычно железо и сталь, реже другие металлы, например медь.

Физико-химический механизм защиты обусловлен тем, что на поверхности самого цинкового покрытия почти сразу появляется слой оксида ZnO, который затем вступает в реакцию с углекислым газом, образуя тонкую прочную пленку карбоната цинка ZnCO3. Она становится практически непреодолимой преградой для молекул кислорода, воды, слабых кислых и щелочных растворов и аэрозолей. Плёнка защищает не только основной металл, но и лежащий ниже слой цинкового покрытия, который дальше не окисляется.

Вы можете спросить: зачем вообще нужна оцинковка, разве на поверхности металла-основы не образуется «родная» оксидная плёнка? Образуется, но между цинковой плёнкой и слоем оксидов железа или меди есть кардинальная разница. Оксид железа по консистенции мягкий и рыхлый, он разрушается от малейших физических воздействий и не способен сдерживать проникновение кислорода и воды вглубь кристаллической решётки. В течение считаных месяцев на воздухе стальной лист покрывается слоем рыжей ржавчины, а затем прогнивает насквозь. Такая же судьба ждёт неоцинкованные металлоконструкции, детали и крепежи.

Процесс коррозии усугубляется природными и техногенными факторами:

  • повышенной влажностью;
  • присутствием агрессивных сред (нефтепродукты, дорожные реагенты);
  • температурными сжатиями и расширениями;
  • интенсивным трением, вибрацией, статической нагрузкой;
  • регулярными механическими повреждениями.

Противостоять коррозии способна только нержавеющая сталь, но её стоимость в разы превышает цену обычного металлопроката. Поэтому гальваническое покрытие вот уже несколько столетий является оптимальным способом защиты стальных изделий от коррозии.

Антикоррозионными свойствами, похожими на свойства цинка, обладают также алюминий, никель, олово, хром. Но горячее алюминирование, никелирование и хромирование достаточно затратны из-за высокой стоимости и температуры плавления перечисленных металлов. В промышленности и ремеслах используют электролитические способы нанесения покрытий из них.

Лужение (покрытие стальных и медных поверхностей расплавленным оловом) остаётся более востребованным методом, но к нему есть серьёзные претензии по сравнению с цинкованием.

Почему оцинковка лучше лужения?

Лужение — исторический предшественник цинкования. Богемские ремесленники научились обрабатывать посуду расплавленным оловом в XVI веке. Выбору металла способствовала относительно низкая температура плавления олова (+232 °C). Для сравнения: цинк плавится при +419 °C. На территории России и Украины монополистами-лудильщиками в XIX веке были цыгане-котляры (от слова «котёл» — один из видов утвари, подвергаемой лужению).

Принцип защитного механизма тот же, что и при оцинковке, однако есть три существенных нюанса.

Цинк и железо (основные компоненты стали) — идеальная гальваническая пара. Электрохимическая активность («анодность») атомов цинка выше, чем активность атомов железа. Поэтому при механическом повреждении оцинкованной поверхности цинк «забирает» на себя проникающие внутрь молекулы кислорода, и «рана» сама собой затягивается оксидной плёнкой. Нижележащие слои железа почти не страдают.

Пара олово-железо более «конфликтная». Железо сильнее олова и притягивает кислород к себе. В результате не только не восстанавливается внешняя плёнка, но и стремительно развивается скрытый очаг коррозии, подобно пульпиту в кариесном зубе. Изделие надо лудить, а лучше цинковать заново.

Ещё два минуса — в температурной уязвимости олова. Лужёный горшок ставить на огонь нельзя — защитное покрытие расплавится. При низких температурах оловянный слой крошится. Это неприятное явление называется «оловянной чумой». Тут тоже не остается ничего делать, как нанести покрытие ещё раз.

Справедливости ради заметим, что при кузовном ремонте автомобилей уязвимые элементы часто подвергают последовательно лужению и цинкованию (но не наоборот!). Слой олова идеально заполняет пустоты и микротрещины поверхности, а оцинковка обеспечивает безупречную финишную защиту кузова.

В целом цинкование является на сегодня основной технологией электрохимической защиты металлических поверхностей и изделий от коррозии. Оцинковку применяют в самых разных областях народного хозяйства, где конструкции подвергаются повышенному коррозионному риску:

  • в производстве и ремонте автомобилей и других наземных транспортных средств;
  • в судостроении и возведении гидротехнических сооружений;
  • в производстве спецтехники, особенно связанной с землеройными, подводными, горными работами;
  • при изготовлении строительных металлоконструкций и крепежей;
  • в нефтехимической и добывающей отраслях;
  • в производстве трубной продукции для коммунальных и промышленных нужд.

Специалисты подсчитали, что в массу среднестатистического легкового автомобиля входит 9 кг цинка антикоррозионного покрытия кузова и ходовой части. Около 8 кг металла содержится в различных внутренних и навесных деталях.

Без цинкового покрытия невозможно представить современное малоэтажное строительство. Из оцинкованной стали делают:

  • металлическую кровлю;
  • фасадную облицовку;
  • трубы;
  • заборы;
  • балки и другие опорные элементы;
  • винтовые сваи.
  • крепежи

Большинство крепежных элементов, особенно те, что подвержены влиянию атмосферной или подземной влаги, также выполнены из оцинковки.

Технологии цинкования

Об опыте нанесения цинкового покрытия на железный лист впервые доложил француз Поль Жак Малуэн (Paul Jacques Malouin, 1701—1778) на заседании Королевской академии в 1742 году. Однако патент на горячее цинкование был получен лишь спустя 94 года другим французом польского происхождения по имени Станисла́с Соре́ль (Stanislas Sorel, 1803—1871). Параллельно Сорель изучал и гальваническое покрытие металлов для защиты от коррозии.

За истекшие со времён Сореля почти два столетия было предложено ещё несколько технологий разной применимости.

Горячее цинкование

Самым старым, надёжным и промышленно значимым способом остается горячее цинкование. Лист, труба или иная крупногабаритная конструкция погружается в ванну с расплавом цинка, кипящим при температуре +460°. Предварительно металл очищается от окалины протравкой кислотой или механическим способом. Толщина покрытия при горячем методе варьируется от 30 до 100 мкм, чаще всего составляет 50—60 мкм.

Точную толщину цинкового покрытия в данном случае «запрограммировать» нельзя, в отличие от электролитического метода. Также метод не подходит для обработки мелких деталей и изделий со сложной геометрией. Часто после оцинковки необходима расточка отверстий и фрезеровка болтов для удаления излишков цинкового покрытия.

Бесспорным плюсом горячей оцинковки остается прочность и долговечность нанесенного защитного слоя. Он прослужит до 75 лет в городе и до 85 лет в загородной среде. Оцинкованные поверхности имеют матовый серый цвет, приятны на ощупь, не требуют дополнительной покраски. Коррозионная устойчивость сравнима со свойствами нержавейки и как минимум в 5 раз превышает показатели гальванопластики.

Электролитическое цинкование

Это основной промышленный метод защиты мелких металлических деталей, в том числе крепежных элементов любой формы и размера.

Опыты проводили ещё изобретатель горячего цинкования Сорель и русский химик Якоби, но промышленное применение гальванического никелирования и цинкования началось лишь в 1869 году благодаря опытам американца Айзека Адамса, который изобрёл гальваническую ванну, получившую его имя. В России гальваническое цинкование деталей артиллерийских орудий применял военный инженер полковник Ковако.

Обработка металла в растворе электролита позволяет нанести тончайшую цинковую пленку толщиной от 5 мкм на детали любого размера и геометрической формы. Однако малая толщина плёнки — это не только плюс, но и минус. Срок службы гальванизированных элементов гораздо ниже, чем у деталей, оцинкованных горячим способом.

Электроцинкование позволяет за счет добавок в электролит регулировать цвет изделий, придавать им блеск или матовость. После обработки детали не требуют шлифовки, а отверстия — расточки. В электролит можно погружать крепежи с пластиковыми элементами (саморезы, самоконтрящиеся гайки).

Термодиффузионная оцинковка

В западной технической литературе называется шерардизация (sherardization) в честь изобретателя Шерарда Каупер-Коулза (Sherard Cowper-Coles). Технология заключается в обработке поверхности железа цинковым порошком при температуре 400—500 °C. Это обеспечивает получение оптимального интерметаллического соединения Zn-Fe и позволяет выдержать любую желаемую толщину покрытия. Однако способ чрезвычайно затратный и энергоемкий (в 2 раза дороже горячего цинкования), поэтому применяется крайне выборочно.

Газотермическое напыление

Точечный способ нанесения защитного покрытия на отдельно взятые детали, внутреннюю поверхность расточенных отверстий диаметром от 500 мм, фасонных элементов и труб и т. д. Выполняется с помощью специального пистолета и напоминает сварку. Из сопла со сверхзвуковой скоростью вырывается струя горячего газа, содержащая частицы цинкового порошка. Он проникает в требующий защиты конструктивный элемент и образует на нём плёнку. Плюс — в возможности нанести защиту на месте, не разбирая конструкцию. Минус — высокая стоимость портативного оборудования и квалификационные требования к исполнителю работ.

Спасибо!

В ближайшее время наши операторы свяжутся с вами. Благодарим за оставленную заявку

Отправить еще раз
Закрыть

Спасибо!

В ближайшее время наши операторы свяжутся с вами. Благодарим за оставленную заявку

Отправить еще раз
Закрыть