Виды цинкования металла

Автор: Волков Семён

Дата публикации: 13 Августа 2024

Содержание:

• Методы цинкования металла
• Холодный метод
• Гальванический метод
• Газотермический метод
• Термодиффузионная технология
• Горячий метод
• Преимущества и недостатки разных методов цинкования
• Преимущества и недостатки разных методов цинкования

Металлические изделия, особенно сталь, находят широкое применение во всех сферах человеческой деятельности. Без них невозможно представить создание автомобилей, железнодорожных составов (включая саму железную дорогу), сельскохозяйственных машин и разнообразных других устройств. Однако сталь имеет свою слабую сторону – она подвержена коррозии.

Коррозия способна повредить до 20 % всего произведенного в мире металла, становится причиной серьезных технических аварий и наносит огромный ущерб экономике стран. По данным Центра сертификации и лицензирования «Единый Стандарт», потери от коррозии могут достигать до 5 % валового внутреннего продукта (ВВП).

Металл подвергается разъедающей коррозии медленно, но неизменно, так же как и в других примерах.

Для защиты от влаги применяют различные покрытия, которые могут быть как металлическими, так и неметаллическими. Среди металлических покрытий наиболее эффективным и надежным считается цинковое покрытие, которое может наноситься различными способами.

Методы цинкования металла

Холодный метод

При данном способе изделие сперва грунтуется, после чего на него с помощью пульверизатора или краскораспылителя наносится цинковый состав. Этот процесс схож с обычной покраской, но итоговое покрытие оказывается неустойчивым к механическим повреждениям. Холодное цинкование часто применяют в домашних условиях.

Гальванический метод

Гальванический метод заключается в осаждении цинка на металле внутри ёмкости, наполненной электролитом. В данный резервуар помещают изделие и пластину из цинка. При подаче постоянного тока происходит электролитическая диссоциация, и ионы цинка оседают на стальной поверхности (где изделие выступает катодом, а цинковая пластина служит анодом). Этот метод является самым быстрым, но покрытие, полученное таким образом, имеет недостатки: слабую адгезию к основе, низкую механическую прочность и малую толщину (обычно не более 25 мкм). Его чаще всего применяют для декоративных целей.

Газотермический метод

В этом методе защитное покрытие наносится на изделие с помощью газопламенного напыления. Цинковый слой, таким образом, получается с неравномерной толщиной, пористостью и низкой стойкостью к механическим нагрузкам. Его необходимо дополнительно покрывать лакокрасочными материалами для защиты. К достоинствам газотермической техники относится возможность её применения на открытых пространствах. Этот метод часто используют для обработки крупных металлоконструкций и больших деталей.

Термодиффузионная технология

Этот метод предусматривает нанесение цинкового покрытия на разогретый предмет. Для этого его помещают в печь, затем покрывают слоем цинкового порошка и нагревают до +400 ℃. Под воздействием температуры происходит процесс насыщения верхнего слоя металла атомами цинка, что является следствием диффузионных процессов. Такое покрытие отличается высокой прочностью и долговечностью, но его нанесение требует большой энергии и сложного оборудования. Поэтому этот метод применяют только для особо важных деталей.

Горячий метод

Метод горячего цинкования металла считается наиболее эффективным и востребованным. При его применении объекты или металлические изделия погружаются в ванну с расплавленным цинком. Стандартная процедура горячего цинкования включает несколько этапов:

1. Промывают металл водой, нагретой до температуры +70–80 ℃, чтобы удалить загрязнения.
2. Очищают металл в щелочном растворе при температуре +70–80 ℃ в течение 10–20 минут для обезжиривания.
3. Снова промывают металл водой, после чего травят его в водном растворе серной или соляной кислоты для удаления окалины.
4. После этого изделие или металлопрокат промывают в проточной воде.
5. Металл подвергают флюсованию в водном растворе, содержащем хлористый аммоний и хлористый цинк, при температуре +40–50 ℃.
6. Металлоизделие помещают в сушильную печь, где его нагревают до +120–150 ℃.
7. Затем производится цинкование в емкости с расплавленным цинком, разогретым до +450–460 ℃.
8. На последнем этапе готовое металлоизделие обдувают сжатым воздухом и сушат.

Эти изделия на нашем заводе подверглись нанесению защитного покрытия методом горячего цинкования.

Горячее цинкование формирует защитный слой толщиной до 160 мкм, обеспечивая надежную защиту металла от агрессивных условий, устойчивость к механическим повреждениям и долговечность до 90 лет. Это делает горячее цинкование самым популярным методом для защиты металла от коррозии.

Комплексная оценка методов

Каждый метод цинкования имеет свои преимущества и недостатки:

• Холодный метод: Прост и не требует специального оборудования, но обладает низкой стойкостью к повреждениям.
• Гальванический метод: Быстрый и подходит для декоративных целей, но покрытие менее прочное и тонкое.
• Газотермический метод: Удобен для больших конструкций и применения на открытых пространствах, но требует дополнительной защиты.
• Термодиффузионная технология: Обеспечивает высокую прочность и долговечность, но требует сложного оборудования и больших энергозатрат.
• Горячий метод: Обеспечивает наиболее долговечное и стойкое покрытие, однако требует сложной многоступенчатой обработки.

Выбор метода цинкования зависит от конкретных требований к изделию, условий эксплуатации и возможностей производства. Горячее цинкование остается самым предпочтительным для долгосрочной защиты, в то время как другие методы могут быть применены для менее требовательных задач или в качестве временного решения.

Холодный метод

Холодное цинкование металлических изделий представляет собой процесс нанесения защитного цинкового покрытия на поверхность металла при помощи специальных составов. Этот метод, также называемый холодным цинкованием, применяется в тех случаях, когда требуется защитить метал от коррозии, но условия или масштабы работы не позволяют использовать более сложные технологии.

Суть холодного метода заключается в нанесении цинкового покрытия при помощи специальных суспензий или красок, содержащих высокое содержание цинка. Эти составы представляют собой смесь цинковой пудры и связующих веществ, которые обеспечивают хорошую адгезию покрытия к поверхности металла.

Технология холодного цинкования включает следующие этапы:

• Подготовка поверхности металла. Этот этап включает очистку поверхности от ржавчины, масла, грязи и других загрязнений. Чистота поверхности играет ключевую роль, так как от этого зависит долговечность и эффективность покрытия.
• Нанесение цинкового состава. Состав наносят с помощью кисти, валика или распылителя. В зависимости от требований к толщине покрытия, возможно многократное нанесение слоев.
• Сушка и отверждение покрытия. Поток воздуха или естественные условия обеспечивают испарение растворителя и отверждение связующего вещества, что позволяет цинковому слою надежно закрепиться на металле.

Холодный метод цинкования обладает несколькими важными преимуществами:

• Простота и удобство применения. Нет необходимости в специальном оборудовании или сложных технологиях, что делает этот метод доступным и удобным для использования в полевых условиях.
• Экономическая эффективность. Стоимость материалов и оборудования для холодного цинкования значительно ниже по сравнению с другими методами.
• Возможность проведения работ без значительного нагрева деталей, что позволяет обрабатывать изделия, чувствительные к термическому воздействию.

Однако у холодного метода есть и свои недостатки:

• Толщина и прочность покрытия могут быть ниже по сравнению с другими методами цинкования, такими как горячее или термодиффузионное цинкование.
• Необходимость тщательной подготовки поверхности. Нарушения в процессе очистки могут привести к снижению адгезии и долговечности покрытия.
• Меньшая стойкость к механическим повреждениям и агрессивным средам по сравнению с методами горячего или гальванического цинкования.

Гальванический метод

Гальваническое цинкование, также известное как электролитическое цинкование, представляет собой процесс нанесения цинкового покрытия на металлические изделия с использованием электрического тока. Этот метод отличается высокой точностью и позволяет равномерно распределить цинковое покрытие на сложных поверхностях.

Процесс гальванического цинкования включает несколько этапов:

1. Очистка поверхности. Перед нанесением цинкового слоя металл необходимо тщательно очистить от ржавчины, оксидов и загрязнений. Это обычно достигается с использованием механической обработки или химической очистки.
2. Дегазация. На этом этапе удаляются любые газы, которые могут находиться на поверхности металла, обычно с помощью специальных процедур, включающих нагрев или применение вакуума.
3. Погружение в электролитический раствор. Металлическое изделие погружается в электролитический раствор, содержащий ионы цинка. Основные компоненты раствора включают хлорид цинка, серную кислоту и другие химические вещества, способствующие процессу осаждения.
4. Применение электрического тока. К изделию подается отрицательный заряд, а к катоду (источнику цинка) подается положительный заряд. В результате на поверхности металлического изделия начинается осаждение цинка.
5. Промывка и сушка. После завершения процесса цинкования изделие тщательно промывают для удаления остатков электролита, а затем сушат при комнатной температуре или в специальных сушильных установках.

Гальваническое цинкование обладает рядом преимуществ:

• Возможность создания тонкого и равномерного покрытия, что особенно важно для деталей со сложной геометрией.
• Высокая адгезия цинкового слоя к поверхности металлического изделия.
• Относительно низкая температура процесса, что позволяет избежать деформации изделия.

Тем не менее, данный метод имеет и свои недостатки:

• Требуется сложное оборудование и контроль параметров процесса, что увеличивает его стоимость.
• Необходимость утилизации химических отходов, что накладывает определённые требования на соблюдение экологических стандартов.
• Возможность появления пор в цинковом слое при нарушении технологического процесса.

Таким образом, гальванический метод цинкования широко применяется в промышленности благодаря своим преимуществам, но требует тщательного подхода и строгого контроля условий проведения процедуры.

Газотермический метод

Газотермический метод цинкования металла представляет собой технологический процесс, при котором цинк наносится на поверхность изделия с помощью высокотемпературного пламени. Данный метод характеризуется комплексом особенностей, которые делают его эффективным для различных промышленных применений.

Суть газотермического цинкования заключается в том, что цинковые порошки вводятся в зону горения специальной газовой горелки. В результате происходит плавление и распыление цинка на поверхность металла. Такой способ позволяет создавать прочное и равномерное цинковое покрытие даже на сложных геометрических формах изделий.

Процесс газотермического цинкования можно разделить на несколько этапов. Сначала поверхность металла очищают от загрязнений, ржавчины и оксидов. Для этого обычно применяют механическую или химическую обработку. Затем на подготовленную поверхность наносят цинковый слой при помощи специальной горелки, которая распыляет расплавленный цинк. В результате образуется прочное цинковое покрытие, устойчивое к воздействию окружающей среды и механическим повреждениям.

Одним из преимуществ газотермического метода является возможность оперативного нанесения покрытия, что особенно важно при обработке крупных металлических конструкций. Этот метод также позволяет контролировать толщину наносимого слоя, обеспечивая равномерное распределение цинка по всей поверхности изделия. Кроме того, процесс газотермического цинкования может проводиться в полевых условиях, что делает его незаменимым для ремонта и защиты больших металлических объектов, таких как мосты, трубы, и судовые корпуса.

Ключевыми недостатками газотермического метода являются необходимость использования специального оборудования и высокие требования к квалификации персонала, проводящего работы. Также следует учитывать высокие энергозатраты на процесс плавления и распыления цинка, что может отразиться на общей экономической эффективности метода.

Термодиффузионная технология

Процесс термодиффузионного цинкования заключается в следующем: металлические изделия помещают в герметичную камеру вместе с порошком цинка. Затем камера нагревается до температур, обычно составляющих 300-450°C. В этих условиях атомы цинка начинают диффундировать в поверхность изделия, образуя прочное защитное цинковое покрытие.

Одним из ключевых преимуществ термодиффузионной технологии является равномерное распределение цинка по всей поверхности изделия, включая сложные геометрические формы и внутренние полости. Это позволяет обеспечить высокую степень защиты даже на участках, которые трудно обработать другими методами цинкования.

Еще одним важным аспектом термодиффузионного цинкования является отсутствие необходимости в предварительной подготовке поверхности, такой как очистка или травление. Это значительно сокращает временные затраты и уменьшает количество стадий производственного процесса.

Термодиффузионное цинкование обладает хорошей адгезией и повышенной стойкостью к механическим повреждениям. Это делает его особенно полезным для применения в агрессивных средах и условиях эксплуатации с высокой степенью износа. Кроме того, цинковое покрытие, полученное данным методом, имеет отличную коррозионную стойкость, что обеспечивает длительный срок службы изделий без необходимости в частых ремонтах или замене.

Стоит отметить, что термодиффузионная технология цинкования экологически безопасна, так как не сопровождается выбросом вредных веществ и не требует использования химических реагентов. Это особенно важно в условиях современных требований к охране окружающей среды и безопасности труда.

Таким образом, термодиффузионное цинкование является перспективным методом защиты металлических изделий, сочетая в себе высокую эффективность, надежность и экологичность.Этот метод подходит для множества отраслей промышленности, включая автомобилестроение, строительство, производство энергетического оборудования и многие другие.

Горячий метод

Процесс горячего цинкования включает несколько ключевых этапов:

Этап	Описание
Подготовка поверхности	Прежде чем приступить к цинкованию, поверхность металла очищают от загрязнений, ржавчины и окалин. Это обеспечивает лучшее сцепление цинка с металлом.
Обезжиривание	Металлические изделия подвергаются обезжиривающей обработке в специальном растворе для удаления следов масла и жира. Этот этап обеспечивает чистоту поверхности для последующего травления.
Травление	Металлические изделия погружаются в кислотный раствор для удаления оксидных слоев и остатков ржавчины. Это помогает подготовить поверхность к нанесению цинкового покрытия.
Промывка	После травления изделия тщательно промывают водой для удаления остатков кислотного раствора и загрязнений.
Флюсование	Для улучшения адгезии цинка к металлу изделия обрабатывают флюсом, который помогает избежать окисления поверхности перед погружением в расплавленный цинк.
Погружение в расплавленный цинк	Очистившиеся и флюсованные изделия погружаются в ванну с расплавленным цинком, температура которого составляет примерно 450°C. За счет химической реакции между цинком и железом на поверхности металла образуется прочное цинковое покрытие.
Охлаждение и осмотр	После погружения в цинк изделия вытаскивают и охлаждают. Затем проводится осмотр качества покрытия, для проверки равномерности и отсутствия дефектов.

Преимущества горячего метода заключаются в высокой стойкости покрытия к механическим повреждениям, коррозийному воздействию и долговечности защиты. Однако стоит отметить, что данный метод требует значительных энергозатрат и специфического оборудования, что может влиять на общую стоимость процесса.

Преимущества и недостатки разных методов цинкования

Метод	Преимущества	Недостатки
Холодный метод	Простота выполнения Может быть выполнен в полевых условиях Низкая стоимость оборудования	Низкая долговечность покрытия Трудоемкость процесса Неравномерность покрытия
Гальванический метод	Высокое качество покрытия Тонкий и равномерный слой цинка Возможность цинкования внутренних поверхностей	Необходимость в сложном оборудовании Высокая стоимость процесса Экологический вред при неправильной утилизации отходов
Газотермический метод	Высокая скорость нанесения покрытия Возможность покрытия крупногабаритных изделий Повышенная прочность покрытия	Необходимость в специализированном оборудовании Высокие энергозатраты Сложность выполнения процессов
Термодиффузионная технология	Долговечное и устойчивое к коррозии покрытие Гомогенность покрытия Меньшая толщина слоя при сохранении защитных свойств	Высокая стоимость оборудования и процесса Необходимость контроля параметров процесса Ограничения по размерам изделий
Горячий метод	Высокая скорость процесса Толстый слой покрытия Выносливость при экстремальных условиях	Невозможность цинкования мелких деталей Необходимость в значительных финансовых вложениях Риск деформации металла

Все методы цинкования имеют свои специфические области применения в зависимости от требований к покрытию и условий эксплуатации изделий. Выбор подходящего метода зависит от множества факторов, включая размер, форму изделия, условия эксплуатации и требуемую долговечность покрытия. Таким образом, для достижения наилучшего результата важно учитывать все преимущества и недостатки различных методов цинкования.

Преимущества и недостатки разных методов цинкования

Каждый метод цинкования имеет свои особенности, которые включают как преимущества, так и недостатки. Разберем эти параметры для различных методов.

• Холодный метод

  Преимущества:

  • Простота применения
  • Низкая стоимость оборудования и материалов
  • Возможность нанесения в полевых условиях

  Недостатки:

  • Низкая адгезия покрытия к металлу
  • Менее долговечное покрытие по сравнению с другими методами
  • Не подходит для эксплуатации в агрессивных условиях

• Гальванический метод

  Преимущества:

  • Высокая точность контроля толщины покрытия
  • Однородность слоя цинка
  • Эстетично выглядящее покрытие

  Недостатки:

  • Высокая стоимость оборудования и электроэнергии
  • Необходимость специального оборудования и навыков
  • Ограничения по размерам обрабатываемых изделий

• Газотермический метод

  Преимущества:

  • Возможность обработки изделий любой формы и размера
  • Высокая скорость нанесения покрытия
  • Долговечное и устойчивое к коррозии покрытие

  Недостатки:

  • Высокая стоимость оборудования и материалов
  • Необходимость специальных навыков для проведения процесса
  • Требуется защита окружающей среды от выделяющихся газов

• Термодиффузионная технология

  Преимущества:

  • Однородное и плотное покрытие
  • Высокая адгезия
  • Отличная защита от коррозии

  Недостатки:

  • Высокая температура обработки
  • Длительный процесс нанесения
  • Ограничения по материалам, которые можно обработать

• Горячий метод

  Преимущества:

  • Прочное и долговечное покрытие
  • Отличная защита от коррозии
  • Подходит для обработки крупных изделий

  Недостатки:

  • Высокая стоимость и энергозатраты
  • Необходимость крупного оборудования
  • Риск деформации изделий при высокой температуре

Правильный выбор метода цинкования зависит от конкретных условий эксплуатации изделия, требований к долговечности покрытия, а также экономических возможностей. В каждом случае следует тщательно оценить все преимущества и недостатки соответствующего метода.