Цинкование металла: задачи и методы

О чем речь? Цинкование металла – нанесение защитного покрытия из цинка, которое предотвращает коррозию, увеличивает твердость и прочность. А еще оно красиво выглядит, так что, по сути, выполняет две функции сразу.

На что обратить внимание? Существует несколько методов цинкования металла: холодное, горячее, гальваническое, термодиффузионное и газотермическое. Каждый из них имеет свои сильные и слабые стороны.

Задачи цинкования металла

Цинкование металла — это нанесение состава с высоким содержанием цинка на предварительно обработанную поверхность изделия. Он составляет гальваническую пару с основным металлом. Цинк выступает анодом, так как является более активным элементом. Покрытие защищает сталь от распада. Цинк выполняет свои функции до тех пор, пока его слой не будет полностью истощен.

В местах, где защитное покрытие разрушается, цинк играет роль анода и медленно растворяется. В результате конструкция надежно защищена от электрохимической коррозии.

Плюсы цинкования металла:

• защита от окисления;
• устойчивость к температурным перепадам;
• защита от воздействия агрессивной среды;
• основной металл становится твердым и крепким;
• защита от деформации и разрушения.

Благодаря цинкованию срок службы изделия увеличивается в несколько раз. Согласно нормативным актам, метод обеспечивает длительную защиту (более 25 лет). На срок службы влияет технология цинкования металла. Также исходный материал становится более устойчивым к механическому воздействию.

Фото: azerbaijan_stockers / Freepik

Цинковый слой практически не влияет на вес изделия. После обработки металл может эксплуатироваться на открытом воздухе или в условиях высокой влажности. Цинкование защищает от воздействия пресной или соленой воды. С обработанным металлом проще проводить сварочные работы (точечные и шовные). Важно отдельно обработать сварные швы, так как на них будет отсутствовать слой цинка, защищающий от коррозии.

Оцинкованное изделие хорошо принимает форму на изгиб в листовых материалах и профилях. Лист металла можно разрезать ножницами, не деформируя его. Например, при штамповке.

Металлы, которые можно цинковать

Можно цинковать листы металла и различные детали. В основном защитным слоем покрывается сталь и железоуглеродистые сплавы.

Читайте также

«Основные технологические свойства металлов и сплавов»

Подробнее

Также можно цинковать следующие металлы:

• Медь.

Как в чистом виде, так и в сплавах металл отличается высокой коррозийной стойкостью. Медь устойчива к пресной и соленой воде, спиртам и влажности. Цинкование меди необходимо для создания эстетичного внешнего вида изделия. Защитный слой нужен, если металл будет эксплуатироваться в аммиачной или цианистой среде, а также контактировать с азотными и серными кислотами.

• Алюминий.

В реакции с кислородом на поверхности алюминия образуется оксидная пленка. Металл пассивируется и тем самым становится защищенным от агрессивного воздействия внешней среды.

[sgInset53]

Цинкование применяется для деталей, листов и профилей из алюминия с целью защиты от электрохимической коррозии. Внешний слой изделия утолщается. Технология нанесения цинкового покрытия на алюминиевые сплавы имеет свою специфику. Используются цианистые электролиты. В них низкое содержание едкого натра. Отсутствует цинкатная подготовка.

• Чугун.

Перед цинкованием нужно учитывать химический состав чугунных сплавов и их структуру. Разновидности данного металла по-своему реагируют на влагу, пресную и морскую воду. Все чугунные изделия имеют слабую стойкость к щелочной среде и соляной кислоте. Цинкование металла защищает от коррозии. В технологии нанесения цинка на чугун используются электролиты на базе аммиака. Барьерная пленка может быть черной, оливковой или бесцветной.

• Сталь.

В сфере промышленности и строительства активно используются углеродистые и легированные стали с защитным покрытием.

Таким образом, цинкосодержащее покрытие может наноситься на многие металлы, применяемые в автомобиле- и судостроении, производстве заводских изделий, деталей и расходных материалов. Технология обеспечивает высокую устойчивость к коррозии.

Виды цинкования металла

Горячее цинкование

Это самый распространенный технологический метод антикоррозийной защиты металла. В основном он используется в сфере промышленности для изделий из углеродистой стали. Предварительно подготовленные детали погружаются в расплавленный цинк с температурой около 460°С.

Обработка изделий перед горячим цинкованием металла включает: очистку, обезжиривание и процедуру травления. В результате реакции кислорода с металлом образуется оксид цинка. Последний соединяется с углекислым газом и формируется карбонат цинка. Металл покрывается прочной воздухонепроницаемой оболочкой матового серого оттенка.

Фото: EyeEm / Freepik

В конце процесса изделие достается из раствора и проводится центрифугирование с целью удаления лишнего цинка. Обязательно осуществляется протачивание деталей, которые имеют резьбу.

Преимущества метода:

• относительно низкая стоимость обработки металла, в особенности если покрытие наносится на крупногабаритные изделия;
• высокая производительность автоматизированных линий горячего цинкования;
• большая толщина слоя цинкования металла;
• долговечность цинковой оболочки;
• устойчивость к механическому внешнему воздействию;
• самовосстановление цинкового покрытия в местах повреждений.

Читайте также

«Производство изделий из металла: технологии, методы, сырье»

Подробнее

Недостатки:

• неравномерная толщина защитной пленки;
• трудности в регулировки толщины цинкового покрытия, отсутствие возможности нанесения тонкого слоя (мене 45 мкм);
• непрезентабельные декоративные свойства готовых изделий.

Общие требования к технологии содержатся в ГОСТ 9.307-89 «ПОКРЫТИЯ ЦИНКОВЫЕ ГОРЯЧИЕ».

Холодное цинкование

Это самая простая и экономичная технология. В основном она используется для защитного покрытия стационарных конструкций (металлоконструкций, лестниц, ЛЭП-опор и т.д.).

Изделие предварительно подготавливается к нанесению краски. Окрашивание производится вручную или путем распыления из пневматического оборудования.

Преимущества холодного цинкования металла:

• экономичность;
• нет ограничений по размеру и формам конструкций из металла;
• можно нанести несколько слоев покрытия;
• после цинкования металл можно красить обычной краской. Защитный слой будет выполнять функцию грунтовки.

Недостатки:

• сложно нанести защитное покрытие определенной толщины;
• покрытие плохо держится на поверхности;

Читайте также

«Обработка металла перед покраской: требования, стандарты, технологии»

Подробнее

• низкая устойчивость к механическому воздействию.

Гальваническое цинкование

Данный метод активно используется благодаря высоким эстетическим свойствам. Чаще всего технология применяется для защитного покрытия конструкций из углеродистых сталей и чугуна.

При гальваническом цинковании металла используются специальные ванны, в которые погружается предварительно подготовленное изделие. Наливается электролитический раствор. В него добавляется сернокислый, хлористый цинк и фторборат цинка.

В ванне находятся цинковые пластины (аноды), которые растворяются в электролите и обеспечивают нанесение покрытия на катоды (изделие). Ток проходит через электролит. В результате разрушается цинк, и его ионы осаждаются на поверхность обрабатываемого металла.

Преимущества метода гальванического цинкования:

• высокие эстетические свойства готовых изделий, которые имеют гладкую и аккуратную поверхность;
• возможность нанесения тонкого покрытия при прецизионной обработке металлических элементов;
• экономичность;
• подходит для обработки пластика;
• самовосстановление цинкового покрытия в местах повреждений.

Недостатки:

• ограничения по максимальной толщине покрытия (до 40 мкм);
• неустойчивость цинкового слоя к механическому воздействию.

Фото: aleksandarlittlewolf / Freepik

Общие требования к технологии содержатся в ГОСТ 9.307-89 «ПОКРЫТИЯ ЦИНКОВЫЕ ГОРЯЧИЕ».

Термодиффузионное цинкование

Суть метода заключается в нанесении слоя цинка на обрабатываемое изделие при высокой температуре (от 260 до 450°С). Подготовленные изделия помещаются в специальную камеру и покрываются порошковым цинком. Атомы цинка проникаются в поверхностные слои металла, формируя защитный слой. Толщина слоя составляет от 6 до 100 мкм.

Это перспективный метод цинкования металла, так как термодиффузионный процесс позволяет создать равномерное покрытие и подходит для обработки изделий сложной конструкции. С помощью данной технологии можно регулировать толщину слоя. Термодиффузионное цинкование часто используется для мелких изделий, которым необходимо тонкое, но долговечное покрытие. Толщина цинкового слоя регулируется с помощью температурного режима и времени нахождения изделия в камере.

Выделяют 5 классов термодиффузионного цинкового покрытия:

Класс	Толщина защитного слоя, мкм (от и до)
1	6-9
2	10-15
3	16-20
4	21-30
5	40-50

Защитный слой более 50 мкм не классифицируется.

Термодиффузионное цинковое покрытие металла подходит, когда необходима высокая стойкость элемента к абразивному износу, механическому воздействию и пластичность поверхности. Метод активно применяется в нефтегазовой, химической и энергетической сферах и реже — в строительной отрасли.

Преимущества метода термодиффузионного цинкового покрытия:

• позволяет нанести слой конкретной толщины;
• высокая адгезия;
• равномерное покрытие сложных элементов;
• устойчивость к повреждениям;
• самовосстановление цинкового покрытия в местах повреждений.

Читайте также

«Виды коррозии металлов и способы защиты материалов от разрушения»

Подробнее

Недостатки:

• сложный технологический цикл;
• высокая стоимость по сравнению с другими методами (в 2 раза дороже, чем горячее цинкование);
• неэстетичный внешний вид.

Термодиффузионное покрытие осуществляется на основании ГОСТ 9.316-2006 «ПОКРЫТИЯ ТЕРМОДИФФУЗИОННЫЕ ЦИНКОВЫЕ».

Газотермическое цинкование

Технология газотермической обработки основана на высокоскоростном напылении цинкового порошка на поверхность изделия. На металлоконструкцию направляют открытый огонь из газовой горелки. Далее в зону максимального нагрева подается цинковый порошок или проволока.

Метод используется для реконструкции защитного покрытия габаритных металлоконструкций.

Преимущества газотермического цинкования:

• не требуется демонтаж металлоконструкций;
• равномерная толщина защитного слоя;
• можно регулировать толщину покрытия.

Недостатки метода:

• не позволяет обработать элементы небольшого размера;
• пористый защитный слой;
• нельзя нанести покрытие на прецизионные элементы;

Читайте также

«Антикоррозийная защита металлоконструкций: активная и пассивная»

Подробнее

• низкая производительность;
• сложный технологический процесс.

Газотермическое цинкование металла осуществляется на основании ГОСТ 28302-89 «ПОКРЫТИЯ ГАЗОТЕРМИЧЕСКИЕ ЗАЩИТНЫЕ ИЗ ЦИНКА И АЛЮМИНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ».

Часто задаваемые вопросы о цинковании металла

Какие дефекты могут возникать при цинковании металла?

Один из вероятных дефектов ― «непроцинковка».

Также возможны следующие дефекты: подтеки и наплывы из-за плохой отшлифовки металла перед обработкой. В этом случает остаются выступы и шероховатости.

Какая маркировка используется для оцинкованного металла?

Качество цинкового покрытия маркируют, указывая разнотолщинность. УР ― уменьшенная, НР ― нормальная. Также маркируется рисунок кристаллизации: МТ ― без него, КР ― с ним. Толщина цинкового покрытия обозначается следующим образом:

• 40-60 мкм — П или повышенный класс;
• 18-40 — В или высокий класс;
• 10-18 — О или обычный класс.

Маркировка регламентирована ГОСТ 14918-80 (Сталь тонколистовая).

Где применяется оцинкованный металл?

Оцинкованная сталь широко используется в разных отраслях. Это связано с низкой ценой и высокой прочностью. Цинкование активно применяется в строительной сфере для изготовления кровельных материалов, настила, профлистов, ограждений, несъемной опалубки и т.д. Также технология используется в компонентах водостока, вентиляций и дымоходов.

Читайте также

«Толщина оцинкованной стали: от чего зависит, стандарты»

Подробнее

В строительной сфере из оцинкованной стали строятся быстровозводимые здания из сэндвич-панелей.

Таким образом, каждый метод цинкования металла имеет свои преимущества и недостатки. Выбирать наиболее подходящую технологию нанесения защитного покрытия нужно, исходя из специфики эксплуатации конструкции и требований к внешнему виду.

Изображение в шапке статьи: kuryanovichtatsiana / Freepik