Фазлутдинов К.К.

16.09.2021 (обновленно 16.09.2021)

9014 просмотров

Горячее цинкование | Свойства и назначение покрытия | Контроль качества

Содержание:

 1. Введение

2. Горячее цинкование: что это такое и немного истории

3. Свойства цинкового покрытия. Для каких изделий используется

4. Горячее цинкование. Описание технологии процесса

5. Контроль качества покрытия, браковочные признаки

6. Достоинства и недостатки горячего цинкования

7  Стоимость горячего цинкования. Факторы, влияющие на формирование цены.

8. Сравнение с другими методами цинкования.

1. Введение

Металлические изделия применяются повсеместно. Но, к сожалению, в мире нет ничего вечного! Даже металл разрушается естественным путем, приводя к миллиардным убыткам. Поэтому неудивительно, что ученые разрабатывают разные технологии, способные защитить стальные конструкции и изделия от коррозии. 

Именно горячее цинкование является наиболее простым и популярным способом борьбы со ржавчиной. В этой статье мы подробно расскажем о технологии нанесения горячего цинка, его сильных и слабых сторонах.

2. Горячее цинкование: что это такое и немного истории 

Горячее цинкование — покрытие металлического изделия слоем цинка для защиты от коррозии. Горячее цинкование всегда выполняется  с помощью погружения детали в ванну с расплавленным цинком. Температура металла  - 450 градусов по Цельсию.

Основоположником горячего цинкования является Поль Жак Малуэн (французский химик). Именно он в 1742 году додумался "искупать" стальные детали в расплавленном цинке. О своем открытии Поль объявил в Королевской академии.

И лишь спустя почти целую сотню лет эта технология была модернизирована и запатентована. Таких успехов смог добиться Сорель в 1836 году, доказав эффективность метода путем многочисленных исследований. 

3. Свойства цинкового покрытия. Для каких изделий используется

Цинк — это барьерное покрытие. Оно защищает от ржавчины при контакте железа с окружающей средой. Доказано, что горячеосажденный цинк эффективно защищает изделия от 20 до 120 лет. Кроме того, элементы и конструкции не нуждаются в повторной окраске, а это реальная экономия! 

Как правило, горячее цинкование используется для нанесения покрытия на крупные изделия простой формы. Это могут быть трубы, уголки, листы, балки, проволока и т.п. Данный метод неэффективен для изделий при наличии резьбы, маленьких отверстий или изделий, обладающих сложной формой. 

4. Горячее цинкование: описание технологии процесса

Ведь процесс оцинковки достаточно емкий и проходит в несколько этапов. 

1 этап — Обезжиривание

Прежде чем приступить к оцинковке, необходимо подготовить поверхность целевого изделия. Сначала металл-основу предстоит обезжирить, ведь на ней могут быть маслянистые пятна, остатки смазки и разнообразные органические загрязнения. Для обезжиривания стали используются специальные щелочные или кислотные растворы. Универсального средства нет, специалисты выбирают его, исходя из уровня загрязнения изделия. Нужно сказать, что оптимальный температурный режим для данного процесса составляет 60-80 °С. 

2 этап — Промывка

Этой процедурой нельзя пренебрегать! Применяется, чтобы наверняка убрать все остатки жира, пены и средства, использующегося при обезжиривании. Вторая причина – раствор из ванны обезжиривания не должен попасть в последующие ванны. 

3 этап — Травление

Такая операция позволяет устранить налет ржавчины и окалины с детали перед оцинковкой. Нужно ее погрузить в ванну, содержащую раствор соляной кислоты с концентрацией 120-210 г/л. Кстати, температура воздуха в цехе в этот момент должна быть в пределах 20 - 25 °С. 

Имейте в виду, что соляная кислота может причинить вред и самому металлу, поэтому в раствор следует добавлять специальные ингибиторы - добавки, позволяющие кислоте растворять только ржавчину и окалину, не повреждая чистую сталь.  

4 этап — Промывка

После травления на поверхности остаются частички компонентов раствора. Их требуется убрать. Поэтому снова нужна промывка. 

5 этап — Флюсование

Звучит пародоксально, но после промывки на изделии опять появятся тонкие окислы железа. Устранить их можно при помощи флюсования. Данная операция позволяет получить пассивную пленку на поверхности изделия, которая защищает от последующего окисления и обеспечит превосходное смачивание в момент оцинковки. 

Для создания раствора используют хлориды цинка и аммония. Можно привести пример одного из популярных составов - 55.4% NH4Cl, 6% глицерина, 38.4% ZnCl2. Для флюсования нужна температура в районе 60ºС. Концентрация флюса в растворе должна быть 410 - 590 г/л и ее нужно держать на постоянном контроле! Периодически требуется очищать ванну, добавляя в нее перекись водорода. На дне будут оставаться соли трехвалентного железа. Полученный осадок отправляют в отстойники, затем фильтруют. 

6 этап — Сушка

Если в расплавленный цинк погружать мокрое изделие, то остатки воды начнут испаряться, становясь причиной "микровзрывов". Вследствие чего можно будет наблюдать необработанные или неравномерно покрытие участки!  

Кроме того, влажное изделие начнет понижать температуру расплавленного цинка. А значит, потребуется больше энергии для ее поддержания. Поэтому так важно первоначально поместить изделие в сушильную печь температурой около 100 °С. 

7 этап — Цинкование

Если вы хотите на выходе получить изделие с качественным защитным слоем, то здесь стоит учесть ряд факторов. А именно:

• качество материалов, а также температуру, до которой их нагрели;
• время и скорость погружения изделия;
• скорость, с которой изделия достают из ванны и способ их охлаждения. 

Отметим, что при окунании в ванну флюс начинает плавиться, обеспечивая тем самым смачиваемость расплавленного цинка. Критически важна скорость, с которой опускают деталь. Если она будет недостаточной, то флюс успеет расплавиться раньше положенного времени и на поверхности останутся окислы. А если погружать быстро, флюс не расплавится и качество сцепления цинка с изделием резко ухудшится. 

Оптимальная технология горячего цинкования металла предусматривает выдержку изделия в ванне с расплавом от 3 до 10 минут. Имейте ввиду, что во время вышеупомянутого процесса на поверхности расплава в ванне появляется слой шлака. Его необходимо убрать при помощи специального скребка, до того как начнете поднимать изделие. В противном случае, этот шлак осядет на оцинкованной поверхности детали.  

А вот толщина слоя металла будет зависеть напрямую от скорости подъема изделия. Все дело в скорости кристаллизации расплава. А значит, чем медленнее поднимается оцинкованная деталь, тем толще защитный слой. Стоит учитывать габариты и форму изделия. На их основе рассчитывают индивидуально скорость и наклон подъема. 

8 этап — Сушка

В конце металлическое изделие остается охладить. Данную процедуру проводят в два этапа. Сначала на открытом воздухе в цехе, затем на теплом складе. 

5. Контроль качества покрытия, браковочные признаки

После окончания работ следует провести осмотр изделия на наличие недостатков и дефектов. Качество горячего цинкования регламентируется ГОСТом 9.307-89. Требуется соблюсти следующие критерии. 

• Слой цинка обязан быть сплошным;
• Покрытие должно быть матовым темно-серого или серебристо-глянцевого цвета;
• На поверхности оцинкованного изделия  не допускаются наплывы. Вкрапления гартцинка (осадка) если и имеются, то не более 2 мм.
• ГОСТом допускается как гладкое, так и шероховатое покрытие; 

Ряд признаков, которые не считаются дефектами: 

• рябизна и незначительные неровности поверхности;
• радужные оттенки или пятна в светло-серых тонах;
• незначительные металлические царапины защитного слоя, если металл-основа не виден невооруженным глазом.   

Кроме того, если имеются участки с пробелами, площадь которых не превышает 2% от общей, их можно обработать составами для холодного цинкования или методом газотермического напыления. Аналогично устраняются и непокрытые цинком участки, в диаметре до двух сантиметров. 

Согласно вышеупомянутому ГОСТу толщина защитного цинкового слоя должна быть в диапазоне 40 - 200 мкм. Либо она прописывается в паспорте изделия, исходя из его особенностей и условий эксплуатации. 

Проверку данного параметра следует проводить до начала хроматирования (нанесение дополнительной защитной пленки поверх цинка) либо нанесения консервационных смазок. Есть два способа:

1. при помощи магнитных толщиномеров;
2. Металлографическим анализом на образцах-свидетелях. 

И напоследок проверяется качество сцепления цинкового слоя. Особое внимание уделяется участкам с резьбой или с местами сварки! Для контроля адгезии используется один из четырех методов:

1. сетка царапин;
2. нагрев;
3. крацевание;
4. удары поворотным молотком. 

6. Достоинства и недостатки горячего цинкования

Преимущества:

• превосходная коррозионная устойчивость полученного покрытия в нейтральных средах;
• приемлемая цена;
• высокая производительность процесса;
• хорошая теплопроводность покрытия;
• оцинкованный слой не теряет своих защитных свойств даже при его повреждении. 

Недостатки:

• невозможно наносит тонкие слои цинка, цинковать резьбы, небольшие отверстия, сложнопрофильные издлия;
• технология не подходит для небольших штучных заказов;
• сложно соблюсти равномерность покрытия;
• высокий расход цинка;
• непрезентабельный внешний вид – серый матовый цвет, не подходит для декоративных изделий;
• невозможно покрывать изделия, превышающие габариты ванны для их погружения. 

7. Стоимость горячего цинкования. Факторы, влияющие на формирование цены.

Стоимость услуги индивидуальна, зависит от ряда параметров. Здесь учитываются габариты, форма изделия, сложность обработки, объем работы. Есть и дополнительные "опции", за которые нужно доплачивать. К примеру, создание технологических отверстий или "ушек" для креплений, снятие старого покрытия и т.п. 

Одним из главных параметров формирования цены будет расход цинка, чем он выше, тем дороже. 

На 2021 год цена в России на горячее цинкование будет в диапазоне от 22 000 до 40 000 рублей за тонну. Необходимо учитывайть, что многие компании берут дополнительную плату за срочность. Отдельно оговаривается стоимость оцинковки деталей весом до 100 килограммов, легких, но габаритных изделий или тех, у которых есть полости, карманы, углы. Здесь цена может варьироваться от 30 000 до 50 000 рублей за тонну.  

8. Сравнение с другими методами цинкования.

Есть и другие способы нанести защитный слой на деталь. 

Гальваническое цинкование. Данный вид оцинковки применяется изделий с жесткими требованиями по соблюдению толщины покрытия, а так же для мелких деталей (метиз, крепеж). Внешний вид деталей более привлекательный, высокая степень блеска покрытия. Но коррозионная устойчивость значительно ниже. При большом размере изделий нанесение покрытия гальваническим методом всегда дороже горячего. 

Термодиффузионное. Здесь цена выше, причем почти в 2 раза! А вот качество защитного слоя примерно на одном уровне. Внешне продукция декоративной не является. Данный метод не подходит для деталей у которых есть пластиковые вставки. Зато "похвастаться" качеством работы на изделиях с резьбой (тут слой цинка будет равномерным)! При этом производство не вредит окружающей среде. 

Дакромет (дельта) цинкование. Задействовано в автопромышленности. Хорошо подходит для крепежных изделий благодаря возможности нанести тонкий слой. Цена, качество защитного слоя и внешний вид готовых изделий незначительно аналогичны горячему цинкованию. Не подвержено водородному охрупчиванию. А вот адгезия подвела! 

Газотермическое напыление. С его помощью можно создавать толстые слоя цинка от 200 микрон, причем прямо во время монтажа крупногабаритных элементов и конструкций. Не подходит для деталей с резьбой, метизов и изделий с наличием внутренних полостей, диаметр которых менее 50 см. Защитные свойства умеренные. 

Цинк-ламельное покрытие. Покрытие состоит из порошка цинка, алюминия и связующей основы, в качестве которой выступают органические и неорганические смолы. Отличительными особенностями являются термостойкость и пластичность покрытия (не подвержено водородной хрупкости). Покрытие декоративное, ему возможно придать любой цвет.