Горячее цинкование металлических изделий: технология и преимущества

Наиболее эффективным способом защиты стальных конструкции от коррозии, является их цинкование. Метод цинкования представляет собой процесс покрытия поверхности деталей, изделий и металлических элементов, необходимых для эксплуатации и производства металлоконструкций, тонким цинковым слоем. Такое покрытие делает их более устойчивыми к коррозии под воздействием погодных условий, а также защищает деталь от истирания, и механических повреждений.

Виды цинкования

В зависимости от метода нанесения цинка на металлическую поверхность, существует четыре основных типа цинкования:

1. Горячее цинкование. Стальные элементы помещают в ванну с жидким цинком при температуре 450° C. В результате немедленной реакции железа с цинком на поверхности погружаемых элементов образуется цинковое покрытие.
2. Гальваническое цинкование основано на электрохимическим нанесение цинка методом электролиза.
3. Цинкование распылением заключается в плавлении цинка в электрической дуге или подаче струи газа на очищенную и подготовленную поверхность стальных элементов.
4. Порошковое цинкование производят погружением стальных элементов на несколько часов в порошкообразный цинк, содержащий около 6% оксида цинка, при температуре 350-400° C. Этот вид используется в автомобильной, строительной и авиационной промышленности.

Процесс горячего цинкования

Процесс горячего цинкования состоит из нескольких предварительных этапов подготовки поверхности и непосредственно прямого погружения стального элемента в жидкий цинк.

1. Абразивоструйная очистка или механическое удаление неоднородностей. Во время обработки поток сжатого воздуха, обогащенного абразивным материалом, направляется на поверхность обрабатываемых деталей и тем самым удаляет неровности, зазубрины, ржавчину, краску, окалину и создают шероховатость и профиль элемента.  
2. Обезжиривание. Помогает очистить поверхность от жира, воскообразных веществ и масел, препятствующих реакции железа с цинком. Этап обезжиривания предназначен для получения химически чистой поверхности, на которой будет образовываться сплав стали с цинком.
3. Травление. Позволяет эффективно удалять неметаллические вещества (например, ржавчину, окалину и другие продукты коррозии), образующиеся во время прокатки и отжига элементов конструкции. Самый популярный метод травления, это солянокислая ванна.
4. Флюсование. На этом этапе стальные элементы погружаются в водный раствор хлорида цинка и хлорида аммония (ZnCl2 / NH4Cl) для обеспечения правильного протекания химических реакций во время гальванизации.
5. Сушка. После обработки во флюсовой ванне стальные детали сушат при температуре 120-150° C. Сушка должна осуществляться эффективно и быстро, чтобы предотвратить переваривание железа и образование его соединений, отрицательно влияющих на процессы, связанные с флюсами.
6. Цинкование. Последний этап процесса горячего цинкования заключается в погружении предварительно подготовленной стальной основы в ванну с расплавленным цинком при температуре 445–455° C. В этих условиях цинк и железо подвергаются очень быстрой химической реакции. Путем диффузии, то есть проникновения ионов цинка во внешний слой стали, образуется поверхностный сплав железа с цинком, содержащий различное соотношение обоих компонентов.

Особенности и преимущества горячего цинкования

Механизм защиты оцинкованных стальных конструкций от коррозии заключается в том, что покрытие цинка является анодным, сам же металл под ним является катодом, в связи с чем не подвергается воздействию коррозии. Цинк служит защитным слоем до тех пор, пока присутствует на металле и не поврежден, но такое покрытие долговечное и может прослужить десятки лет. Горячее цинкование, лучший способ защиты чугуна и стали от коррозии, как по экономическим, так и по экологическим причинам. Преимущества горячего цинкования:

• Коррозионная устойчивость. Она в десяток раз выше, чем при при электрохимическом покрытии.
• Самовосстанавливающееся покрытие. Благодаря тому, что цинк обладает высокой анодностью, он самостоятельно восстанавливает поврежденные участки деталей.
• Повышенная прочность. Покрытие увеличивает срок службы стали еще на пятьдесят лет. Горячеоцинкованная сталь не подвергается расширению и сжатию при изменении влажности.
• Ударопрочность. Степень твердости стали 160 по шкале Виккерса. Цинковое покрытие имеет твердость 240 градусов. При ударе цинковое покрытие поглощает силу, предотвращая ее воздействие на основной материал. Следовательно, может быть повреждена только гальваника, а не сама сталь. Кроме того, цинк, пластичный материал, он обеспечивает амортизацию и поглощение сильных ударов.
• Создает свободу создания дизайна. Оцинкованное покрытие выглядит эстетично. Он имеет характерную блестящую структуру, что делает его привлекательным. Во многих современных зданиях оцинкованные балюстрады и поручни являются декоративными элементами, отражающими современность здания. Но это не означает, что оцинкованная сталь должна оставаться в своем первоначальном виде. Покрытие позволяет красить краской любого цвета. Если есть необходимость подобрать цвет элемента из оцинкованной стали к цвету интерьера или окружающей среды, это не проблема.
• Экономичное покрытие. Оцинкованные таким методом элементы не требует повторной покраски при эксплуатации.

Материалы, подвергаемые горячему цинкованию

Как правило, этот метод применяется для покрытия изделий и деталей из углеродистых и низколегированных материалов на основе железа, то есть стали, стального литья, серого чугуна, а также латуни и меди. Горячим цинкованием может обрабатываться любой тип стали, где содержание углерода (C) и кремния (Si) не превышает 0,5%. Процесс цинкования наиболее эффективен для стали с содержанием кремния менее 0,03%. Несколько более низкое качество цинковых покрытий (толщина, блеск, гладкость, адгезия) достигается в случае стали, содержащей кремний в диапазоне от 0,12% до 0,3%. К таким сталям относятся Ст1пс, Ст3сп, Ст3кп и др.

Не рекомендуется оцинковывать стальные конструкции с содержанием Si от 0,03% – 0,12% (например, Ст3сп) и более 0,3% (например, 17Г1С). В случаях повышенного содержания кремния существует риск того, что реакция железо-цинк будет протекать слишком быстро, это приведет к повышенному содержанию доли сплава железо-цинк в покрытии. Повышенное содержание примеси железа и цинка, вызывает эффект Санделина.

В результате такого эффекта слой цинка становится тускло-серым, шероховатым, неровным, очень хрупким и чувствительным к истиранию, сильной деформации и ударам, он также приводит к снижению адгезии толстых покрытий к стали.

Идеальным материалом для горячего цинкования является сталь с содержанием кремния менее 0,03% и / или в диапазоне от 0,15% до 0,25%