Горячее цинкование является одним из самых надежных, износостойких и долговечных методов создания антикоррозионной протекции на поверхности изделий из различных металлов и их сплавов. Технологию покрытия железной посуды расплавленным цинком путем погружения изделий в ванну с расплавленным металлом впервые в 1742 г. описал французский химик Поль Жак Малуен. Но только через 100 лет способ был доработан парижским изобретателем Сорелем, который сделал процесс цинкования более экономичным, что позволило начать использовать его в промышленном производстве.
В большинстве случаев технологию горячего цинкования используют для протекции изделий из стальных (железоуглеродистых) сплавов. Но данный способ обработки применим и для создания антикоррозионной защиты на поверхностях из других металлов:
- оцинковка меди – применяется для создания элементов металлического декора, позволяя получить уникальные золотистые оттенки на поверхности изделий. Также цинкованию подвергаются медные конструкции, работающие в аммиачных, цианистых средах и находящиеся в контакте с концентрированными кислотами - H₂SO₄ и HNO₃;
- цинкование алюминия – металл, имеющий собственное защитное покрытие (оксидную пленку) благодаря тому, что он имеет сильно отрицательный потенциал φ. Алюминий подвергают обработке цинком для усиления электрохимической протекции;
- оцинкование чугуна применяется для создания антикоррозионной защиты. Чугунные сплавы отличаются химическим составом, имеют различные показатели стойкости при эксплуатации в пресной, соленой воде, атмосферном воздухе, но быстро коррозируют в щелочах и соляной кислоте. Горячее цинкование чугуна производят аммиакатными электролитами, причем конверсионная защитная пленка может иметь самые разные оттенки – от прозрачного до оливкового и черного.
Но наиболее широко метод горячего цинкования используется для создания защиты от коррозии стальных изделий. Технология позволяет существенно увеличивать срок эксплуатаций конструкций и деталей, применяемых в строительстве, энергетике, машиностроении.
Способы и технологии горячего цинкования
Нанесение защитного слоя на металлическую поверхность деталей по горячей технологии производится методом погружения изделия в ванную с расплавленным цинковым составом. В зависимости от того, какая нужна толщина покрытия и для каких целей создается протекция, используются различные методы горячего цинкования:
Технология Кука-Нортмана
Классический метод погружения в горячий цинк, при котором металлоконструкции и детали подвешиваются на специальных траверсах. Перед погружением в ванную детали проходит химическую обработку для достижения максимальной чистоты:
- обезжиривание – удаление с металлической поверхности остатков горюче-смазочных и маслянистых материалов с помощью растворов кислот;
- травление – позволяет удалить остатки ржавчины. В процессе обработки используют ингибиторы травления, чтобы оно не продолжалось после удаления окислов;
- промывка – позволяет очистить поверхность от остатков кислот, выполняется в ванне с водой;
- флюсование – производится в горячем растворе хлористого цинка или аммония для подготовки хорошего сцепления металла с расплавленным цинком.
Затем металлические изделия направляются в сушку, которая осуществляется в камере с нагретым до 100 градусов воздухом. Сушка и нагрев детали минимизируют термические деформации металла в процессе цинкования.
На основном этапе цинкования детали погружаются в ванную, с нагретым до 450-480 °C цинком (содержание Zn в составе должно превышать 98.0%). Технологический процесс строго контролируется. При этом учитываются 2 основных параметра – толщина покрытия (мкм) и отсутствие на поверхности дефектов.
На заключительном этапе оцинкованные детали охлаждают горячей водой, подвергают пассивации во избежание образования белого налета, воздушной сушке при температуре 70°C. Затем готовые конструкции направляются в упаковочный цех и отправляются на склад.
Метод Сендзимира
Технология разработана польским ученым Сендзимиром, носит его имя, применяется для быстрой и экономичной обработки рулонной листовой стали с гладким и переменным профилем толщиной до 3 мм. Метод основан на подаче стального листа в танк с горячим цинком, где обе поверхности подвергаются одновременной обработке. Качество цинкования и толщина защитного слоя контролируется на выходе системой пневматических ножей, где воздух под большим давлением удаляет избыточный слой. Затем оцинкованная полоса подвергается охлаждению, пассивации, сушке и смотке в рулон.
Электрохимическое цинкование
Технология основана на процессах гальванизации – осаждении цинка (анод) на металлической поверхности (катод) при подаче на электролит напряжения. В процессе электролиза пришедшие в движение ионы цинка осаждаются на металл. Для достижения требуемого качества цинкования параметры тока (плотность) и состав электролита подбирается индивидуально.
Гальваническая технология цинкования считается одной из самых эффективных, позволяет не только защитить поверхность металла от коррозии, но и добиться высокого качества обработки контурных деталей. В результате реакции молекулы цинка проникают во все ниши и пазы поверхности, в точности повторяя контур детали. Кроме того, электрохимическое цинкование единственный горячий метод, при котором обработанные поверхности можно подвергать пайке и сварке.
Термодиффузионное цинкование
Горячее цинкование металлоконструкций методом термодиффузионной обработки позволяет создавать равномерный и защитный слой толщиной от 15 мкм. Цинкование происходит в закрытом герметичном барабане, в который подается цинковый порошок, нагретый до температуры 500°C. Расплавленный цинк переходит в газообразную фазу и, оседая на металлической поверхности, образует равномерный, стойкий к истиранию защитный слой. Метод позволяет экономно расходовать цинк, но требует применения высокотехнологичного оборудования, а размер детали ограничен габаритами камеры барабана.
Несмотря на различные методы проведения горячего цинкования, весь процесс обработки и качество полученного защитного покрытия должны соответствовать требованиям ГОСТ 9.307-2021.
Преимущества и недостатки технологии горячего цинкования
Покрытия, полученные методом горячего цинкования, являются более стойкими и долговечными (могут служить 50 и более лет), чем защитный слой, созданный холодным методом. Стальные оцинкованные поверхности деталей и металлоконструкции стойкие к атмосферной, водной коррозии, могут эксплуатироваться на открытом воздухе, в грунте, сероводородной и химически активной среде, поддаваться воздействию холодных и горячих температур. Защитный слой имеет привлекательный внешний вид, поэтому технология может использоваться для создания металлического декора. Самовосстанавливающаяся пленка, создаваемая оксидами цинка, обеспечивает протекцию даже при ее механических повреждениях.
К недостаткам метода можно отнести:
- необходимость проведения тщательной подготовки поверхности, т.к. цинк не реагирует с загрязненным металлом;
- возможность обрабатывать детали, чьи размеры ограничены габаритами ванны с расплавом;
- проведение горячего цинкования в исключительно в условиях стационарного цеха.
Полученные методом горячего цинкования поверхности не могут подвергаться сварке и пайке без нарушения защитного слоя.
