Что такое оцинковка, и какие преимущества она даёт металлу?
Часто можно услышать что металлопрокат или изделия из металла оцинкованы. Зачем их оцинковывают и какие способы для этого используются? Ответы на эти вопросы вы найдёте в нашей статье.
Для чего нужна оцинковка металла?
Цинкование или оцинковка — это технологический процесс, при котором металл покрывается специальным цинксодержащим составом. Эту процедуру проводят чтобы предупредить образование ржавчины и окислов на различных видах металлоизделий. Из-за того, что нанесено такое покрытие значительно увеличивается срок эксплуатации металлических изделий.
Метод оцинковки используется для защиты стали от коррозии уже более 250 лет. Коррозия у металлов вызывается их врождённой тенденцией под воздействием воздуха и влаги пытаться вернуться к своей первоначальной земной форме — в минеральное состояние.
Способы нанесения цинка на металл
На металлические изделия цинк наносится многими способами. Рассмотрим самые распространённые из них:
Горячее цинкование
Материал помещается в ванну с нагретым до более чем до 400 °C расплавленным цинком. После окунания изделия просушивают. Расплавленный цинк заполняет все мелкие трещинки и труднодоступные места. Такое покрытие отличается равномерностью, на материале нет пропусков. Эти характеристики присущи материалам, цинкование которых производилось без нарушений технологического процесса. Методу уже свыше 160 лет и до сих пор не нашли ему достойную альтернативу. Нанесённое горячим способом покрытие самое надёжное и долговечное. Толщина слоя может составлять до 120 мкм. Она зависит от скорости погружения материала в расплавленную массу.
Холодное цинкование
Заключается в нанесении на металлическую поверхность состава, в котором содержится более 80% цинка. Наносится такая жидкость кистью, валиком или краскопультом. Возможно окунание материала в раствор. Метод очень популярен из-за удобства и практичности. Ведь можно на любом этапе эксплуатации стали нанести на неё защитный слой цинка. При этом способе можно получить цинковый слой толщиной 50 мкм.
Гальваническая обработка
Чтобы выполнить такую обработку применяется электролитический раствор. Требуется источник питания для преобразования напряжения и цинковый раствор. Электрическая цепь замыкается и происходит процесс гальванизации. Металлические частицы, содержащиеся в электролитическом растворе цинка, имеют положительный заряд и равномерно оседают на обрабатываемой детали. С помощью такого способа можно получить покрытие с толщиной не более 20 мкм. Поэтому обработанные гальванической оцинковкой изделия используются в неагрессивных средах.
Какими свойствами обладает оцинкованный металл?
Прошедшее процесс цинкования изделие обладает высокой устойчивостью к ржавчине, ударам и истиранию. Оно становится более устойчивым к влияниям погодных условий, к пресной и морской воде. Оцинкованный металл прекрасно зарекомендовал себя при использовании в металлических конструкциях, эксплуатируемых на открытом воздухе, во влажных помещениях или других условиях, которые предполагают открытый контакт с влагой, воздухом и другими активными веществами и средами. Покрытый тонким слоем цинка металлопрокат легко сваривается и окрашивается. Он хорошо принимает форму на изгиб в профилях и листовых материалах. Оцинкованный металл легко справляется с вытяжкой, гибкой и вальцовкой. Поэтому его используют для изготовления кровельных покрытий и элементов кровли.
Когда используется оцинкованный металл?
Мы постоянно контактируем с оцинкованным металлом. Его используют в декоративных предметах: пряжки, брелоки, пуговицы, канцелярские товары и т. п.
Изделия с цинковой защитой используются в разных областях промышленности, строительства, благоустройства и быта. Они применяются в металлоконструкциях, для обустройства кровли, заборов, настилов, ограждений, в других сферах. Оцинкованный металлопрокат применяется в городской инфраструктуре повсюду.
Благодаря невысокой цене и повышенной устойчивости к коррозии такие материалы пользуются спросом в судостроении, станкостроении, машиностроении и других отраслях промышленности.
Оцинковка используется на трубах для их защиты и долговечности. Оцинкованные трубы широко применяются в сантехнической сфере. Так как они постоянно контактируют с водой, то нужно создать хорошие условия, чтобы они не начали ржаветь и не испортились. Людям нужна чистая вода, без ржавчины и сторонних примесей.
Преимущества оцинкованных изделий
Оцинкованные материалы обладают множеством плюсов, среди которых:
Цинковое покрытие толщиной 80 микрон, полученное в процессе цинкования, помогает изделиям служить долго:
♦ 40—100 лет в городской среде;
♦ 20—40 лет в промышленности;
♦ 10—20 лет в морской среде.
Оцинкованные покрытия не требуют ухода.
Оцинковка материала ненамного дороже покраски, но в отличие от покрытия краской затраты на обслуживание равны нулю.
Процесс цинкования может применяться ко всем типам деталей — от гаек или болтов до больших структурных поверхностей, таких как металлические профили.
Процессы цинкования регулируются ГОСТами.
Металлургическое цинковое покрытие стали закрывает заводские повреждения и царапины на материале, наделяя его устойчивостью к ударам и истиранию.
Оцинкованный металл можно перекрашивать, комбинировать с конструкциями из бетона, нержавеющей стали или алюминия, чтобы ещё больше повысить долговечность конструкции.
Оцинкованный металл можно сваривать или скреплять болтами, что сокращает время строительства. Он хорошо режется и гнётся.
После процесса цинкования детали можно использовать сразу же, а также они подлежат хранению в течение длительного времени, без опасений, что они испортятся.
Технология цинкования металла
Вопросы, рассмотренные в материале:
Цинкование относится к анодным покрытиям металла, когда на обрабатываемую поверхность наносится материал, имеющий меньший электродный потенциал. Этот способ промышленной обработки металлических поверхностей является очень распространенным методом защиты металла от негативного воздействия окружающей среды. Технология цинкования металла зависит от параметров обрабатываемого изделия и предлагаемых условий эксплуатации. В нашей статье мы подробно разберем все разновидности и особенности этой технологии.
Технология гальванического цинкования металла
Одним из популярных видов цинкования является гальваническое цинкование. Согласно технологии, электрохимический процесс протекает в специальном барабане. В результате получают белое, голубое, радужное или матово белое покрытие толщиной 10–20 мкм. Из-за столь малой величины покрытие используется в основном с декоративной целью.
Достоинствами гальванизации металла можно считать равномерность покрытия, его хорошие декоративные свойства, точность размеров и высокая производительность метода. Среди недостатков выделяются слабые защитные свойства и, соответственно, низкая устойчивость к коррозии, а также высокая вероятность повышения водородной хрупкости металла, обусловленная анодированием.
Основной сферой применения данного метода является обработка крепежных деталей, стальной сетки и гвоздей с целью защиты от коррозии. Выбор технологии гальванизации объясняется низкой себестоимостью процесса, высокой производительностью агрегатов, выполняющих обработку, и достаточным уровнем защиты крепежа.
Технология электролитического цинкования основывается на электролизе.
Сутью данного химического процесса является погружение стальных деталей в ванну с электролитом и чистым цинком. Затем к стальным деталям и к цинку подводится ток при помощи электродов. Цинк находится в специальных сетчатых секциях в виде шаров, пластин или любой другой формы.
В процессе электролиза происходит растворение цинка (он является анодом). В результате ионы цинка оседают по всей поверхности стальной детали, создавая гальваническое покрытие. Его толщина может варьироваться от 4 до 20 мкм.
Растворение анода в процессе электролиза вызвано пропусканием электротока с катодной плотностью 1-5 А/дм.
Технология гальванического цинкования металла может выполняться тремя способами: щелочным, цианидным и кислотным.
Самой распространенной технологией является цинкование в слабокислых электролитах. При помощи данной технологии достигается хороший внешний вид цинкового покрытия и высокая степень укрываемости. Помимо этого, снижается водородная хрупкость металла. Это касается углеродистых и легированных сталей. Посредством метода гальванизации можно обрабатывать чугунные и стальные изделия сложной формы.
Технология предусматривает предварительную очистку поверхности от смазки, коррозии, окалины. Затем следует процесс нанесения цинкового покрытия. Для закрепления его осветляют (травят в слабом растворе азотной кислоты) и проводят пассивацию, в результате которой цинковое покрытие становится более стойким к негативному воздействию окружающей среды, также повышаются его декоративные качества (придается блеск и нужный цвет).
Технология горячего цинкования металла
Технология горячего цинкования отличается от других способов обработки металла несомненными достоинствами:
У этой технологии есть и свои недостатки. Самым весомым из них является то, что можно обработать заготовку только определенного размера, поскольку все зависит от габаритов емкости, куда погружается деталь. В условиях производства есть возможность решать данную проблему за счет использования агрегатов непрерывного горячего цинкования (АНГЦ).
Рекомендуем статьи по металлообработке
Технология горячего цинкования предполагает два этапа:
Технология цинкования металла этим способом полностью регламентируется ГОСТом 9.307-89.
В этом стандарте предписано обязательно уделять внимание подготовке поверхности перед проведением процедуры нанесения цинкового покрытия горячим способом. Предварительная подготовка поверхности должна в себя включать несколько этапов:
Механическая обработка позволяет устранить все следы загрязнений, окисления, ржавчины и шлаков. Согласно ГОСТу, обязательно удаляются все острые кромки и углы механическим способом. С этой целью могут быть применены пескоструйные установки, обычно имеющиеся в арсенале крупного производства.
Для обезжиривания используют специальные химические реагенты. Перечень подходящих для этих целей средств приведен в соответствующем ГОСТе. После обезжиривания остатки средства удаляют с поверхности изделия путем промывки.
В ГОСТе четко сказано о недопустимости наличия на обрабатываемых изделиях окисленных участков или старого цинкового покрытия. Если таковые все же есть на металлической поверхности, необходимо их обработать методом травления с применением соляной кислоты. Процесс выполняется при комнатной температуре. Концентрация кислоты зависит от степени загрязнения поверхности окислами или коррозией.
После травления также необходимо промыть изделие для удаления остатков химических средств, использовавшихся при очистке.
Технология цинкования металла горячим способом допускает среди подготовительных работ применение флюсования материала. Эта операция предотвращает окислительные процессы на поверхности и повышает сцепление наносимого покрытия с самим металлом. Для выполнения флюсования необходима температура +60 °С. Флюс наносится тонким слоем на поверхность детали. Обычно он состоит из хлорида аммония и цинка, смешанных с водой в соотношении 500 г на 1 л.
Технология цинкования металла предполагает использование специального оборудования, например, линии горячего цинкования или емкости с расплавленным цинком, куда опускают обрабатываемое изделие. Если используется простой способ и цинк находится в емкостях в расплавленном виде, то необходимо соблюдение определенной температуры для поддержания расплава. Температура зависит от габаритов обрабатываемого изделия и в среднем находится в диапазоне +420…+455 °С.
При использовании такого простого оборудования для обработки заготовок погружным методом следует соблюдать ряд условий на производственном участке:
Если обработке горячим способом подвергаются метизы, то операции выполняются в следующей последовательности:
Технология холодного цинкования металла
Метод холодного нанесения цинкового покрытия иногда оказывается более предпочтительным, чем горячего. Основными достоинствами способа холодной защиты металлов можно считать следующие факторы:
Указанная холодная технология цинкования металла выполняется посредством разных антикоррозийных составов. ГОСТ 9.305–84 описывает их структуру и свойства. В нем приводятся характеристики всех существующих неорганических (неметаллических и металлических) покрытий, наносимых посредством химической и электрохимической обработки металла. Согласно стандарту, холодные составы для цинкования применяются на любых металлах, за исключением сплавов магния и сталей повышенной прочности.
По технологии холодного цинкования, большое внимание уделяется предварительной обработке металла до момента нанесения защитного состава. Вся работа выполняется в соответствии с ГОСТом, где прописан каждый этап:
Выполнив предварительную очистку и проверив ее качество, начинают наносить специальный состав для холодного цинкования металла. В соответствии с технологией, необходимо соблюдать определенную температуру воздуха. Для каждого защитного состава она указывается производителем в инструкции. Что касается температуры самого изделия, то поверхность должна быть на 3 градуса теплее точки росы. В противном случае велика вероятность появления влаги на поверхности, что значительно снизит качество защитного покрытия.
Почему следует обращаться именно к нам
Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.
Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:
При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.
Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.
Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.
Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.
Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.
Виды цинкования металла
Одним из самых значимых недостатков металлоконструкций, изделий из железа, стали и их производных — является склонность к коррозии. Взаимодействуя с кислородом, незащищённая поверхность чёрных металлов окисляется, образуя рыхлый слой, называемый ржавчиной. Последняя является ничем иным, как оксидом, сквозь который (из-за пористой структуры) кислород снова и снова проникает к железу, разрушает его, ослабляя тем самым изделие или конструкцию. Чтобы минимизировать этот недостаток, применяется цинкование.
Определение и общие принципы цинкования
Цинкование — это технологический процесс обработки деталей или конструкций из металла, нацеленный на защиту от воздействия коррозии. Существует несколько способов оцинковки, которые рассмотрены ниже. Однако вне зависимости от применяемого метода, принцип защиты металла от ржавления остаётся одним и тем же.
Суть цинкования при любой технологии его реализации сводится к следующему. Тем или иным методом на подготовленную поверхность изделия или конструкции наносится слой цинка. В зависимости от применённой методики защитный слой либо только укрывает поверхность основного материала, либо дополнительно соединяется с ним за счёт диффузного взаимодействия. Цель и результат, в принципе, всегда одни и те же — на поверхности уязвимого к коррозии металла образуется слой цинка определённой толщины.
Благодаря свойствам цинка при контакте с атмосферным кислородом на его поверхности моментально образуется оксидная плёнка. В отличие от оксида железа, она имеет высокую плотность и прочность, за счёт чего она: во-первых, не пропускает к металлу атмосферный кислород; во-вторых, не разрушается от малейшего механического воздействия.
Таким образом — оцинкованный металл оказывается в прочной воздухонепроницаемой оболочке, которая защищает его от разрушающей коррозии.
Более того, если в результате механического воздействия оксидная плёнка повреждается, оголённый цинк тут же взаимодействует с атмосферным кислородом, образуя новый защитный слой. Благодаря этому свойству оцинковку называют самовосстанавливающейся защитой металла от коррозии.
Даже если цинковое покрытие повредить до самого железа, его ржавление будет происходить не так интенсивно, как в случае с незащищённым металлом. Всё потому, что цинк с железом в повреждённом месте образует так называемую гальваническую пару, в которой именно цинк является более активным металлом. То есть, он вступает в реакцию коррозии первым, тогда как менее активное железо ржавеет и разрушается не так активно.
Методы цинкования металла
Перед описанием распространённых в современной промышленности технологий цинкования предлагаем рассмотреть общие различия между ними. Это важно, поскольку выбранный метод существенно влияет в той или иной степени на получаемый результат. На практике это означает, что в зависимости от сферы эксплуатации металлических изделий и конструкций экономически выгодно применять далеко не все технологии оцинковки.
В целом, методы цинкования отличаются между собой следующими свойствами:
В зависимости от применяемой технологии цинкования меняются эти свойства, а также сложность технологического процесса, доступные объёмы и скорость обработки, себестоимость процесса и, в конце концов, его целесообразность. По сути, всё рассмотренное и перечисленное выше — является наглядными критериями сравнения методов цинкования.
В современной промышленности наибольшей распространённостью отличаются следующие пять технологий цинкования:
Теперь рассмотрим эти методы цинкования более детально. В частности, «заглянем» внутрь технологического процесса, сравним по вышеописанным свойствам, приведём преимущества, особенности и недостатки.
Горячее цинкование
Горячее цинкование — это технологический процесс нанесения защитного цинкового слоя на металл путём непосредственного погружения в расплавленный цинк. Поскольку именно данный метод является наиболее распространённым и востребованным в современной промышленности, эта технология рассмотрена наиболее детально. Своей популярностью способ обязан внушительному списку преимуществ, которыми обладают оцинкованные изделия.
Полноценный процесс горячего цинкования включает в себя следующие технологичные этапы:
Во-первых, это необходимо для обеспечения безопасности людей, которые работают на производстве. Во-вторых, в процессе цинкования выделяются разогретые до высокой температуры газы, которые нуждаются в очистке перед выбросом в атмосферу. Кроме того, тепловая энергия этих газов используется вторично для подогрева технологических жидкостей на этапе предварительной подготовки металлических изделий.
Несмотря на кажущуюся сложность описанного процесса, метод горячего цинкования является одним из самых простых и экономически выгодных. Кроме того, благодаря внедрению тех или иных технологических этапов возможно получать в итоге антикоррозионную защиту с многочисленными преимуществами по сравнению с другими методами цинкования.
Преимущества горячего цинкования (с учётом мощностей нашего предприятия):
Недостатки:
Исходя из перечисленных преимуществ и недостатков можно сделать следующие выводы.
Горячее цинкование является идеальной технологией для антикоррозионной обработки крупных и средних по размеру металлоконструкций, которые нуждаются в максимальной защите от коррозии, но не имеют высокоточных поверхностей, отверстий, резьбы, фасок и других прецизионных технологических решений. После ознакомления с этапами технологии также должно быть понятно, что горячим цинкованием невозможно обработать неподвижные стационарные металлоконструкции. То есть, те, которые нельзя доставить на производство.
Холодное цинкование
Холодное цинкование — это самый простой, дешёвый и универсальный способ защитной обработки металлоконструкций. Заключается в том, что предварительно подготовленный металл окрашивается по аналогии с применением обычных полимерных красок. Единственная разница — в наносимом составе содержится определённая концентрация цинкового порошка, который после застывания основы образует защитный слой, действующий описанным выше образом. То есть, на поверхности конструкции образуется оксид цинка, который препятствует контактированию атмосферного кислорода с металлом.
Преимущества холодного цинкования:
Недостатки:
Исходя из перечисленных преимуществ и недостатков можно сделать несколько выводов о холодном цинковании. Во-первых, эта технология хороша тем, что её можно реализовать буквально в полевых условиях. Во-вторых, форма, вес и габариты обрабатываемых металлоконструкций не могут стать помехой для цинкования. С другой стороны, способ абсолютно не подходит для тех случаев, когда требуется долговечное и высокопрочное защитное антикоррозионное покрытие. Также он не годится для обработки мелких прецизионных деталей.
Гальваническое цинкование
Гальваническое цинкование (также называется электролитическим) — это электрохимический метод антикоррозионной обработки металлических деталей. По факту является самым распространённым, хотя и не наилучшим. Распространённость гальванического цинкования связана с тем, что обработанные детали имеют презентабельный внешний вид. Они получаются блестящими, яркими, и могут иметь оттенки от белого, до серебристого с голубым.
Технология заключается в следующем. Обрабатываемую деталь (необязательно металлическую, то есть, токопроводящую) погружают в электролит, в котором содержится цинк. Такая жидкость обладает способностью проводить электрический ток. Когда он протекает через электролит, цинк, являющийся анодом в данном случае, разрушается, и его ионы оседают на поверхности обрабатываемой детали.
Преимущества гальванического цинкования:
Недостатки:
В силу перечисленных плюсов и минусов гальванический метод цинкования востребован только в тех сферах, где больше требуется презентабельный внешний вид, либо временная защита от коррозии (например, на период складского хранения или транспортировки). Поэтому он считается больше декоративным, нежели защитным.
Термодиффузионное цинкование
Термодиффузионное цинкование — это метод низкотемпературной антикоррозионной обработки, который заключается в обработке деталей в среде с порошковым цинком при температурах от 260°C до 450°C (чем выше температура, тем равномернее получается покрытие). В результате пребывания детали в такой среде атомы цинка на атомном уровне проникают в верхние слои обрабатываемого материала, образуя равномерный защитный слой толщиной 20-100 мкм. При этом, есть возможность регулировать толщину наносимого покрытия путём увеличения или уменьшения времени процесса цинкования.
Преимущества термодиффузионного цинкования:
Недостатки:
В промышленности термодиффузионное цинкование востребовано в сферах, где от обработанных деталей требуется высочайшая стойкость к абразивному износу и пластичность поверхности. Обычно используется для антикоррозионной защиты металлических изделий в нефтегазовой, энергетической, сельскохозяйственной и реже в строительной сферах. Несмотря на преимущества особой популярностью технология не пользуется из-за высокой трудозатратности и, как следствие, дороговизны.
Газотермическое цинкование
Газотермическое цинкование — это метод металлизации металлических изделий путём высокоскоростного напыления на их поверхность цинкового порошка. Выполняется следующим образом. На обрабатываемую деталь направляется открытый огонь (применяются газовые горелки), и в зону наивысшего нагрева подаётся цинковый порошок, либо цинковая проволока. В результате мелкодисперсные капельки цинка с высокой скоростью налетают на обрабатываемую поверхность, где застывают, образуя защитный слой толщиной 30-50 мкм. Если необходимо получить более толстое покрытие, цинкование проводится в несколько этапов.
Преимущества газотермического цинкования:
Недостатки:
Несмотря на множественные недостатки газотермического метода цинкования, технология, всё же, применяется в определённых сферах деятельности. К примеру, она востребована там, где нужно выполнить антикоррозионную обработку без демонтажа конструкций, восстановить часть утерянного в процессе коррозии материала и так далее.
Заключение
На нашем производстве мы используем технологию горячего цинкования. Для реализации основного этапа применяется ванна горячего цинкования марки Pilling, позволяющая обрабатывать металлоконструкции весом до 6 тонн и размерами в пределах 13×2×3,1 м. Толщина цинкования — в диапазоне 80-200 мкм. Производительность линии — до 30 000 тонн в год.
