Захист металу від виникнення і розвитку корозії є дуже актуальним питанням, рішення якого дозволяє значно продовжити термін служби металевих виробів, а також зробити їх експлуатацію більш надійною. Найпоширенішим способом, що дозволяє забезпечити такий захист, є цинкування, що має на увазі нанесення на поверхню металу покриття, в хімічному складі якого може міститися до 95% цинку. Цинкування металу можна виконувати за різними технологіями, кожна з яких застосовується в певних ситуаціях і має як переваги, так і недоліки.
Цинкування отримало найбільше поширення серед інших анодних захисних покриттів металів
Для чого на сталь наносять шар цинку
Добре відомо, що вироби, виготовлені зі сталі, дуже схильні до корозійних процесів, особливо при експлуатації в умовах підвищеної вологості. Тим часом, якщо оцинкувати сталеву деталь, можна забезпечити їй надійний захист від корозії. Пояснюється це тим, що цинкове покриття утворює з основним металом гальванічну пару, в якій цинк має велику ступінь електронегативного заряду, ніж сталь.
У такій гальванічної парі при впливі на її складові агресивних чинників зовнішнього середовища піддається впливу корозії саме цинк, а хімічні реакції стали практично виключаються. Таким чином, корозійний захист стали буде забезпечена до тих пір, поки покриття, що складається з цинку, повністю не зруйнується. При цьому на тих ділянках сталевого виробу, де покриття з цинку з яких-небудь причин руйнується, під впливом кисню і вологи формується гидрооксид цинку, який також володіє хорошими захисними властивостями.
Переваги нанесення цинку перед фарбуванням
Цинкування виробів зі сталі дозволяє забезпечити їм не тільки бар’єрну, але і електрохімічний захист. Цинкування металу може виконуватися за різними технологіями, для реалізації яких застосовується різне устаткування. Використовуючи окремі види таких технологій, можна виконати цинкування в домашніх умовах і при цьому домогтися відмінного результату.
методи цинкування
На сьогоднішній день цинкування металу здійснюється за допомогою таких методів:
- гарячого;
- холодного;
- гальванічного;
- газотермического;
- термодиффузионного.
Вибір методу, який буде використовуватися для цинкування деталей і конструкцій, виготовлених зі сталі, залежить від умов їх експлуатації, а також від характеристик, яким повинен відповідати захисний шар. Незалежно від використовуваної технології цинкування необхідно заздалегідь визначитися з товщиною формованого захисного шару, яка залежить від таких параметрів технологічного процесу, як час впливу на метал робочого середовища, а також від температури виконання обробки. При використанні сталевих деталей і конструкцій, на поверхню яких нанесено шар цинкового покриття, слід мати на увазі, що вони не повинні зазнавати значних механічних впливів, так як захисне покриття з даного металу відрізняється високою крихкістю і може легко зруйнуватися.
Щоб розбиратися в тому, які види цинкування слід використовувати в тій чи іншій ситуації, треба добре вивчити кожен з них.
Гаряче цинкування
Гаряче цинкування металоконструкцій, хоча і дозволяє отримати найвищу якість і довговічності оброблених виробів, займає серед подібних технологій тільки друге місце за поширеністю. При використанні цього методу виникає проблема екологічної безпеки, так як його реалізація вимагає застосування сильних хімічних реагентів для підготовки оброблюваної поверхні, а сама процедура виконується в розплавленому цинку.
Промислова лінія гарячого цинкування
В процесі оцинкування стали з використанням гарячого методу виділяються два етапи:
- підготовка поверхні виробу до обробки;
- сама процедура покриття металу цинком.
У свою чергу підготовка оброблюваної поверхні також виконується в кілька етапів:
- очищення і знежирення;
- травлення з використанням кислотних розчинів;
- промивка після травлення і флюсування;
- ретельна просушування.
Занурення опор в ванну з гарячим цинком
Після того як виріб пройшов усі етапи попередньої підготовки і повністю просохла, його поміщають в спеціальну ванну, наповнену розплавленим цинком. В результаті на поверхні сталевого виробу формується тонкий шар, що складається з заліза і цинку (Fe-Zn), який і забезпечує надійний захист від корозії. Після вилучення з ванни виріб обдувають стисненим повітрям, за рахунок чого забезпечується не тільки його просушування, а й видалення з оброблюваної поверхні зайвого цинку. Великим недоліком даного методу цинкування металу є те, що розміри виробів, які можуть бути йому піддані, обмежені габаритами ванни з розплавленим цинком. Тим часом на великих виробничих підприємствах процес оцинкування стали — будівельних лісів, щогл освітлення, опор ЛЕП (ліній електропередачі) — здійснюється саме таким способом.
Оскільки даний метод пов’язаний з великими затратами і необхідністю застосування складного технологічного обладнання, для цинкування металу в домашніх умовах він не застосовується.
холодне цинкування
Широка популярність, яку метод холодного цинкування сталі придбав в останні роки, пояснюється рядом причин. Найголовніша з них полягає в тому, що при своїй високій технологічності і простоті реалізації такої метод цинкування дозволяє створювати на поверхні металу шар, що відрізняється високими захисними властивостями. Важливим є і те, що при цьому не потрібно обладнання для цинкування металу, тому таку оцинкування можна виконати своїми руками навіть в домашніх умовах.
Суть технології холодного цинкування полягає в тому, що на поверхню виробу наноситься спеціальна цинкоутримуючий суміш, в якості якої може бути використаний цінконол або будь-який інший склад. Наносити цінконол або іншу суміш можна за допомогою звичайного пензлика або валика. У тих випадках, коли покрити такою сумішшю необхідно вироби складної конфігурації або важкодоступні місця, для її нанесення можна використовувати краскопульт. Цінконол і інші склади, використовувані для виконання холодного цинкування, дозволяють отримати на поверхні металу захисний шар, що містить 89-93% цинку.
Схема холодного цинкування
Оцинкування металу за допомогою холодного методу є безальтернативною в тих випадках, коли потрібно забезпечити захист від корозії конструкцій, які не можуть бути покриті шаром цинку за іншими технологіями. До таких конструкцій, зокрема, відносяться вже змонтовані труби, опори ліній електропередач, елементи залізничної колії, а також інші металеві елементи, які знаходяться в змонтованому (стаціонарному) стані.
Цінконол і інші склади для виконання холодного цинкування широко використовуються і при ремонтних роботах, коли необхідно відновити пошкоджений цинковий шар на металевому виробі або конструкції. Зокрема, за допомогою даного методу може бути виконана відновна оцинковка кузова автомобіля (більш того, використовувати цінконол і інші суміші можна і для початкового, повного цинкування кузова своїми руками).
Склади для холодного цинкування є полімерні розчини з додаванням високодісперсіонного цинкового порошку
Виконувати холодне цинкування виробів зі сталі можна в досить широкому температурному інтервалі, при цьому сформоване покриття відрізняється не тільки високими захисними властивостями, але і хорошою еластичністю, стійкістю до механічних пошкоджень і температурних розширень.
Якщо говорити про недоліки методу холодного цинкування, то до них можна віднести недостатньо високу стійкість сформованого покриття до механічних впливів, а також необхідність у строгому дотриманні техніки безпеки при здійсненні такої процедури, що вимагає використання органічних розчинників.
гальванічний метод
Гальванічне цинкування, при виконанні якого на поверхню виробу виявляється електрохімічне вплив, дозволяє отримувати покриття, не тільки відрізняються високою точністю по товщині, але і володіють винятковою гладкістю. Таке електрохімічне цинкування забезпечує формування на поверхні металу захисного шару, товщина якого знаходиться в інтервалі 20-30 мкм.
Гальванічне цинкування дозволяє регулювати товщину формованого захисного шару, при цьому він відрізняється рівномірністю і високою декоративністю. За рахунок того, що при виконанні гальванічної оцинковки метал і цинк, який наноситься на його поверхню, з’єднуються на молекулярному рівні, готове покриття відрізняється виключно високою адгезією з основним металом. Тим часом на ступінь адгезії впливає наявність на поверхні виробу жирових і окисних плівок, видалити які повністю (особливо в умовах масового виробництва) практично неможливо.
Гальванічна лінія цинкування включає в себе повний комплекс обробки (від підготовки до закріплення)
Гальванічне цинкування виконують наступним чином. Оброблювана конструкція і цинкові пластини поміщаються в електролітичний розчин, а потім підключаються до позитивного і негативного контактам джерела електричного струму. За рахунок сформованої таким чином різниці електричних потенціалів пластини починають розчинятися в електроліті, і молекули цинку спрямовуються до поверхні виробу, осідаючи на ній і формуючи однорідний захисний шар.
Великою перевагою, яким гальванічне цинкування відрізняється від інших технологій, є те, що воно дозволяє сформувати на поверхні виробу захисний шар, що відрізняється винятковими декоративними характеристиками. Гальваник при цьому може регулювати товщину такого шару.
До найбільш значимого недоліку даного методу можна віднести його досить високу собівартість, яка складається не тільки з вартості цинкових пластин і електроліту. Наприклад, використаний електроліт, який містить досить велику кількість небезпечних відходів, необхідно ретельно очищати перед відправкою в каналізацію, що також серйозно відбивається на собівартості методу.
термодифузійне цинкування
Термодифузійна технологія цинкування металу (ТДЦ), яку часто називають шерардизации, була розроблена ще в 20-х роках минулого століття, але довгий час застосовувалася недостатньо активно. З кінця минулого століття Оцинковування металу за даною технологією знову набуло популярності.
Суть даного методу покриття металевого виробу цинком полягає в тому, що оброблювану деталь разом з Цинкоутримуючий сухою сумішшю поміщають в герметичний контейнер, в якому створюється висока температура — близько 2600 °. Під впливом такої високої температури атоми цинку переходять в газоподібний стан, що значно полегшує їх диффузионное проникнення в поверхневий шар виробу. Використовують таку технологію цинкування переважно в тих випадках, коли на поверхні оброблюваного металу необхідно сформувати захисний шар, товщина якого перевищує 15 мкм.
Установка для термодиффузионного цинкування
Термодифузійне покриття виробів з металу цинком, підготовка до якого виконується так само, як і при гарячого цинкування, відрізняється рядом переваг, до яких слід віднести:
- повну екологічну безпеку процесу, так як він виконується в герметичному контейнері;
- практично повна відсутність пір на готовому захисному покритті, що відрізняється високою адгезією до оброблюваної поверхні;
- високу захисну здатність покриття, отриманого за даною технологією (в 5 разів вище, ніж у цинкового шару, сформованого гальванічним способом);
- можливість регулювати товщину цинкового шару в досить великому діапазоні;
- збереження навіть складної форми і геометричних параметрів оцинкованого вироби;
- відсутність необхідності в спеціальній утилізації відходів, що утворюються.
Так виглядають вироби, оцинковані за методом ТДЦ
Є у цього методу покриття металевих виробів цинком і свої недоліки, до яких слід віднести:
- не надто привабливий брудно-сірий колір готового покриття і відсутність металевого блиску;
- невисоку продуктивність;
- наявність включень цинкового пилу в навколишньому повітрі при виконанні такого процесу, що завдає шкоди людському здоров’ю;
- неоднорідність цинкового покриття по товщині.
Газотермічне напилення цинку
Щоб покрити шаром цинку металевий лист або об’ємну деталь, можна використовувати газотермічним метод цинкування. Суть такого методу полягає в тому, що цинк, присутній спочатку в складі сухої суміші або дроту, напилюється на поверхню виробу в складі газового середовища. Використовувати таку технологію оптимально в тих ситуаціях, коли цинковий шар треба нанести на великогабаритні вироби, які не можна обробити іншими способами.
Принцип газо-термічного цинкування
Покриття металевого виробу цинком при використанні такого методу відбувається наступним чином. Частинки розплавленого металу, вдаряючись об оброблювану поверхню, формують тонкий шар, що нагадує за своєю структурою луску. Таке покриття, яке характеризується наявністю великої кількості пір, доповнюється нанесенням лакофарбових матеріалів. Створений в результаті такого комбінування шар має захисні властивості, що дозволяють металевого виробу, на яке він завдано, тривалий час успішно експлуатуватися в досить агресивних середовищах (висока вологість, постійний вплив морської і прісної води і ін.).
Параметри цинкових покриттів, що наносяться усіма перерахованими вище способами, регламентує відповідний ГОСТ, на який і слід орієнтуватися фахівцям.
Як виконати процедуру в домашніх умовах
Оцинкування в домашніх умовах виконується переважно електрохімічним методом або за технологією холодного цинкування, що пояснюється простотою даних способів. Щоб виконати цинкування своїми руками за допомогою електрохімічного методу, необхідно ретельно підготувати поверхню виробу. Така підготовка полягає в очищенні і знежирення, а також в протравливании кислотою і наступною промиванні водою.
Схема гальванічної установки для самостійного цинкування
Свій апарат для виконання гальванічного цинкування можна виготовити з джерела постійного струму, що видає напругу порядку 6-12 В з силою струму 2-6 А, ємності з діелектричного матеріалу і пристрою, за допомогою якого будуть фіксуватися електрод і оброблюваний виріб. Електролітом в даному випадку може виступати розчин будь-якої солі, що містить в своєму складі цинк. Приготувати такий розчин можна з акумуляторного електроліту, помістивши в нього на деякий час цинк і дочекавшись закінчення реакції розчинення. Отриманий склад перед використанням для цинкування слід процідити.
Виконуючи оцинкування своїми руками, слід мати на увазі, що на товщину і якість формованого покриття впливають такі чинники:
- щільність струму, що припадає на одиницю площі оброблюваної деталі;
- температура використовуваного електролітичного розчину;
- щільність застосовуваного електроліту;
- геометричні параметри і складність форми виробу.