Ванна для цинкования металла

Обновлено: 06.01.2025

Чтобы обеспечить металлоконструкциям защиту от коррозии, с 1942 года во всем мире применяют метод холодного цинкования.

Согласно особенностям технологии, на металлоповерхность наносят смесь с высоким содержанием цинка. В момент контакта металла с цинком происходит электрохимическая реакция.

Благодаря этому цинк теряет электроны и расходуется намного быстрее, что предупреждает образование коррозии до момента его полного истощения.

При нанесении веществ на металлические поверхности, с признаками ржавления, появляется возможность остановить образования коррозии.

Данный способ обработки называют катодной (активной) защитой. В свою очередь оцинковка металла также обеспечивает барьерную (пассивную) защиту за счет формирования на поверхности пленки высокой плотности.

Она исключает проникновение к металлу влаги и кислорода. Это увеличивает срок службы конструкции.

Технология холодного цинкования

Обработка поверхности металлоконструкций осуществляться с использованием разных антикоррозийных композиций, особенности состава, свойства и характеристики которых устанавливаются профильным стандартом – ГОСТ 9.305-84.

Настоящий стандарт определяет требования к металлическим и неметаллическим основаниям, производство которых выполнялось по электрохимической и химической методике.

Согласно требованиям ГОСТ 9.305-84, смеси для проведения холодного цинкования допускается использовать на разных конструкциях, за исключением деталей, выполненных из высокопрочных сталей и магниевых сплавов. Перед нанесением антикоррозийных составов металлическая поверхность проходит определенную подготовку.

Работы по подготовке включают:

удаление загрязнений и солей путем обмыва поверхности;
очистка металла абразивоструйным, гидроабразивным или гидродинамическим методом, что позволяет удалить ржавчину и окалину, а также придать поверхности нужный уровень шероховатости;
высушивание детали, если очистка проводилась гидроабразивным или гидродинамическим методом;
удаление заусенец, острых кромок и варочных брызг (эти работы выполняются вручную);
очистка от пыли путем использования воздушных потоков, которые направляют на поверхность под высоким давлением.

Подготовка металлоконструкций предполагает полную очистку поверхности, на которой не должно оставаться жира и следов масел (для этого применяются растворители).

По завершению подготовительных работ проводятся мероприятия по нанесению выбранного состава на поверхность изделия. Холодный способ обработки предполагает поддержание в помещении, где наносится цинковый состав, температурного режима в диапазоне от -20°C до +40°C.

При этом, согласно рекомендациям производителей таких составов, поверхность обрабатываемой детали должна быть минимум на 3°C больше точки росы. Если это условие будет нарушено, то на изделии образуется влага, которая снижает качество нанесенного защитного слоя.

Рассчитывают точку росы при помощи психрометра, термометра, гигрометра или другого устройства. Полученные показания сравнивают с параметрами, которые приведены в таблице.

Зависимость точки росы от температуры и относительной влажности

Важно отметить, что наносить каждый последующий слой покрытия можно только после полного высыхания предыдущего слоя.

На очищенную поверхность наносят антикоррозийную композицию, в составе которой присутствует цинк. Чтобы исключить образование конденсата, наносить составы следует с учетом рекомендаций производителей в отношении рабочих температур.

Нанесение краски с цинком осуществляется в несколько слоев. При этом каждый последующий слой наносят только после полного высыхания предыдущего. Ускорить высыхания краски позволяет безвоздушная технология или применение пневмокраскопультов.

Качество нанесенного защитного покрытия, а также уровень адгезии проверяют с помощью специальных измерительных устройств. Также проводится визуальный осмотр для выявления участков, которые необходимо доработать, и других дефектов покрытия.

Требования нормативных актов и стандартов

Материалы, используемые при холодной оцинковке металла, в обязательном порядке должны отвечать нормам, которые определяет ГОСТ 9.305-84. Отдельные характеристики регламентируются рядом нормативно-правовой документации и стандартами: ISO 8502-3, ГОСТ 12.2.052 и ISO 8503-1.

Так, проверка качества удаления пыли с поверхностей металлоконструкций осуществляется путем определения объема и размера частиц пыли, что прописано в положениях стандарта ISO 8502-3.

Проверка качества обезжиривания проводится с помощью люминесцентного метода, согласно требованиям ГОСТа 12.2.052, а степень шероховатости определяют с использованием классического профилометра или специального компаратора – согласно требованиям 8503-1.

Чем отличаются технологии горячего и холодного цинкования

На данный момент существует два вида цинкования – это горячий и холодный метод. Технологию горячего цинкования разработали 160 лет назад. После открытия этот метод обработки металла был признан стандартом. Это обусловлено высокой степенью защиты обрабатываемых поверхностей от процессов коррозии. После открытия данный метод не изменился с технической точки зрения.

Технология предполагает опускание металлоконструкции в ванну с цинковым составом, разогретым до температуры 400°C. После этого изделие подвешивают до полного высыхания покрытия.

Благодаря полному погружению конструкции в антикоррозийный состав удается получить однородное покрытие, поскольку так цинк заполняет все имеющиеся трещины и труднодоступные участки. Защитное покрытие способно прослужить до 60 лет, период службы напрямую зависит от условий эксплуатации.

Метод холодного цинкования изобрели в 40-х годах прошлого столетия. Благодаря практичности и относительной простоте нанесения антикоррозийных составов популярность данной технологии стремительно растет.

Красноречивым доказательством надежности и долговечности покрытий, наносимых при помощи данной технологии, выступает самый крупный водопровод мира (протяженностью 460 км), расположенный в Австралии.

Конструкция была обработана в 1942 – 1944 гг. притом, что покрытие с того времени не обновлялось. Учитывайте, что в те времена использовалось старое оборудование, а толщина одного слоя покрытия составляла только 75 мкм.

Холодная оцинковка металла предполагает нанесение на металлоповерхности смесей, в которых присутствует цинк в объеме 92 – 96%. Перед тем, как защитное покрытие будет нанесено, важно правильно подготовить поверхность путем ее тщательной очистки от различных загрязнений.

Наносить цинкосодержащие составы можно путем окунания детали или, используя кисть, валик и краскопульт.

Когда применяется холодное цинкование?

Холодное цинкование получило широкое применение при обработке автомобильных и судовых деталей, арматуры и труб, мостовых конструкций, цистерн и резервуаров, нефтепроводов и других металлоконструкций.

Широкая сфера применения обусловлена следующими преимуществами технологии:

Цинковые составы характеризуются высоким уровнем адгезии;
Для подготовки поверхности не требуются большие финансовые вложения;
Можно обрабатывать конструкции и детали разной формы и размеров;
Нанесение защитного покрытия допускается в бытовых условиях;
После обработки конструкции хорошо поддаются свариванию;
Детали допускается обрабатывать в следующих температурных условиях: от -20 до +40°C;
Отсутствие необходимости в демонтаже, транспортировке и повторном монтаже конструкций.

В заключение

Невзирая на надежность технологии горячего цинкования, ее применение не всегда целесообразно.

Ведь для проведения процедуры зачастую необходимо демонтировать конструкцию, транспортировать ее к месту проведения работ, а затем снова монтировать.

Это влечет значительные расходы, в отличие от оцинковки деталей холодным методом.

Поэтому данная методика в большинстве случаев является предпочтительнее, поскольку позволяет сэкономить с сохранением должного качества защиты металла.

Технология дает возможность защитить металлоконструкции сроком от 10 лет.

Ванна для горячего цинкования

Технология горячего цинкования предполагает использование специальных ванн, в которых производится предварительная обработка металла и окончательное нанесение защитного покрытия. Для производства подобной продукции используются материалы, устойчивые к воздействию химически активных и агрессивных составов. Качественная ванна для горячего цинкования металла способна выполнять свои функции в течение длительного времени при условии обслуживания в соответствии с требованиями нормативов.

Категории ванн

Горячее цинкование металлических заготовок и продукции осуществляется в специально оборудованном цехе. Ванны для предварительной обработки изделий расположены последовательно, в соответствии поэтапным порядком обработки деталей. Такая компоновка предполагает сокращение времени на нахождение металла в воздушной среде, соответственно качество защитного покрытия улучшается.

Для цинкования металла используются ванны двух категорий:

резервуары для предварительной обработки - предназначены для очистки металла от различных загрязнений, нанесение тонкой пленки с целью улучшения адгезии. В стандартном цехе используются ванны обезжиривания, промывки, травления, флюсования и другие необходимые емкости;
ванны для выполнения основных операций - используются для нанесения защитного покрытия. К таким емкостям предъявляются особые требования.

Стандартная ванна для цинка, предварительной и заключительной обработки должна соответствовать ряду общих требований. Материал, из которого изготовлена емкость, должен быть инертен по отношению к используемым химическим составам, способен выдерживать необходимый температурный режим. Также требуется обеспечить герметичность резервуара, возможность безопасной эксплуатации и обслуживания.

Материал корпуса и размеры

Габариты емкостей для горячего цинкования могут быть различными. При выборе продукции учитываются параметры деталей, подлежащих обработке. Наиболее востребованными являются резервуары среднего размера, которые можно встретить на большинстве предприятий, занимающихся горячим цинкованием металлоконструкций. Например, на предприятии АО "Умекон" используются ванны фирмы «Pilling» с размером 13,5х2,2х3,5 м.

Для работы с крупными деталями и изделиями применяются крупногабаритные ванны, в которые продукция помещается полностью. Малогабаритные емкости имеют объем менее 30 кубических метров и также активно используются на производстве. Размер ванны горячего цинкования является одним из основных параметров при выборе.

Еще одной важной характеристикой емкостей для обработки металла является материал, из которого изготовлен резервуар. Пользуются спросом ванны, выполненные из полимеров:

изделия из полиэтилена с маркировкой РЕ выдерживают температуры от -20 до +80 градусов. К достоинствам таких ванн относится устойчивость к ударам и механическим нагрузкам, воздействию химически активных составов, эластичность;
одними из лучших по характеристикам являются ванны из полипропилена РР, работающие в температурном диапазоне до 100 градусов. Такие емкости устойчивы к воздействиям кислот и щелочей, обладают хорошими диэлектрическими показателями, прочные и износостойкие;
изделия из поливинилхлорида стоят дороже полипропиленовых аналогов, используются в производстве резервуаров большого объема. Такие емкости хорошо переносят ударные нагрузки, отличаются температурной и химической стойкостью;
самыми дорогими являются ванны из половинилиденфторида PVDF. Такие конструкции выдерживают нагрев до 140 градусов, устойчивы к воздействию кислот, щелочей, других химически активных соединений;
на производстве активно используются ванны из нержавеющей стали, в состав которой входят добавки для улучшения химической стойкости. Такие емкости применяются при промывке, сушке, фосфатировании изделий;
в цехах горячей оцинковки можно встретить дорогие в производстве ванны из титана. Такие емкости в несколько раз дороже стальных и полимерных аналогов. Изделия не подвергаются коррозии, хорошо выдерживают воздействие химически активных веществ.

Все указанные типы ванн являются востребованными при горячем оцинковании. При выборе емкости учитывается ряд характеристик и условий использования резервуара. В отдельных случаях ванна может использоваться как резервная, заменять основную емкость на период ремонта или профилактики.

Конструкция

Что из себя представляет непосредственно резервуар, где будет расплавляться цинк и куда будут погружаться металлоконструкции. Как правило, это керамическая ванна в металлическом кожухе, толщиной 20-30 мм. Ванна оборудована системой управления, аспирации аэрозольных отходов, системой нагрева, вспомогательными системами. Рабочая температура в ванне 450-480 С.

На изображениях ниже можно увидеть примерную схему цеха горячего цинкования:

Ванны на участке химической подготовки металлоконструкций цеха горячего цинкования: виды

Предварительная подготовка металлических деталей для последующего цинкования является наиболее важным этапом. От качества его проведения зависит успешность нанесения защитного покрытия. В процессе подготовки изделия проходят несколько стадий, на каждой из которой используются емкости для химических растворов.

Стандартными ваннами участка химической подготовки являются:

емкости для обезжиривания металла чаще всего производятся из полипропилена толщиной примерно 20 мм. Для очистки стали в таких ваннах используются кислотные и щелочные растворы, к воздействию которых материал устойчив;
для промывки деталей также используются специальные ванны, в которые подается вода. Так как стенки емкости контактируют с остатками химических растворов, для производства ванн используются полимеры;
специальная ванна для травления металла выполняется из материалов, устойчивых к воздействию соляной кислоты. Обязательно присутствует крышка для исключения испарений химических веществ;
флюсование заготовок выполняется в специальных емкостях. Материалы, из которых выполнена ванна, способны работать при температуре порядка 60 градусов и должны быть устойчивы к воздействию хлоридов аммония и цинка.

Кроме резервуаров предварительной подготовке на участке химической обработки предусмотрены ванны охлаждения. Чаще всего такие емкости выполнены из стали или полимеров, находятся в постоянном контакте с водой.

Срок службы

В зависимости от условий эксплуатации, материалов, из которых выполнена емкость, срок службы ванн может отличаться. В среднем продолжительность использования резервуаров составляет 25 лет. Если не соблюдать требования технологических процессов, периодически вытаскивать цинк из ванны, застывший на дне, емкость может прийти в аварийное состояние ранее определенного производителем срока.

Технологический процесс горячего цинкования является сложным и ответственным, требует поэтапной обработки изделий, применения герметичных емкостей и специальных химических составов. К ваннам, установленным на производственных участках, предъявляются высокие требования. Использование емкостей высокого качества – обязательное условие проведения цинкования металла в соответствии с требованиями действующих стандартов.

Особенности строения и использования ванн для горячего цинкования

Метод горячего цинкования – это одно из самых распространенных средств, которые используются для защиты металла от большинства внешних катализаторов коррозии. На поверхности материала при этом создается специальная пленка.

Она не позволяет влажности, атмосферной коррозии и другим негативным факторам нанести сильный вред металлу, разрушить его, сильно увеличивает сроки использования.

В процедуре горячего цинкования большое значение имеют ванны, которые используются в процессе. Они заполняются активным веществом, деталь окунается внутрь.

Наша компания давно и успешно занимается обеспечением горячего цинкования и гарантирует клиенту высокое качество результатов. У нас есть все нужное оснащение, в том числе, правильно подобранные ванны для оцинковки.

Этот материал мы полностью посвятим рассмотрению вопроса о том, какими бывают лампы и как они влияют на то, как будет проводиться процедура цинкования. Это позволит клиентам лучше понять все особенности процесса.

Основные категории ванн

Специальная емкость для цинкования составляет основу цехового оборудования. Ванны могут использоваться как для самого цинкования, так и чтобы предварительно подготовить поверхность.

Есть две основные категории ванн, которые применяются специально на производственной линии:

Для предварительной обработки. Главная цель – не допустить того, чтобы на поверхности металла оставались какие-либо загрязнения. Метод флюсования при этом становится обязательной частью технологического процесса и предполагает, чтобы на поверхности материала появится специальная пленка.
Для выполнения основных задач по цинкованию. Основное цинковое защитное покрытие наносится на материал именно в таких емкостях. Они должны соответствовать всем установленным в данной отрасли требованиям.

На нашей производственной линии установлено сразу несколько ванн разной вместимости. Все они проверены на соответствии всем установленным требованиям – не входить в реакцию с химическими составами, хорошо выдерживать даже большие температуры, до которых происходит прогрев при обработке деталей.

Особенности размеров и материалов корпуса ванны для цинкования

В работе могут использоваться различные варианты объема ванн для проведения горячего цинкования. Эти характеристики напрямую влияют на то, с какими деталями можно работать в процессе.

Наша компания оснащает свои производственные линии самыми глубокими ваннами в ЦФО. Это помогает выполнять все задачи клиентов и справляться с цинкованием даже самых сложных деталей. Также учитывается и объем. Это нужно чтобы понять, какое количество цинка можно будет загрузить внутрь.

В процессе подбора определенных вариантов емкости, на первый план выходит не только их объем, но и материал, который был использован в процессе изготовления. Есть несколько наиболее распространенных вариантов сырья, среди которых:

Полиэтилен РЕ. Может применяться специально для того, чтобы закачивать внутрь вещество, которое прогрето до +80. При этом полиэтиленовые варианты емкостей отличаются высокой степенью механической прочности, отлично выдерживают даже достаточно сильные внешние нагрузки. Полиэтилен показывает хорошую эластичность и при этом не вступает в контакт с различными химическими веществами, которые применяются в процессе.
Полипропилен РР. Еще один вариант материала, который можно использовать для уже более сильного нагрева – до 100 градусов. Именно такой вариант продукции создан специально для того, чтобы справляться с сильным давлением, а также не допустить повреждения под действием химически-активных веществ, таких, как щелочи и кислоты. Популярность подобному материалу прибавляют и хорошо выраженные диэлектрические характеристики.
Поливинилхлорид. Продукция из такого материала во многом похожа на полипропилен. Материал используется специально для того, чтобы создавать емкости действительно большого объема, в которые можно погружать крупные детали. Корпус оказывается максимально прочным, хорошо выдерживает сильные нагрузки, в том числе, ударные.
Поливинилхлорид PVDF. Распространенный, хотя и довольно дорогой материал. Отлично противостоит кислотам и щелочам, различным соединениям с высоким уровнем химической активности. В процессе работы отлично справляется с прогревом стенок даже до +140 градусов.
Нержавеющая сталь. Классический вариант для производства ванн различного объема. В силу своей повышенной химической стойкости, такой материал оказывается очень востребованным. Он отлично подойдет для сушки, фосфатирования, промывки и других вариантов работ.
Титан. Изделия из титана стоят достаточно дорого, потому встречаются реже, чем модели из полимерных составов или из нержавейки. При этом обеспечивается высокий уровень защиты от коррозии и различных видов повреждений, которые возникают под воздействием агрессивных химических средств с разными показателями.

При оборудовании своих линий подготовки материалов, а также проведения горячего цинкования, мы учитывали все установленные к такому типу продукции требования. Это позволило обеспечить высокое качество подготовки деталей, а также последующего выполнения оцинковки поверхностей.

Главные особенности конструкции ванн для цинкования

В продаже также существуют различные типы ванн, специально созданные как для предварительной подготовки продукции, так и для цинкования.

Конструкция продукции создана таким образом, чтобы обеспечивать высокий уровень качества работы. Предусмотрены специальные защитные металлические кожухи, системы аспирации и многое другое. Все это позволяет гарантировать, что уровень подготовки продукции, а также качество результата проведения работ будет на действительно высоком уровне.

Особенности использования емкостей для химической подготовки продукции

Наша компания уделяет большое внимание процессу предварительной подготовки изделий непосредственно перед проведением горячего цинкования. Это позволяет удалить с поверхности все загрязнения, которые потенциально могли бы представлять угрозу для качества итоговой оцинковки.

Они удаляют органические загрязнения, а также делают все для того, чтобы повысить уровень адгезии, стабилизировать качество сцепления цинкового покрытия.

Существует сразу несколько основных видов ванн, которые могут использоваться в процессе подготовки продукции. К ним относятся следующие:

Емкости для проведения обезжиривания. Обычно для такой задачи допускается применение специальных полипропиленовых емкостей с разными характеристиками. Они выпускаются с толщиной стенок примерно 20 мм. При помещении стали в такую ванну, внутрь заливаются щелочные растворы. При этом с поверхности удаляются органические загрязнения, которые могли бы повлиять на конечное качество цинкования.
Ванны для промывки. В работе по подготовке активно используется вода. Это нужно для того, чтобы устранить с поверхности все остатки химических растворов. При этом возможно использование полимерных материалов для изготовления емкостей.
Ванна для травления. Еще одним действием, которое создано специально для подготовки металла, становится травление. В процессе может применяться множество вариантов материалов. Главное требование к ним – гарантия высокого уровня защиты против разрушения из-за длительного контакта с соляной кислотой.
Емкости для флюсования. Чтобы увеличить адгезию материала и сделать цинковое покрытие намного более качественным и стабильным, в работе также применяется и процедура флюсования. Материалы, которые применяются для создания ванны, имеют высокий уровень стойкости к контакту с хлоридами аммония и цинком.
Охладительные ванны. Чтобы продолжать работу с деталью после того, как она была полностью оцинкована, используются полимерные или стальные ванны, в которых температура материала постепенно опускается до указанных характеристик.

Наше производство оснащено всеми современными ваннами горячего цинкования, а также правильно подобранными емкостями для выполнения подготовки. Вся производственная линия строго отвечает установленным отраслевым требованиям.

Что влияет на срок службы ванны для цинкования

Стоит обратить внимание на то, от чего зависит срок эксплуатации такой емкости.

В среднем, одной ванны хватает на 20-25 лет.

При этом важно обеспечивать соблюдение требований по эксплуатации, не допускать доведения до аварийного состояния.

Также стоит контролировать то, какие составы заполняются внутрь. Применение различных вариантов химически активных веществ могут повлиять на то, сколько будет использоваться подобная емкость для оцинковки.

Выбор правильного состава ванны цинкования гарантирует, что даже при контакте с агрессивными химическим средами, не будет наблюдаться нарушения целости конструкции, герметичности.

Оформите заказ на качественное горячее цинкование

На производственной линии нашей компании оборудованы различные варианты конструкции ванн горячего цинкования и правильной подготовки материалов для проведения обработки. Мы выполняем качественные работы по цинкованию и гарантируем, что металл получит хороший уровень защиты против большинства потенциальных внешних нагрузок.

Среди преимуществ работы с нами есть такие, как:

Хороший уровень оснащения современным оборудованием.
Официальные гарантии качества всех видов работ.
Быстрое выполнение даже срочных заказов.
Доступные цены.
Работа даже с наиболее крупными деталями.

Мы готовы ответить на все интересующие клиентов вопросы, рассчитать стоимость выполнения поставленной задачи. Чтобы узнать подробности работы с нами, оставьте заявку или звоните по указанным телефонам.

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:

Толщина защитного покрытия — если для габаритных металлоконструкций чем большим будет слой защиты, тем лучше, то для высокоточных мелких деталей необходимо применять цинкование, при котором можно выбирать и контролировать толщину антикоррозионного покрытия. Реализовать это позволяет далеко не всякая технология.
Равномерность толщины оцинковки — опять же, чем мельче и точнее металлическая деталь, тем выше требования к наносимому на неё защитному покрытию. Например, опоре ЛЭП всё равно, насколько равномерно она будет укрыта цинком, тогда как для деталей, имеющих прецизионные отверстия, резьбу, фаски и прочее — равномерность слоя цинка крайне важна.
Прочность удержания защитного покрытия на металле — сильно зависит от того, каким методом было выполнено цинкование. Например, при рассмотренном далее горячем и термодиффузионном цинковании цинк не только покрывает поверхность изделия, но также соединяется с ним на молекулярном уровне, что существенно повышает прочность удержания защиты на металле.
Внешний вид оцинкованной детали — в зависимости от применяемой технологии поверхностный слой оксида цинка может быть матовым, глянцевым, а также отличаться оттенками от тёмно-серого до голубоватого.
Стойкость к механическим повреждениям — чем она выше, тем дольше продержится защита на изделиях, подвергающихся тем или иным физическим нагрузкам.
Способность к самовосстановлению — по большей части зависит от толщины нанесённого на металл цинка и характера эксплуатации конструкции или изделия.
Коррозионная устойчивость — является общим свойством обработанного изделия, которое складывается из совокупности нескольких факторов. В том числе, устойчивость оцинкованной детали к коррозии зависит от толщины цинкового слоя, его равномерности, прочности удержания, а также от стойкости к механическим повреждениям и способности к самовосстановлению.

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:

Горячее — выполняется посредством погружения обрабатываемых изделий в расплавленный цинк.
Холодное — осуществляется по абсолютной аналогии с обычным окрашиванием вручную или при помощи напыления.
Гальваническое — реализуется путём погружения обрабатываемых деталей в цинкосодержащий электролит, через который пропускается электрический ток.
Термодиффузионное — слой защитного покрытия формируется при помещении обрабатываемой детали в среду, насыщенную порошкообразным цинком.
Газотермическое — на обрабатываемую деталь направляется газовая горелка и в пятно наибольшего нагрева подаётся цинковая проволока или цинковый порошок.

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:

Отгрузка требующих обработки изделий в зону навески. Поскольку рассматриваемый метод один из немногих, который позволяет оцинковывать сравнительно крупногабаритные детали, то отгрузка, как правило, осуществляется при помощи специальных мостовых кранов.
Навеска металлоконструкций. Для последующей обработки доставленные на производство детали навешиваются на подвижные траверсы. Металлоконструкции распределяются и фиксируются таким образом, чтобы вся секция могла поместиться в технологические ёмкости на дальнейших этапах. Также важно навесить изделия так, чтобы они могли контактировать с жидкостями, в которые они будут погружаться, всей поверхностью, не мешая друг другу.
Предварительная обработка металлоконструкций. Перед цинкованием горячим методом изделия из стали подвергаются обязательной многоэтапной подготовке. Она заключается в попеременном погружение траверсы с вывешенными деталями в ванны с технологическими жидкостями. В том числе, в этих ваннах проводится обезжиривание, очистка, травление (за счёт чего обеспечивается проникновение цинка в кристаллическую решётку металла), удаление следов кислоты, покрытие защитным флюсом. Также на данном этапе выполняется предварительный подогрев металла перед погружением в расплавленный цинк, что позволяет избежать деформации изделий из-за резкого перепада температур.
Сушка и предварительный разогрев. Осуществляется в специальной многоступенчатой печи, в которую подаётся разогретый и очищенный воздух. В результате перед оцинковкой с металлоконструкций испаряются следы предварительной подготовки в ваннах с жидкостями, а также происходит их дополнительный прогрев.
Цинкование. Основной технологический этап процесса горячего цинкования металла. Выполняется путём транспортировки траверсы с подготовленными металлическими изделиями в закрытую со всех сторон печь, в которой расположена ванна с расплавленным цинком. Его температура поддерживается на постоянном уровне в районе +450°C при помощи высокоскоростных газовых горелок. Герметичность печи нужна по двум причинам.

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.

Снятие, сортировка и отгрузка оцинкованных металлоконструкций. По завершению процесса цинкования в ванне с расплавленным цинком траверса с вывешенными изделиями автоматически направляется в зону для их снятия и сортировки, после чего выполняется погрузка металлоконструкций на транспорт для отправки заказчику.

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):

сравнительно невысокая стоимость реализации технологического процесса;
высокая производительность автоматизированных линий (до 30 000 тонн в год);
возможность цинкования тяжёлых и крупногабаритных металлоконструкций (до 6 тонн и 13×2×3,1 м);
толщина защитного покрытия 40-200 мкм. Для крупногабаритных изделий толщина может составлять более 200 мкм;
высокая прочность удержания защитного покрытия на металле за счёт проникновения цинка в кристаллическую решётку железа;
высокая стойкость к механическим повреждениям;
отличная способность защитного покрытия к самовосстановлению;
высокая коррозионная устойчивость.

Недостатки:

невозможно наносить слой цинкового покрытия тоньше 45 мкм;
неравномерность защитного покрытия;
непрезентабельный внешний вид обработанных деталей — тёмно-серый, матовый.

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:

дешевизна;
простота технологического процесса;
возможность обработки металлических изделий и конструкций любой формы и размеров;
обрабатываемые детали не нужно демонтировать и транспортировать на предприятие для цинкования;
при необходимости может быть нанесён слой цинкосодержащего состава любой толщины;
внешний вид металлоконструкции можно задать финишной обычной краской, тогда как подложкой для неё будет служить цинкосодержащий грунт.

неконтролируемая равномерность толщины защитного покрытия;
невысокая прочность удержания защитного покрытия на металле;
слабая стойкость к повреждениям.

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:

презентабельный внешний вид защитного покрытия;
тонкий слой цинка (10-20 мкм), что позволяет обрабатывать прецизионные детали;
равномерность оцинковки;
сравнительно низкая себестоимость процесса;
возможность обработки неметаллических предметов, которые не могут выдержать, например, процесса горячего цинкования;
способность к самовосстановлению;
достойная прочность удержания цинка на поверхности.

слишком малая толщина слоя цинка для интенсивной эксплуатации изделий в агрессивной среде (имеется в виду вне сухих помещений);
абсолютная неустойчивость к механическим нагрузкам;
низкая общая коррозионная устойчивость.

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:

регулируемая толщина защитного покрытия;
высокая прочность удержания цинкового покрытия за счёт диффузии металлов;
равномерное распределение цинка по всей обрабатываемой поверхности (включая труднодоступные места);
высокая стойкость к повреждениям;
способность к самовосстановлению;
высокая общая коррозионная устойчивость (сравнимая с горячим цинкованием).

сложность технологического процесса;
высокая себестоимость (примерно в два раза дороже, чем горячее цинкование);
непрезентабельный внешний вид оцинкованных деталей.

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:

возможность осуществления цинкования вне производственных условий и без демонтажа металлоконструкций;
сравнительная равномерность покрытия;
регулируемая толщина цинка.

нельзя обрабатывать мелкие детали;
пористость покрытия;
невозможно качественно оцинковать труднодоступные места;
не подходит для цинкования прецизионных деталей;
высокая трудоёмкость процесса;
низкая производительность.

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.

Технология гальванического цинкования

Гальваническое цинкование металлоконструкций является одним из самых востребованных видов цинкования, благодаря которому изделия приобретают высокие защитные и декоративные свойства.

В отличие от горячего метода обработки, данная технология является более простой и дешевой.

Однако она имеет определенные ограничения по использованию, что обусловлено сравнительно тонким слоем защитного покрытия (не превышает 40 мкм).

Технология гальваники предусматривает осаждение цинка из состава электролита на металлоконструкцию, которая в свою очередь подключена к сети питания через отрицательный полюс.

Чтобы увеличить уровень механической и коррозийной устойчивости, а также для повышения декоративных качеств деталей, цинковое покрытие дополнительно подвергают хроматированию, кадмированию или обработке фосфатными составами.

На производстве гальваническая обработка металла проводится в строгой последовательности

Очистка поверхности деталей от лакокрасочных и смазочных материалов, ржавчины и окалины (процедура проводится с использованием обезжиривающих и щелочных смесей).
Промывка чистой водой в специальной проточной ванне.
Электролитическое обезжиривание и последующая промывка.
Травление в составе, который включает воду и соляную кислоту. Процедура удаляет остатки ржавчины и окалины, исключая растворение или деформацию основного металла, а также декапирует поверхности перед обработкой.
Промывка, непосредственно гальваническая оцинковка и повторная промывка.
Для устранения с поверхности окисной пленки применяться осветление металла в растворе, состоящем из воды и азотной кислоты.
Промывка, фосфатирование (при необходимости) с последующей промывкой.
Может быть проведена пассивация электролитическим хроматированием или путем хроматированного распыления.
Сушка детали.

В зависимости от особенностей технологии обработки и типа продукции гальваническая обработка металла может включать дополнительные манипуляции.

Если обрабатывают полосу, то цинкование начинают с разматывания материала, а далее выполняют сварку концов. На заключительном этапе полосу обрабатывают маслом и сматывают.

Дефекты при гальваническом цинковании

Среди причин, которые значительно влияют на уровень качества обрабатываемых деталей, выделяют следующие:

Низкое качество подготовки металлоконструкций;
Отклонение от соблюдения рецептуры электролита;
Нарушения характеристик и последовательности этапов гальванической обработки.

Также качество готовой продукции зависит от конфигурации, особенностей расположения и состояния плоскостей ведущих и дополнительных анодов, а также пространственного расположения изделий в электролите.

Вследствие этого на деталях могут присутствовать такие дефекты, как:

Питтинг – на металле образуются углубленные полосы или незначительные точечные каверны. Такие недостатки появляются, как правило, в результате того, что в электролите присутствуют гидрокисные или органические примеси, а также при низкой интенсивности перемешивания или его полном отсутствии.
Низкий уровень адгезии – плохое схватывание цинкового слоя или его отслаивание может наблюдаться при нарушении процесса очистки, травления или обезжиривания детали. Также такое наблюдается при засорении электролита различными органическими соединениями, включая соли разных других металлов.
Разнотипность внешнего вида – вызывает несоблюдение рецептуры в части пропорции используемых компонентов электролита при одновременном накоплении в гальванической ванне определенного объема солей железа. Также причиной данного дефекта может выступать недостаточное перемешивание компонентов и пониженная температура, которая не отвечает норме.
Повышенная шероховатость – свидетельствует о присутствии в гальванической смеси всевозможных механических примесей, сульфата цинка и гидроксидов в повышенном объеме. Также это возникает в результате недостаточного количества анионов цинка в электролите и при избыточной плотности тока.
Хрупкость цинкового покрытия – является следствием превышенной плотности тока в катодном пространстве или присутствием в электролите органических примесей в большом объеме.
Темный (преимущественно коричневый) цвет – вызывает наличие в гальванической ванне различных органических загрязнений. Такой эффект также может вызвать существенно снижение плотности тока возле катода и повышение температуры электролитической смеси.

Сравнительные характеристики горячего и гальванического цинкования

Сегодня применяется два вида цинкования металлоизделий – это горячее оцинкование путем окунания деталей в расплав цинка и гальванический способ обработки цинком, который предполагает воздействие на детали электрического тока. В свою очередь гальваническая технология цинкования производится двумя технологическими методами.

В первом случае обработка выполняется в специальных установках (барабанах), которые вращаются с определенной скоростью. Метод получил распространение для обработки деталей с резьбой и без резьбы.

Во втором случае металлоконструкции подвешивают при помощи медной проволоки, а затем опускают в смесь с электролитом. Широко применяется для оцинкования габаритных конструкций. В свою очередь метод горячего оцинкования также выполняется подвесным способом, используется для крупногабаритных конструкций.

Перед выбором конкретного способа обработки деталей нужно учитывать следующие факторы:

Эстетические и декоративные требования к защитному покрытию.
Уровень влияния агрессивности факторов внешней среды, в которой планируется использовать конструкцию.
Конструктивные особенности деталей (наличие отверстий, пр.).
Насколько метод обработки отвечает технологическим нормам процессов оцинкования.

В случае, когда конструкции предполагается эксплуатировать на улице и в других агрессивных условиях, главным требованием к покрытию выступает высокая антикоррозийная стойкость. Такие изделия следует обрабатывать цинком по технологии горячего оцинкования, которая позволяет наносить покрытие толщиной от 60 микрометров.

В данном случае в течение года цинковое покрытие разрушается не больше, чем на 10 микрометров.

Однако метод горячей обработки может применяться только в отношении конструкций, в которых имеются отверстия определенного диаметра. Также следует учитывать, что на деталях, обработанных таким способом, могут оставаться наплывы, подтеки и капли.

Поэтому декоративные качества покрытия в данном случае достаточно низкие. К тому же тонкие металлоизделия могут деформироваться вследствие горячей обработки, что обусловлено особенностями технологии (цинк наносят при температуре 450°C).

Гальваническая оцинковка металла проводится при комнатной температуре, поэтому данный метод иногда называют «методом холодного цинкования», при котором металл не подвергается деформации.

Данный способ обработки отлично подходит для деталей, в которых присутствуют резьбовые соединения.

Сфера применения гальванического цинкования

Данный способ широко применяется на изделиях, изготовленных из углеродистых сталей и разных видов чугуна. Основной сортамент гальваники представлен разным инструментом, деталями машин и оборудования, всевозможными опорами и крепежными элементами, включая тонколистовой холоднокатаный металлопрокат.

Наряду с защитными свойствами, гальваническое цинкование также наделяет металл декоративными качествами. Это обусловлено равномерностью распределения покрытия по поверхности и точным повторением покрытия конфигурации детали.

Толщина цинкового покрытия составляет 6 – 9 микрометров, но при этом конструкции подвергаются пассивации в специальном хроматном растворе. Благодаря пассивации можно получить высокий эстетический эффект.

Процедура позволяет придать конструкциям такие цветовые решения, как радуга (золотистый цвет, который отлично переливается на солнце) и голубизна (цинк белого цвета приобретает голубой отлив).

Методика гальваники предполагает лишь внешнее покрытие деталей, поскольку нанести покрытие в труднодоступных местах невозможно вследствие отсутствия электропроводимости.

Металлоконструкции, оцинковка которых проводилась гальваническим способом, широко применяются в умеренной среде. Таким образом, такие конструкции могут использоваться на улице лишь периодически, при этом они не должны иметь прямой контакт с влагой.

Виды электролит

Применение данной технологии предусматривает соблюдение состава электролита и температурного режима. Это обусловлено тем, что эти параметры при требуемой плотности тока оказывают прямое воздействие на структуру наносимого покрытия и скорость осаждения цинка.

Чтобы получить желаемый декоративный эффект, в электролит добавляют окрашивающие и блескообразующие компоненты.

Метод гальванического оцинкования предполагает использование нескольких групп электролитов, которые отличаются составом рецептуры:

Слабокислые и кислые – наиболее простые составы, при создании которых применяются сульфаты, хлориды, борфториды и их смеси;
Цинкатные и цианидные – это щелочные вещества, в составе которых присутствует цианид натрия и цинкат натрия, которые растворяют в едком натре;
Аммиакатные – нейтральные и щелочные составы, полученные посредством растворения оксида цинка в смеси хлорида или сульфата аммония.

Также технологи используют электролиты, создаваемые на основе аминосоединений. Однако такие растворы применяются крайне редко.

Вывод

Цинковый слой, нанесенный методом горячего оцинкования, способен сохранять эксплуатационные свойства на протяжении до 120 лет при использовании в обычных условиях. Это обусловлено толщиной слоя цинка, который составляет до 200 мкм.

В результате металл приобретает высокие защитные свойства и отличается стойкостью к механическим воздействиям. Более того, покрытие способно самостоятельно восстанавливаться при образовании трещин, что обусловлено особенным составом цинкового раствора.

В свою очередь толщина слой цинка при гальванике составляет не более 15 мкм. Поэтому срок службы изделий с такой толщиной покрытия в агрессивных условиях способно прослужить не более 1 года. Преимуществами данной методики выступают доступная стоимость, ровность и равномерность покрытия.

Читайте также: