Виды цинкования металла
Цинкование металлов — важнейший раздел металлургии и металлофизики, предназначенный для повышения коррозийной стойкости изделий и конструкций. Наука о защите металлов цинком включает множество технологий, каждая из которых характеризуется своими физическими и химическими особенностями, методами нанесения, областью применения и уровнем защиты.
Цинк обладает уникальной способностью быстро реагировать с кислородом, образуя плотный и прочный оксид — цинковый слой, который эффективно препятствует проникновению кислорода к базовой металлоконструкции. При повреждении защитной пленки цинк вступает в новую реакцию и формирует новую защитную оболочку, что обеспечивает эффект самовосстановления. Все методы цинкования основаны на принципе нанесения этого слоя с регулируемой толщиной, что позволяет адаптировать защиту под конкретные условия эксплуатации.
Основные технологии цинкования различаются по использованию термических, электрохимических и диффузионных методов. В этой статье рассмотрим основные методы цинкования.
Цинк обладает уникальной способностью быстро реагировать с кислородом, образуя плотный и прочный оксид — цинковый слой, который эффективно препятствует проникновению кислорода к базовой металлоконструкции. При повреждении защитной пленки цинк вступает в новую реакцию и формирует новую защитную оболочку, что обеспечивает эффект самовосстановления. Все методы цинкования основаны на принципе нанесения этого слоя с регулируемой толщиной, что позволяет адаптировать защиту под конкретные условия эксплуатации.
Основные технологии цинкования различаются по использованию термических, электрохимических и диффузионных методов. В этой статье рассмотрим основные методы цинкования.
Горячее цинкование
Этот метод является наиболее распространённым и применяется для защиты крупногабаритных и конструкционных элементов. Он заключается в полном погружении изделия в расплавленный цинк при температуре около 450-460°C. Перед погружением поверхность тщательно обезжиривается, удаляются окалина, ржавчина и загрязнения, после чего изделие покрывается слоем цинка в несколько этапов: обезжиривание, промывка, флюсование, погружение, охлаждение и проверка качества.
Преимущества:
- Очень высокая долговечность и износостойкость, повышенная устойчивость к коррозии.
- Толщина защитного слоя может превышать 200 мкм.
- Обеспечивает глубокое проникновение цинка в структуру металла, повышая механическую стойкость.
- Возможность обработки больших и тяжелых конструкций, крупных деталей.
- Защитный слой может самовосстанавливаться.
- Высокая производительность работы автоматизированной линии.
Недостатки:
- Большие капитальные затраты, связанные с созданием целого производственного процесса, который может окупиться только вследствие крупносерийного производства при практически круглосуточном функционировании.
- Высокие затраты на охрану окружающей среды и обеспечения техники безопасности из-за опасности отравления персонала.
- Высокие эксплуатационные затраты вследствие низкого кпд использования цинка и необходимость наличия большого количества цинка в ваннах, по сравнению с количеством цинка в покрытиях.
- Невозможность регулирования толщину слоя цинка тоньше 45 мкм.
- Неравномерность нанесения защитного покрытия.
- Непрезентабельный вид изделия после покрытия.
Гальваническое цинкование
Этот электролитический способ основан на осаждении цинка с помощью постоянного тока в электролитической ванне. Деталь выступает в роли катода, а анод — цинковый электрод. В результате ионы цинка осаждаются на поверхности. Обеспечивает очень равномерный тонкий слой цинка (до 20 мкм) с хорошим декоративным эффектом. На выходе изделие получается блестящим и ярким с оттенками от белого до голубого.
Преимущества:
- Презентабельный внешний вид изделия.
- Тонкий слой цинка до 20 мкм за счет чего можно обрабатывать детали с отверстиями.
- Цинкование равномерное.
- Можно обрабатывать изделия относительно малой толщины, которые невозможно подвергать термическому влиянию.
- Регулируемая толщина с точностью до 96%.
- Хорошая степень автоматизации процесса.
Недостатки:
- Толщина слоя малозначительна для надежной защиты в агрессивных средах.
- Непригоден для обработки толстых и крупных конструкций.
- Отсутствие защиты от механических повреждений и окисления.
Электродуговая металлизация
Электродуговая металлизация — это современный метод нанесения металлического покрытия, основанный на использовании электрической дуги для расплавления металлического проволочного электродов. В отличие от традиционных методов цинкования, данный процесс позволяет получать очень тонкие, равномерные и прочные слои металла на поверхности деталей с различными геометриями и размерами.
Суть технологии заключается в создании электрической дуги между электродом и обрабатываемой поверхностью при высоком токе. Под действием дуги металл расплавляется и осаждается на объекте обработки. Этот способ позволяет применять широкий спектр материалов: от цинка и меди до алюминия и других сплавов. Благодаря высокой температуре дуги (до нескольких тысяч градусов Цельсия) обеспечивается глубокое проникновение металла в микроструктуру поверхности, увеличивая износостойкость и механическую прочность защитного слоя.
Преимущества:
- Высокая скорость нанесения и возможность обработки сложных формы изделий.
- Тонкие слои, начиная с нескольких микро- и миллиметров, при этом обеспечивая хорошую адгезию.
- Возможность нанесения металлов на различные типы оснований и поверхности, включая неглубокие поры и шероховатости.
- Высокий уровень автоматизации и контроль за процессом, что повышает качество и стабильность покрытия.
Недостатки:
- Требуется точное регулирование параметров дуги и тока, что требует высокой квалификации оператора.
- Возможна сильная деформация или изменение свойств детали, если температура обработки не контролируется.
- Высокие эксплуатационные затраты по сравнению с классическими методами цинкования и напыления.
- Не подходит для обработки очень тонких или чувствительных к температуре элементов, так как высокая температура дуги может вызвать искажения или повреждения.
- При обработке выделяются испарения и парообразные соединения металлов, что негативно влияет на окружающую среду и здоровье человека, особенно при отсутствии эффективных систем вентиляции и фильтрации. Вдыхание паров металлов и окислов в процессе обработки повышает риск развития респираторных заболеваний и других патологий у операторов и рядом расположенного персонала.
Термодиффузное цинкование
Это технология создания защитного слоя цинка при +260…+450 градусах в специальных печах, куда размещаются покрываемые изделия или детали вместе с цинковым порошком. Печи герметично закрываются и происходит разогрев до вышеотмеченных температур, при которых цинковый порошок плавится и покрывает поверхность нагретого изделия. Есть прямая зависимость между температурой и равномерностью покрытия.
Деталь, пребывая в подобной среде, на атомном уровне меняется, реагируя на более активный цинк. Получается слой 20-100 мкм, равномерно распределенный по металлоконструкции. За счет регулирования времени цинкования можно изменять толщину покрытия.
Преимущества:
- Регулируемая толщина слоя цинка.
- Повышенная прочность слоя благодаря диффузии.
- Равномерность распределения атомов цинка.
- Повышенное сопротивление механическим повреждениям.
- Защитный слой самовосстанавливается.
Недостатки:
- Очень большие капитальные затраты.
- Сложность организации технологического процесса.
- Высокая себестоимость технологии.
- Плохой внешний вид детали после обработки.
Газотермическое напыление цинка
Данный метод предполагает напыление расплавленного цинка на поверхность изделия с помощью газовых горелок. Частички цинка, разогретые до расплавленного состояния, под высоким давлением осаждаются на поверхность, формируя слой до 50 мкм.
Преимущества:
- Цинкование можно проводить вне заводских условий без демонтажа изделия.
- Классическая ремонтная технология восстановления покрытия.
- Можно управлять толщиной слоя цинка/
Недостатки:
- Низкая производительность нанесения покрытий
- Невозможность организации должной очистки и подготовки поверхности для цинкования.
- Неравномерность нанесения покрытий.
- Требуемая толщина слоя.
- Требования к внешнему виду изделия.
- Низкая устойчивость к коррозии.
- Низкая устойчивость к механическому воздействию.
- Сложность обработки.
Холодное цинкование
Это нанесение цинкосодержащих составов (например, цинконола) с помощью кистей или валиков. Обычно используется для тонкого слоя на труднодоступных местах или реконструкции. Образующийся слой содержит примерно 88-93% цинка.
Преимущества:
- Возможность нанесения при широком диапазоне температур.
- Простота и скорость нанесения.
- Хорошая эластичность покрытия.
Недостатки:
- Меньшая механическая устойчивость.
- Неустойчивость к воздействию химикатов и механическим нагрузкам.
- Требуется использование растворителей.
Газодинамическое диффузное цинкование
Инновационная технология цинкования, основанная на использовании кинетической энергии от сгорания керосино-воздушной смеси в сверхзвуковой компактной горелке, позволяющей эффективное нанесение покрытия с глубоким проникновением (диффузией) в кристаллическую решетку поверхности металлоконструкции цинкового порошка, разогретого в горячей реактивной струе продуктов сгорания до +415 градусов по Цельсию со скоростью 3-4 Маха.
Преимущества:
- В конструкции единой установки скомбинировано сочетание всех базовых требований к цинкованию, а именно:
- Подготовка поверхности к собственно цинкованию посредством пескоструйной очистки поверхности с одновременным нагревом поверхности благодаря тепловой энергии струи;
- Нанесение предварительно нагретого в струе цинкового порошка до температуры +415 градусов по Цельсию на сверхзвуковых скоростях, что позволяет сочетать тепловую и динамическую энергию и получить покрытие высокой плотности на поверхности детали;
3. Низкий расход цинкового порошка.
4. Возможность нанесения толстого слоя покрытия, сопоставимого с процессом горячего цинкования.
5. Возможность использования в широком диапазоне температурных режимов и параметров влажности.
6. Применение как в промышленном, так и ремонтном режиме.
7. Небольшой объем капитальных и эксплуатационных затрат. Установка поставляется в виде мобильной тележки, способной автономно функционировать в полевых условиях.
8. Возможность быстрого освоения навыков работы.
Недостатки:
- Высокий уровень шума. Требуются средства индивидуальной защиты от шума.
- Установка не позволяет наносить покрытия на мелкие детали.
- Требуется подача сжатого воздуха в диапазоне 1,0…7,0 куб.м./мин. в зависимости от выбора режима производительности.
Заключение
Каждая технология имеет свои плюсы и минусы, что позволяет подбирать их исходя из требований к толщине, внешнему виду, механической прочности и условиям эксплуатации изделия. Например, горячее цинкование обеспечивает максимальную защиту и долговечность, но требует больших капитальных затрат и мощных производственных линий, а гальваническое — более декоративное и экономичное, с меньшей толщиной покрытия.
Инновационные методы, такие как газодинамическое диффузное цинкование, открывают новые возможности для промышленности и ремонта, позволяя наносить защитные слои с высокой плотностью и стабильностью в самых сложных условиях. Подводя итог, можно сказать, что правильный выбор метода цинкования зависит от объема производства, условий эксплуатации, требуемых характеристик защиты и экономических аспектов.
Для специалистов важно учитывать не только физико-химические особенности каждого метода, но и технологические нюансы подготовки поверхности, регламентацию толщины покрытия и особенности его эксплуатации в агрессивных средах, чтобы максимально продлить срок службы и повысить надежность металлических конструкций.
ANTICOR
оборудование для газотермического напыления антикоррозийных покрытий (цинк, цинк + алюминий)
Мы являемся производителями инновационного мобильного высокоэффективного оборудования для очистки и нанесения защитного покрытия (цинк, цинк/алюминий) на металлические поверхности. Одна установка может производить обе операции: подготовить поверхность для нанесения и нанести защитное покрытие.
Звоните прямо сейчас!
Будем рады сотрудничеству!
+7 (903) 001-888-3
tomaks@mail.ru
tomaks@mail.ru
Ключевые особенности
- Керосин в качестве горючегоВыбор керосина в качестве горючего объясняется тем, что бензин и газ — взрывоопасны, дизельное топливо плохо воспламеняется, требует мощных воспламенительных устройств и при сгорании дает копоть, что недопустимо при нанесении покрытий.
- Пористость и адгезия покрытийПористость антикоррозионных (алюминий, цинк, их смеси) покрытий — менее 2%. Адгезионная прочность антикоррозионных покрытий — до 80 Мпа.
- Защита покрытий на 50 летНанесенные в соответствии с ГОСТ 9304–87 покрытие смеси алюминия с цинком толщиной 200 мкм позволяет защитить металлоконструкции даже в морской воде на 50 лет.
- Установки с различной производительностью ПО РАСХОДУ воздухаРазработаны и изготавливаются установки различной производительности по расходу потребляемого воздуха от 1 до 6 куб. м / мин.
- Экономия абразивного материалаВысокая плотность энергии и значительная конечная кинетическая энергия частиц, вводимых в высокотемпературную реактивную струю горячего газа, позволяют существенно (в разы) сократить расход абразивного материала по сравнению со знакомой всем пескоструйной очисткой.
- Простота в использованииПри работе на оборудовании ANTICOR сотрудникам не требуются специальное образование и навыки, а обучение происходит в течение одного часа.
- Работа даже в арктических условияхОборудование ANTICOR достойно показало себя в работе в арктических условиях — при отрицательных температурах окружающей среды и высокой степени влажности.
- УНИВЕРСАЛЬНОСТЬИнновационное мобильное высокоэффективное оборудование ANTICOR может производить поочередно две операции: подготовку (очистку) поверхности и нанесение защитного покрытия (цинк, цинк/алюминий) на металлические поверхности и конструкции любых габаритов и конфигураций.
- ЭКОНОМИЯБлагодаря длительному сроку службы защитных металлических покрытий значительно снижаются эксплуатационные расходы, связанные с периодическими ремонтными работами и работами для поддержания внешнего вида. Также цинкосодержащие покрытия имеют свойства протекторной защиты.
- ВЫСОКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬВысокая эффективность работы оборудования по очистке загрязненных поверхностей в 2−3 раза выше аналогичного по расходу воздуха пескоструйного аппарата, работающего на холодном воздухе. Такой результат достигается за счет совместного воздействия на обрабатываемую поверхность высокотемпературного потока газа и высоких скоростей абразивного материала.
- МОБИЛЬНОСТЬ И ПРОСТОТАНанесение может производиться как в цеху, так и на открытых площадках. Относительная простота использования установки не требует повышенной квалификации обслуживающего персонала.
- ЭКОНОМИЯ СРЕДСТВБлагодаря технологичности, практичности и высокой эффективности оборудование ANTICOR быстро себя окупает, и вы сможете оптимизировать свои расходы.
- ОТЕЧЕСТВЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВОУстановка разработана и создана на территории России. Вы имеете возможность напрямую обращаться к производителю по любым вопросам.
Оставьте ваши контакты,
и мы вам перезвоним!
и мы вам перезвоним!
Статьи по антикоррозийной защите, цинкованию, газотермическому напылению:
Другие направления нашей деятельности
ANTICOR POLY
Портативная установка для газопламенного нанесения высокомолекулярного полиэтилена и термопластичных красок.
ТОКАРНО-ФРЕЗЕРНАЯ МЕТАЛЛООБРАБОТКА НА ПРУТКОВОМ АВТОМАТЕ С ЧПУ
Серийное и мелкосерийное изготовление деталей по чертежам и образцам.
- Производство деталей диаметром до 30 мм и длиной до 380 мм
- Точность обработки деталей: по диаметрам 0,008−0,02 мм, по длине до 0,020 мм