Цинкование металла: 5 способов защиты от коррозии

Оцинковка ржавеет, но с этим можно бороться!

Оцинковка железа методом горячего или холодного цинкования считается панацеей от ржавчины минимум на 10…15 лет. Практически это происходит не всегда. С подобной проблемой сталкиваются, в частности, автомобилисты и эксплуатационники конструкций, работающих в условиях влажных, химически агрессивных сред. Почему оцинковка ржавеет?

Некоторые причины недостаточной долговечности оцинкованных покрытий

Если исключить из рассмотрения некачественность проведения самого процесса (чаще всего коррозия оцинковки характерна лишь тогда, когда гальванопокрытие производится не в специализированных условиях), то наличие ржавой оцинковки определяется несколькими факторами.

Среда соприкосновения

Неблагоприятное воздействие на сталь, оцинкованную горячим способом, производит, в частности, почва, куда помещена конструкция. Поскольку в природе реально встречается более 200 различных типов почв, эффективность горячего цинкования в почве различна, и её трудно предсказать.

Что разъедает оцинковку в почве? Основными факторами, определяющими коррозионную активность грунта, являются его влажность, уровень pH и наличие хлоридов. Необходимо учитывать также и дополнительные характеристики:

  • Степень аэрации почвы;
  • Диапазон суточных колебаний температуры;
  • Удельное электрическое сопротивление;
  • Текстуру на размер частиц грунта.

Практически установлено, что защита оцинковки от коррозии эффективнее на коричневых песчаных почвах и не так хорошо действует на серых, глинистых. Это связано с тем, что грунт с более крупными частицами быстрее отводит влагу от поверхности. Поэтому оцинкованная деталь подвергается меньшему воздействию влаги, провоцирующей развитие электрохимической коррозии.

Первым шагом к оценке характеристик долговечности оцинкованной стали в почве является классификация грунта в районе применения конструкций из оцинкованного железа. Скорость коррозии стали в почве может составлять от менее 0,2 мкм в год в благоприятных условиях, до 20 мкм в год или более в очень агрессивных грунтах. Таким образом, сильнокоррозионные грунты будут диктовать необходимость надежной системы защиты от коррозии, такой как более продолжительное горячее цинкование, для обеспечения долговременной защиты.

Поскольку почва изменяется даже на небольшой территории, и коррозийность грунта может сильно различаться, неправильная классификация почвы часто приводит к неудовлетворительным результатам.

Ударные воздействия

После прокатки прочность сцепления оцинкованного слоя с основным металлом проверяется по ГОСТ Р 52246-2004. Гальваническую защиту разрешается выполнять двумя способами – горячим цинкованием или нанесением железо-цинкового покрытия. При этом толщина оцинковки определяется классом покрытия. Их четыре:

  • Оцинковка посудохозяйственных изделий (толщина покрытия – не менее 70 мкм);
  • Повышенное качество (толщина покрытия 40…60 мкм);
  • Покрытие 1 класса (толщина покрытия 18…40 мкм);
  • Покрытие 2 класса (толщина покрытия от 10 мкм).

Непосредственно прочность цинкового покрытия оценивается результатами технологических испытаний на изгиб, регламентируемых нормами ГОСТ 14019-2003. При этом нормируется только изменение формы тестируемых образцов, но не скорость приложения деформирующего усилия. Между тем известно, что ударный характер взаимодействия снижает прочность сцепления поверхностных покрытий на 30…35%. Таким образом, если деталь периодически подвергается механическим ударам твёрдых частиц (для автомобиля это, например, мелкий камень или гравий), то оцинкованное железо ржавеет из-за появления трещин и царапин в местах контакта.

Может ли оцинковка ржаветь сама по себе?

Может, и основным провокатором процесса является влага. Любая оцинковка в воде ведёт себя совершенно не так, как нам бы хотелось.

Как известно, металл, который лишь периодически соприкасается с водой (практически всегда имеющей достаточно высокий кислотный потенциал), фактически представляет собой макробатарейку, электроды которой имеют определённую разность потенциалов. Если цинка в слое достаточно, то срабатывает так называемая протекторная защита, в результате которой коррозии подвергается цинк, а не железо. Но, если поверхностный слой повреждён, то оцинкованное железо ржавеет, особенно, если после начала процесса поверхность оцинковки – влажная.

При контакте металла с водой, содержащей растворённые соли, коррозия усиливается. Образующийся оксид железа отслаивается от поверхности металла, и подвергается воздействию свежих молекул железа, которые продолжают процесс ржавления. В конечном итоге появляются большие окисленные участки, которые вызывают разрушение всей металлической структуры детали.

Белая коррозия и как с ней бороться

Процесс коррозии оцинкованного железа завершается образованием на оцинковке белой ржавчины. Она представляет собой мелоподобное вещество белого цвета, которое образует цинк, подвергающийся воздействию водорода (из воды) и кислорода (из воздуха). В результате такой реакции взаимодействия получается гидроксид цинка.

Белая ржавчина на оцинковке характерна для нового материала. Это связано с тем, что такое покрытие еще не имело возможности образовывать стабильные оксиды, поэтому водород и кислород связываются с чистым цинком. Белая ржавчина часто появляется на оцинкованном листе при его хранении, так как конденсат может попасть в зазор между отдельными листами.

В большинстве случаев белая коррозия делает защитное покрытие бесполезным. В отличие от стабильных оксидов цинка, гидроксиды цинка плохо прилипают к другим материалам. Белая ржавчина также непривлекательна с визуальной точки зрения.

Есть несколько способов предотвратить белую ржавчину:

  1. Устранить воздействие воды.
  2. Устранить образование конденсата, позволяя цинку образовывать стабильные оксиды.
  3. Использовать пассивирующие химикаты или масла.

В первом случае необходимо улучшить круговой обдув изделия воздухом. Также эффективны разумное повышение температуры покрытия или снижение уровня относительной влажности.

Разъедает оцинковку также длительное пребывания конструкции в тёплой среде, поскольку при этом интенсифицируется образование конденсата и соответственно гидроксида цинка. Еще один метод предотвращения образования белой ржавчины заключается в том, чтобы на поверхности цинка образовывать стабильные оксиды. Они будут препятствовать образованию белой ржавчины. Для этого дают покрытию некоторое время пребывать в среде с малой влажностью. Увеличение диоксида углерода, контактирующего с покрытием, также ускорит образование стабильных оксидов цинка.

Удаление ржавчины с оцинковки

Процедуру начинают с очистки уже замеченных участков коррозии. Эффективным способом является последующее поверхностное покрытие оцинковки пассивирующим химическим веществом или маслом. В первом случае предотвращается окисление (хотя и на короткое время), а во втором между цинком и водой создаётся защитный барьер, который препятствует формированию слоя гидроксида цинка. Большинство применяемых масел, однако, через короткий промежуток времени испаряются, поэтому требуется периодическое возобновление такого защитного покрытия.

Ранее для предотвращения коррозии оцинкованного железа использовали составы на основе соединений шестивалентного хрома, но сейчас такие вещества признаны токсичными и применяются крайне редко.

Чем обработать оцинковку от ржавчины?

Используются специальные преобразователи ржавчины. Для того, чтобы удалить ржавчину с оцинковки, вначале очищают поверхность, затем тщательно высушивают её, а потом, строго следуя инструкции производителя, наносят защитное средство. Комбинирование нескольких составов нежелательно, поскольку они потребуют и различной технологии нанесения, в результате которой возможно убрать ржавчину с оцинковки.

Горячее цинкование металла – экономичный способ защиты от коррозии

Горячая оцинковка металла была впервые описана в конце XVIII века, а патент на метод был оформлен французским химиком Сорелем в начале XIX века. Методика весьма проста. Металл покрывают защитным слоем цинка путем погружения его в горячую ванну. Температура цинка в емкости составляет около 460 градусов С. Далее цинк вступает в реакцию с атмосферным кислородом, образуя оксид, который вступает в реакцию с двуокисью углерода. В результате получается карбонат цинка. Это вещество серого цвета, без глянцевого блеска. Карбонат цинка покрывает металл и защищает его от коррозии. Формирование защитного слоя горячим методом является экономически выгодным и надежным в эксплуатации, поэтому его чаще других применяют для защиты металлических изделий.

Эта технология позволяет создавать цинковое покрытие, толщина которого варьируется от 30 до 100 мкм. Горячий метод в зависимости от условий эксплуатации изделий может осуществлять защиту от 65 до 120 лет.

Технология цинкования

Технология горячего цинкования металлоконструкций осуществляется на единой производственной линии, которую входит несколько емкостей, в том числе ванны для подготовки изделий, и сушильная камера.

Процедура выполняется поэтапно:

  • обезжиривание металлических изделий в специальном реагенте при средней температуре в +70 градусов С и последующая промывка от реагента;
  • травление в растворе соляной кислоты и ингибиторов для очистки поверхностей от окалины и ржавчины и последующая тщательная промывка от солей;
  • завершающим подготовительным этапом является флюсование (обработка в концентрированном растворе флюса при температуре в +60 градусов С), эта процедура формирует оптимальную смачиваемость поверхностей и покрывает их пассивированной пленкой, которая защищает материал от окисления;
  • непосредственно для подготовки нанесения цинка на поверхности, изделие отправляется в печь, где просушивается и нагревается до +100 градусов С;
  • затем металлические изделия отправляются в ванну с расплавленным от 419 до +460 градусов цинком, скорость погружения, время процедуры и скорость изъятия зависит от марки стали и качества цинка ;
  • изделия отправляются на специальную площадку для охлаждения, обычно она совмещена с ОТК.

В процессе горячей оцинковки металлических изделий чрезвычайно важна эффективная вентиляция. Чаще всего используется системы аспирации. Они хорошо выводят пары соляной кислоты и цинка и защищают оборудование производственной площадки от коррозии. Сотрудника, осуществляющие технологический процесс должны быть одеты в специальную форму и носить респираторы.

Материалы, применяемые при горячем цинковании

Технология горячего цинкования металла предполагает использование определенных материалов, их применение регламентируется ГОСТом и ТУ:

  • сернокислый алюминий;
  • тиомочевина;
  • водный аммиак;
  • продукт У2;
  • азотнокислый аммоний;
  • продукт ДЦУ;
  • хлористый аммоний;
  • перекись водорода;
  • глицерин;
  • двухлористое олово;
  • декстрин;
  • мажеф;
  • лейкональ;
  • сернокислый никель;
  • технический желатин;
  • фтористый калий;
  • борная кислота и еще более 2-х десятков веществ.

Эти материалы обеспечивают эффективность технологического процесса и качественный результат.

Область применения

Оцинковка горячим способом металлоконструкций применяется максимально широко. Изделия с такой защитной обработкой используются:

  • автомобилестроение;
  • судостроение;
  • вагоностроение;
  • самолетостроение;
  • нефтяная и газовая промышленность;
  • строительство;
  • мебельные производства;
  • элементы линий электропередач;
  • дорожные ограждения;
  • ограждение территорий и многое другое.

В зависимости от того, в каких условиях предполагается использовать металлическое изделие, зависит толщина защитного слоя. Стандартные показатели цинкового покрытия, нанесенного горячим способом, варьируются от 45 до 65 мкм.

Преимущества перед другими видами цинкования

  • горячий метод цинкования, в сравнении с другими технологиями, наиболее экономичен;
  • горячее цинкование формирует не только стандартную механическую защиту, но и электрохимическую, то есть под защитным слоем отсутствуют пустоты, в которых могла бы развиваться коррозия;
  • даже в местах отверстий и царапин цинк защищает основной материал от коррозии, поскольку покрытие самовосстанавливается;
  • технологический процесс прост и высокопроизводителен;
  • покрытие характеризуется высокой электрической проводимостью и теплопроводностью;
  • цинковое покрытие предохраняет основной материал от «водородной хрупкости»;
  • цинк, нанесенный в горячей ванной, устойчив к механическим нагрузкам и сколам.

Но для данной технологии характерны и недостатки: ограниченные размерами ванной габариты изделий, изделия с покрытием трудны для сварочных работ, при данном способе невозможно сформировать тонкие покрытия, а цинк расходуется не экономно.

Оцинкованный горячий способом металлопрокат – это более половины изделий, применяемых человеком в быту и на производстве. Это обусловлено долговечностью результата, простотой и экономичностью технологического процесса. В процессе эксплуатации таких изделий не требуется периодического подкрашивания или замены поврежденных коррозией элементов. Так не требуется ежегодного приобретения материалов и привлечения к работам строительной бригады.

Читайте также:  Напыление металлов: технологии и используемое оборудование

Цинкование металла: 5 способов защиты от коррозии

Использование оцинкованного проката и изделий — это сотни тысяч тон сэкономленной стали, сохраненная электроэнергия и нефть, человеческие ресурсы и огромные суммы инвестиций.

Общемировые тенденции роста требований к качеству и долговечности поставляемой продукции пришли и к нам. Всё чаще в техзаданиях можно встретить пожелания по повышению срока службы деталей и конструкций, увеличению межсервисного периода, снижению расходов на ремонт и эксплуатацию. На все эти параметры оказывает влияние коррозионная стойкость изделия или конструкции.
Учитывая неотвратимость процессов коррозии, специалисты увеличивают толщины несущих конструкций (их покрывают красками, уменьшающими доступ агрессивных сред). Однако подобная защита не долговечна, и приходится производить ремонтные работы, которые зачастую в несколько раз увеличивают итоговую стоимость объекта — с учетом эксплуатационных расходов. Для решения задач, стоящих при проектировании, необходимо предусмотреть наиболее эффективные способы антикоррозионной обработки. Важно обеспечить в обусловленные проектом сроки безотказную работу изделия, минимизировать риски аварий и катастроф.
Прежде чем перейти к вопросу о преимуществах и областях применения различных методов антикоррозионной обработки, необходимо выяснить, что такое коррозия.
Коррозия — это разрушение металлов при их физико-химическом взаимодействии с окружающей средой. В зависимости от типа окружающей среды и дополнительных внешних воздействий коррозия делится на атмосферную, почвенную, жидкостную, коррозию под напряжением, биокоррозию, щелевую, контактную, застойную и др.
Характер и скорость ее развития зависят от множества факторов, поэтому методы защиты металлов от коррозии не являются универсальными — в зависимости от типа коррозии (химической или электрохимической) принимаются различные технологические решения, но все они сводятся к двум типам — катодная защита и изоляция стали поверхности слоем, непроницаемым к реакционно-активным веществам.
Катодная защита заключается в том, что на защищаемые конструкции, прикрепляется металл (анод), который обладает более электроположительными свойствами и именно он под действием окисляющих агентов разрушается в первую очередь

Изолирующие покрытия плотно прилегают к поверхности стали и ограничивают доступ разрушающих изделие реагентов. Обычные виды защитных покрытий: хромирование, анодирование, покраска — защищают сталь, создавая барьер между окружающей средой и защищаемым материалом. В случае повреждения защитного слоя коррозия начинает развиваться под ним.
Наиболее оптимальным методом является комбинация катодной защиты в качестве первого слоя и изолирующей защиты в качестве второго и последующих слоев. В этом случае жертвенный анод защищает основной металл, но сам анод защищается от коррозии изолирующим покрытием.
Существует огромное количество способов защиты от коррозии, в статье будут рассмотрены технологии с применением цинка.
При использовании оцинкованных изделий не требуется ежегодно подкрашивать и периодически менять поврежденные коррозией конструкции, не надо содержать (и возить на объекты) целую армию работников, ежегодно тратить деньги на краску, грунтовки и пр. Если говорить о государственном уровне решения проблемы, то использование оцинкованного проката — это сотни тысяч тон стали, сохраненная электроэнергия и нефть, человеческие ресурсы и огромные суммы инвестиций, которые сберегаются для страны в целом и могут служить будущим поколениям.
Использование цинкового покрытия в качестве защитного слоя уже предусматривает оба метода защиты: катодную и изоляционную. В результате образования гальванической пары цинк защищает основной металл от коррозии даже в местах царапин и отверстий (рис. 1).
Существует несколько технологий по защите от коррозии на основе цинка. Каждая из них предназначена для своего вида металлопроката или условий эксплуатации.
Напыление цинка. После пескоструйной обработки поверхности на неё распыляют капельки полурасплавленного цинка, для чего используют цинковую проволоку или порошок. Цинковые покрытия, нанесенные таким способом, являются хоть и сравнительно толстыми, но очень пористыми, поэтому под слоем цинка могут проходить процессы окисления металла-основы. Эти процессы идут очень медленно (катодная защита действует), но образуются продукты коррозии железа коричневого цвета. Этот способ используют для защиты крупногабаритных изделий непосредственно на месте эксплуатации сооружений. Например, мостовые опоры или несущие балки зданий.

рис. 1
Электролитическое цинкование. Покрытие наносится электролитическим методом из солевого раствора цинка на очищенную поверхность стали. Цинковое покрытие, нанесенное электрохимическим способом, по механическим свойствам подобно чистому цинку, то есть является относительно мягким. Сам процесс нанесения покрытия представляет определенные сложности с точки зрения равномерности нанесения на сложные по форме детали. Использование электролитов, содержащих кислоты, цианидов и других химически активных соединений заставляет применять нейтрализацию и глубокую очистку отходов экологически опасного гальванического производства, строить дорогостоящие очистные сооружения, что несколько нивелирует положительные качества этого высокопроизводительного процесса.
Не стоит использовать гальванически оцинкованные изделия без дополнительной защиты на открытом воздухе или в агрессивной среде. Поэтому при использовании этого способа защиты необходимо учитывать условия эксплуатации. Обычно это автомобильный лист под последующую окраску с высокими требованиями к качеству поверхности (кривизна, шероховатость).

Рис. 2. Горячее цинкование металлоконструкций (фото ГК «ЭЛСИ»)

Рис. 3. Схема расположения слоев (фаз) цинкового покрытия, полученного методом горячего цинкования (в расплаве цинка), и их микротвердость

Цинкнаполненные краски. В состав цинковых красок входит чистая цинковая пыль (до 99 % металлического цинка). Чтобы получить эффект цинкования от таких красок, необходимо, чтобы сухая лакокрасочная пленка обладала электропроводностью и хорошим контактом со сталью. Для этого очень важно тщательно подготовить защищаемую поверхность. Относительно катодной защиты цинкнаполненных красок однозначного мнения нет. В тонких покрытиях (до 20 мкм) цинк работает как протектор, но срок службы лимитируется временем растворения цинка. В толстых слоях цинкнаполненных красок в самом начале цинк действует как протектор, а затем — за счет уплотнения пленки краски продуктами коррозии цинка краска выполняет барьерную функцию.
Имеется ряд недостатков, ограничивающих применение цинкнаполненных красок: пористая структура, точечные проколы, пустоты, трещины. Естественно цинконаполненные покрытия в еще большей степени, чем газотермические чувствительны к механическим воздействиям.
Необходимо разобраться с использования термина «цинкование». В отношении цинкнаполненных красок оно дает ложное представление об эквивалентности свойств различных цинковых покрытий. Некоторые производители и дистрибьюторы цинкнаполненных ЛКМ заявляют, что их продукты холодного цинкования являются эквивалентом горячего цинкования или «столь же хорошими, как оцинковка». Причем выводы о преимуществах холодного цинкования делаются на основании одного вида испытаний — в камере соляного тумана, более того, производится сравнение цинкового покрытия с комплексом, состоящим из цинкнаполненной грунтовки и покрывного материала, что не дает представления об истинной коррозионной стойкости и вводит в заблуждение потребителей. Использование термина «холодное цинкование», с точки зрения технологии, неправильное и его можно рассматривать как маркетинговый ход и поэтому потребитель может принять ошибочное решение.
Сочетание протекторных грунтовок с промежуточными грунтовками и покрывными ЛКМ позволяет получить полный спектр положительных качеств для эффективной долговременной защиты металла при эксплуатации в разных климатических, агрессивных, тепловых и др. условиях.
Горячее цинкование. Очищенную сталь погружают в расплавленный цинк (при 440–460°C), где происходит реакция, формирующая металлическую связь между цинком и сталью, которая приводит к образованию нескольких слоев с разным удельным соотношением цинка и железа (рис. 2, 3). Внешний слой мягче стали, что позволяет противостоять ударным нагрузкам, а внутренние слои железоцинковых сплавов прочнее стальной основы, что придает покрытию высокую устойчивость к истиранию. Цинковое покрытие, в отличие от лакокрасочного, не боится внешнего воздействия при перевозках, монтаже и обслуживании. Методом горячего цинкования обеспечивают продолжительную (до 50–80 лет) защиту стали от коррозии в различных атмосферных условиях.

Преимущества:
— во время горячего цинкования изделие полностью погружается в расплавленный цинк. Защищаются все его поверхности, углы, щели и т. п.
— покрытие будет более толстым на углах и кромках, в отличие от других типов защиты, например, при
окраске;
— возможность защитить внутренние поверхности и полости, трубы;
— процесс простой и легко контролируемый;
— сравнительно низкая стоимость;
— при монтаже не требуется подготовка поверхности, окраска, доделки и проверки;
— проверка толщины покрытия осуществляется с помощью магнитного или электромагнитного измерителя, что позволяет спрогнозировать примерный срок службы оцинкованных изделий;
— обеспечивают продолжительную (до 50–80 лет) защиту стали от коррозии в различных атмосферных условиях;
— отсутствие необходимости ухода за изделиями во время эксплуатации.
Этим способом защищают лист, металлоконструкции и мелкие детали. Максимальные размеры металлоконструкций ограничиваются размерами ванны с расплавом цинка.
Если лет 20 назад нанесение этих покрытий ограничивалось практически полным отсутствием заводов горячего цинкования в России, то сейчас у нас в стране около 60 таких предприятий. Больше того, это не просто маленькие участки с крохотными ваннами, а современнейшие производства, оснащенные по последнему слову техники, на которых установлено самое лучшее оборудование, поставляемое такими мировыми лидерами отрасли, как W. PILLING, KOERNER, BISOL, WESTERN TECHNOLOGIES, LOI, Weber и др.
Термодиффузионное цинкование: очищенные стальные изделия помещаются в барабан с цинковой пылью при температуре чуть ниже точки плавления цинка — обычно около 320–380 °C. Цинк диффундирует в сталь, образуя твердый равномерный слой цинк/железо. Большим преимуществом метода является то, что покрытие очень однородно и примерно одинаково по толщине как на внешней, так и на внутренней поверхности. Покрытие имеет высокую твердость (в 3–4 раза выше, чем у горячего цинкового покрытия) и обладает высоким сопротивлением абразивному износу. Например, термодиффузионное цинкование используется в нефтегазовой отрасли на протяжении 10–15 лет без замены для защиты периодически разбираемых трубных соединений.
Этот способ защиты особенно эффективен для обработки деталей из высокопрочных сталей, в частности, пружинных элементов и крепежа. Относительно невысокая температура процесса позволяет сохранить высокие эксплуатационные характеристики, а равномерность покрытия позволяет защищать изделия с резьбовыми соединениями без дополнительной её прогонки.

Синергетический эффект комбинированных систем. Оцинкованный и дополнительно окрашенный прокат обеспечивает повышение срока службы в 1,5–2 раза. Аналогичные процессы синергизма наблюдаются и в случае окраски изделий защищенных с помощью термодиффузии. Пленка краски увеличивает срок эксплуатации оцинкованного покрытия путем дополнительной барьерной защиты слоев цинка. Нижний слой цинка способствует продлению срока эксплуатации окрашенного покрытия, предотвращая развитие коррозии защищаемого металла основы. Продукты коррозии цинка и его сплавов в дальнейшем замедляют повреждения окрашенного покрытия путем заделки трещин и пор в краске. При этом надо отметить, что цинк залечивает дефекты, будучи на расстоянии от дефекта даже в 5–7 мм.
Следует отметить, что гальванические напыляемые цинковые покрытия и, конечно же, цинкнаполненные краски, не содержат интерметаллических соединений (фаз), состоят из цинка соответствующего химического состава и держатся на защищаемом материале только за счет адгезии (т. е. налипания). Получаемые методом горячего цинкования и термодиффузионные покрытия, имеют одинаковый механизм образования — диффузионный и представляют из себя систему железо-цинковых сплавов (с постепенно уменьшающимся содержанием железа по мере приближения к внешней стороне покрытия). Поэтому эти технологии нанесения защитных антикоррозионных покрытий на основе цинка можно отнести к одному виду (классу) как по системе образования, так и по надежности защиты и долговечности.
Антикоррозионная обработка изделий и конструкций никогда не была сильной стороной отечественной промышленности. Но в современных условиях, когда экономия на сервисе, ремонте и содержании инфраструктуры становится неотъемлемой частью выживания и конкурентоспособности, качество и долговечность конечного продукта становятся одним из главных направлений модернизации производства. Опыт использования антикоррозионной защиты в развитых индустриальных странах за последние 30 лет доказал, что даже при повышении конечной стоимости изделий на 20–30% за счет дополнительной обработки поверхности обеспечивает 2–3‑х кратное увеличение срока службы за счет сохранения их эксплуатационных характеристик. Качественный продукт с высокими потребительскими свойствами — сильный аргумент для победы в конкурсах и тендерах, особенно, если заказчик — «государственный бюджет».
В связи с тем, что основная аудитория читателей журнала «РИТМ машиностроения» — техническая элита машиностроения, хотелось бы в заключении статьи привести несколько успешных примеров использования цинковых покрытий именно в этом направлении.
Все в принципе знакомы с характеристиками гальванически оцинкованных изделий (рис. 4), их плюсами и минусами, поэтому давайте рассмотрим относительно новую для нашей страны технологию — термодиффузионное цинкование. Этот метод благодаря хорошему сочетанию эксплуатационных, технологических и экологических качеств находит все более широкое применение. Многообещающе выглядят перспективы использования термодиффузии в практике общего химического и транспортного машиностроения, приборостроения в строительстве, в частности, при изготовлении закладных деталей.

Читайте также:  Как покрыть ванну акрилом (пошаговая инструкция по нанесению)

Рис. 4. Оцинкованные детали кузова автомобиля
Железные дороги являются одним из крупнейших потребителей услуг горячего цинкования, но наряду с ним метод термодиффузионного цинкования нашел применение для изготовления деталей и конструкций контактной сети в соответствии с «Инструкцией по применению термодиффузионного цинкования деталей и конструкций контактной сети», введенной ОАО РЖД (техническое указание ТК‑106/04 от 20.01.04 г.)
Так, например, базируясь на методе термодиффузии, ООО «ТЕРМИШИН РУС» разработал комплексный процесс финишной обработки, который обеспечивает глубокую модификацию приповерхностного слоя изделия, придавая ему новые свойства. Оборудование «Термишин» органично встраивается в процесс производства стальных изделий, но также может существовать и как самостоятельный бизнес, предоставляющий сервис по антикоррозионной обработке. В данный момент на ПАО «КАМАЗ» идет создание многопрофильного цеха Термишин, который будет обеспечивать не только потребности КАМАЗа, но и принимать на обработку продукцию других предприятий.
Удачным является опыт сотрудничества «Термишин» с ВНИИЖТ (отраслевым институтом РЖД). Серии лабораторных и натурных испытаний показали, что системы упругих рельсовых скреплений, обработанные по технологии «Термишин», превышают показатели западных аналогов в условиях эксплуатации особо нагруженных участков пути, расположенных в зонах экстремальной коррозионной нагрузки, где соли, эрозия, абразивный износ и резкие колебания температур быстро выводят из строя детали, призванные обеспечивать безопасность ж/д пути (рис. 5).
Горячее и термодиффузионное цинкование являются наиболее надежными, простыми и легкодоступными видами антикоррозионной обработки.

Как цинк защищает металл от коррозии

Металлобаза Стилпрофф предлагает антикоррозийное покрытие цинком листового металла разных сортов. Мы оказываем услуги по изготовлению и профессиональной обработке металлопроката для частных лиц и компаний. Наше предприятие оборудовано современными станками, организован свой склад и автопарк, поэтому все заказы оперативно выполняются и доставляются по Санкт-Петербургу и Ленобласти.

Эффективная защита металла цинковым покрытием

Для продления срока службы металлических изделий и конструкций необходимо обеспечить их защиту от влаги и других внешних воздействий. Чтобы придать металлу антикоррозионные свойства используется защитное покрытие цинком. Такая обработка называется цинкованием. Технологию покрытия различных металлов цинком изобрели более 200 лет назад, и она активно применяется и в настоящее время, благодаря высокой эффективности защиты и долговечности антикоррозионного слоя.

Используются различные способы нанесения – горячее, гальваническое, газодинамическое, диффузное, холодное цинкование. Металл, покрытый тонким слоем цинка (80-200 мкм), не ржавеет более 50 лет. Цинковое покрытие со временем истончается и его необходимо возобновлять. В зависимости от условий эксплуатации металлической конструкции показатель потерь цинковой поверхности составляет 1-6 мкм в год. Для сравнения, лакокрасочные покрытия, которыми защищают металл, необходимо возобновлять не реже 1 раза в 5 лет.

Свойства цинковых покрытий:

  • Высокая степень защиты от коррозии.
  • Электрохимическая (катодная) защита металлических изделий и конструкций.

Как цинк защищает железо от коррозии

Тонкая пленка цинка обеспечивает активную (катодную, электрохимическую) и пассивную (барьерную) защиту металлов от ржавчины. Без антикоррозионной защиты металл под воздействием кислорода и воды начинает окисляться. Окисление приводит к образованию ржавчины, которая может полностью разрушить железо. Цинк образует на поверхности металлов тонкую пленку, защищающую материал от влияния внешней среды. Цинковое покрытие препятствует воздействию кислорода даже при нарушении целостности защитной пленки.

Цинкование также обеспечивает электрохимическую защиту металлических конструкций. Цинк, образуя с железом гальваническую пару, является более активным металлом. Контактируя с влагой и кислородом, электроны цинка-анода вступают в реакцию, защищая металл-катод.

Основные методы цинкования

Покрытие металла цинком – это лучший метод защиты железных поверхностей от образования коррозии.

Цинкование выполняется такими способами:

  • Горячее цинкование. Погружение железного листового, сортового или фасонного металлопроката в расплавленный цинк, температура которого составляет 460-480 градусов. Эта технология позволяет надолго защищать металл от коррозии, но отличается сложностью и небезопасностью выполнения. К другим недостаткам относятся: ограничение обработки размерами ванн, возможность деформации тонких конструкций и листов при нагреве, повреждение защитного слоя при сварке.
  • Холодное цинкование. Считается оптимальным способом защиты металла цинком. Выполняется путем окрашивания металлических поверхностей порошкообразным грунтом с 96-98%-ным содержанием цинка. Покрытие наносится валиком или кистью прямо на месте установки конструкции (т.е. для антикоррозийной защиты не нужно перевозить изделие). Холодное цинкование дает возможность защищать железо от образования ржавчины на протяжении 30-50 лет, под слоем цинкового грунта металл коррозирует в три раза медленнее, по сравнению с другими методами обработки. К другим достоинствам этой технологии относится экономичность (по сравнению с горячим цинкованием). Недостатки: сложность покрытия неравномерных поверхностей и внутренних полостей.
  • Газо-термический способ. Нанесение расплавленного цинка на металлическую поверхность в газовом потоке. Такая технология подходит для крупногабаритных металлоконструкций, не помещающихся в ванне с цинковым раствором. Покрытие служит в течение 25-30 лет. Минусами технологии является неравномерность получаемого покрытия, которое дополняется нанесением лакокрасочного покрытия.
  • Термодиффузионный способ. Вплавление атомов цинка в железо при высокой температуре (более 2600 градусов). При такой температуре цинк переходит в газообразное состояние, после чего происходит диффузия молекул цинка с металлом. Плюсы метода: высокий класс антикоррозионной защиты, сохранение конфигурации изделий, возможность регулировать толщину цинкового покрытия, отсутствие необходимости очистки отходов. Минусы: неоднородность толщины защитной пленки, низкая производительность и вредность технологического процесса.
  • Гальванический способ. Электролитический метод цинкования, позволяющий наносить тонкий (5-40 мкм) слой цинка на обезжиренную металлическую поверхность. Состоит в помещении металла и цинковых пластинок в электролитический раствор и подключении электрического тока. Цинк растворяется в электролите и оседает на железе в виде защитного слоя. Отличается равномерностью и гладкостью слоя покрытия, в том числе метизов сложной конфигурации и пористых поверхностей. Недостатки: высокая себестоимость, необходимость очистки отходов перед сливом в канализацию.

Выбор технологии цинкования зависит от требований к техническим характеристикам покрытия, условий эксплуатации металлоизделий или конструкций. Если у вас есть вопросы о том, как цинк защищает металл от коррозии и какой способ цинкования подойдет для того или иного вида металлопроката, вы может получить консультацию у специалиста нашей компании.

Защита металла от коррозии цинкованием в Стилпрофф

Преимущества заказа цинкования в Металлобазе Стилпрофф:

  • Применение современного оборудования и передовых технологий антикоррозионной защиты металлов.
  • Выполнение работ квалифицированными работниками с большим практическим опытом.
  • Подбор наиболее выгодной технологии обработки железа.
  • Доставка готовой продукции по Санкт-Петербургу, Ленинградской области, в другие регионы России.

Заказывайте цинкование металла в нашей компании –

мы гарантируем качественное выполнение работ в оговоренные сроки!

Что дает металлам цинковое покрытие?

Мы часто слышим и видим в рекламе, что если уж защищать металлы от коррозии, то только с помощью цинка. Но, не все знают – почему именно цинк? Что же дает металлам цинковое покрытие – расскажем в этой статье.

Цинкование – самый эффективный метод защиты

Цинкование – это покрытие различных металлических поверхностей слоем цинка с целью защиты от коррозии. То, что именно цинкование является наиболее эффективным методом в борьбе с ржавчиной, выяснили давно, более 200 лет назад. При проведении исследований различных методов именно цинкование показывало самые долгосрочные результаты – более 50 лет металлы, покрытые слоем цинка, не ржавеют.

С тех пор специалисты в области антикоррозии применяют цинкование различными способами. Изначально это было горячее цинкование, затем гальваническое, диффузионное, газодинамическое. Но, в 80-х годах XX века произошел определенный прорыв в этой области, появился новый метод – холодное цинкование.

Холодное цинкование – наиболее удобный, экономичный и долговечный способ нанесения цинкового покрытия. Он заключается в покрытии подготовленной поверхности металла составом с очень высоким (96-98%) содержанием цинка, а так же различных добавок. Наносить состав для холодного цинкования можно с помощью обычной кисти или валика, прямо на месте эксплуатации конструкции, то есть ее не нужно никуда отвозить. Результатом такой защиты является отсутствие коррозии на протяжении 25-50 лет, причем металлы под защитой холодного цинкования коррозируют в 3 раза медленнее, чем защищенные другими способами, несмотря на тот же цинк в составе (по проведенным исследованиям Фулмеровского центра). В чем же секрет?

Как работает покрытие цинком?

Железо при взаимодействии с влагой и кислородом окисляется и образует на поверхности непрочную, рыхлую пленку, она постепенно и прекращается в ржавчину. Такая ненадежная защита продолжает пропускать влагу и кислород вглубь железа и разрушать его. Но, цинк, олово и алюминий при взаимодействии с влагой и кислородом образуют прочную пленку, не пропускающую разрушения дальше. Именно поэтому с помощью тонкого слоя этих металлов защищают другие металлы, более подверженные коррозии.

Цинк выделяется среди этой группы “прочных” металлов тем, что обеспечивает дальнейшую защиту от влаги и кислорода даже при повреждении покрытия, в то время как защита олова или алюминия при нарушении целостности слоя слабеет или даже начинает способствовать коррозии.

Цинк защищает металлы сразу двумя способами – барьерным (пассивным) и катодным (также называемым активным, протекторным или электрохимическим).

Катодная защита подразумевает, что цинк при нанесении на железо образует с ним гальваническую пару, в которой железо – менее активный металл, а цинк – более активный. При контакте с влагой и кислородом цинк-анод вступает в реакцию первым, жертвует свои электроны на борьбу с коррозией, а железо – катод принимает электроны, защищается и остается практически не тронутым ржавчиной. Защитный процесс продолжается до полного истощения слоя цинка.1 слоя в 40-60 мкм хватает на 10-25 лет.

Читайте также:  Термодиффузионное цинкование: описание и преимущества

Сразу 2 способа защиты, которые сменяют друг друга, очень пригождаются металлам с первого дня эксплуатации. Дело в том, что любое покрытие составом не герметично на 100%, а имеет дефекты и поры. Цинковое покрытие также может пропускать некоторое количество кислорода на начальном этапе использования. Именно тогда оно защищает металлы от ржавчины протекторным или электрохимическим способом. В процессе эксплуатации происходит уплотнение структуры покрытия, полное растворение цинковых соединений и вступает в силу барьерная защита, как при горячем цинковании. Если целостность покрытия будет нарушена (царапины, механические повреждения, разъедание химикатами), то за работу снова возьмется катодная защита.

Не просто цинк – или почему холодное цинкование защищает дольше?

На практике, цинковое покрытие – самое надежное и долговечное. Однако, одно цинковое покрытие, другому рознь. Вы можете приобрести краску с цинком, правильно ее нанести, но защита не прослужит десятки лет. Потому, что цинк, добавленный в краску, не будет работать таким способом. Такую длительную защиту (25-50 лет) дают только составы для холодного цинкования. Почему же холодное цинкование долговечнее других цинковых способов обработки?

Холодное цинкование обеспечивает те же защитные характеристики, как и другие методы, например, горячее цинкование. Но, в отличие от них гораздо проще наносится на месте эксплуатации конструкций, меньше стоит и дольше служит.

В составах для холодного цинкования содержится 96 и более % цинка, чистотой 99,995%. То есть почти на 100% без примесей! А чем выше концентрация цинка и его чистота – тем дольше прослужит покрытие. Именно это позволяет «холодному» покрытию коррозировать максимально медленно, по сравнению с другими методами оцинковки. Частицы цинка в составе защищены смолами – это еще повышает защитные характеристики покрытия. Кроме того, минимальный размер частиц (от 12-15 мкм, до 3-5 мкм в разных составах) и их овальная форма образуют прочное электрохимическое соединение с металлом. Благодаря этому, даже царапины и повреждения на поверхности покрытия не приводят к его отслаиванию, сохраняя отличную адгезию. Так могут только активные покрытия с катодной защитой. А просто покрытия, в которых добавлен цинк – так не могут.

Даже такой проверенный метод цинкования, как горячий, немного уступает холодному цинкованию. Потому, что при горячем цинковании используются составы с содержанием цинка 80-85% с чистотой до 98%. Смолы, защищающие цинк там отсутствуют, так как не выдержат нагрева до 400°С и все равно потеряют защитные свойства. К тому же, не каждую конструкцию можно разобрать, перевезти и поместить в горячую ванну с цинком.

Сколько прослужит цинковая защита, нанесенная холодным способом?

Сроки действия покрытий, нанесенных методом холодного цинкования, отличаются в зависимости от условий эксплуатации и толщины слоя, а так же от степени очистки поверхности металла. Загрязненная атмосфера, влияние различных химикатов, бензина, солей, щелочей и нефтепродуктов могут незначительно, но ускорить истощение покрытия. Срок действия покрытия, эксплуатируемого на открытом воздухе, всегда меньше, чем более бережное использование внутри помещений.

Сроки, гарантированные производителем для состава холодного цинкования Барьер-цинк:

Зависимость толщины слоя и срока службы покрытия Барьер-цинком:

  • 40 мкм: 7-10 лет;
  • 60 мкм: 10-20 лет;
  • 80 мкм: 14-25 лет;
  • 100 мкм: 18-25 лет;
  • 120 мкм: более 20 лет.

Стоит отметить, что это сроки, которые гарантирует производитель. Реальные сроки службы покрытия в 1,5-2,5 раза превышают гарантийные. К тому же срок службы такого покрытия всегда можно продлить, в любой момент, добавив еще слой и сделав его толще.

На нашем сайте представлены и другие цинкосодержащие грунтовки, обеспечивающие надежную и долговечную защиту металла от коррозии. Например, Барьер-Грунт – однокомпонентный антикоррозийный грунт с цинком для защиты металла в различных средах (почве, воде, атмосфере).

Есть вопросы по выбору состава? Обращайтесь в представительство в вашем городе:

Основы защиты металлов от коррозии

Неорганические неметаллические защитные покрытия,

В этот вид защиты входят эмали, керамические защитные покрытия, окислы, хроматы, фосфаты и т. д. Защитно-коррозионные свойства этих соединений в зависимости от их природы весьма различны: от практически неограниченной до весьма ограниченной стойкости к химическим воздействиям. Тонкие хроматные пленки, наносимые на цинковые покрытия в процессе пассивации, применяются в горячем цинковании стальных изделий с целью временной защиты от коррозии покрытия (образование так называемой «белой ржавчины»).

Металлические защитные покрытия. Металлические защитные покрытия в зависимости от их электрохимических свойств можно разделить на металлы, имеющие потенциал более положительный, чем потенциал основного металла (например, Ni по Fe), и на металлы, имеющие менее положительный потенциал (например, А1 или Zn по Fe).

Защитные покрытия более положительными металлами являются пассивной защитой от коррозии. Они отделяют поверхность материала от агрессивной среды, являясь сами по себе более устойчивыми к ее воздействию, чем защищаемый ими основной материал. При этом большое значение имеет полная беспористость защитного покрытия, так как в порах в результате контактной коррозии будет происходить растворение основного металла. Если же металл покрытия менее положителен, то и при определенной степени пористости имеется еще достаточная защита от коррозии вследствие активного защитного действия на расстоянии. Степень указанной защиты может быть большей (у цинка) или меньшей в результате сильного пассивирования (у алюминия).

Решающим фактором, определяющим свойства и качество металлических покрытий, является технология их нанесения. При выборе определенной технологии следует учитывать преимущества того или иного метода.

Металлические покрытия, нанесенные путем восстановления из растворов (электролитические и химические металлопокрытия). Для получения металлических защитных покрытий изделие погружают в раствор, содержащий ионы осаждаемого металла; ионы переходят на поверхность изделия в результате реакции восстановле

ния. Восстановление может происходить путем электрохимического катодного процесса (электролитические покрытия) или химически, при помощи восстановительной среды (так называемые химические металлопокрытия). Внешний вид получаемых покрытий может варьироваться от матового до блестящего. Покрытия не образуют с основным металлом промежуточных сплавов и обладают ограниченной толщиной.

Горячие покрытия. Защитное покрытие получают погружением соответственно обработанного изделия в расплав металла. При этом между основным металлом и металлом покрытия образуется промежуточный сплав. В результате термического воздействия могут также измениться физические свойства основного металла, особенно у холоднокатаных листов. Металлом покрытия по этому способу служат преимущественно Fe, Sn и А1.

Металлизация распылением. Пластичные и частично неокисленные капли металла, полученные путем диспергирования металлической проволоки или порошка в газовом или дуговом металлизаторе, наносят на поверхность материала, с которой они схватываются механически и спекаются. При этом возникает более или менее пористая, слоистая структура защитного покрытия; для получения равномерной коррозионной защиты высокого качества слой наносимого покрытия должен быть достаточно толстым. Металлизация распылением применяется в случае обработки изделий больших размеров, которые не могут быть подвергнуты покрытию горячим способом, или при ремонтных работах. В качестве металла покрытия применяют преимущественно А1 и Zn.

Диффузионные покрытия и покрытия способом напыления в вакууме. Покрытия, нанесенные диффузионным способом или напылением, предназначают для особых целей. По сравнению с другими методами нанесения покрытий их применение ограничено.

Механическое плакирование. Механическое нанесение металлического защитного покрытия совместной прокаткой или наваркой также относят к пассивной защите от коррозии, хотя такие покрытия при своей значительной толщине сохраняют свойства металла покрытия и по своему коррозионному поведению не зависят от металла основы.

ВРЕМЕННАЯ ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ

Промежуточное место занимает так называемая временная защита от коррозии, которая охватывает все мероприятия по краткосрочной защите изделия, с использованием как активных, так и пассивных методов защиты. Сюда относятся удаляемые лаки, ингибиторы, антикоррозионные покрытия на базе масел, жиров и воска и мероприятия по упаковке. Не следует рассчитывать на возможность получения долгосрочной защиты от коррозии при помощи временных защитных средств.

3. КРИТЕРИИ ВЫБОРА СПОСОБА ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ

ТРЕБОВАНИЯ К ЗАЩИТЕ ОТ КОРРОЗИИ

К наносимому покрытию предъявляются следующие требования: оно должно быть беспористым, иметь прочное сцепление с основным металлом, быть пластичным, выдерживать внешние механические нагрузки и обладать достаточной стойкостью против коррозии.

Ряд физических, химических, электрохимических, термических и механических свойств покрытия, таких, как поверхностная твердость, сопротивление износу, водостойкость, прочность на изгиб и т. п., должен быть принят во внимание при выборе соответствующего способа защиты от коррозии в зависимости от срока службы конструкции или изделия и коррозионных нагрузок. Кроме того, необходимо знать: способы предварительной обработки поверхности; виды и методы нанесения антикоррозионной защиты (например, при помощи кисти, пистолета, погружением в ванну, в механизированных установках путем накатки, напыления, погружения, и т. д.); вид, количество и толщину слоев защитных покрытий, а при получении защитных покрытий необходимой толщины иметь возможность ее измерения; коррозионную устойчивость защитной системы в атмосферных условиях в районе применения изделия, требования к внешнему виду изделий, стоимость способа защиты, отнесенную к общему сроку службы конструкции или изделия, с учетом сопоставления вариантов затрат по содержанию средств защиты от коррозии. Должен быть учтен срок службы защитного покрытия (длительная или временная защита).

ТРЕБОВАНИЯ К КОНСТРУИРОВАНИЮ С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ КОРРОЗИОННОЙ ЗАЩИТЫ

Между методами защиты от коррозии и требованиями, предъявляемыми к конструкции, существует тесная взаимосвязь.

В общем необходимо соблюдать следующие условия: избегать контакта между двумя разнородными металлами при их соединении; принимать меры для предотвращения щелевой коррозии, придавать поверхности оптимальную форму для нанесения защитных покрытий; избегать глубоко профилированных деталей; применять профили с наименьшим числом углов и выступов. Угловому профилю следует отдавать предпочтение перед швеллером, а швеллер предпочесть двутавру, учитывать такие усиливающие коррозию факторы, как эрозия, кавитация, вибрация, турбулентность, местный разогрев и т. д.

Расположение деталей и конструкций должно препятствовать проникновению агрессивных сред или ограничивать их воздействие. Недоступные места конструкций должны быть основательно защищены от коррозии. При правильном, с точки зрения защиты от коррозии, конструировании необходимо учитывать экономичность мероприятий по уходу за конструкцией.

ТРЕБОВАНИЯ К КОНСТРУКЦИЯМ ИЛИ ИЗДЕЛИЯМ

Для оптимального решения вопросов защиты от коррозии надо принимать во внимание технологию изготовления установок, конструкций или изделий и возможности нанесения защитного покрытия в зависимости от: массы изделий или соотношения их величин; числа изделий, деталей или конструкций, подлежащих изготовлению; состояния поверхности, расположения деталей или изделий в общей конструкции; условий транспорта изделий, их монтажа и эксплуатации с учетом механических нагрузок, коррозионных воздействий и т. п., а также заданного срока службы изделия или конструкции.

Автор: Администрация Общая оценка статьи: Опубликовано: 2011.09.04 Обновлено: 2020.03.04

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Добавить комментарий