Горячее цинкование. Технология процесса оцинковки металла

Горячее цинкование — это основной, пользующийся популярностью метод защиты стальных конструкций от коррозии, при производстве металлоизделий на заказ в компании "Схид-будконструкция", Украина.

Услуги горячего цинкования - процесс нанесения на сталь покрытия, устойчивого к механическим воздействиям, осуществляется в результате погружения стального элемента в жидкий цинк (температура ванны 445-460°С) после выполнения работ по металлообработке. Услуги цинкования заказываются на заводе "Схид-будконструкция" совместно с работами по изготовлению металлоизделий, деталей из металла. Стоимость горячего цинкования металлоконструкций (цена за тонну, за кг) уточняйте по контактным телефонам завода.

 Горячее цинкование металлоконструкций:

• оцинкованные опоры ЛЭП, вышки сотовой связи, опоры канатных дорог, оцинкованные опоры освещения
• металлоконструкции каркасов жилых и промышленных зданий;
• трубы стальные водопроводные, профильные трубы, граненые конические трубы;
• оборудование используемое на речных и морских судах;
• самые различные металлические конструкции, эксплуатируемые в условиях агрессивной среды, в том числе элементы контактной сети, перильные и дорожные ограждения, металлические лестницы, стальные опоры ЛЭП и освещения.

Горячее цинкование применяют для нанесения покрытий главным образом на крупногабаритные изделия простых форм. Для покрытия  резьбы, узких отверстий, других сложные элементов применяют термодифузионное цинкование или холодное. Таким методом цинкуют листы кровельного железа, трубы, стальные детали машин, балки, уголки, стальную проволоку.

Зачем оцинковывают металл?

Широкое использование  горячего цинкования, как метода защиты стали в разных областях промышленности, объясняется тем, что цинк – один из наиболее доступных металлов, обеспечивающий эффективную защиту железа и его сплавов при работе в паре с ними. Слой цинкования разрушается медленно в виду образующейся защитной пленке химических соединений, которая состоит из оксида самого металла. Пленочка в данном случае является довольно плотной, и она, как нельзя лучше препятствует дальнейшему окислению металла и служит своеобразным барьером.

С железом дело обстоит совершенно по-другому. Оксид железа не обладает такими же свойствами. Он менее плотный, менее прочный, рыхлый, и не защищает остальную часть от окисления. В результате чего и образуется ржавчина.

Чтобы защитить стальную структуру от коррозии современная наука придумала виды цинкования. То есть, если покрыть сталь тоненьким слоем цинка, то процесс окисления будет выглядеть совершенно иначе. Окислится верхний слой цинка, на поверхности образуется пленочка, которая по своей фактуре будет очень прочной и сможет защитить изделие от коррозии на долгие годы.

Горячее цинкование защищает железо и сталь гораздо лучше, чем эмаль или пластик. Оно устойчивее к физическому воздействию чем слой краски, и проникает даже в трудно доступные участки стального изделия.
Даже при наличии незначительных повреждений (например, царапин) горячее цинкование сохранит металл от ржавчины в поврежденном месте и препятствует подпленочной коррозии. Это объясняется электрохимическим различием между цинком и железом, в результате которого Zn образует с железом устойчивое соединение. Долговечная защита металла — одна из главных достоинств горячего цинкования, дающее ему огромное преимущество по сравнению с краской или пластиком.
Технология процесса цинкования позволяет получить большую толщину покрытия после проведения предварительной пескоструйной очистки металла или при использовании определенных марок стали.

Техпроцесс горячего цинкования допускает оцинковывать детали из низкоуглеродистой стали ГОСТ 380-94, 1050-88, 27772-88. Сталь должна содержать кремния < 0,37% (предпочтительно < 0,25%), углерода < 0,25%. Желательно использовать сталь одной марки для получения лучшего внешнего вида. Использование легированных сталей для цинкования не допускается.

Недостатки метода горячего цинкования:

- ограниченные размеры изделия, предназначенного для горячего цинкования (зависит от размера ванны);

- трудности при сварке деталей и дальнейшей обработке;

- относительная неравномерность покрытия;

- технология цинкования не позволяет получить очень тонкие покрытия.

- минусы большой стоимости горячего цинкования.

Основные преимущества горячего цинкования:

Основной плюс, что метод горячего цинкования гарантирует износостойкость и долговечность защитного слоя, позволяет варьировать толщину от нескольких микрон до миллиметров и обрабатывать тонкостенные изделия и проволоку. Добавив в расплав олово, можно существенно увеличить блеск покрытия. А введение алюминия в раствор для цинкования повысит способность защитного слоя изгибаться и растягиваться при пластических деформациях.

Есть ли вред у горячего цинкования?

Оцинкованные металлоконструкции не способны причинить вред окружающей среде и здоровью человека. Покрытие не выделяет токсических веществ. Вредность горячего цинкования проявляется в самом технологическом процессе, в результаты которого выделяются вредные пары цинка, щелочи, кислот, которые оказывают негативное влияние на работников предприятия и окружающую среду.

Технология цинкования стали

Как происходит процесс цинкования ?

Сегодня горячее цинкование делают на автоматических и полуавтоматических технологических линиях, специальном оборудовании для горячего цинкования. Линия состоит из ванн, обеспечивающих подготовку поверхности металла, сушильной печи для сушки деталей, ванны цинкования, зоны охлаждения и контроля.

Технологический процесс состоит из трех этапов на которых решаются вопросы:

1. Как подготовить металл к горячему цинкованию? 
Очистка состоит из трех шагов: чистка металла щелочью, травление кислотой, флюсование, сушка. Подготовка поверхности металла является наиболее важным этапом в технологическом процессе горячего цинкования. Появление ржавчины до окончания ожидаемого срока службы, в большинстве случаев, происходит из-за нарушений этого этапа технологического процесса цинкования.

Этап подготовки поверхности металла имеет свои собственные способы осуществления контроля качества, так как подаваемый цинк не вступает в реакцию со стальной поверхностью, если она не полностью чистая. Любые нарушения технологии будут видны при извлечении детали из расплавленного цинка, т. к. грязные участки останутся неоцинкованными, и необходимо будет сразу же предпринять действия по устранению дефекта цинкования.
2. Как происходит горячее цинкование?

 В процессе горячего цинкования металл полностью погружается в ванну, состоящую преимущественно из расплавленного цинка. Температура в ванне поддерживается на уровне 850 F (454 °C). 

Во время процесса горячего цинкования в ванне окисление цинка до окиси увеличивает его вязкость и приводит к хрупкому разрушению покрытия. В ванне всегда образуется дросс (сплав цинка с железом, содержащий 3—7% железа).

Дросс является более хрупким, чем слой чистого цинкового покрытия, и имеет меньшую склонность к коррозии, чем чистый металл. Дросс состоит из нескольких слоев различного химического состава и толщины. Эти слои соответствуют фазам бинарной системы железо — цинк. Количество наносимого покрытия находится в пределах 20—50 г на 1 м , что соответствует толщине горячего цинкования 10—30 мкм.
Стальные конструкции погружаются в ванну на достаточно продолжительное время до достижения температуры ванны. Изделия медленно вынимаются из ванны для цинкования, и избыток Zn удаляется путем дренажа, вибрирования и/или с помощью центрифуги.

На конечную толщину оцинковки влияет скорость извлечения изделия из ванны. Чем медленнее производится подъем детали, тем толще покрытие остается на металле. Это связано со скоростью кристаллизации расплава.

Как цинкуют металл изделия маленьких размеров и большой длины? Для каждой детали (учитывая размеры, геометрическую форму) скорость подъема и наклон определяются индивидуально и задаются в карте технологического процесса. Поэтому горячее цинкование мелких деталей делается отдельно от крупногабаритных деталей.
Химические реакции, которые приводят к образованию и структурированию оцинковки, продолжаются после того, как предметы будут извлечены из ванны и до полного охлаждения. Сушка (охлаждение) изделия, производится на открытом воздухе, а потом  на складе цеха горячего цинкования.

3. Как проверить качество горячего цинкования?
 Два параметра горячего цинкования, которые тщательно проверяются, — толщина слоя и внешний вид покрытия. Различные простые физические и лабораторные тесты выполняются в цеховой лаборатории (определяют толщину цинкового покрытия, однородность, уровень прилипания, внешний вид) в соответствии с требованиями ГОСТ.

Толщина оцинковки бывает от 40 до 200 мкм. Цинк окисляется (быстро или медленно), со временем покрытие становится тоньше, в среднем его толщина уменьшается где-то на 2-10 мкм в год (на сколько точно, зависит от степени агрессивности среды). Таким образом, срок службы цинкового покрытия, при толщине слоя 80-100 мкм составляет от 20 до 50 лет, в зависимости от агрессивной окружающей среды.

Скорость коррозии цинка в микронах за 1 год составляет:

• Чистая сухая атмосфера (пустыня) — 0,5
• Сельская местность умеренного климата — 1-1,5
• Чистая влажная атмосфера тропиков до 5
• Городская атмосфера, загрязненная газами(СО2, SO2, H2S) — 6-8
• Особо загрязненная атмосфера города до 2
• Морская атмосфера — 4-20

Горячеоцинкованное покрытие обеспечивает хорошую защиту металла в водах с жесткостью 2,0 мэкв/л при толщине 100 мкм. Мягкая нагретая вода разрушает цинковое покрытие, неустойчиво оно также в кислых и щелочных водах.

Как подготовить оцинковку к покраске?

Цинкование деталей служит хорошей основой для окраски, если деталь подготовить надлежащим образом и подобрать подходящую краску по цинку. Чтобы обеспечить прочную адгезию слоя краски, необходимо тщательно очистить деталь от малейших следов загрязнения и строго соблюдать технологию нанесения краски. Для повышения адгезии, оцинкованную сталь можно подвергнуть пескоструйной обработке, фосфатированию или другой подходящей предварительной обработке. 

Окраска по цинку и другие антикоррозийные методы, применяемые на рабочей площадке, могут потребовать привлечение специалистов. Чтобы не вызвать проблемы в организации деятельности, задержки по времени, ошибки и споры, касающиеся качества цинкования, вы можете привлечь компанию "Схид-Будконструкция" в качестве исполнителя работ.

Как оцинковать в домашних условиях?

Горячее цинкование в домашних условиях вы конечно сами не сделаете. Оцинковку самостоятельно можно выполнить аппаратом для цинкования или холодным способом. Он представляет собой покраску специальными средствами, основной составляющей которых является цинк. Смесь состоит из большей части цинкового порошка (примерно 80%) и наполнителя. Цинконаполненная краска наносится своими руками обычной кисточкой, валиком или распылением из баллончика. При осторожном равномерном нанесении можно добиться красивого внешнего вида изделия даже в домашних условиях. Кроме того, цвет, получаемый при холодном цинковании, выглядит более презентабельно и однородно, чем и отличается от горячего цинкования с наплывами и неоднородностью структуры.