ВСЕ О КОРРОЗИИ   Знать - значит победить

Горячее цинкование

Горячее цинкование - самый старый и простой способ нанесения цинка на поверхность изделия. При горячем цинковании защищаемый металл погружают в ванну с расплавленным цинком, температура которого составляет около 450 0С. Горячее цинкование применяют для нанесения покрытий главным образом на крупногабаритные изделия простых форм. Для покрытия  резьбы, узких отверстий, других сложные элементов горячее цинкование применяют редко. Методом горячего цинкования наносят покрытие на листы кровельного железа, трубы, детали машин, балки, уголки, проволоку.

История горячего цинкования

Метод горячего цинковании появился и  впервые был применен во Франции (1742 год), химик Поль Жак Малуэн погрузил в расплавленный цинк стальные изделия. В результате на них образовался слой цинка. В этом же году  Малуэн выступил с докладом во  французской Королевской академии, где подробно описал процесс получения цинкового покрытия на стальных деталях.

Запатентован метод был французским химиком С. Сорелем (1836 год). Он предложил предварительно очищать поверхность стального изделия сначала в 9 % растворе серной кислоты (H2SO4), а  затем флюсованием в  хлориде аммония (NH4Cl). Только после этих операций применять горячее цинкование.

В 1847 году в Золингене (Германия) открылся первый цех горячего цинкования.  Через четыре года начал функционировать еще один цех  в Австрии  (на предприятии "Винивартер & Герсхайм").

Во второй половине XX века метод  горячего цинкования был признан  международным стандартом в области антикоррозийной защиты.

Многочисленные исследования подтвердили высокие эксплуатационные свойства горячеоцинкованной стали. Она получила широкое применение как в промышленной, так и сельскохозяйственной сферах. Цинковые покрытия применяют во всех эксплуатационных средах, кроме сильных щелочных и кислых.

В наше время только в Европе действует больше тысячи заводов, на которых применяют метод горячего цинкования. И ежегодно около 400 тыс. тонн цинка расходуется на покрытие стали горячим способом.

Технология горячего цинкования

Подготовка поверхности перед горячим цинкованием

Перед нанесением на поверхность стального изделия расплавленного цинка - нужно предварительно ее подготовить. От качества подготовленной поверхности будет зависеть  сцепление покрытия с основным металлом. Подготовка поверхности перед горячим цинкованием включает следующие этапы: обезжиривание, промывка, травление, промывка и последующее флюсование.

Операцию обезжиривания проводят для удаления масляных и других органических загрязнений. Широко используют для обезжиривания перед горячим цинкованием кислотные и щелочные растворы. Выбор реагента во многом зависит от природы загрязнения. Процесс проводится при температуре от 60 до 80оС. Следующий этап -  тщательная промывка. Промывка нужна для удаления остатков жира, реагента и пены (если в состав реагента входят пенообразующие вещества).

После промывки изделие подвергается травлению. Для снятия  окалины и ржавчины его при температуре окружающей среды (20 - 25оС)  окунают в ванну с раствором  соляной кислоты (концентрация 120 - 210 г/л). Это эффективный  способ добиться высокой степени очистки поверхности. Соляная кислота растворяет хлориды железа и обеспечивает блестящую, ровную поверхность. Что не маловажно для получения хорошей сцепляемости металлопокрытия  с основным металлом. После растворения ржавчины и окалины  соляная кислота начинает разрушать само изделие. Чтобы избежать излишних потерь металла в раствор кислоты дополнительно вводят специальные ингибиторы, которые кроме того помогают избежать наводораживания.

После травления изделие подвергают дополнительной промывке для снятия остатков раствора травления и солей. Для экономии воды очень удобно последовательно располагать несколько промывочных ванн.

Во время промывки на поверхности вновь образуются окислы железа -  они  удаляются во время операции флюсования. Флюсование применяют для окончательной очистки поверхности и получения пассивной пленки, которая предотвращает последующие окисление и обеспечивает хорошее смачивание изделия расплавленным цинком.

Основными составными флюса являются хлорид аммония  и хлорид цинка. Вот, например, один из используемых на производствах составов: 55,4% NH4Cl, 6% глицерина, 38,4% ZnCl2. Обработка ведется при температуре  60оС   концентрированным раствором   флюса   (400 - 600 г/л). Состав флюса должен непрерывно контролироваться, а ванна вовремя очищаться. Очищают ванну добавлением в нее перекиси водорода. Вследствии на дно осаждаются соли трехвалентного железа. Осадок собирается в отстойники, а потом фильтруется.

Сушка изделия перед горячим цинкованием

Если после флюсования изделие сразу же погружать в ванну с расплавленным цинком - оставшаяся на нем вода будет мгновенно испаряться, образуя что-то вроде микровзрывов (всплесков). В результате на изделии будут либо голые  участки, либо участки с неравномерным покрытием и плохим сцеплением. Чтобы избежать подобных проблем, к тому же сэкономить энергию, расходуемую на поддержание постоянной температуры расплавленного цинка, проводят сушку детали. Продолжительность сушки превышает время самого горячего цинкования. Сушильная печь позволяет осушить влагу с поверхности, дополнительно  нагреть изделие до температуры около 100оС.

После проведения всех подготовительных операций можно преступать к самой главной - горячему цинкованию.

Горячее цинкование

Для получения хорошего защитного покрытия важную роль играет качество и температура цинка, качество стали, предварительная подготовка поверхности, продолжительность погружения, скорость погружения, скорость поднятия, режим охлаждения.

Во время погружения в ванну флюс плавится, что обеспечивает хорошую смачиваемость расплавленного цинка. Если изделие опускать слишком медленно - флюс расплавится намного раньше, чем требуется и поверхность покроется окислами. Если слишком быстро - он не успеет расплавится и покрытие будет с дефектами. Поэтому очень важно подобрать оптимальную скорость погружения.

При горячем цинковании изделие выдерживают в ванне с расплавом от трех до десяти минут. За это время на поверхности расплава образуется слой из шлака. Перед тем, как достать изделие нужно специальным скребком этот шлак убрать. Если этого не сделать - часть его осядет на горячеоцинкованной детали.

На конечную толщину покрытия очень влияет скорость извлечения изделия из ванны. Чем медленнее производится подъем, тем толще покрытие. Это связано со скоростью кристаллизации расплава. Для каждой детали (учитывая размеры, геометрическую форму) скорость подъема и наклон определяются индивидуально. Сушка (охлаждение) изделия, защищенного горячим цинкованием, производится на открытом воздухе, а потом  на складе.

Готовая продукция проверяется на соответствие требованием ГОСТ.

Над каждой ванной на линии горячего цинкования установлены мощные системы вентиляции для вытяжки, а также последующего обезвреживания паров соляной кислоты и других опасных загрязнений.

Современные линии горячего цинкования полностью автоматизированы. На более старых заводах операторы-контролеры управляют процессом при помощи специальных пультов, что исключает близкий контакт с вредными веществами.

Достоинства метода горячего цинкования:

- высокая коррозионная устойчивость покрытого изделия;

- относительная дешевизна горячего цинкования;

- простота реализации;

- простота обслуживания установок;

- высокая производительность;

- способность цинкового покрытия защищать основной металл даже после механического повреждения или нарушения сплошности покрытия;

- высокая электропроводность покрытия;

- хорошая теплопроводность;

- покрытие препятствует водородному охрупчиванию основного металла.

Недостатки метода горячего цинкования:

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

- трудности при сварке и дальнейшей обработке оцинкованных изделий;

- относительная неравномерность покрытия;

- невозможность получить очень тонкие покрытия.

- относительно большой расход цинка.

С помощью метода горячего цинкования получают покрытие толщиной от нескольких микрон до одного миллиметра.

Контакты