Цинкование металла: что это такое, назначение, виды, плюсы и минусы каждого метода
Металл повсеместно используется в производстве, так как это прочный и надежный материал. Однако хорошо известно, что даже он, под воздействием кислорода, повышенной влажности, солей или агрессивной среды, имеет свойство самопроизвольно разрушаться.
Существует большое количество методов защиты металла от коррозии. Одним из самых действенных является цинкование. В этой статье мы разберемся с тем, что такое цинкование и какие технологии защиты металла с помощью цинкования существуют.
Для чего на металл наносят слой цинка
При цинковании металла на поверхность металлического изделия наносят тонкий слой цинка. В этом соединении – металл плюс цинк – образуется так называемая гальваническая пара. В ней сталь имеет меньшую степень электроотрицательного заряда, а цинк – большую.
Получается, что при цинковании, под воздействием на материал агрессивной среды, кислорода, солей или влажности, коррозии подвергается цинк, а сталь остается в целости и сохранности до тех пор, пока цинковое покрытие полностью не разрушится.
В тех же местах, где цинк почти разрушился, он все еще продолжает выступать в качестве анода – очень медленно растворяется, таким образом продолжая защищать поверхность металла от электрохимической коррозии.
При цинковании металл становится:
- Устойчивым к перепадам температур;
- Устойчивым к влиянию агрессивной среды;
- Устойчивым к процессу окисления;
- Твердым и прочным;
- Менее подверженным разрушению.
Какими свойствами обладает оцинкованный металл?
Срок службы оцинкованного металла увеличивается в разы. Согласно нормативным актам, в зависимости от технологии, он может составлять от 25 лет. Кроме того, так металл становится менее подверженным ударам и истиранию. А вот вес оцинковка практически не увеличивает. Обработанный металл можно без опасения использовать на открытом воздухе или во влажной среде – способ цинкования помогает сохранять высокую устойчивость к пресной и соленой воде.
Оцинкованные металлические детали проще поддаются сварке точечной и шовной. Но в этом случае сварные швы необходимо дополнительно обработать, иначе на них будет отсутствовать цинковое покрытие, и металл будет подвержен коррозии.
Металл, покрытый цинковой пленкой хорошо принимает форму на изгиб в листовых материалах и профилях, а также сохраняет целостность даже после штамповочной обработки или разрезания ножницами.
Где применяется оцинкованный металл?
Оцинкованная сталь – популярный материал, благодаря его небольшой стоимости и прочности.
В первую очередь, цинкование широко используется при строительстве. Из него изготавливают металлочерепицу, настил, кровельные профилированные листы, ворота и звенья для заборов, несъемные опалубки и многое другое.
В водосточных системах тоже не обходится без оцинкованной стали. Водогазопроводные трубы для воздуховодов, вентиляций и дымоходов также делают из нее.
Из оцинкованной стали строятся здания из сэндвич-панелей, которые имеют самый быстрый срок возводимости.
Часто оцинкованный металл используют при вытяжке, вальцовке и гибке.
Методы цинкования
Каким именно методом стоит наносить цинк на металл, зависит от нескольких факторов: условия эксплуатации и характеристики, которые в результате должны быть присущи защитному слою. Также следует заранее выбрать толщину наносимого цинка, так как от этого зависит, сколько времени и при какой температуре будет продолжаться процесс цинкования.
На сегодняшний день выделяют 7 видов цинкования:
- Горячее цинкование;
- Цинкирование;
- Холодное цинкование;
- Гальванический метод;
- Диффузионное цинкование;
- Шоопирование;
- Газодинамическое цинкование.
Для того, чтобы точно правильно определиться с методом, давайте подробно рассмотрим каждый из них.
Горячее цинкование
На первый взгляд, это самый простой метод покрытия металла цинком: материал просто погружают в резервуар с расплавом цинка, нагревают до 400 градусов Цельсия, а затем вынимают уже оцинкованную деталь.
Для того, чтобы этот процесс произошел, необходимо предварительно произвести многостадийную подготовку металла с использованием различных ванн.
Этот метод считается самым надежным и долговечным. Антикоррозионная стойкость такого покрытия приравнивается к прочности нержавеющей стали. Горячее покрытие ложится равномерно, заполняет все трещины, мелкие неровности и труднодоступные места. При нем можно достичь толщины цинкового слоя до 150-200 мкм.
Плюсом метода также можно отметить его невысокую стоимость (например, в 4 раза дешевле нержавеющей стали). Получается очень выгодное взаимоотношение цены и времени, которое это покрытие прослужит.
Конечно же, стоит отметить, что эта технология долговечнее лакокрасочных покрытий. Это позволяет экономить и в перспективе: раз детали служат дольше, их дольше не придется менять.
При нанесении цинка горячим способом получается покрытие без стыков. На него не придется наносить финишный слой краски – в данной технологии цинк сам по себе имеет благородный вид.
Однако жидкий цинк быстро застывает, из-за чего могут образовываться неровности, наплывы толщиной до 1 мм. Это критично для тех деталей, на которых находится резьба и деталей с узкими отверстиями.
Накладываются ограничения и на размер детали из-за того, что ванна с расплавом цинка не может быть большого объема.
В ходе процесса происходят большие энергопотери, так как цинк приходится постоянно подогревать до необходимой температуры. Учитывайте, что тонкий или некачественный металл под воздействием высокой температуры может деформироваться.
Также нужно знать, что для применения данного метода вам придется привезти деталь в цех, так как горячее цинкование возможно осуществить только в специально оборудованном помещении. За транспортировку изделий, конечно же, тоже придется заплатить. Так что, если вам требуется обработать большое количество металла, услуга может оказаться не такой уж дешевой.
К тому же, в России предприятий, которые производят оцинковку методом горячего цинкования, насчитывается всего около 100. Из-за большой удаленности от этих предприятий совсем небольшой процент населения может воспользоваться технологией. И все же желающих всегда много, поэтому порой приходится ждать своей очереди несколько месяцев.
Цинкирование
Цинкирование – самый передовой метод защиты металла от коррозии, относительно новый для Российского рынка. Это прямая альтернатива горячему цинкованию.
Цинкирование составом класса Zinker, в отличие от цинконаполненных ЛКМ (холодного цинкования), не требует перекрытия финишными слоями, благодаря уникальному полимеру и особой форме частиц, которые обеспечивают катодную защиту цинка на протяжении всего срока службы. Применяется как самостоятельное покрытие, по аналогии с горячим цинкованием, однако, при необходимости, может использоваться как грунт под различные ЛКМ и огнезащитные материалы. Не разрушается под действием УФ-излучения. Цинкирование, в отличие от горячего цинкования, применяется для защиты крупногабаритных, полых, тонкостенных, сваренных внахлест изделий.
После нанесения получается сверхпрочный, тонкий, ровный защитный слой благородного серого цвета, а при помощи насадки скотч-брайт возможно добиться и металлического блеска.
Состав Zinker эластичен, устойчив к вибрационным, ударным нагрузкам и к истиранию.
Для того, чтобы подготовить изделие к Цинкированию, необходимо применить абразивно-струйный, или механический способ зачистки. На изделии не должно остаться неровностей, острых кромок, заусенцев, прожогов, остатков флюса и тому подобного.
Если изделие покрыто жировым слоем, его моют с помощью моющих средств. Если поверхность раньше была окрашена, то краску также смывают, а поверхность потом обезжиривают.
Далее наносят необходимое количество слоев (для достижения определенной толщины). Это нужно сделать не позднее, чем через 12 часов после очистки, если детали находится на открытом воздухе, и 48 часов, если они находятся в помещении.
Наносить цинковый состав можно любым удобным способом:
- Кистью;
- Валиком;
- Методом пневматического распыления;
- Методом безвоздушного распыления;
- Методом окунания;
- Из аэрозольного баллона.
При Цинкировании не нужно ждать, когда высохнет первый слой – можно тут же наносить следующие. Наносить можно даже на влажную поверхность – только избегать наличия капель или слоя льда.
Толщина наносимого слоя составляет от 40 до 160 мкм (для конструкций с незначительными деформациями – до 200 мкм). Обладая хорошей адгезией сразу после нанесения, цинковый слой со временем еще упрочняется под воздействием среды. Срок службы изделия с таким покрытием будет составлять не менее 25 лет.
После покрытия изделия цинком необходимо подождать час-полтора до кантования. Через пару дней оцинкованное изделие можно начинать эксплуатировать.
Цинкирование применяется в качестве самостоятельного покрытия и не требует перекрытия финишными слоями.
Применяют Цинкирование во многих областях: в промышленном и гражданском, дорожном и транспортном строительстве, в сельском хозяйстве, при строительстве гидросооружений,на объектах ТЭК, для защиты ответственных конструкций в любой среде, в том числе сильноагрессивной.
Эту технологию можно использовать даже для утолщения слоя цинкового покрытия, которого оказывается недостаточно для агрессивных сред. Также очень интересно, что у покрытия есть способность “самозалечиваться”: при образовании больших сколов (до металла) или появлении царапин покрытие легко их затянет; при больших повреждениях оно остановит дальнейший процесс коррозии.
Получается, что Цинкирование совмещает в себе все лучшее от других методов:
- Можно проводить прямо на месте, без демонтажа деталей;
- Проведение процедуры возможно как зимой, так и летом – при температуре от -35 до +50 градусов и влажности до 90%;
- Покрывать слоем цинка можно детали любого размера и толщины;
- Этим способом можно восстанавливать поврежденные поверхности;
- Можно восстанавливать детали, на которые раньше был нанесен цинк любым другим способом;
- Стойкость к механическим повреждениям, ударам;
- Поддаются Цинкированию даже плохо цинкуемые стали, такие как 09Г2С;
- Эстетически привлекательное покрытие – ровное, благородного серого цвета;
- Электрохимический способ защиты;
- Применяется для морской среды;
- Способность к самовосстановлению;
- Хорошая адгезия сразу после нанесения.
К минусам Цинкирования можно отнести то, что оно не используется при взаимодействии поверхности с нефтепродуктами и при обработке резьбовых изделий.
Цинкирующее покрытие не предназначено для сопротивления сильному абразивному воздействию.
Также необходимо знать, что при цинкировании на открытом воздухе, необходимо сооружение навесов для того, чтобы защитить процесс от попадания снега и дождя во время нанесения цинкирующего состава.
Холодное цинкование
Холодное цинкование не является как таковым цинкованием, так как в этом случае при нанесении цинка не образуется гальванической пары Fe-Zn. Это многослойная система лакокрасочных материалов, состоящая из цинкосодержащей краски, применяемой в качестве грунта, промежуточного слоя и финишного слоя.
На предварительно подготовленную металлическую поверхность, наносится раствор с содержанием цинка от 50% до 96%. При нанесении используют кисть, валик или пульверизатор.
Недостатком всех многослойных систем, состоящих из грунтовых финишных и промежуточных слоев, является просушка каждого отдельного слоя перед нанесением следующего, что существенно снижает скорость производства изделий.
Данные системы обладают неплохой адгезией. Дополнительным плюсом является то, что изделие из металла не нужно придавать большой подготовке – флюсовка не требуется, лишь очищение от ржавчины и грязи.
Как мы уже отметили раньше, при холодном цинковании не образуется гальванической связи между металлом и покрытием, и поэтому как такового взаимодействия металла с цинком не происходит. То есть эффект данной технологии – барьерный, электрохимической защиты металла в нем не предусматривается. Поэтому соединение не обладает высокой прочностью и долговечностью, как это присуще всем технологиям цинкования.
Также цинковые покрытия обладают протекторным действием только до тех пор, пока они способны активно растворяться под действием внешней коррозионной среды. Если же цинк теряет способность активно растворяться, то его катодное защитное действие снижается вплоть до полного исчезновения. В холодном цинковании при отверждении полимерная пленка способна блокировать растворение цинка. В таких условиях протекторная защита невозможна.
Холодное цинкование – это экономный вариант антикоррозионных покрытий, но слабо относящийся к цинкованию.
Гальванический метод
Для данного метода используется электролитический раствор. Электролит кладут в ванну и пропускают через него ток. Анодом в данном процессе выступают цинковые пластины, а катодом – детали из металла. Ток действует на цинк таким образом, что цинк растворяется в электролите, вследствие чего его ионы равномерно оседают на металле.
Гальванический метод используется в неагрессивных средах, так как толщина слоя нанесенного цинка будет составлять всего до 20 мкм. Зато именно при этой технологии деталь будет обладать красивым металлическим блеском: светло-серым, матово-белым или сине-голубым. Цвет будет зависеть от толщины покрытия.
Главным плюсом метода является то, что цинк распределяется по всей поверхности равномерно, без наплывов.
Однако гальваническое покрытие не стойко к истиранию, к тому же, при увеличении толщины, сталь может приобрести так называемую “водородную хрупкость”, к тому же, это одна из самых дорогих технологий.
Диффузионное цинкование
Диффузтонное цинкование дает высокую прочность и идеальную ровность.
При этом методе металл помещают в цинкосодержащую смесь, а затем – во вращающийся герметичный контейнер. В контейнере выполняются два условия: пониженное давление (0,1 атмосферы) и высокая температура. В результате перехода атомов цинка в газообразное состояние и происходит процесс цинкования. Так образуется защитный слой, толщиной больше 15 мкм. Оцинкованная деталь приобретает большую устойчивость к коррозии и повышенную прочность поверхности. К тому же, очень высока и адгезия такого покрытия – отделить один материал от другого становится практически невозможно.
Подготовка деталей к цинкованию в данной технологии схожа с той, которую необходимо проделывать при горячем цинковании – хорошо очистить и офлюсовать.
Процесс самой обработки является полностью экологически безопасным, что, несомненно, относится к плюсам. Также обрабатываемая деталь не облагается большим количеством критериев: в этом случае можно в большом диапазоне регулировать толщину накладываемого слоя и сохранять сложные геометрические формы покрываемой цинком детали.
Недостатком диффузионного метода можно назвать непривлекательный вид получающихся деталей грязно-серого цвета. Поэтому эта технология чаще всего используют там, где внешний вид деталей не так уж важен – для изготовления гаек, болтов, метизов и тому подобного. Также нужно иметь в виду, что особенности технологии не позволяют обрабатывать большие по размеру детали.
Будьте осторожны, если находитесь рядом в момент цинкования: процесс может быть опасен для здоровья из-за появления цинковой пыли в воздухе.
Шоопирование
Этот способ назван так по имени инженера Макса Ульриха Шоопа. Его специфика заключается в том, чтобы нанести металлический слой на деталь путем распыления горячего состава. Процесс происходит под давлением сжатого воздуха, поэтому для него используется специальный аппарат – шприц-пистолет.
При этом методе формируется устойчивая пленка, которая служит как бы грунтовым покрытием для последующего нанесения лакокрасочного слоя.
Шоопирование внешне очень похоже на сварку. Главное отличие в предназначении: в случае сварки – это соединение деталей, в случае шоопирования – защита поверхности от коррозии.
Для шоопирования может быть использован как чистый металл, так и сплав. Однако стоит учесть, что нужно использовать те сплавы, температура плавления которые превышает 250 градусов Цельсия. Поэтому расплавленный цинк для шоопирования подходит отлично.
Применение этой технологии достаточно широко. Шоопированием покрывают мелкие изделия: шурупы, болты, гайки и тому подобное. Также таким способом покрывают тару, используемую в химической и транспортной промышленности, например, для судостроения, железнодорожных деталей, самолетостроении. Удобно восстанавливать изношенные детали. Больше всего этот способ полезен для самофлюсующих припоев.
Однако шоопирование не позволяет полностью избавиться от окисления, так как при самом процессе возникает большой риск коррозии деталей из-за соединения металлизируемой поверхности с жидким сплавом.
Этот процесс достаточно опасен, так как при распылении выделяется пыль сплава, в которой очень высока концентрация свинца – порой больше допустимых норм. Все вокруг оказывается загрязнено свинцом – рабочие места, оборудование, одежда, кожные покровы рабочих.
Газодинамическое цинкование
Для этого способа используется цинковый порошок, который смешивают с керамическими или металлическими частицами.
При газодинамическом цинковании требуется сверхзвуковой поток. В процессе кинетики мелкодисперсного металла в струе газа разгоняется цинковый порошок и приваривается к детали. Температура, при которой происходит процесс может быть холодной или подогретой не выше 700 градусов.
Перед применением метода обязательна подготовка поверхности изделия механическим или абразивным способом.
Если при контакте порошка с деталью получается изменение пластического типа, то энергия из кинематической переходит в адгезионную и тепловую. Благодаря этому процессу получается очень плотный слой покрытия. Толщина же этого покрытия зависит от температуры нагрева и давления.
Порой при таком способе используют дополнительный материал – из металла или керамики. Это помогает повысить плотность и снизить пористость покрытия.
Такой способ цинкования используют во многих областях. Например, осуществляют ремонт деталей и отливок из легких сплавов, восстанавливают посадочные места в подшипниках.
Газодинамическая обработка хороша тем, что позволяет обрабатывать детали любого размера, наносить порошок любой толщины и, например, только на дефектные места. Также этим методом можно пользоваться в любых климатических условиях – при любом давлении, при любом температурном режиме, при любой степени влажности.
Этим способом можно пользоваться “на местах”, так как есть возможность переносить аппаратуру в любую точку.
Однако этот метод очень ограничен в материалах, на которые можно наносить покрытие. Это только пластичные металлы: цинк, алюминий, никель, медь и сплавы на основе этих металлов.
Какой метод цинкования металла советуют выбирать эксперты
Как мы выяснили, каждый способ нанесения цинка на изделие имеет свои плюсы и минусы. Важно понимать, какие именно изделия нужно обрабатывать, какого эффекта нужно добиться и в каких условиях детали будут использоваться.
Самая выгодная технология – с точки зрения получаемой прочности – это горячее цинкование. Ее главный недостаток – это стоимость услуги. Остальные недочеты относятся скорее к организации производства, чем к процессу и результату: ограничение конструкций по габаритам, большие очереди на предприятия, низкое качество работ и невозможность ремонта.
Хорошая альтернатива горячему методу – Цинкирование. Оно исключает недостатки горячего цинкования, делая процесс не только качественным, но и удобным и доступным. Здесь из недостатков можно указать только то, что цинкирующий состав не может прямо взаимодействовать с нефтепродуктами и не подходит для мелкого крепежа.
А вот диффузное цинкование и шопирование отлично подойдут для мелкого крепежа.
Гальванический метод, больше всего подойдет для внешнего покрытия, поскольку нанести покрытие на труднодоступные места невозможно из-за отсутствия электрической проводимости
Холодное цинкование – самый бюджетный вариант. Он подходит для тех, кто не располагает средствами, но все-таки хочет защитить металл. Однако, обладающим таким желанием, мы можем посоветовать просто нанести на изделия стандартные ЛКМ и не переплачивать за маркетинг.
Однозначно можно сказать одно – для обеспечения ровного покрытия, которое долго прослужит, эксперты рекомендуют обратиться к специалистам.
