Все о горячем цинковании

9

Горячее цинкование – самый надежный, наиболее эффективный и при этом довольно-таки старый метод защиты изделий от коррозионных воздействий. Горячее цинкование позволяет обеспечить надежную защиту поверхности металлических конструкций от разрушающего воздействия окружающей среды. На элементах образуется защитный слой, который равномерно покрывает детали, а его толщина колеблется в среднем от 30 до 120 мкм. Горизонтальная ванна длиной 13 м шириной 1,8 м и глубиной 2 м позволяет цинковать трубы больших диаметров, опоры ЛЭП и различных металлоконструкций. Средний срок эксплуатации оцинкованных изделий, в зависимости от условий их использования, составляет 25-30 лет.

За счет горячего цинкования, покрытие обеспечивается не только барьерной, но и электрохимической защитой металла от коррозии. Оцинкование, которое можно выполнять по разным технологиям, используется преимущественно по отношению к стали.

По стоимости выполнения и по долговечности покрытие с горячим цинком превосходит другие виды цинкования, например электрохимическое. Горячее цинкование металла, если сравнивать его с другими технологиями, отличается оптимальным сочетанием доступной стоимости технологического процесса с высокими защитными свойствами получаемого цинкового слоя. Нанесенное методом горячего цинкования покрытие даже при эксплуатации изделия в самых неблагоприятных условиях способно прослужить долгое время, полностью сохранив при этом свои защитные свойства.

Суть цинкования при любой технологии его реализации сводится к тому, чтобы защитить металл от появления коррозии.  В зависимости от применённой методики защитный слой может укутывать поверхность материала, либо дополнительно соединяться с ним за счёт диффузного взаимодействия.

Благодаря свойствам цинка при контакте с атмосферным кислородом на его поверхности моментально образуется оксидная плёнка, которая обладает высокой плотностью и прочностью, за счёт чего она не пропускает к металлу атмосферный кислород и не разрушается от механического воздействия.

Таким образом — оцинкованный металл оказывается в надежной воздухонепроницаемой оболочке, защищающая его от разрушающей коррозии.

В случае механического воздействия, оксидная плёнка повреждается, оголённый цинк тут же взаимодействует с атмосферным кислородом, который образует новый защитный слой. Благодаря этому свойству оцинковку называют самовосстанавливающейся защитой металла от коррозии.

6   133

Методы цинкования металла

Существует несколько методик цинкования металла, которые имеют своими особенностями. Выбранный метод существенно влияет в той или иной степени на получаемый результат, так как в зависимости от сферы эксплуатации металлических изделий и конструкций экономически выгодно применять далеко не все технологии оцинковки.

Методы цинкования отличаются между собой следующими свойствами:

Толщиной защитного покрытия — если для габаритных металлоконструкций чем большим будет слой защиты, тем лучше, то для высокоточных мелких деталей необходимо применять цинкование, при котором можно выбирать и контролировать толщину антикоррозионного покрытия. Реализовать это позволяет далеко не всякая технология.

Равномерностью толщины оцинковки — опять же, чем мельче и точнее металлическая деталь, тем выше требования к наносимому на неё защитному покрытию. Например, для опоры ЛЭП не имеет значение, насколько равномерно она будет укрыта цинком, тогда как для деталей, имеющих отверстия, резьбу и фаски - равномерность слоя цинка крайне важна.

Прочностью удержания защитного покрытия на металле — этот параметр сильно зависит от того, каким методом было выполнено цинкование. Так, например, при рассмотренном далее горячем цинке, он не только покрывает поверхность изделия, но также соединяется с ним на молекулярном уровне, что существенно повышает прочность удержания защиты на металле.

Внешним видом оцинкованной детали — в зависимости от применяемой технологии поверхностный слой оксида цинка может быть матовым, глянцевым, а также отличаться оттенками от тёмно-серого до голубоватого.

Стойкостью к механическим повреждениям — чем данный параметр выше, тем дольше продержится защита на изделиях, которые подвергаются тем или иным физическим нагрузкам и агрессивным факторам.

Способностью к самовосстановлению — это способность зависит от толщины нанесённого на металл цинка и характера эксплуатации конструкции или изделия.

Коррозионной устойчивостью — является общим свойством обработанного изделия, которое складывается из совокупности нескольких факторов. В том числе, устойчивость оцинкованной детали к коррозии зависит от толщины цинкового слоя, его равномерности, прочности удержания, а также от стойкости к механическим повреждениям и способности к самовосстановлению.

11

В современной промышленности наибольшей распространённостью различают следующие технологии цинкования:

Горячее — выполняется посредством погружения обрабатываемых изделий в расплавленный цинк.

Холодное — осуществляется по абсолютной аналогии с обычным окрашиванием вручную или при помощи напыления.

Гальваническое — реализуется путём погружения обрабатываемых деталей в цинкосодержащий электролит, через который пропускается электрический ток.

Термодиффузионное — слой защитного покрытия формируется при помещении обрабатываемой детали в среду, насыщенную порошкообразным цинком.

Газотермическое — на обрабатываемую деталь направляется газовая горелка и в пятно наибольшего нагрева подаётся цинковая проволока или цинковый порошок.

Рассмотрим основные достоинства, недостатки и технологию горячего цинкования

 

Горячее цинкование

3 Покрытие горячим цинком осуществляется по ГОСТ 9.307-89 «ЕЗСКС, Покрытия горячие цинковые. Общие требования и методы контроля». Выписка из ГОСТ 9.307-89 (п.2.Требования к покрытию):

2.1. Внешний вид покрытия

2.1.1. При внешнем осмотре поверхность цинкового покрытия должна быть гладкой или шероховатой, покрытие должно быть сплошным. Цвет покрытия от серебристо-блестящего до матового темно-серого.

2.1.2. На поверхности изделий не должно быть трещин, забоин, вздутий.

2.1.3. Наличие наплывов цинка недопустимо, если они препятствуют сборке. Крупинки гартцинка диаметром не более 2 мм, рябизна поверхности, светло-серые пятна и цвета побежалости, риски, царапины, следы захвата подъемными приспособлениями без покрытия до основного металла не являются дефектами.

Допустимо восстановление непокрытых участков, если они не шире 2 см и составляют не более 2% общей площади поверхности. Непокрытые участки защищают слоем цинкосодержащего лакокрасочного покрытия (минимальная толщина 90 мкм, массовая доля цинка в сухой пленке 80%-85%) или газотермическим напылением цинка (минимальная толщина 120 мкм).

 

Особенности покрытия горячим цинком

            5 На сталях с высоким содержанием кремния и/или фосфора (из-за неоднородности химического состава стали), (слоя у поверхности, структуры поверхности, чужеродных вкраплений), а также на толстостенных изделиях наблюдается разнооттеночность покрытия. Серая поверхность состоит из сплава цинк-железо, выходящего на поверхность, а более светлые места – это чистый цинк. В случае стали с неблагоприятным содержанием кремния и фосфора может появиться значительное утолщение покрытия и ухудшение его адгезии, видимым эффектом этого явления, может быть шероховатая поверхность с серой и тёмно-серой окраской, переходящей со временем даже в коричневый оттенок.

Цинковая поверхность на том же изделии может быть неоднородной; могут появиться пятна разной степени глянца, серой матовости и шероховатости. Так как поверхностная локализация примесей в низколегированной стали приводит к тому, что при прокате изделий из неё, появляется значительное различие в содержании кремния и фосфора в разных частях изделия.

Однако это не может являться браковочным признаком, поскольку, кроме внешнего вида, отрицательных моментов нет – он не влияет на срок службы покрытия, а через какое-то время (в течение 1-1,5 года) цвет конструкции станет одинаковым).

Белая коррозия (бело-серые пятна, возникающие под влиянием атмосферных факторов), а также так называемые «кровавые потёки» (остатки флюса и кислоты в местах неплотной сварки) не являются основанием для претензий на качество оцинкованной поверхности.

Вышеуказанные проблемы являются наиболее характерными для сталей марки 09Г2С, что обусловлено особенностями их химсостава.

4 Наиболее часто проявляются  дефекты цинкового покрытия для сталей 09Г2С, которые не являются основанием для предъявления претензий:

1. Повышенная толщина образующегося цинкового покрытия.

2. Разная толщина цинкового покрытия.

3. Повышенное образование гард-цинка.

4. Пониженная адгезия цинкового покрытия к металлу.

5. Пониженная плотность цинкового слоя.

6. Внешний вид покрытия (отсутствие блеска, неровности, потеки, серый цвет).

 

Твердость цинка

Прочность любого лакокрасочного покрытия определяется прочностью связующего.

Лаки по твердости, в соответствии с международными стандартами ISO 15184, ASTM D 3363, SIS 184187, NEN 5350, ECCA Test Method, определяется с помощью карандашных грифелей по шкале 6В-5В-4В-3В-В-НВ-F-Н-2H-3H-4H-5H-6H-7Н-8Н-9Н, где 6В является показателем наименьшей, а 9Н – наивысшей твёрдости. Она соответствует по твердости карандашу 2Т.

Твердость покрытия горячим цинкованием равна твердости металла. Цинк. А под цинком у нас находится железо.

По ювелирной шкале Мооса:

Тальк (графит) — 1
1.2Свинец — 1,5
Янтарь (гипс) — 2

Цинк (алюминий, золото, серебро) — 2,5-3
Медь — 3
Железо — 4
Сталь — 5
Стекло — 6
...
Алмаз — 10

 

Технологический цикл горячего цинкования

Полноценный процесс горячего цинкования включает в себя следующие технологичные этапы:

Отгрузка требующих обработки изделий в зону навески. Поскольку рассматриваемый метод один из немногих, который позволяет оцинковывать сравнительно крупногабаритные детали, то отгрузка, как правило, осуществляется при помощи специальных мостовых кранов.

Навеска металлоконструкций. Для последующей обработки доставленные на производство детали навешиваются на подвижные траверсы. Металлоконструкции распределяются и фиксируются таким образом, чтобы вся секция могла поместиться в технологические ёмкости на дальнейших этапах. Также важно навесить изделия так, чтобы они могли контактировать с жидкостями, в которые они будут погружаться, всей поверхностью, не мешая друг другу.

Предварительная обработка металлоконструкций. Перед цинкованием горячим методом изделия из стали подвергаются обязательной многоэтапной подготовке. Она заключается в попеременном погружение траверсы с вывешенными деталями в ванны с технологическими жидкостями. В том числе, в этих ваннах проводится обезжиривание, очистка, травление (за счёт чего обеспечивается проникновение цинка в кристаллическую решётку металла), удаление следов кислоты, покрытие защитным флюсом. Также на данном этапе выполняется предварительный подогрев металла перед погружением в расплавленный цинк, что позволяет избежать деформации изделий из-за резкого перепада температур.

2Сушка и предварительный разогрев. Осуществляется в специальной многоступенчатой печи, в которую подаётся разогретый и очищенный воздух. В результате перед оцинковкой с металлоконструкций испаряются следы предварительной подготовки в ваннах с жидкостями, а также происходит их дополнительный прогрев.

Цинкование. Основной технологический этап процесса горячего цинкования металла. Выполняется путём транспортировки траверсы с подготовленными металлическими изделиями в закрытую со всех сторон печь, в которой расположена ванна с расплавленным цинком. Его температура поддерживается на постоянном уровне в районе +450°C при помощи высокоскоростных газовых горелок. Герметичность печи нужна по двум причинам.

Во-первых, это необходимо для обеспечения безопасности людей, которые работают на производстве. Во-вторых, в процессе цинкования выделяются разогретые до высокой температуры газы, которые нуждаются в очистке перед выбросом в атмосферу. Кроме того, тепловая энергия этих газов используется вторично для подогрева технологических жидкостей на этапе предварительной подготовки металлических изделий.

Снятие, сортировка и отгрузка оцинкованных металлоконструкций. По завершению процесса цинкования в ванне с расплавленным цинком траверса с вывешенными изделиями автоматически направляется в зону для их снятия и сортировки, после чего выполняется погрузка металлоконструкций на транспорт для отправки заказчику.

Несмотря на кажущуюся сложность описанного процесса, метод горячего цинкования является одним из самых простых и экономически выгодных. Кроме того, благодаря внедрению тех или иных технологических этапов возможно получать в итоге антикоррозионную защиту с многочисленными преимуществами по сравнению с другими методами цинкования.

 

Преимущества и недостатки горячего цинкования

7 PHOTO-2020-06-29-12-03-44

           Преимущества горячего цинкования (с учётом мощностей нашего предприятия):

- сравнительно невысокая стоимость реализации технологического процесса;

- высокая производительность автоматизированных линий (до 30 000 тонн в год);

- возможность цинкования тяжёлых и крупногабаритных металлоконструкций (до 6 тонн и 13×2×3,1 м);

- толщина защитного покрытия 40-200 мкм. Для крупногабаритных изделий толщина может составлять более 200 мкм;

- высокая прочность удержания защитного покрытия на металле за счёт проникновения цинка в кристаллическую решётку железа;

- высокая стойкость к механическим повреждениям;

- отличная способность защитного покрытия к самовосстановлению;

- высокая коррозионная устойчивость.

           Недостатки:

- невозможно наносить слой цинкового покрытия тоньше 45 мкм;

- неравномерность защитного покрытия;

- непрезентабельный внешний вид обработанных деталей — тёмно-серый, матовый.

Можно сделать вывод, что горячее цинкование является идеальной технологией для антикоррозионной обработки крупных и средних по размеру металлоконструкций, которые нуждаются в максимальной защите от коррозии, но не имеют высокоточных поверхностей, отверстий, резьбы, фасок и других прецизионных технологических решений. После ознакомления с этапами технологии также должно быть понятно, что горячим цинкованием невозможно обработать неподвижные стационарные металлоконструкции. То есть, те, которые нельзя доставить на производство.