Что дает металлам цинковое покрытие?

Что дает металлам цинковое покрытие?

tsinkovanie

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. При этом на поверхности образуется непрочная, рыхлая пленка, которая постепенно превращается 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.Одного слоя в 40-60 мкм хватает на 10-25 лет.

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?

zashita_zinkom

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?

Читать статью  Покрытие болтов слоем цинка для защиты от коррозии

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 выдерживают 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:

в Санкт-Петербурге: +7 (812) 603-41-53, +7 (921) 927-58-47
в других городах: 8 (800) 707-53-17
e-mail: info@terazinc.ru

Что такое цинковое покрытие стали

Методы цинкования металла

В большинстве случаев, для защиты крепежа от коррозии используются цинковые покрытия. Цинковое покрытие уникально, так как обеспечивает не только барьерную, но и электрохимическую защиту от коррозии.

Последняя известна еще и как «жертвенная» (катодная или протекторная) защита, поскольку в гальванической паре «сталь-цинк» последний «жертвует» собой, чтобы защитить сталь, на которую он нанесен. Этот эффект проявляется и на локальных участках, где покрытия уже нет (царапины, сколы, повреждения).

Выбор вида и толщины покрытия определяется условиями и сроком эксплуатации крепежа и/или величиной зазора в резьбовой паре (болт-гайка).

Методы цинкования металла

На сегодняшний день существует несколько основных видов цинкового покрытия на крепёжных изделиях. Рассмотрим их преимущества и недостатки по убыванию распространенности.

Гальваническое цинкование (электролитический метод)

Гальваническое цинкование (электролитический метод)

Электролитическое (гальваническое) цинкование (ЭЦ), или электроцинкование, самое распространенное для крепежных изделий цинковое покрытие.

Главные достоинства — низкая цена и привлекательный внешний вид (обычно глянцевый серебристый, голубоватый либо желтый, бывает и матовый), и наилучшая доступность на рынке. Возможно гальваническое цинкование деталей с пластиковыми элементами, например самоконтрящихся гаек.

Главные недостатки — низкая коррозионная устойчивость делает это покрытие скорее транспортировочно-декоративным, чем защитным. ЭЦ подвергает покрываемые детали водородному охрупчиванию в процессе нанесения, поэтому применимо для крепежа класса прочности до 10.9. Предназначено для деталей, используемых в сухих помещениях. Толщина составляет от 3 до 24 мкм.

Читать статью  Покрытие болтов цинком для увеличения их ресурса: способы и альтернативы

Холодное цинкование

Холодное цинкование

Холодное оцинкование — это нанесение на подготовленную поверхность приемами, используемыми в работе с обычными красками, специального цинксодержащего состава, в результате чего образуется покрытие, обладающее теми же антикоррозийными свойствами, что и полученное методом горячего оцинкования.

Преимуществами данного метода оцинкования по сравнению с горячим оцинкованием являются:

  • отсутствие ограничений по размерам крепежа;
  • высокая адгезия цинкового покрытия с лакокрасочными материалами (ЛКМ), в т. ч. с порошковыми красками;
  • высокая степень чистоты осажденного цинка обеспечивает повышенную химическую стойкость.

Недостатки метода холодного оцинкования:

  • по сравнению с методом горячего оцинкования и термодиффузионным оцинкованием, низкая толщина покрытия (5-35 мкм), что снижает коррозийную устойчивость покрытия, полученного электролитическим методом;
  • по сравнению с термодиффузным оцинкованием, существует возможность наводораживания и как следствие охрупчивание основного защищаемого материала (водородное охрупчивание).

Горячее цинкование

Горячее цинкование

Горячий способ оцинкования заключается в погружении предварительно подготовленных изделий, после обезжиривания, промывки, травления, в расплавленный цинк при температуре 450 – 480°C. Образование покрытия основано на хорошем смачивании железа и его сплавов цинком.

Основным преимуществом данного метода оцинкования по сравнению с электролитическим заключается в более высокой коррозийной устойчивости покрытия, поскольку горячий способ позволяет получить покрытие большой толщины (от 40-150 мкм).

Недостатки метода горячего оцинкования:

  • по сравнению с методом электролитического оцинкования и термодиффузионным оцинкованием, толщина покрытия на отдельных участках из-за наплывов колеблется в значительных пределах (40 – 150 мкм) и точная регулировка толщины этого покрытия невозможна. Горячий способ не может быть применен для покрытия изделий с точными допусками и в тех случаях, когда высокая температура может изменить свойства крепежа;
  • по сравнению с термодиффузным оцинкованием, существует возможность наводораживания и как следствие охрупчивание основного защищаемого материала (водородное охрупчивание);
  • низкая адгезия горячеоцинкованного покрытия с ЛКМ, в т. ч. с порошковыми красками.

Цинк-ламельное покрытие металла

Цинк-ламельное покрытие металла

Система ламельного цинкового покрытия включает в себя базовый слой, состоящий из тонких алюминиевых и цинковых чешуек (ламелей) и, при необходимости, один или несколько дополнительных слоев, придающих покрытию специальные свойства: фрикционные, коррозионную и химическую стойкость, цвет и другие.

Цинк-ламельное покрытие наносят на предварительно подготовленную поверхность деталей путем окунания в высокодисперсную суспензию цинкового и алюминиевого порошков, имеющих форму чешуек, в связующем материале или ее напыления с последующим нагревом деталей до 240°C для сушки и отверждения. Сформировавшееся базовое покрытие содержит более 70% цинкового и до 10% алюминиевого порошка, а также связующий органический материал. Оно состоит из множества слоев алюминиевых и цинковых частиц толщиной менее микрометра и шириной около 10 мкм, расположенных параллельно друг другу и покрываемой поверхности, соединенных связующим компонентом. Коррозионная стойкость покрытий свыше 700 часов в нейтральном соляном тумане, что незначительно превышает антикоррозийную устойчивость изделий, полученных электролитическим способом.

Достоинства:

  • Малая толщина (до 10 мкм) позволяет получить высокую точность детали;
  • Может быть нанесено на стандартно высаженный крепеж и на детали класса прочности до 10.9;
  • Имеет более привлекательный, чем у Г/О, внешний вид. Кроме того, возможны разные оттенки- от светло-серого (серебристого) до черного;
  • Препятствует внешнему водородному охрупчиванию и отпуску металла.

Недостаток: от сколов под покрытием распространяется коррозия. Поэтому на участках, подверженных механическому воздействию (например, на днищах автомобилей) чаще применяют горячее цинкование и ТДЦ-крепеж.

Цинк-ламельное
покрытие (тип 1)
Цинк-ламельное
покрытие (тип 2)
Гальваническое цинкование
+ пассивирование
Горячее цинкование
Электрическая защита Проводящий Изолирующий Проводящий Проводящий
Опасность
водородного
охрупчивания
Нет Нет Да Да
Хром (6-валентный) Нет Нет Да Да
Коэффициент трения
0,08-0,14
Да Да Нет Нет
Устойчивость к
кислотным щелочам
Нет Да Нет Нет

Термодиффузионное цинкование

Термодиффузионное цинковое покрытие является анодным по отношению к стали, обеспечивая ее электрохимическую защиту. Покрытию подвергаются изделия из углеродистой стали стандартного качества, качественной конструкционной углеродистой, низколегированной стали и чугуна.

Термодиффузионное цинкование

Суть технологии термодиффузионного оцинкования состоит в том, что антикоррозийное покрытие формируется в результате насыщения цинком поверхности металлических изделий в порошковой среде при температуре 290-450°C, причем выбор температурного режима зависит от типа стальных изделий и марки стали. Такая технология позволяет получить любую толщину покрытия в диапазоне от 6 до 110 микрон по требованию заказчика без изменения технологического процесса. Процесс происходит в закрытом контейнере с добавлением к обрабатываемым деталям специальной насыщающей смеси. Пассивация (финишная обработка деталей) является обязательной частью процесса термодиффузионного оцинкования. Пассивация предназначена для предотвращения образования белых продуктов коррозии на поверхностях, подвергаемым воздействию атмосфер с высокой влажностью, соленой воды, морских атмосфер или циклам конденсации и высыхания.

Читать статью  ГОСТ 9.307-89

Преимущества метода термодиффузионного цинкования по сравнению с методом горячего цинкования:

  • возможность получения покрытия на резьбовых деталях и деталях сложной формы равномерного по толщине и точно повторяющего конфигурацию изделия. Плюсом также является отсутствие каких-либо наплывов цинка в местах углублений или соединений. Данное преимущество исключает необходимость снимать покрытие с внутренней резьбовых частей(гайка), как это делается после обработки горячим цинком;
  • антикоррозийная стойкость в 1,5-2 раза выше, чем при электролитическом оцинковании;
  • отсутствие водородного охрупчивания позволяет использовать термодиффузионное покрытие для оцинковывания крепежа с высоким классом прочности 10.9 и выше без риска снижения качественных характеристик изделия, что важно, когда изделие используется в ответственных конструкциях;
  • высокая адгезия цинкового покрытия с ЛКМ, в т. ч. с порошковыми красками;
  • высокая точность нанесения покрытия позволяет применять термодиффузионное оцинкование для покрытия изделий с точными допусками, например с мелкими диаметрами;
  • высокая износостойкость покрытия позволяет сохранять качество изделия, подвергаемого частой сборке-разборке.

Преимущества метода термодиффузионного цинкования по сравнению с методом холодного цинкования:

  • антикоррозийная стойкость в 3-5 раз выше, чем при горячем оцинковании;
  • отсутствие водородного охрупчивания.

Недостатки:

  • Как и горячее цинкование, требует специальной высадки под толстые покрытия. Нельзя, при толщине покрытия свыше 20 мкм, оцинковать термодиффузионным методом cтандартновысаженные болты. Вместе с тем, рекомендуемая толщина покрытия — от 30 — 40 мкм;
  • Невозможно термодиффузионное цинкование деталей с пластиковыми элементами, например самоконтрящихся гаек;
  • Возможен отпуск материала высокопрочных болтов с потерей их прочности;
  • Цинкование крепежа вне предприятия-изготовителя либо оно дорого, либо некачественно.

Dacromet 320 («Dacral», «Geomet»)

Цинконаполненные покрытия под названием «Dacromet 320» (Дакромет 320) были разработаны фирмой «Diamond Shamrock Corp.» (США). Покрытие наносится методом погружения деталей в суспензию цинковых частиц в водном растворе органических и неорганических компонентов. После удаления излишков суспензии центрифугированием для окончательного формирования покрытия детали подвергаются ступенчатому нагреву, начиная с 80°C и до завершающей температуры 300°C.

Особенность покрытия «Дакромет 320» заключается в наличии цинковых частичек микронных размеров в виде хлопьев, предварительно обработанных в хроматном растворе и плотно связанных между собой неорганическим связующим. Толщина сухого покрытия составляет 8-10 мкм. Покрытие имеет серебристо-серый вид и, благодаря наличию в системе хроматов, обладает высокой коррозионной стойкостью — порядка 500 в нейтральном соляном тумане, что незначительно превышает антикоррозийную устойчивость изделий, полученных электролитическим способом.

Преимущества метода относительно методов электролитического и горячего оцинкования заключается в отсутствие водородного охрупчивания. Данный метод не обладает преимуществами относительно термодиффузионного оцинкования.

Механическое оцинкование

Механическое оцинкование

Детали, на которые наносится покрытие, помещаются вместе с гранулами и цинковым порошком в специальный барабан, в котором цинк наносится на поверхность деталей с помощью холодной сварки.

В результате механического оцинковывания деталь приобретает свойства аналогичный как при электролитическом оцинковании. Преимущество данного метода в сравнении с электролитическим заключается в отсутствии опасности водородного охрупчивания при его применении.

Сравнение цинковых покрытий

При сравнении методов цинкования металлов обычно выделяют 4 основных фактора:

  • внешний вид;
  • толщина;
  • коррозионная стойкость;
  • стоимость.

Современные защитные покрытия являются достаточно стойкими к коррозии в обычных условиях. Для проведения ускоренных испытаний стойкости покрытия используют метод испытания в соляном тумане. Однако корреляция между стойкостью в солевом тумане и ожидаемой жизнью покрытия довольно слаба, поскольку коррозия — достаточно сложный процесс и на неё влияет множество других факторов. Тем не менее тестирование солевым туманом широко применяется в промышленности для оценки коррозионной стойкости покрытий и сравнения с образцами других видов.

Образец помещают в камеру, в которой через сопло производится распыление раствора соли (как правило, хлорид натрия). Измеряют и фиксируют время, по прошествии которого на поверхности образца начинают появляться окислы (следы коррозии). Результаты выражают, обычно, в часах, проведенных в тумане без появления продуктов коррозии.

3мкм = 12 час
5мкм = 24 час
8мкм = 48 час
12мкм = 96 час

9мкм = 96 час
15мкм = 144 час
30мкм = 192 час
50мкм = 250 час

Источник https://terazinc.ru/tsinkovanie_metalla_i_izdeliy/chto_daet_tsinkovoe_pokritie/

Источник https://smetiz.ru/tekhnicheskaya-informaciya/pokrytiya/cinkovoe-pokrytie/

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *