Что дает металлам цинковое покрытие?
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?
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?
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
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)
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.
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
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
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.
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.
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
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/
