ГОСТ 9.307-89 ЕСЗКС. Покрытия цинковые горячие. Общие требования и методы контроля

Горячее цинкование – это метод покрытия поверхности металлического изделия слоем цинка, уступающий по своей популярности только гальванической технологии оцинковки. Между тем по стоимости выполнения, а также по долговечности формируемых цинковых покрытий данный способ превосходит электрохимическое цинкование.

Результаты испытаний болтов с различной оцинковкой в растворе соляной кислоты

Ознакомиться с требованиями ГОСТ к горячим цинковым покрытиям можно, скачав документ в формате pdf по ссылке ниже.

ГОСТ 9.307-89 Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия цинковые горячие. Общие требования и методы контроля

Зачем металлические изделия подвергают цинкованию

Цинкование предполагает, что на поверхность металлического изделия наносится слой цинка, толщина которого может находиться в интервале 40–65 мкм. За счет такого покрытия обеспечивается не только барьерная, но и электрохимическая защита металла от коррозии. Оцинкование, которое можно выполнять по разным технологиям, используется преимущественно по отношению к стали.

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 не менее 65–70 лет, полностью сохранив свои защитные свойства.

Положение цинка в электрохимическом ряду металлов

Толщина цинковых покрытий при разных методах измерений

В.1 Под толщиной покрытия обычно понимают расстояние по нормали между поверхностью основного покрываемого металла и поверхностью внешнего слоя покрытия по ГОСТ 9.008.

При термодиффузионном цинковании получают покрытие, в основном состоящее из железоцинковой δ1-фазы переменного состава, содержащей в поверхностном слое до 10 % железа.

Итерметаллидные фазы формируются как в поверхностных слоях основного металла, так и внутри его структуры, образуя четкую металлографическую картину присутствия фаз, по которой можно установить признак нижней границы наличия цинка в структуре основного металла.

В связи с особенностью термодиффузионных покрытий применяемые методы определения толщины покрытий позволяют: магнитный и металлографический — определять толщины покрытий, включая нижнюю границу присутствия цинка в основном металле; рентгенофлюоресцентный — толщину поверхностного слоя железоцинковой фазы. Сопоставимые толщины цинкового покрытия при разных методах ее измерения приведены в таблице В.1.

Таблица В.1 — Сопоставление толщины покрытий

Класс покрытия по таблице 1	Толщина покрытия, мкм, при измерении методом
	магнитным	рентгенофлюоресцентным
1	От 6 до 9 включ.	От 1,5 до 3 включ.
2	От 10 до 15 включ.	От 4 до 7 включ.
3	От 16 до 20 включ.	От 8 до 11 включ.
4	От 21 до 30 включ.	От 12 до 15 включ.
5	От 40 до 50 включ.	От 22 до 25 включ.

Ключевые слова:

защита от коррозии, термодиффузионное цинковое покрытие, качество покрытия, методы контроля

Преимущества метода

Горячее цинкование металлоконструкций при сравнении с другими технологиями имеет ряд весомых преимуществ.

• Подвергаться обработке по данной технологии могут даже детали, отличающиеся высокой сложностью геометрической формы. В частности, такую технологию активно используют для обработки труб.
• Поврежденные в результате механического воздействия участки цинкового покрытия могут самовосстанавливаться, причем происходить это может без постороннего вмешательства.
• По сравнению с другими способами оцинковки, метод горячего цинкования позволяет сформировать покрытие, устойчивость которого при взаимодействии с жидкими средами выше в 6 раз. Именно по этой причине такую технологию и применяют для обработки труб и различных емкостей.
• Горячая оцинковка позволяет эффективно устранять многие дефекты обрабатываемой поверхности, такие как раковины, поры и др.
• Эксплуатация труб и других метизов, которые покрыты цинком по данной технологии, требует минимальных финансовых затрат. Их поверхности, в частности, не требуют регулярной окраски, так как уже надежно защищены от воздействия негативных факторов внешней среды. Это очень актуально для труб, которые эксплуатируются в труднодоступных местах (в стенах, под землей и т.д.).

Сравнение стоимости и работоспособности горячеоцинкованной стали с другими методами защиты

Как выполняется горячее цинкование

Выделяют два этапа горячего цинкования:

1. Обрабатываемую поверхность тщательно подготавливают к процедуре.
2. Изделие погружают в емкость с расплавленным цинком, в результате чего оно буквально обволакивается данным металлом.

Все нюансы выполнения такой технологической операции регламентирует ГОСТ 9.307-89.

Технологический цикл цинкования

Технология горячего цинкования требует тщательного подхода к выполнению всех ее этапов. Чтобы понять их суть и назначение, каждый из них стоит рассмотреть подробнее.

Подготовка металлического изделия к процедуре

ГОСТ указывает, что поверхность, которую необходимо подвергнуть горячему цинкованию, должна быть тщательно подготовлена. Такая подготовка состоит из нескольких процедур:

• механической обработки;
• обезжиривания;
• промывки;
• травления;
• промывки после травления;
• флюсования;
• просушки.

При помощи механической обработки с поверхности удаляются загрязнения, продукты окисления, следы ржавчины, а также шлаковые включения. ГОСТ также предписывает, что острые углы и кромки, имеющиеся на изделии, должны быть скруглены, что также решается на этапе механической обработки. Для выполнения механической обработки в производственных условиях используются пескоструйные установки.

Обезжиривание металлоизделий в растворе ортофосфорной кислоты

Обезжиривание, которое выполняется при температуре около 75°, необходимо выполнять перед горячим цинкованием для того, чтобы улучшить адгезию формируемого защитного слоя с цинкуемым изделием. Присутствие на обрабатываемой поверхности жировых и масляных пятен может привести к тому, что на таких участках цинковое покрытие будет иметь неравномерную толщину или даже отслаиваться.

Выполняют обезжиривание при помощи специальных химических реагентов, список которых приводит соответствующий ГОСТ. Их остатки впоследствии должны быть полностью удалены с поверхности изделия, для чего его подвергают промывке.

Промывочные емкости для длинномерных изделий

ГОСТ также указывает, что на трубах или других изделиях, подвергаемых горячему цинкованию, не должно быть окисленных участков, а также старого цинкового покрытия, если оно наносилось ранее. Для того чтобы выполнить эти требования, обрабатываемую поверхность подвергают травлению. С этой целью обычно используется раствор соляной кислоты. Выполняют такую процедуру при комнатной температуре (22–24°), а концентрацию раствора кислоты выбирают в зависимости от того, насколько сильно поверхность загрязнена окислами и следами коррозии.

Как правило, для выполнения травления используют растворы, в которых содержится 140–200 граммов кислоты на 1 литр. При выполнении травления раствор кислоты может сильно повредить обрабатываемую поверхность. Чтобы такого не происходило, а также чтобы минимизировать выделение водорода из травильного раствора, в него вводят специальные вещества, которые называются ингибиторами. Как и после обезжиривания, после травления изделие необходимо тщательно промыть, чтобы удалить остатки использованных химических веществ.

Подготовленные к оцинковке изделия

Флюсование перед горячим цинкованием, технология которого предусматривает тщательную подготовку обрабатываемой детали, позволяет решить сразу две важных задачи: предотвратить процесс окисления и улучшить адгезию наносимого покрытия с основным металлом. В процессе флюсования, выполняемого при температуре 60°, на обрабатываемую поверхность наносится тонкий слой флюса, содержащегося в специальном растворе. В качестве флюса, как правило, используются хлориды аммония и цинка. Их смешивают с водой в соотношении 500 граммов на литр, чтобы приготовить раствор для флюсования. При выполнении флюсования очень важно следить за такими параметрами используемого раствора, как содержание железа, плотность и кислотность. Если концентрация железа в растворе превышена, в него вводят перекись водорода, которая способствует образованию солей железа, выпадающих в осадок.

Любой цех горячего цинкования в обязательном порядке должен быть оснащен термическими печами, в которых обрабатываемое изделие просушивают после выполнения флюсования. Такая термическая обработка позволяет не только удалить остатки жидкости, которая ухудшает качество готового цинкового покрытия, но и нагреть деталь до температуры 100°, что дает возможность снизить затраты на осуществление основной технологической операции.

Гальваническое цинкование ГОСТ 9.301-86

Для качественного оцинкования металлоизделий гальваническим методом, в соответствии с ГОСТ 9.301-86, заказчикам рекомендуется ознакомиться и соблюсти важные пункты раздела «Требования к поверхности основного металла», также для разрешения множества спорных вопрос ознакомиться с разделом «Требования к покрытиям»:

1. ТРЕБОВАНИЯ К ПОВЕРХНОСТИ ОСНОВНОГО МЕТАЛЛА

1.1. Шероховатость поверхности основного металла по ГОСТ 2789, мкм, должна быть не более: 10 (

40) — под защитные покрытия; 2,5
(
10) — под защитно-декоративные покрытия; 1,25
(
6,3) — под твердые и электроизоляционные анодно-окисные покрытия. Шероховатость поверхности основного металла под функциональные покрытия должна соответствовать установленной в нормативно-технической и (или) конструкторской документации на изделие. Указанные требования к шероховатости поверхности не распространяются на нерабочие труднодоступные для обработки и нерабочие внутренние поверхности деталей, резьбовые поверхности, поверхности среза штампованных деталей толщиной до 4 мм, рифленые поверхности, а также на детали, шероховатость основного металла которых установлена соответствующими стандартами. Необходимость доведения шероховатости поверхностей до установленных значений должна быть оговорена в конструкторской документации. (Измененная редакция, Изм. N 1).

1.2. Острые углы и кромки деталей, за исключением технически обоснованных случаев, должны быть скруглены радиусом не менее 0,3 мм; радиус закругления деталей под твердое и электроизоляционное анодно-окисные покрытия — не менее 0,5 мм.

1.3. На поверхности деталей не допускаются: закатанная окалина, заусенцы; расслоения и трещины, в том числе выявившиеся после травления, полирования, шлифования; коррозионные повреждения, поры и раковины. (Измененная редакция, Изм. N 1).

1.4. Поверхность литых и кованых деталей должна быть без газовых и усадочных раковин, шлаковых и флюсовых включений, спаев, недоливов, трещин. Допускаемые отклонения на поверхности литых деталей (вид, размер и количество) устанавливают в нормативно-технической и конструкторской документации.

1.5. Поверхность деталей, изготовленных из горячекатаного металла, должна быть очищена от окалины, травильного шлама, продуктов коррозии основного металла и других загрязнений.

1.6. Поверхность деталей после механической обработки должна быть без видимого слоя смазки или эмульсии, металлической стружки, заусенцев, пыли и продуктов коррозии без внедрения частиц инородного материала.

1.5, 1.6. (Измененная редакция, Изм. N 1).

1.7. Поверхность деталей после абразивной обработки, например, гидропескоструйной, галтования и др. должна быть без травильного шлама, шлака, продуктов коррозии и заусенцев.

1.8. Поверхность шлифованных и полированных деталей должна быть однородной, без забоин, вмятин, прижогов, рисок, заусенцев, дефектов от рихтовочного инструмента.

1.9. На поверхности деталей после термообработки (отжига, закалки, нормализации, отпуска, старения, а также термообработки, проводимой для улучшения адгезии последующих покрытий) не должно быть забоин, царапин, трещин, пузырей, коррозионных очагов, расслоений, короблений.

1.10. Сварные и паяные швы на деталях должны быть зачищены, непрерывны по всему периметру для исключения зазоров и проникания в них электролита. Дефекты, появившиеся при зачистке швов, выполненных среднеплавкими припоями, должны быть устранены подпайкой теми же или легкоплавкими припоями.

На поверхности паяных швов допускается равномерное растекание припоя шириной до 10 мм, отдельные несквозные поры, очищенные от остатков флюса и не нарушающие герметичности паяных швов. Швы на деталях из титановых сплавов должны быть выполнены способами, исключающими окисление. Не допускается механическая зачистка швов на деталях, изготовленных пайкой в расплаве солей. Паяные швы на таких деталях должны быть ровными и плотными. На поверхности деталей не должно быть остатков флюсов и выплесков силумина. Клеевые швы на деталях должны быть сплошными, без вздутий, пузырей и пустот, нe иметь зазоров, в которые может проникать электролит, не содержать излишков клея в околошовной зоне и зачищены механическим способом. Не допускается наносить химические и электрохимические покрытия на детали, имеющие клеевые соединения.

1.11. Поверхность электрополированных деталей должна быть гладкой, светлой и блестящей без растравливания, прижогов, трещин, неотмытых солей, продуктов коррозии. Степень блеска не нормируется. На электрополированной поверхности не являются браковочными следующие признаки: неравномерный блеск на участках, имеющих различную термическую и механическую обработку; отдельные матовые и белесые участки на поверхности деталей, к которым не предъявляют требования по декоративности; отсутствие эффекта электрополирования в труднодоступных местах: щелях, зазорах, глухих отверстиях диаметром до 15 мм, сквозных — до 10 мм, а также отверстиях и углублениях, труднодоступных для электрополирования; следы от потеков воды; отсутствие блеска в местах сварки; следы от контакта с приспособлением в виде матовых и темных участков; механическая полировка (при необходимости) мест контакта с приспособлением и для получения точных размеров детали после электрополирования; черные точки на резьбе, если нет других указаний в нормативно-технической документации; следы механической обработки основного металла до электрополирования и другие отклонения, допускаемые нормативно-технической документацией на основной металл.

1.9-1.11. (Измененная редакция, Изм. N 1).

2. ТРЕБОВАНИЯ К ПОКРЫТИЯМ

2.1. Требования к внешнему виду покрытия

2.1.1. Поверхность полированного покрытия должна быть однородной, блестящей или зеркальной. На механически полированной поверхности покрытия, кроме зеркальной, не являются браковочными признаками единичные волосовидные царапины или точки от полировочных паст и рихтовочного инструмента в количестве не более 5 шт. на 100 см, заполировка кромок, незначительная волнистость (утяжка) покрытия на деталях из латуни, если нет специальных требований в конструкторской документации.

2.1.2. На поверхности покрытий, если нет специальных указаний в конструкторской документации, не являются браковочными следующие признаки: следы механической обработки и другие отклонения, допускаемые нормативно-технической документацией на основной металл; незначительная волнистость поверхности покрытия после вытяжки, выявляющаяся после травления; темные или светлые полосы или пятна в труднодоступных для зачистки отверстиях и пазах, на внутренних поверхностях и вогнутых участках деталей сложной конфигурации, местах сопряжения неразъемных сборочных единиц, в сварных, паяных швах, околошовной зоне и местах снятия плакировочного слоя; неравномерность блеска и неоднотонность цвета; неоднотонность цвета покрытий на деталях из плакированных металлов с частичной механической обработкой; следы от потеков воды, хроматирующих и фосфатирующих растворов без остатков солей; блестящие точки и штрихи, образовавшиеся от соприкосновения с измерительным инструментом, приспособлениями и от соударения деталей в процессе нанесения покрытий в барабанах, колоколах и сетчатых приспособлениях; изменение интенсивности цвета или потемнение после нагрева с целью обезводороживания и проверки прочности сцепления, снятия изоляции и пропитки; единичные черные точки на участках, предназначенных под заливку компаундами, герметиками, клеями; отсутствие покрытия: в порах, местах включений, допускаемых нормативно-технической документацией на литье; на сварных и паяных швах и около них на расстоянии не более 2 мм по одну и другую сторону от шва и во внутренних углах взаимно перпендикулярных плоскостей при условии последующей дополнительной защиты этих мест; в местах контакта детали с приспособлением, кроме особых случаев, оговоренных в конструкторской документации.

2.1.3. При осаждении на поверхности детали рядом двух покрытий без изоляции или с применением изоляции, а также при осаждении местных покрытий, если это не влияет на работоспособность изделия, не являются браковочными следующие признаки: смещение границ покрытий до 2 мм, а для покрытий золотом, палладием, родием и их сплавами до 1 мм в ту или другую сторону; отдельные точечные включения одного покрытия на поверхности другого; точечные включения металла покрытия на изолируемой поверхности; потемнение металла на границе покрытий; цвета побежалости на непокрываемых поверхностях.

2.1.2, 2.1.3. (Измененная редакция, Изм. N 1).

2.2. Требования к толщине покрытия

2.2.1. Превышение максимальной толщины покрытия не является браковочным признаком, если это не влияет на сборку и работоспособность изделия. (Измененная редакция, Изм. N 1).

2.2.2. В отверстиях, пазах, вырезах, на вогнутых участках сложнопрофилированных деталей, на внутренних поверхностях и местах сопряжения неразъемных сборочных единиц допускается уменьшение толщины покрытия до 50%, а для хромовых покрытий — отсутствие, если нет других требований в конструкторской документации к толщине покрытия на указанных участках.

2.2.3. В глухих гладких и резьбовых отверстиях и пазах диаметром (или шириной) до 12 мм и в сквозных гладких и резьбовых отверстиях и пазах диаметром (или шириной) до 6 мм толщина покрытия на глубине более одного диаметра (или одной ширины) не нормируется; допускается отсутствие покрытия, если в конструкторской документации не указаны требования к толщине покрытия на этих участках.

2.3. Покрытие должно быть прочно сцепленным с основным металлом.

2.4. По внешнему виду, толщине и другим показателям покрытие должно соответствовать требованиям табл.1-19.

Цинковое и кадмиевое покрытия. Хроматные покрытия на цинковом и кадмиевом покрытиях. Фосфатное покрытие на цинковом покрытии

Технология гальванического цинкования

Гальваническое цинкование металлоконструкций является одним из самых востребованных видов цинкования, благодаря которому изделия приобретают высокие защитные и декоративные свойства.

В отличие от горячего метода обработки, данная технология является более простой и дешевой.

Однако она имеет определенные ограничения по использованию, что обусловлено сравнительно тонким слоем защитного покрытия (не превышает 40 мкм).

Технология гальваники предусматривает осаждение цинка из состава электролита на металлоконструкцию, которая в свою очередь подключена к сети питания через отрицательный полюс.

Чтобы увеличить уровень механической и коррозийной устойчивости, а также для повышения декоративных качеств деталей, цинковое покрытие дополнительно подвергают хроматированию, кадмированию или обработке фосфатными составами.

На производстве гальваническая обработка металла проводится в строгой последовательности

1. Очистка поверхности деталей от лакокрасочных и смазочных материалов, ржавчины и окалины (процедура проводится с использованием обезжиривающих и щелочных смесей).
2. Промывка чистой водой в специальной проточной ванне.
3. Электролитическое обезжиривание и последующая промывка.
4. Травление в составе, который включает воду и соляную кислоту. Процедура удаляет остатки ржавчины и окалины, исключая растворение или деформацию основного металла, а также декапирует поверхности перед обработкой.
5. Промывка, непосредственно гальваническая оцинковка и повторная промывка.
6. Для устранения с поверхности окисной пленки применяться осветление металла в растворе, состоящем из воды и азотной кислоты.
7. Промывка, фосфатирование (при необходимости) с последующей промывкой.
8. Может быть проведена пассивация электролитическим хроматированием или путем хроматированного распыления.
9. Сушка детали.

В зависимости от особенностей технологии обработки и типа продукции гальваническая обработка металла может включать дополнительные манипуляции.

Если обрабатывают полосу, то цинкование начинают с разматывания материала, а далее выполняют сварку концов. На заключительном этапе полосу обрабатывают маслом и сматывают.

Дефекты при гальваническом цинковании

Среди причин, которые значительно влияют на уровень качества обрабатываемых деталей, выделяют следующие:

• Низкое качество подготовки металлоконструкций;
• Отклонение от соблюдения рецептуры электролита;
• Нарушения характеристик и последовательности этапов гальванической обработки.

Также качество готовой продукции зависит от конфигурации, особенностей расположения и состояния плоскостей ведущих и дополнительных анодов, а также пространственного расположения изделий в электролите.

Вследствие этого на деталях могут присутствовать такие дефекты, как:

• Питтинг – на металле образуются углубленные полосы или незначительные точечные каверны. Такие недостатки появляются, как правило, в результате того, что в электролите присутствуют гидрокисные или органические примеси, а также при низкой интенсивности перемешивания или его полном отсутствии.
• Низкий уровень адгезии – плохое схватывание цинкового слоя или его отслаивание может наблюдаться при нарушении процесса очистки, травления или обезжиривания детали. Также такое наблюдается при засорении электролита различными органическими соединениями, включая соли разных других металлов.
• Разнотипность внешнего вида – вызывает несоблюдение рецептуры в части пропорции используемых компонентов электролита при одновременном накоплении в гальванической ванне определенного объема солей железа. Также причиной данного дефекта может выступать недостаточное перемешивание компонентов и пониженная температура, которая не отвечает норме.
• Повышенная шероховатость – свидетельствует о присутствии в гальванической смеси всевозможных механических примесей, сульфата цинка и гидроксидов в повышенном объеме. Также это возникает в результате недостаточного количества анионов цинка в электролите и при избыточной плотности тока.
• Хрупкость цинкового покрытия – является следствием превышенной плотности тока в катодном пространстве или присутствием в электролите органических примесей в большом объеме.
• Темный (преимущественно коричневый) цвет – вызывает наличие в гальванической ванне различных органических загрязнений. Такой эффект также может вызвать существенно снижение плотности тока возле катода и повышение температуры электролитической смеси.

Сравнительные характеристики горячего и гальванического цинкования

Сегодня применяется два вида цинкования металлоизделий – это горячее оцинкование путем окунания деталей в расплав цинка и гальванический способ обработки цинком, который предполагает воздействие на детали электрического тока. В свою очередь гальваническая технология цинкования производится двумя технологическими методами.

В первом случае обработка выполняется в специальных установках (барабанах), которые вращаются с определенной скоростью. Метод получил распространение для обработки деталей с резьбой и без резьбы.

Во втором случае металлоконструкции подвешивают при помощи медной проволоки, а затем опускают в смесь с электролитом. Широко применяется для оцинкования габаритных конструкций. В свою очередь метод горячего оцинкования также выполняется подвесным способом, используется для крупногабаритных конструкций.

Перед выбором конкретного способа обработки деталей нужно учитывать следующие факторы:

1. Эстетические и декоративные требования к защитному покрытию.
2. Уровень влияния агрессивности факторов внешней среды, в которой планируется использовать конструкцию.
3. Конструктивные особенности деталей (наличие отверстий, пр.).
4. Насколько метод обработки отвечает технологическим нормам процессов оцинкования.

В случае, когда конструкции предполагается эксплуатировать на улице и в других агрессивных условиях, главным требованием к покрытию выступает высокая антикоррозийная стойкость. Такие изделия следует обрабатывать цинком по технологии горячего оцинкования, которая позволяет наносить покрытие толщиной от 60 микрометров.

В данном случае в течение года цинковое покрытие разрушается не больше, чем на 10 микрометров.

Однако метод горячей обработки может применяться только в отношении конструкций, в которых имеются отверстия определенного диаметра. Также следует учитывать, что на деталях, обработанных таким способом, могут оставаться наплывы, подтеки и капли.

Поэтому декоративные качества покрытия в данном случае достаточно низкие. К тому же тонкие металлоизделия могут деформироваться вследствие горячей обработки, что обусловлено особенностями технологии (цинк наносят при температуре 450°C).

Гальваническая оцинковка металла проводится при комнатной температуре, поэтому данный метод иногда называют «методом холодного цинкования», при котором металл не подвергается деформации.

Данный способ обработки отлично подходит для деталей, в которых присутствуют резьбовые соединения.

Сфера применения гальванического цинкования

Данный способ широко применяется на изделиях, изготовленных из углеродистых сталей и разных видов чугуна. Основной сортамент гальваники представлен разным инструментом, деталями машин и оборудования, всевозможными опорами и крепежными элементами, включая тонколистовой холоднокатаный металлопрокат.

Наряду с защитными свойствами, гальваническое цинкование также наделяет металл декоративными качествами. Это обусловлено равномерностью распределения покрытия по поверхности и точным повторением покрытия конфигурации детали.

Толщина цинкового покрытия составляет 6 – 9 микрометров, но при этом конструкции подвергаются пассивации в специальном хроматном растворе. Благодаря пассивации можно получить высокий эстетический эффект.

Процедура позволяет придать конструкциям такие цветовые решения, как радуга (золотистый цвет, который отлично переливается на солнце) и голубизна (цинк белого цвета приобретает голубой отлив).

Методика гальваники предполагает лишь внешнее покрытие деталей, поскольку нанести покрытие в труднодоступных местах невозможно вследствие отсутствия электропроводимости.

Металлоконструкции, оцинковка которых проводилась гальваническим способом, широко применяются в умеренной среде. Таким образом, такие конструкции могут использоваться на улице лишь периодически, при этом они не должны иметь прямой контакт с влагой.

Виды электролит

Применение данной технологии предусматривает соблюдение состава электролита и температурного режима. Это обусловлено тем, что эти параметры при требуемой плотности тока оказывают прямое воздействие на структуру наносимого покрытия и скорость осаждения цинка.

Чтобы получить желаемый декоративный эффект, в электролит добавляют окрашивающие и блескообразующие компоненты.

Метод гальванического оцинкования предполагает использование нескольких групп электролитов, которые отличаются составом рецептуры:

• Слабокислые и кислые – наиболее простые составы, при создании которых применяются сульфаты, хлориды, борфториды и их смеси;
• Цинкатные и цианидные – это щелочные вещества, в составе которых присутствует цианид натрия и цинкат натрия, которые растворяют в едком натре;
• Аммиакатные – нейтральные и щелочные составы, полученные посредством растворения оксида цинка в смеси хлорида или сульфата аммония.

Также технологи используют электролиты, создаваемые на основе аминосоединений. Однако такие растворы применяются крайне редко.

Вывод

Цинковый слой, нанесенный методом горячего оцинкования, способен сохранять эксплуатационные свойства на протяжении до 120 лет при использовании в обычных условиях. Это обусловлено толщиной слоя цинка, который составляет до 200 мкм.

В результате металл приобретает высокие защитные свойства и отличается стойкостью к механическим воздействиям. Более того, покрытие способно самостоятельно восстанавливаться при образовании трещин, что обусловлено особенным составом цинкового раствора.

В свою очередь толщина слой цинка при гальванике составляет не более 15 мкм. Поэтому срок службы изделий с такой толщиной покрытия в агрессивных условиях способно прослужить не более 1 года. Преимуществами данной методики выступают доступная стоимость, ровность и равномерность покрытия.

Виды брака при цинковании

При этом, на металлоконструкциях, помещаемых в расплав цинка отсутствуют какие-либо дефекты. При этом на поверхности стали или чугуна образуется железоцинковый слой, а поверх него расплав цинка. Конструкции с толстостенной структурой или заготовки из сталей, быстро реагирующих с цинком, на поверхности образуется только железоцинковый слой. Если технология цинкования предполагает погружение в ванны с алюминием, то происходит подавление железоцинкового слоя, и на поверхности остается только слой цинка.

Особенности формирования цинкового слоя

Железоцинковый слой на внешней части стальных и чугунных деталей образуется при погружении заготовок. При вынимании их из ванн, на поверхности формируется дополнительный слой цинкового расплава. Его полное застывание происходит после охлаждения деталей. Толщина деталей изменяется за счет появления цинкового покрытия. Конструкции, обладающие высокой теплоемкостью, остаются покрытыми только железоцинковым сплавом. Изделия, в составе которых присутствует кремний 0,3-0,12 и более 0,2 % имеют на поверхности не плотный, а рыхлый слой железоцинкового сплава. При увеличении продолжительности погружения его толщина увеличивается. При это внешний цинковый слой на деталях отсутствует.

При наличии в расплавленном цинке около 0,07 % алюминия формирование железоцинкового слоя на поверхности заготовок замедляется. Происходит образование тонких слоев железоцинковых сплавов с содержанием алюминия. На скорость и особенности формирования такого слоя влияют температура, продолжительность погружения и количество алюминия в цинковом расплаве. Такие покрытия имеют меньшую толщину и состоят в основном из слоя цинка.

Распознавание

При использовании технологии на поверхности деталей появляется блестящее покрытие. Внешне затвердевший цинковый слой имеет характерную структуру в виде листиков папоротника. На поперечном разрезе видны четкие границы стальной детали, железоцинковый слой и слой цинка.

На заготовках с переменной толщиной области с большей теплоемкостью сереют, за счет формирования железоцинкового сплава. Стальные конструкции, в которых имеется критичный % кремния становятся серыми из-за быстрого образования железоцинкового сплава при остывании. На поперечном срезе таких деталей хорошо видны мелкие кристаллы фазы, образовавшиеся в цинковом слое. Если в составе сплава более 0,2% кремния, то размеры кристаллов больше, кроме того при этом видны мелкие кристаллы фазы у слоя подложки.

В расплавленный цинк при горячем цинковании добавляют незначительное количество алюминия.

Трещины

К ним относятся уже имеющие на поверхности деталей дефекты. Обычно это трещины образующиеся при закалке. Заметить дефекты, которые были на металле до цинкования можно только после самого цинкования. Для них характерно не полное заполнение железом и цинком. На поперечном разрезе видно, что на боковой поверхности присутствует окалина. Такие трещины можно спутать с дефектами, возникающими в результате охрупчивания. Для последних характерно заполнение цинковым и железным слоем самых маленьких по размеру разрывов. При обнаружении трещин до цинкования, такие заготовки отбраковываются.

Охрупчивание (искусственное старение)

При таком дефекте подвергаются изменениям свойства цинкуемой детали за счет теплового воздействия, оказываемого нагретым цинком. Искусственному старению прежде всего подвержены детали при холодной деформации или быстром остывании. При механическом напряжении без деформации они подвержены разлому.

Хрупкость бывает настолько интенсивной, что оцинкованные детали ломаются во время использования в строительстве под действием резкого напряжения и низких температурах окружающей среды.

Хрупкое разрушение в результате искусственного старения сложно спутать с другими дефектами и легко распознать. Ему подвержены только металлоконструкции, изготовленные из кипящих сталей. Спокойные стали не подвержены искусственному старению вследствие температурных перепадов.

Охрупчивание из-за внутреннего напряжения

Попадая на поверхность металла расплавленный цинк при наличия высокого напряжения в металлоконструкции проникает к границам зерен, что приводит к растрескиванию, и разрыву металла вдоль границы зерен.

Эти разрывы легко определяются визуально. Из-за неполного заполнения трещин такого типа слоем железа и цинка, их можно спутать с трещинами, которые были на поверхности еще до цинкования. Для предотвращения таких дефектов следует перед цинкованием снижать внутреннее напряжение.

Поводки и искривления

При искривлении меняется форма и размеры цинкуемых деталей. При сильном искривлении могут образовываться трещины. Причиной искривлений является остаточное напряжение, а также неправильное погружение деталей в ванны с цинковым раствором. Искривленные элементы заготовок легко обнаруживаются при визуальном осмотре. Их сложно спутать с другими дефектами. Только в некоторых случаях искривления можно принять за разрывы при наличии трещин. Чтобы избежать возникновения искривлений следует быстро погружать детали в емкости с цинком.

Трещины по типу сетки

Такие трещины распространяются с нижнего слоя металла до его поверхности. Они выглядят как сетка и распространены в заготовках, произведенным методом холодного проката из тонкой стали, содержащей кремний. С одного бока трещины открыты и как бы пронизывают поверхность через железоцинковый слой и цинковый сплав.

Чаще всего трещины такого типа возникают при застывании цинкового слоя при охлаждении заготовок. Они образуются за счет прорастания железоцинкового сплава в разные стороны и в некоторых случаях приводят к разрыву поверхности детали.

Для предотвращения трещин заготовки из кремний содержащих сталей холоднокатаного типа с тонкой структурой должны подвергаться перед цинкованием отжигу. Это уменьшает внутреннее напряжение в металле и исключает образование поводок, искривлений или сетчатых трещин.

Шероховатая структура покрытия

Шероховатыми считаются поверхности с грубой и шершавой структурой. Они образуются вследствие цинкования деталей с шероховатой поверхностью. После нанесения на такую поверхность горячего слоя цинка, она не становится гладкой, а наоборот, ее шероховатость увеличивается.

Вторя причина образования шероховатостей – наличие возвышенностей на поверхности, где быстрее образуется железоцинковый слой, чем в углублениях. На внутренних поверхностях деталей шероховатости появляются из-за неравномерного стекания цинкового сплава с оцинкованной детали.

Шероховатость поверхности определяется невооруженным взглядом.

Шероховатость обычно проявляется на ограниченных участках. При точечных шероховатостях убедиться в их наличии можно только проведя металлографические исследования.

До конца природа появления шероховатостей не изучена. Частично причина состоит в наличии в металле критичных уровней кремния и фосфора.

Иногда подавить рост шероховатостей можно используя до цинкования отжиг поверхностного слоя. Такая технология позволяет частично добиться гладкости деталей.

Волнистое или полосчатое покрытие

Параллельные полосы различной толщины, длины и ширины на поверхности оцинкованного металла обычно располагаются в направлении проката. Они возникают при взаимодействии кристаллической решетки верхнего слоя и расплавленного цинка. Также появление полос обусловлено особенностями предварительной механической обработки поверхности перед цинкованием. Также причиной образования волн или полос может быть при локальном повреждении верхнего слоя металла. На таких участках образуются толстые слои в виде полосчатых возвышений.

При таких дефектах на поверхности возвышения образуется рыхлый металлоцинковый слой, а в углублениях – слой с более плотной структурой. Полосчатые уплотнения обнаруживаются невооруженным взглядом, так как они несколько возвышаются на поверхности и имеют четкие границы. Внешне они напоминают царапины.

Обычно полосчатые углубления располагаются на поверхности хаотично. В углублениях при поперечном разрезе заметны плотные слои железоцинкового расплава. Дефекты имеют характерный внешний вид и их тяжело спутать с другими видами. Однако иногда ровные полосы могут быть похожими на полосчатые уплотнения. Для определения типа дефекта в таком случае требуется проведение металлографических исследований.

Приины появления дефекта до сих пор не выяснены. Иногда его можно предотвратить за счет предварительного отжига верхнего слоя металла до цинкования.

Чешуйчатые отслоения

Обычно отслоения имеют плоскую форму и расположены в верхнем слое прокатной детали. После горячего цинкования такие отслоения становятся еще более заметными. Обычно они возникают во время проката. При цинковании сплав железа и цинка проникает в пространство между отслоением и основным материалом и способствует тому, что края дефектных элементов еще больше отделяются от поверхности основного материала.

Отслоения легко распознаются. Они могут быть в форме язычков (большие) и в форме точек или полос (маленькие). В поперечном разрезе такие отслоения хорошо видны. Дефект иногда принимают за бугры.

Перед цинкованием чешуйчатость поверхности следует удалять механически. Мелкие чешуйки можно устранить при помощи отжига.

Заусенцы

Заусенцы – это тонкие, преимущественно длинные частицы, возникающие в процессе производства. Они могут образовываться при сварке, гравировке, выдавливании или фрезеровке. После горячего цинкования заусенцы становятся более выраженными и заметными.

Заусенцы могут как отрываться от поверхности, так и прилипать к ней. При травлении они отпадают, во время погружения в цинковый слой, плавающие в ванне частицы могут прилипать к обрабатываемой заготовке.

Внешне дефекты похожи на вздутые или плоские линии. Их сложно перепутать с другими повреждениями, но иногда можно принять кислотную коррозию. Для предотвращения заусенцев стружку удаляют механическим способом. Свободно прилипшие элементу удаляют быстрым травлением или отжигом.

Подгар при цинковании чугуна

При таком дефекте на поверхности образуется шероховатое грубое и неравномерное покрытие с черными вкраплениями. По краю оцинкованных изделий могут появляются вспучивания.

Подгар образуется из-за окисления чугунных заготовок в процессе закалки. Мелкие окисленные частицы ухудшают качество цинкования и становятся причиной появления грубого слоя с шероховатостями на поверхности деталей. Вспучивается обычно подгорелый слой на поверхности чугуна. Если на поверхности после цинкования образовался подгар, следует учесть, что частицы могут окисляться изнутри.

Подтеки или плоские наплывы

Дефект представляет собой утолщения цинкового слоя, возвышающегося над покрытием и имеющего вид полос. Иногда подтеки собираются в капли.

Плоские наплывы появляются при несоответствии скорости вынимания детали из емкости и вязкости расплавленного материала. Вязкость возрастает и скорость стекания цинка замедляется. В образованных наплывах содержаться мелкие кристаллы железоцинкового сплава, а иногда и пузыри или пустоты.

При быстром извлечении равномерность стекания нарушается, что становится причиной образования плоских наплывов. Дефект чаще всего образуется при цинковании с добавлением алюминия. На поверхности цинкового слоя при этом образуется тонкая пленка оксида алюминия, которая при небольшой тряске разрушается и способствует образованию наплывов.

Плоские наплывы выглядят характерным образом. Но иногда их можно принять за полосчатое покрытие. Для определения причины образования наплывов необходимо проведение металлографических исследований.

Часто наплывы образуются вследствие оставшихся на поверхности солей железа после травления. Для исключения дефекта перед флюсованием соли железа тщательно смываются. Кроме того, не рекомендуется во время вынимания деталей из емкостей с цинком подвергать их встряске.

Наплывы капельного типа

Дефект представляет собой капли из цинка, которые при остывании затвердевают. Слезы образуются вследствие поверхностного натяжения цинка, что способствует его неравномерному стеканию. Поверхностное натяжение сильно возрастает на участках, где образуется окись цинка.

Причиной появления окиси цинка является оставшаяся на материале окалина. Этот дефект легко определяется невооруженным взглядом. Для его удаления выполняется раскисление.

Черные пятна

Черные пятна образуются на поверхности неоцинкованных изделий и имеют неправильную форму. Они появляются на тех участках, которые не проконтактировали с цинковым слоем. Они могут появиться на загрязненной поверхности. Иногда они возникают вследствие выгорания флюса.

Перед травлением с поверхности заготовок обязательно следует удалять формовочный песок и шлаки, используя дробеструйную обработку, также проводят обезжиривание с использованием органических составов.

Разъедание и коррозия

Разъедание – большие и достаточно глубокие дефекты. Обычно этим дефектам подвержены стали, содержащие большое количество сульфида, оксидов или шлаков. Разъедание – результат сильного травления, при котором происходит самопроизвольное разложение стали. Дефект хорошо виден в поперечном разрезе и максимально точно определяется при металлографическом исследовании. Избежать дефекта можно сократив время травления.

Вздутия при травлении

Пузыри выглядят как небольшие возвышения на поверхности. Они являются результатом отслоения цинкового покрытия. Причина образования пузырей – водород. Данный дефект характерен для сталей низкой прочности.

Водород скапливается на поверхности заготовок вокруг загрязнений, при нагреве во время погружения в цинк он выделяется и принимает форму пузырей, создавая эффект отслоения.

Пузыри легко заметны. В поперечном разрезе дефект выглядит как эллипсы. Для предотвращения используют быстрое и сильное травление.

Водородная хрупкость

Этот дефект развивается при повреждении заготовки водородом, попавшим при травлении в изделие. При напряжении под действием растяжения детали становятся хрупкими и ломаются.

В процессе травления водород проникает в толщу материала в атомарной форме. Он скапливается на границе зерен и преобразуется в молекулярную форму, повышающую хрупкость стального элемента.

Замедленное разрушение, являющееся следствием водородной хрупкости, обеспечивает возможность увидеть зону начального растрескивания. Обычно трещины проходят по границам кристаллов. Они могут быть спутаны с трещинами другого и типа. Предотвратить дефект можно используя при протравливании концентрированных растворов соляной кислоты.

Травильные и флюсовые выделения

Образуются на месте трещин, раковин или пор. Из-за содержания солей железа они имею красно-коричневый цвет. Они появляются из-за остатка в углублениях материала травильного или флюсового растворов. Это в результате может привести к процессам коррозии и разрушениям.

Дефект легко отличим от других видов дефектов. Для предотвращения следует обследовать материал до цинкования на наличие пор.

Бугорки

Это возвышения различной формы и размера на поверхности. Расположение их хаотично и может быть, как группами, так и по отдельности. Основная причина дефекта – примеси в ваннах для цинкования. Они оседают на поверхности деталей при цинковании. Образование бугорков характерно при наличии в емкостях гартцинка или соединений алюминия с железом. Обычно бугорки образуются из-за крупных примесей, медленно всплывающих на поверхность.

Бугорки легко определяются визуально, о иногда их путают с шероховатостями. Чтобы исключить образование дефекта, частицы примесей удаляют из емкостей с цинковым расплавом. А гартцинк образуется в случае различных температур верхней и нижней частей ванн.

Свинцовая пена

Внешне выглядит как неровные бугры на поверхности, имеющие разные размеры и форму. Образуется при плавлении цинка и оседает на дно емкости. Она образуется при плавлении цинка, оседая на дне емкости. Свинец оседает на поверхность цинкуемых заготовок и образует легко распознаваемые бугры. Определить происхождение таких дефектов может только металлографическая экспертиза. Избежать появление свинцовых бугров можно периодически перемешивая расплавленный цинк в ванной.

Изменение цвета

Дефектны участки с измененным цветом не имеют строгой формы и размера. Они могут образовываться сразу после вынимания деталей, а также после просушивания. Появляются такие зоны вследствие наличия в расплаве следов посторонних элементов, при реакции которых с цинком образуются окислы. Этот дефект легко распознать. Для его исключения следует при цинковании использовать более чистый по составу расплав.

Капли и подтеки

Чаще всего дефект появляется после вынимания заготовок из ванн с расплавленным цинком. Ему больше всего подвержены трубы в местах сварочного грата (внутренняя сторона). Капли появляются из-за наличия остатков цинка на изделии. Их удаляют механическим способом, или используют для удаления вибрацию.

Зола и флюсованые остатки

Дефект имеет характерный серый или желтоватый цвет. ОН возникает из-за неметаллических отложений и состоит из окиси цинка с хлористым цинком. Зола и флюсовые остатки крепко прилипают к заготовкам при вынимании. Этот дефект легко распознается. Чтобы избежать его появления следует золу и остатки флюса до и после цинкования, используя для этого щетку.

Склеивание

Обычно склеивания образуются при одновременном цинковании сразу нескольких заготовок. При этом после вынимания детали могут склеиваться между собой. Чтобы избежать этого необходимо тщательно следить за тем, чтобы конструкции не соприкасались.

Отпечатки

Образуются на месте вдавливания цинка и возникают вследствие ударов инструмента по не застывшему слою железа и цинка. Чтобы избежать образования отпечатком не следует дотрагиваться до заготовок инструментом, пока слой цинка не застыл.

Серое покрытие

Участки с тусклым серым или светло-серым цветом. Такие зоны образуются в тех местах, где нет непрерывного наружного слоя цинка. Обычно появляются на поверхностях металла, с критичным содержанием кремния. Появляется дефект сразу после извлечения и может образовываться при слишком медленном остывании заготовок.

Дефект легк отличим визуально. На поперечном разрезе хорошо видны зоны, на которых отсутствует цинковый слой и есть только железоцинковый слой. При цинковании сталей с критичным содержанием кремния предотвратить такой дефект сложно. Уменьшить его количество можно используя быстрое охлаждение.

Отслоения

Это участки, на которых цинковый слой отделяется от покрытия. Образованию дефекта подвержены участки с толстым железоцинковым слоем и ровной поверхностью. Причина образования отслоений – удары, упругая или пластичная деформация. Иногда отслоения путают со сколами.

Шелушение

Шелушение часто возникает из-за реакции стали и цинка, при создании на границе контакта материалов пор. Также причиной шелушения является слишком медленное остывание заготовок, при котором заготовки сложены друг на друга. Иногда шелушение путают с отслоением. Чтобы избежать дефекта, после цинкования детали охлаждают до температуры ниже 200 градусов Цельсия.

Белая ржавчина

Белые пятная на поверхности оцинкованных деталей состоят из оксидов и гидроксидов цинка. Они появляются при коррозии цинкового слоя из-за нарушения условий хранения заготовок – высокая влажность, высокая конденсация, а также при наличии во влажном воздухе паров кислот и солей. Дефект легко распознается. Для предотвращения необходимо строго соблюдать условия хранения.

Точечная коррозия

Имеет золотисто каштановый цвет и при сильном окислении способна проникать до зоны подложки стали. Ее возникновение обусловлено попаданием на поверхность агрессивных гигроскопических твердых материалов, которые при реакции с влажным воздухом активно разъедают цинковый слой. Дефект легко отличим. Для его предотвращения следует избегать того, чтобы оцинкованный заготовки соприкасались с твердыми агрессивными субстанциями.

Коричневая окраска

Появление дефекта вызывает процесс коррозии с образованием гидроксида железа. Такой дефект часто путают с обычной ржавчиной. В поперечном сечении видно поврежденный коррозией цинковый слой. Образование дефекта зависит от условий, в которых находятся детали после цинкования.

Посторонняя ржавчина

Имеет выраженный красно-коричневый цвет. Она легко смывается и переносится на другие заготовки – с не оцинкованных на оцинкованные. Иногда ее принимают за коричневую окраску.

Пузыри

Дефект образуется за счет действия водорода на цинковый слой при образовании коррозии во влажной среде. Внешне выглядит как плоские лопнувшие пузыри. Место локализации – граница межу железоцинковым и цинковым слоем.

Они легко распознаются, но иногда принимаются за пузыри, образованные при травлении. Но в данном случае нет коррозийных образований.

Источник https://math-nttt.ru/obrabotka-metalla/gost-cinkovoe-pokrytie-2.html

Источник https://t-zinc.ru/texnologiya-czinkovaniya/texnologiya-galvanicheskogo-czinkovaniya.html

Источник https://pmkmetall.ru/info/articles/vidy-braka-pri-tsinkovanii/