Методы и особенности нанесения гальванического покрытия

Технология нанесения на поверхность металла других материалов считается популярной при изготовлении различных изделий. Защитный слой снижает риск появления ржавчины, увеличивает показатель прочности. Гальваническое покрытие — защитный слой, который оберегает поверхность детали от воздействия коррозии. После обработки повышается срок службы изделия, улучшаются технические характеристики.

Детали с гальваническим покрытием (Фото: Instagram / mazakovvitalii)

Подготовка поверхности

• Химическое обезжиривание Chemeta NA-60
• Uniclean 102
• Uniclean 151
• Uniclean 155
• Uniclean 156
• Uniclean 158
• Uniclean 159
• Uniclean 199
• UniClean 399
• Unispray AAL
• Unispray H
• Unispray Booster
• Uniclean 405

Chemeta NA-60

Uniclean 501

UniPrep 310

Виды гальванических покрытий

В современном мире для гальванического покрытия могут быть использованы различные металлы. Они дают тонкую пленку, которая обладает надежной защитой.

Сегодня выделяют:

Гальваническое покрытие медью

Данная процедура получила название медирование. Благодаря меди можно создать на поверхности самых разных металлов прочную защитную пленку. Чаще всего для проведения данной процедуры использует медный купорос.

Гальваническое покрытие золотом

В настоящее время большое распространение получила процедура золочения. Она заключается в том, чтобы раствором покрыть металлическую поверхность придания ей боле дорого внешнего вида и для защиты от появления коррозии.

Гальваническое покрытие хромом

Обработка металлов хромом делает их более прочными и устойчивыми к условиям, которые предлагает агрессивная внешняя среда. Благодаря данному элементу на поверхности образуется тонкая пленка, которая обладает защитными и эстетическими качествами.

Гальваническое покрытие серебром

Нередко в промышленных условиях применяется серебрение. При этом на поверхности металлов появляется серебристая пленка, которая придает металлам немалое количество полезных характеристики. К тому же покрытые серебром изделия всегда выглядят дорого.

Гальваническое покрытие никелем

Покрытие данным элементом обладает экономичностью. Использование данного метода обработки металлов является оптимальным для придания металлическому материалу устойчивости к внешним воздействиям окружающей среды.

Гальваническое покрытие цинком

Данная процедура получила названием цинкование. Благодаря ней на поверхности металлов образуется тонкая пленка цинка, которая предотвращает образование ржавчины. К тому же такое покрытие придает блеск изделиям.

Гальваническое покрытие оловом

Олово применяется для нанесения на такие металлы, как: алюминий, цинк, сталь и медь. Оно придает им прочность и твердость.

Цинкование

• Блестящее цианистое цинкование Unizinc CYZ 511
• Блестящее кислое цинкование Chemeta AC-45
• Блестящее кислое цинкование Chemeta AC-55
• Блестящее кислое цинкование Zylite HT
• Блестящее кислое цинкование Unizinc ACZ 570
• Блестящее кислое цинкование Unizinc HSZ 590
• Блестящее щелочное цинкование Chemeta A1-DM
• Блестящее щелочное цинкование Protolux 3000
• Блестящее щелочное цинкование Unizinc NCZ 420
• Блестящее щелочное цинкование Unizinc NCZ 428
• Осаждение сплава цинк-железо Protedur Plus
• Осаждение сплава цинк-никель Reflectalloy ZNA
• Осаждение сплава цинк-никель Zinni AC AF 210

Классификация гальванических покрытий

Учитывая требования, которые предъявляются к эксплуатационным характеристикам деталей, гальванические покрытия можно условно разделить на три типа:

— защитно-декоративные гальванические покрытия (используются для придания поверхностям декоративных и защитных свойств одновременно);

— защитные электролитические покрытия (применяются для защиты деталей от коррозии в различных агрессивных средах);

— гальванические покрытия специального назначения (используются для того, чтоб придать поверхности металла определенных специальных свойств, таких, как магнитные, твердость, износостойкость, электроизоляционные и др.). Также гальванические покрытия специального назначения могут быть нанесены для восстановления изношенных деталей

В зависимости от механизма защитного действия все гальванические покрытия подразделяются на: катодные и анодные. По сравнению с потенциалом защищаемого металла, анодные покрытия всегда имеют более электроотрицательный, а катодные – более электроположительный потенциал. Например, по отношению к стали кадмий и цинк являются анодными покрытиями, а золото, никель, серебро, медь – катодными.

Механизм защитного действия гальванического покрытия во многом зависит не только от природы металла, но и от состава эксплуатационной среды.

Никелирование

• Матовое сатин никелирование Satilume Plus AF
• Микропористое никелирование Nickel MPS 200
• Полублестящее никелирование Duplalux SB-A
• Полублестящее никелирование Mark 90
• Полублестящее никелирование Mark 1900
• Блестящее никелирование Chemeta RADO-57М
• Блестящее никелирование Makrolux NF
• Блестящее никелирование Supreme Plus
• Блестящее никелирование UniBrite 2002
• Блестящее никелирование для покрытия в барабанах Rovellux W100
• Высокоскоростное никелирование Ni-Sulphamate HS
• Черное никелирование ALLBRITE BLACK 2000
• Добавка Chemeta RADO-2
• Блескообразующая добавка Chemeta RADO-5М
• Выравнивающая добавка Chemeta RADO-12
• Антипиттинговая добавка Chemeta RADO-11
• Химическое никелирование Nichem 2505
• Химическое никелирование Nichem PF 500

Свойства электролитических покрытий

Всегда после того, как гальваническое покрытие нанесено, шероховатость поверхности незначительно меняется. Как правило, немного увеличивается.

Твердость электролитически металлизированной поверхности

Для измерения твердости электролитического покрытия используют прибор ПМТ-3. Алмазная пирамида, вмонтированная в него, вдавливается в покрытие под различной нагрузкой. Далее по размерам оставшегося следа (отпечатка) и вычисляется микротвердость покрытия. Выражается данный показатель по Виккерсу в мегапаскалях.

Эти свойства важны при изготовлении различных деталей приборов, контактов и многого другого. К ним относятся контактное (переходное) сопротивление и электропроводность.

При нанесении гальванического покрытия следует помнить, что оно оказывает влияние и на физико-механические свойства основного (покрываемого) металла. Это вызвано свойствами самого покрытия и наводороживанием покрываемого металла.

Наводороживание сталей приводит к уменьшению их пластичности. Степень влияния водорода на механические свойства сталей сильно зависит от ее структуры (мартенсит, тростит, аустенит и т.д.). Например, сталь с троститной структурой охрупчивается сильнее, чем с сорбитной. Самое сильное влияние проявляется на сталях с мартенситной структурой. При нанесении гальванического защитного покрытия на высокопрочную сталь, которая имеет высокие внутренние напряжения, есть риск возникновения трещин.

Хромирование

• Твердое и декоративное хромирование Chemeta Cr-2
• Блестящее хромирование CR 843
• Черное хромирование Black Chrome Plating
• Твердое хромирование HEEF 25
• Твердое хромирование с высокой скоростью осаждения Dynachrome Plus
• Твердое хромирование Hartchrobad HCR 710
• Твердое хромирование HEEF KR
• Твердое хромирование поршневых колец HEEF PR
• Хромирование на основе хрома (3+) Trichrome Plus
• Активатор Chemeta AK-21
• Брызгоподавители хрома серии Fumetrol
• Химический очиститель свинцовых анодов Anokleen

Особенности процесса

Гальваническая обработка состоит из нескольких действий:

1. Приготовления электролитического раствора. Его состав будет зависеть от необходимых технических характеристик готовой пленки.
2. Погружения 2 анодов в готовый раствор. На них подключаются плюсовые контакты. Напряжение передает источник постоянного тока.
3. Медленного погружения заготовки в электролит. Его необходимо подключить к минусовому контакту. Заготовка будет выполнять роль катода.

В итоге электрическая цепь буден замкнута, начнется процесс гальванизации. Металлические частицы, содержащиеся в электролитическом растворе и имеющие положительный заряд, будут оседать на обрабатываемую деталь.

Раствор электролита (Фото: Instagram / pushkagonka96)

Заключительная обработка покрытий

• Радужное хроматирование цинковых покрытий Chemeta 2 А-Т
• Радужное хроматирование цинковых покрытий Unichrome YL22
• Радужное хроматирование цинковых покрытий (на основе солей хрома 3+) Pasigal H
• Радужное хроматирование цинковых покрытий (на основе солей хрома 3+) с повышенной коррозионной стойкостью Pasigal H2
• Радужное хроматирование цинковых покрытий (без хрома 6+ и фторидов) EcoTri HC
• Радужное хроматирование цинковых покрытий (на основе солей хрома 3+) Tridur Zn Y3
• Бесцветно-голубое хроматирование (на основе солей хрома 3+) CorroTriblue
• Бесцветное хроматирование (на основе солей хрома 3+) Pasigal EМ
• Хроматирование цинковых покрытий (без хрома и кобальта) Novopass 101
• Бесцветное или голубое хроматирование цинковых покрытий (на основе солей хрома 3+ с нано частицами) EcoTri HC2 Nano
• Голубое хроматирование цинковых покрытий (на основе солей хрома 3+) Tridur ZnB
• Голубое хроматирование цинковых покрытий (на основе солей хрома 3+) Unifix Zn 3-14L
• Бесцветное или голубое хроматирование (на основе солей хрома 3+ с нано частицами) Unifix Zn 3-15L
• Голубое хроматирование специально для оконных рам (на основе солей хрома 3+) Tridur Matt
• Уплотнитель цинковых покрытий специально для оконных рам Corrosil Matt
• Хроматирование электролитически или горячеоцинкованной стальной ленты Tridur HDG
• Черное хроматирование цинковых покрытий, полученных из электролитов, кроме цианистых, (на основе солей хрома 3+) Unifix Zn 3-28 L
• Черное хроматирование цинковых покрытий CorroBlack
• Черное хроматирование цинковых покрытий (на основе солей хрома 3+) CorroTriBlack Zn
• Красители для хроматирующих композиций Unidip Colours
• Желтый краситель для пассивирующих композиций (на основе солей хрома3+) Unifix Yellow
• Желтый краситель для пассивирующих композиций (на основе солей хрома3+) Rodip Yellow Dye 702
• Химическое пассивирование серебряного покрытия Argalin IM
• Желтое пассивирование блестящего никелевого покрытия GNP
• Пассивация медного покрытия, меди и ее сплавов Unidip Cupro
• Радужное хроматирование алюминия и его сплавов (на основе солей хрома 3+) Interlox 338
• Конверсиооное покрытие на металлы (не содержит хром и фосфор) Interlox 5705
• Конверсиооное покрытие на металлы (не содержит хром и фосфор) Interlox 5707
• Холодное чернение стали Chemeta F-16
• Совместное обезжиривание и фосфатирование Chemeta FA-50
• Совместное обезжиривание и фосфатирование Interlox Compound IS-1FSL
• Фосфатирование стали, цинковых и кадмиевых покрытий Interlox Phosphate 2325 MCIZ
• Ингибитор железа для пассивирующих композиций (на основе солей хрома 3+) Tridur Inhibitor
• Ингибитор коррозии непокрытых мест Rogard Protect C3
• Обработка оцинкованных и хроматированных деталей Corrosil Plus 301W
• Обработка оцинкованных и хроматированных деталей Corrosil Plus 401
• Обработка оцинкованных и хроматированных деталей Corrosil Plus Black 600 BG
• Финишное прозрачное электрофорезное покрытие Decofin HSG 100
• Финишное черное электрофорезное покрытие Decofin Black
• Финишное бесцветное и цветное электрофорезное покрытие Decofin DC 512

Немного истории

Гальваническое покрытие металла впервые было разработано ученым Луиджи Гальвани. Он придумал метод осаждения металлических частиц на поверхность другого металла. Луиджи описал только теоретическую часть процесса и не стал углубляться в ее применение на практике.

Собрал данные вместе и провел первые практические эксперименты Мориц Герман. Переехав в Россию, он сменил имя, фамилию, став Борисом Якоби. Он впервые опробовал гальваническую ванну, провел испытание с применением медного раствора. В 1840 году вышел его труд с описанием готовой технологии.

Цели гальванического покрытия металла

Существует целый ряд целей для нанесения гальванического покрытия. К примеру, для гальванического хромирования поверхность нужно предварительно покрыть никелем. К гальванике, как правило, обращаются с целью улучшения декоративных и защитных качеств конструкций. Эту процедуру используют и для изготовления точных копий сложных элементов. В этом случае процесс принято называть гальванопластикой.

Широко распространена технология оцинковки металлов посредством гальваники. Она позволяет сделать на поверхности цинковое покрытие, которое характеризуется отменными антикоррозийными свойствами. Изделия из металлических сплавов, которые прошли обработку с применением этой технологии, могут долго сохранять свои свойства при высокой влажности и даже при постоянном воздействии соленой и пресной воды. Посредством цинкования также производят обработку трубопрокатных изделий, всевозможные емкости, опорные и строительные конструкции. Благодаря применению цинкования металлические поверхности получают и электрохимическую, и барьерную защиту.

Если посредством цинкования увеличивается лишь стойкость материала к коррозии, то гальваника хромом решает и эту задачу, делая поверхность более износостойкой и крепкой и также улучшая ее внешний вид. Аналогичным эффектом обладают и гальванические покрытия на основе никеля.

Другая область применения гальваники — ювелирная промышленность. Эта технология в данной ситуации используется для того, чтобы улучшить внешний вид ювелирной продукции. При этом на украшение наносится слой серебра или золота. Кроме того, пленка, которая наносится на изделие при обработке, делает его ярче и привлекательнее.

Механизм и технология гальванического цинкования. Структура и свойства цинковых покрытий.

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.

Гальваническое покрытие металла

Цинкование гальваническое технология представляет собой электролитический химический процесс, который заключается в следующем:

• К двум металлам, которые находятся в ванне для гальванической обработки подводится электрический ток. Для этого применяются специальные электроды.
• Такой металл, как цинк может быть использован в любой своей форме. Его помещают в специальные контейнеры сетчатого типа.
• В процессе электролиза заряженные частицы цинк распадаются на ионы и оседают на обрабатываемой поверхности. При этом слой покрытия является достаточно небольшим.
• Под действием электрического тока происходит расщепление цинковых анодных частиц.
• Для обработки металлов в производственных условиях таким методом используются три вида раствора: кислотный, щелочной, цианидный. Их выбор зависит от того, какой металл подвергается обработке цинковым сплавом.

Внимание: Гальваническую обработку металлов цинком лучше всего осуществлять в слабой кислой среде. Благодаря этому есть возможность получить более плотное покрытие и ровный защитный слой.

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.

Что такое цинк и каковы его коррозионные характеристики?

• Цинк представляет собой металл светло-серого цвета с голубоватым оттенком.

• Температура плавления цинка составляет 419,5° С, а плотность 7,133 г/см3. В холодном состоянии цинк хрупок, а при температуре 100-150°С весьма пластичен, хорошо гнется и легко прокатывается в листы и фольгу толщиной до сотых долей миллиметра. При температуре >250° С он вновь становится хрупким и легко превращается в порошок.

• Цинк можно паять используя активные флюсы, например, ZnCl2.

• Цинк обладает средней твердостью, которая в значительной мере зависит от способа его получения и чистоты. Твердость цинковых покрытий колеблется от 0,4 до 2,0 ГПа. • Большое влияние на скорость коррозии цинка оказывает величина рН среды. В интервале рН 7-12 цинк практически не растворяется. Скорость коррозии цинка возрастает при отклонении от указанных значений.

Цинкование является наиболее распространенным способом покрытия стали и чугуна для защиты от атмосферной коррозии. На эти цели расходуется приблизительно 40 % мировой добычи цинка.

Широкое распространение цинкования объясняется анодным характером защиты. Потенциал цинка равен — 0,763 В, что отрицательнее потенциала черных металлов: стали, железа, чугуна, поэтому цинк защищает их от коррозии электрохимическим путем. Защитные свойства покрытий сохраняются даже при малой толщине слоя, а также при наличии пор и обнаженных участков. Известны многочисленные примеры протекторного действия цинка на оголенные участки стали, например, обрезанные края оцинкованного железа, поперечное сечение проволоки, непокрытая резьба гайки, если она навинчена на оцинкованный винт, и т. п.

Анодный характер защиты стали цинковым покрытием в некоторых случаях может замениться катодным, и тогда коррозия происходит весьма интенсивно. Подобное влияние наблюдается под воздействием горячей воды при температуре выше 70°С (котельные установки, автоклавы). В сухом воздухе при комнатной температуре цинк почти не окисляется. Начиная с температуры 225°С, скорость окисления цинка на воздухе быстро возрастает.

Во влажном воздухе и в морской воде, особенно в присутствии СО2 и SO2, цинк быстро разрушается даже при комнатной температуре, покрываясь поверхностной пленкой основных гидрокарбонатов. По мере накопления на поверхности продуктов коррозии и частичного заполнения ими пор скорость коррозии цинка уменьшается, и пленка служит дополнительной защитой. В горячей воде может начаться язвенная коррозия цинка с образованием белых чашеобразных отложений вокруг газовых пузырей.

Особенно значительна скорость коррозии цинка в атмосфере промышленных городов и в тропиках.

При сильном нагревании на воздухе, особенно при наличии СО2, цинк сгорает, образуя оксид цинка. Цинк легко растворяется в растворах сильных кислот с образованием соответствующих солей и водорода.

При взаимодействии с разбавленными кислотами НСl и H2SO4 выделяется водород:

Zn + 2Н+ → Zn2+ + Н2

а с HNO3 — оксиды азота.

Растворы сильных щелочей окисляют цинк с образованием растворимых в воде цинкатов. Химически чистый цинк, в отличие от загрязненного примесями других металлов, растворяется в кислотах и щелочах медленно. Это происходит вследствие того, что водород, который при этой реакции должен выделяться, имеет на цинке высокое перенапряжение.

Цинк обладает низкой химической стойкостью при воздействии летучих продуктов, выделяющихся при старении таких органических материалов, какими являются синтетические смолы, олифы, хлорированные углеводороды. Покрытия цинком легко разрушаются, если они находятся в контакте или в закрытом объеме со свежеокрашенными или промасленными деталями.

Таким образом, защитное действие цинкового покрытия определяется в первую очередь его толщиной, зависящей от условий эксплуатации изделий.

Какую толщину цинкового покрытия выбрать?

ГОСТ 9761-61

Защитные свойства цинка могут быть значительно увеличены различными способами, наиболее распространенными из которых являются:

• образование на поверхности цинка хроматных пленок посредством химической обработки оцинкованных деталей в растворах, содержащих хромовую кислоту или ее соли; подобная операция называется пассивированием или хроматированием;

• образование на цинке фосфатных пленок в резуль­тате обработки деталей в растворах, содержащих соли фосфорной кислоты;

•нанесение дополнительных лакокрасочных покрытий, при этом лучшие результаты получаются, если лакокрасочной операции предшествует фосфатирование.

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.

Электролиты для цинкования.

Качество цинковых покрытий во многом определяется характером применяемого электролита.

Электролиты для цинкования можно разделить на две основные группы:

• Простые кислые (сульфатные, хлоридные, борфтористоводородные), в которых цинк находится в виде гидротированных ионов;

• Сложные комплексные, в которых цинк присутствует в виде комплексных ионов, заряженных отрицательно или положительно. Из комплексных электролитов известны цианидные, цинкатные, аммиакатные, пирофосфатные и другие.

От природы и состава электролитов зависят качество осадков на катоде и скорость процесса осаждения. Так как качество осадков и скорость процесса в значительной степени определяются характером и степенью изменения катодных потенциалов, то для сравнительной оценки электролитов цинкования (как и других видов покрытий металлами) лучше всего исходить из относительного расположения поляризационных кривых. Чем выше катодная поляризация, тем более мелкозернистые и равномерные по толщине осадки на катоде.

Сравнение поляризационных кривых показывает (рисунок 1), что наименьшая поляризация характерна для процесса цинкования в сульфатном электролите, наибольшая — в цианидном и близком к нему цинкатном.

Рисунок 1 — График катодной поляризации цинковых электролитов: 1 — сульфатный; 2 — аммонийный; 3 — цианистый; 4 — цинкатный.

В первом случае повышение плотности тока почти не сопровождается изменением выхода металла по току, в отличие от щелочных растворов, в особенности цианидных, где выход по току с ростом плотности тока уменьшается. Поэтому кислые электролиты пригодны для цинкования деталей простой конфигурации, ленты, проволоки. Они допускают применение больших плотностей тока, чем цианидные и, следовательно, отличаются большей скоростью наращивания покрытий. Осаждение цинка из сложных электролитов протекает при высокой рассеивающей способности, поэтому эти электролиты дают не только мелкозернистые, но и равномерные покрытия на деталях, как простой, так и сложной формы.

Перенапряжение водорода на цинке достигает значительной величины: при катодной плотности тока 1 А/дм2 оно равно 0,75 В, а при 3 А/дм2 — приближается к 1 В. В связи с этим катодный выход по току цинка в простых электролитах достигает 96-98 %; следовательно, на катоде происходит преимущественный разряд ионов цинка.

При нанесении покрытий в сложных электролитах происходит совместное выделение цинка и водорода. Скорость выделения водорода увеличивается по мере возрастания плотности тока, так как при этом возрастает потенциал выделения цинка. Выделение водорода приводит к значительному наводороживанию изделий, что ухудшает их механические свойства — уменьшается пластичность и увеличивается склонность стали к хрупкому разрушению. Поэтому в электролитах с низким выходом по току не допускается нанесение цинка на детали, изготовленные с пределом прочности 1400 МПа и более.

2.1 Простой кислый электролит цинкования.

Эти электролиты нашли наиболее широкое применение в промышленности. Использование их позволяет осаждать цинк с высокой скоростью. Кислые электролиты стабильны в работе, высокопроизводительны, сравнительно дешевы.

Удовлетворительные по внешнему виду осадки цинка можно получать из простых кислых электролитов, содержащих только соль цинка и небольшое количество серной кислоты. Однако на практике для улучшения качества покрытия к раствору соли цинка обычно добавляют поверхностно-активные вещества, а также соли щелочных металлов и вещества, сообщающие буферные свойства электролиту.

Основная реакция на катоде:

Концентрация цинка выбирается в зависимости от требуемой скорости процесса. Чем больше концентрация цинка в растворе, тем выше допустимая плотность тока, но тем менее равномерны по толщине осадки цинка. Для цинкования деталей могут применяться растворы с концентрацией соли цинка от 20-30 до 700-800 г/л. Высококонцентрированные электролиты применяют на непрерывных агрегатах цинкования полосы, проволоки и труб.

Практически применяют электролиты цинкования с рН = 4-5, так как при большой кислотности раствора вы­ход по току на катоде сильно снижается вследствие выделения водорода, а выход по току на аноде возрастает за счет химического растворения цинка. Нейтральные цинковые растворы также не пригодны для цинкования, поскольку в результате выделения водорода и подщелачивания среды у катода образуются гидрооки­си, загрязняющие осадок и ухудшающие качество покрытия.

Для поддержания рН около 4,5 в электролит вводят буферные добавки — уксусную, чаще борную кислоту (20-30 г/л). Вместо уксусной кислоты целесообразно вводить ацетат натрия, который после прибавления серной кислоты дает эквивалентное количество слабодиссоциированной уксусной кислоты. Хорошими буферными свойствами обладает электролит, содержащий около 30 г/л сульфата алюминия или алюмокалиевых квасцов. В присутствии солей алюминия при рН=4,5 повышается катодная поляризация (рисунок 2) и осадки цинка получаются светлыми, полублестящими мелкозернистой структуры.

Рисунок 2 – влияние сульфата алюминия на поляризуемость: 1 – без добавок; 2 – при наличие Al2(SO4)3.

Буферные свойства сульфата алюминия основаны на том, что при рН=4-4,5 он подвергается гидролизу с образованием H2SO4

Al2(SO4)3 + 6Н2O ↔ 2Аl(ОН)3 + 3H2SO4

К сульфатному электролиту цинкования добавляют иногда со­ли других, не выделяющихся на катоде, металлов, например, суль­фаты или хлориды натрия и аммония (до 2 г-экв/л и более), глав­ным образом для увеличения электропроводности растворов. При добавлении сульфатов повышается катодная по­ляризация, что способствует улучшению распределения металла по поверхности катода.

В случаях, когда к внешнему виду, коррозионной стойкости, макро- и микрораспределению цинкового покрытия предъявляются повышенные требования, в кис­лые электролиты вводят многокомпонентные органические блескообразователи, содержащие добавки для повышения рассеивающей, кроющей и выравнивающей способности, скорости осаждения цинкового покрытия и его блеска. Су­ществуют блескообразователи, которые позволяют полу­чать на деталях средней конфигурации из кислых электро­литов достаточно равномерные по толщине и выравниваю­щие микропрофиль поверхности блестящие цинковые покрытия при высоких плотностях тока (до 10 А/дм2). В качестве добавок к кислым электролитам цинкования широко применяют декстрин, глюкозу, желатин, столярный клей, фенолы, глицерин и другие.

Какие примеси вредны в кислом электролите цинкования?

Вредными примесями в кислых цинковых электролитах явля­ются соли более электроположительных, чем цинк, металлов, например, соли меди (0,01 г/л),

мышьяка (0,001-0,005 г/л), сурьмы (0,001-0,01 г/л), свинца, все соли азотной кислоты и некоторые органические вещества (скипидар, ацетон, клей) и др. В присутствии малых количеств (доли грамма на литр) электроположительных металлов в кислом цинковом электролите на катоде образуются губчатые осадки, вследствие выделения этих металлов на предельном диффузионном токе.

• Свинец, присутствующий в сульфатном электролите цинкова­ния, в отсутствие хлоридов и декстрина не влияет на качество осадков цинка вследствие малой растворимости сульфата свинца, которая в нейтральной водной среде составляет примерно 0,01 г/л (считая на металл).

В сульфатном электролите, содержащем добавки декстрина, и в электролитах, содержащих хлор-ион, осадок цинка на катоде темнеет уже при концентрации свинца около 0,05 г/л, а при концентрации 0,3 г/л и выше на поверхности катода образуется губчатый осадок черного цвета.

• Олово при концентрации до 0,3 г/л не оказывает влияния на внешний вид цинкового покрытия. С увеличением содержания оло­ва до 1 г/л при плотности тока около 100 А/м2 катодные осадки цинка становятся темными, рыхлыми, что объясняется восстанов­лением ионов олова на предельном диффузионном токе. Железо оказывает большое влияние на качество осадков цинка в элект­ролитах с органическими добавками.

Для удаления примесей электроположительных металлов пред­варительно подкисленный электролит прорабатывают постоянным током при низкой плотности тока.

Соли железа удаляют в виде гидроокиси Fe(OH)3 после ней­трализации раствора бикарбонатом натрия и добавления переки­си водорода или персульфата щелочных металлов при нагревании до 70-100°С. После отстаивания осадка Fe(OH)3 раствор декан­тируют или фильтруют.

• В присутствии нитратов на катоде образуются губ­чатые осадки, включающие гидроокись цинка, образование которой объясняется восстановлением NO3- до аммиака и гидроксиламина и подщелачиванием в связи с этим прикатодного слоя. Губка устраняется только при сильном подкислении электролита, кото­рое при небольших плотностях тока вызывает значительное сни­жение выхода по току.

Для удаления вредных органических примесей применяют в за­висимости от природы этих примесей проработку электролита по­стоянным током со свинцовыми анодами (при отсутствии в рас­творе хлор-иона) при ia = 500-1000 А/м2, обработку перекисью марганца, активированным углем и т.п.

Температура кислых электролитов поддерживается обычно в пределах 18-25 °С. При электролизе с высокими плотностями то­ка (>5·102 А/м2) в электролитах, не содержащих органические добавки (например, при цинковании проволоки, ленты, листов), температуру повышают до 50 °С.

Плотности тока на катоде в неперемешиваемых электролитах составляют не выше 200-300 А/м2. При перемешивании элект­ролита сжатым воздухом допустимый верхний предел плотности тока может быть значительно увеличен в зависимости от состава и температуры электролита, вида покрываемых изделий (детали, проволока, лента, листы).

Значительно увеличиваются допустимые плотности тока (до 200-500 А/м2) и улучшается декоративный вид осадков цинка при электролизе с применением ультразвука. Катодные вы­ходы по току колеблются в пределах 95-100% в зависимости от рН, t и iк.

Аноды для цинкования в кислых электролитах изготавливают, как правило, из чистого электролитического цинка (99,8-99,9% Zn), который может содержать не более 0,03% свинца, 0,02% кад­мия, 0,002% меди, 0,04% железа и 0,001% олова.

Во всех кислых электролитах цинковые аноды растворяются с высо­ким выходом по току, который при рН-1-2 составляет более 100% вследствие коррозии. Во избежание загрязнения электролита анодным шламом цинковые аноды следует заключать в чехлы из фильтровальной ткани или хлорина. Рекомендует­ся применять цинк, содержащий 0,05-0,2% магния и 0,25-1% кальция. Аноды из такого цинка в меньшей степени образуют шлам и растворяются с малым выходом по току, благодаря чему электролит более устойчивый. В последнее время получи­ли распространение литые аноды разных конфигураций: в виде шариков, цилиндриков и др., которые загружают в сетчатые кор­зины из титана. Применение анодов такой формы позволяет пол­нее использовать металл и сократить его расход по сравнению с пластинчатыми анодами. Примерные составы и режим работы кислых электролитов при­ведены в таблице 2.

Таблица 2 — Составы кислых электролитов для цинкования (в г/л) и условия электролиза.

Компоненты электролитов	Состав электролитов
	1	2	3	4	5	6	7
ZnSO4·7H2O	215	200-250	140	70-100	─	450-700	─
ZnCl2	─	─	─	─	─	─	200-250
Zn(BF4)2	─	─	─	─	250-300	─	─
Al2(SO4)3·18H2O	30	25-30	─	─	─	25-30	─
Na2SO4·10H2O	50-100	─	70	─	─	─	─
NH4Cl	─	─	─	200-250	─	─	250-300
NH4BF4	─	─	─	─	25-30	─	─
CH3COONH4	─	─	─	30-40	─	─	─
NaCl	─	─	25	─	─	─	─
H3BO3	─	25-30	─	─	10-15	─	─
Декстрин	10	8-10	─	─	─	─	─
Диспергатор НФ	─	─	─	50-100мл/л	─	─	─
ДЦУ	─	0,5-1	2	─	─	─	─
У-2	─	1-1,5	─	─	─	─	─
ОП-10	─	─	─	─	8-10	─	─
Тиокарбомид	─	─	─	─	2-3	─	─
pH	3,8-4,5	4-4,2	2	3,5-5	3-4,5	3,5-4,5	3,8-5
t, oC	18-25	15-30	20	18-25	20	40-50	18-65
iк, А/дм2·10-2	0,5-2	1-3	2	1-3	до 4-5	10-300	10-100

При катодной плотности тока более 200 А/м2 все электролиты нужно перемешивать сжатым возду­хом, очищенным от пыли и масла, и фильтровать непрерывно или периодически. Электролит 2 рекомендуют для получения блестящих цинковых по­крытий на изделиях простой конфигурации при соотношении анодной и катод­ной поверхности Sa : SK = 2 : 1.

Электролит 3 дает блестящие осадки цинка при концентрации ДЦУ не менее 4 г/л. Электролит 6 рекомендуют применять при интенсив­ном перемешивании сжатым воздухом и непрерывном перетекании (с фильтро­ванием) для цинкования листов, движущихся (непрерывно) проволоки и ленты.

Чем меньше диаметр проволоки и ширина ленты, тем больше допустимая плотность тока. Электролит 7 применяют для тех же целей, что и электролит 6, но при меньших допустимых плотностях тока.

Таким образом, не смотря на все положительные стороны кислых электролитов, а, именно, стабильность в работе, высокую производительность, относительную дешевизну, малое наводораживание стальных деталей, они имеют и ряд недостатков, основным из которых является низкая рассеивающая способность. Однако за последние годы в связи с повышением требований к экологической безопасности технологических процессов вообще, и гальванических в частности, были преложены электролиты на основе хлористого цинка с блескообразующими добавками как более перспективные для получения блестящих цинковых покрытий.

2.2 Слабокислые электролиты цинкования на основе хлорида цинка.

В особую группу выделяют слабокислые электролиты цинкования на основе хлорида цинка. Эти электролиты характеризуются высокой электропроводностью (в два раза выше сульфатных) и интенсивностью процесса. Водород выделяется в незначительных количествах, т.е. малая наводороживаемость деталей, а, значит, не возникает водородная хрупкость. Однако наличие хлоридов в электролите вызывает интенсивную коррозию оборудования, поэтому ванны, бортовые отсосы, фильтры, насосы, запорную арматуру и другое вспомогательное оборудование, соприкасающееся с электролитом, изготавливают из коррозионно — стойких материалов. Для этих целей широко применяются полипропилен, поливинилхлорид, фторопласт и ряд других конструкционных пластмасс. Кроме того, остатки хлоридов в порах цинкового покрытия могут способствовать усилению коррозии покрытия, поэтому промывка деталей должна быть организована очень хорошо.

Цинковые покрытия, получаемые из слабокислых электролитов, имеют маленькие внутренние напряжения, что уменьшает склонность покрытия к разрушению.

В связи с указанными особенностями слабокислые электролиты рекомендуют применять для цинкования мелких деталей в барабанах и в конвейерных установках. Некоторые составы слабокислых электролитов приведены в таблице 3.

Таблица 3 — Состав (г/л) слабокислых электролитов цинкования и режим работы.

Компоненты	Электролит 1	Электролит 2	Электролит 3
ZnCl2	60-120	20-70	100-120
КСl(NaCl)	180-230	200-250	200-230
H3BO3	15-30	15-30	—
NH4Cl	—	—	20-25
Лимеда НЦ-10	30-70	20-70	—
Лимеда НЦ-20	2,5-5,0	2,5-10	—
iк, А/дм2	0,5-5,0	0,5-1,5	50
t, °С	15-30	15-30	40-60
pH	4,5-6	4,5-5,8	3-4

В практике цинкования листовой стали и проволоки применяют электролит 3. Однако большим минусом этого электролита является высокая концентрация ионов аммония, что значительно затрудняет очистку сточных вод гальванических производств.

Электролит 2 предназначен для нанесения цинка во вращательных установках. Его рекомендуют периодически (не реже одного раза в сутки) фильтровать.

Для цинкования деталей с использованием электролита 1 необходимо перемешивание сжатым воздухом и постоянная фильтрация для удаления механических загрязнений. Последнее вызвано тем, что на местах осаждения загрязнений на поверхности цинка происходит возрастание локальной плотности тока, сопровождающееся интенсивным ростом в этом месте дендритов. Поэтому чем выше плотность тока, тем более тщательной должна быть очистка электролита.

В настоящее время разработан новый электролит слабокислого цинкования, в который вводят в качестве буферной добавки ацетат натрия вместо токсичного вещества борной кислоты. Данный электролит обладает всеми достоинствами электролитов, указанных в таблице 3, однако более экологичен.

2.3 Комплексные цианистые электролиты цинкования.

В цианистых электролитах цинк находится в виде комплексных анионов Zn(CN)42-и Zn(OH)42-. Образуются они по реакциям:

Zn(OH)2 + 4NaCN = Na2[Zn(CN)4] + 2NaOH

ZnO + 2NaOH + H2O = Na2[Zn(OH)4]

Осаждение же цинка происходит по схеме:

Na2[Zn(CN)4] ↔ 2Na+ + Zn(CN)42- Zn(CN)42- + 2е → Zn + 4OH-

а при избытке щелочи:

Na2[Zn(OH)4] ↔ 2Na+ + [Zn(OH)4]2- [Zn(OH)4]2- + 2е → Zn + 4OH-

Благодаря высокой рассеивающей способности и стабильности в работе катодный выход по току в цианистых электролитах достигает 50-80%. Широкое применение цианистым электролитам нашли в промышленности для цинкования изделий сложной формы.

Количество цианистой соли цинка и цинката натрия зависит от количества цианистого натрия и едкого натра в электролите. Осаждение цинка происходит из двух соединениях одновременно.

Избыточное количество цианидов необходимо для увеличения рассеивающей способности, в то же время увеличение содержания цианидов влечет за собой снижение катодного выхода по току.

Едкий натр вводится в электролит для расширения интервала рабочих плотностей тока, повышение электропроводности, а также для предотвращения образования синильной кислоты.

Глицерин вводится для улучшения структуры покрытия и получения полублестящих осадков цинка. Назначение сульфида натрия состоит в осаждении в виде нерастворимых сульфидов катионов тяжелых металлов, случайно попадающих в электролит.

Состав цианистых ванн приведен в таблице 4.

Таблица 4 — Состав электролитов и режимов цинкования (для матовых покрытий)

Компоненты и режим работы	Номер электролита
	1	2	3
Компоненты г/л
Окись цинка	20-45	8-10	20-30
Цианистый калий	—	—	60-80
Цианистый натрий	50-120	18-20	—
Едкий натр	50-100	60-80	—
Едкое кали	—	—	75-110
Сернистый калий	0,5-5,0	—	3-7
Глицерин	3-5	—	3-5
Метатитанат калия	—	—	0,7-1,0
Режим работы
Температура электролита, ºС	15-20	15-25	15-25
Плотность тока, А/дм2:
Без перемешивания	1,0-3,0	0,5-2,5	1,0-3,0
При перемешивании	До 8,0	—	До 4
Выход по току, %	60-80	70-85	70-90

Электролит 1 предназначен для покрытия деталей на подвесах. Электролит 2 обладает рядом преимуществ. Он отличается хорошей кроющей способностью, меньшей чувствительностью к примесям тяжелых металлов, требует меньших затрат на обработку сточных вод.

2.4 Аммиакатные (хлораммонийные) электролиты цинкования.

С целью замены токсичных цианистых электролитов и снижения затрат на обезвреживание сточных вод, содержащих цианиды, в промышленности получили большое распространение аммиакатные электролиты, в которых цинк находится в виде комплексного катиона типа Zn(NH3)n(H2O)m2+, где n=2 в кислой среде, n=4 в щелочной среде.

Аммиакатные соединения цинка получаются при взаимодействии окиси цинка с аммонийными солями по реакции:

ZnO + nNH4Cl = Zn(NH3)nCl2 + H2O

Осаждение ведется по реакции:

[Zn(NH3)n]2+ + 2е + nH2O = Zn + nNH4+ + nOH-

Хорошая рассеивающая способность электролита, близкая к рассеивающей способности цианистых электролитов обуславливается также их высокой электропроводностью. Удельная электропроводность аммиакатных электролитов на 30-40% выше, чем у цианистых. Повышенная электропроводность электролита играет важную роль при покрытии деталей в колоколах или барабанах, так как достигается возможность ведения процесса при напряжении 5 В. Аммиакатные электролиты практически безвредны для рабочих, обслуживающих ванны, стабильны в работе и легко корректируются.

Аммиакатные электролиты имеют ряд технических преимуществ:

• С их помощью легче покрываются чугуны;

• Тонкостенные и термообработанные детали не подвергаются наводораживанию вследствие высокого выхода по току.

В состав электролитов вводят буферные соединения для стабилизации величины рН в катодной зоне. В качестве буферных соединений используют борную кислоту или уксуснокислые соли. Величина рН электролитов оказывает большое влияние на рассеивающую способность и структуру покрытий. По мере увеличения рН рассеивающая способность улучшается. В отличие от цианистых, аммиакатные электролиты менее чувствительные к попаданию в них органических примесей. Так как они слабощелочные или почти нейтральные, то не разрушают изоляционные материалы, наносимые на подвески или на поверхность покрываемых деталей.

Таблица 5 — Состав и режим работы электролитов для матовых покрытий

Компоненты и режим работы	Номер электролита
	1	2	3	4
Компоненты, г/л
Окись цинка	10-20	40-60	35-40	—
Сернокислый цинк	—	—	—	80-100
Хлористый аммоний	200-300	240-250	200-220	200-250
Борная кислота	25-30	—	—	—
Уротропин	—	40-60	20-25	—
Аммиак водный 25%-ный	—	100-120	—	—
Мездровый клей	1-2	2-4	—	—
Препарат ОС-20	—	—	4-5	—
Диспергатор НФ, мл/л	—	—	6-8	17-35
Режим работы
рН	5,9-6,5	8,0-8,4	7,8-8,2	3,5-4,5
Температура, ºС	15-25	15-25	15-25	18-25
Плотность тока, А/дм2	0,5-1,0	1,0-2,0	2,0-3,0	3,0-5,0
Выход по току, %	95-98	96-98	94-98	—

Электролит 1 дешевле и проще по составу, рекомендуется для покрытия деталей с простым профилем и деталей в колокольных и барабанных ваннах.

Электролит 2 обладает наибольшей рассеивающей способностью и рекомендуется для покрытия сложногопрофиля.

Электролит 4 применяется только для покрытия мелких деталей в барабанах и колоколах, так как в стационарных ваннах происходит интенсивное растворение анодов и обильное шламообразование.

Основным недостатком аммиакатных электролитов является неизбежное наличие солей аммония в сточных водах, что является недопустимым по современным требованиям санитарии.

2.5 Щелочные цинкатные электролиты цинкования.

Цинкатные электролиты, как и аммиакатные, применяются для замены цианистых электролитов. Высокая рассеивающая способность цинкатных электролитов обусловливается хорошей электропроводностью электролита. Существенное влияние на повышение рассеивающей способности оказывает снижение выхода по току с увеличением плотности тока.

Кинетика катодного процесса при цинковании из цинкатного щелочного электролита гораздо сложнее, чем это обычно представляется в учебных материалах и технической литературе. Обычно речь идет о реакциях:

ZnO + 2NaOH + H2O = Na2[Zn(OH)4] (в момент приготовления электролита)

Na2[Zn(OH)4] ↔ 2Na+ + [Zn(OH)4]2- [Zn(OH)4]2- + 2е → Zn + 4OH-

Однако, в объеме раствора могут присутствовать и другие комплексы цинка, а разряд на катоде может идти даже из электронейтральных частиц.

Важно заметить, что состав и строение комплексов Zn(II) в объеме электролита отличается от таковых на поверхности катода в процессе реакции. Так, в объеме при высокой концентрации щелочи преобладает комплекс [Zn(ОН)4]2- (тетрагидроксоцинкат натрия). В низкощелочной среде кроме этого комплекса обнаруживаются частицы [Zn(ОН)]+, [Zn(ОН)2] и [Zn(ОН)3]-. В них, соответственно, содержится менее 4х групп OH-. Такие данные были получены методами измерения равновесного потенциала, колебательной спектроскопии, ЯМР-спектроскопии и методом растворимости. Результаты не вызывают сомнений.

Изначально считалось, что на амальгамированном цинковом электроде в цинкатном растворе цинк восстанавливается по реакции:

Zn(ОН)2 + 2е → Zn + 2ОН-

На это указывали многие исследователи. В таком механизме два электрона переходят на электронейтральную частицу. Однако, с современных позиций теории полярных растворителей это маловероятно, гораздо вероятнее перенос заряда по одному электрону. В этом разрезе существует несколько многостадийных теорий, основанных на результатах хронопотенциометрии, снятии потенциодинамических кривых и температурно-кинетическом методе.

Первый механизм разряда цинка из тетрагидроксоцинката натрия заключается в последовательно протекании химической, электрохимической, химической и снова электрохимической стадий:

[Zn(ОН)4]2-∙4Н2О ↔ [Zn(ОН)2∙2Н2О] + 2OH- + 2Н2О [Zn(ОН)2∙2Н2О] + е ↔ [Zn(ОН)2]-∙2Н2О [Zn(ОН)2]- ∙2Н2О ↔ [ZnОН] + ОН- + 2Н2O [ZnОН] + e → Zn + ОН-

Иначе этот механизм именуется СЕСЕ.

При разряде комплекса с тремя группами OH- последовательность видоизменяется:

[Zn(ОН)3]- ↔ [Zn(ОН)2] + ОН- [Zn(ОН)2] + е ↔ [ZnОН] + ОН- [ZnОН] + е ↔ Zn + ОН-

И в том, и в другом случае разряд идет из электронейтральной частицы гидроксида цинка [Zn(ОН)2].

Бокрис доработал механизм разряда тетрагидроксоцинката натрия, предположив, что первый электрон пойдет на [Zn(ОН)3]-, а не на [Zn(ОН)2∙2Н2О]. При этом стадия разряда нейтральной [Zn(ОН)2] отсутствует:

[Zn(ОН)4]2- ↔ [Zn(ОН)3]- + ОН- [Zn(ОН)3]- + е → [Zn(ОН)2]- + ОН- [Zn(ОН)2]- ↔ [ZnОН] + ОН- [ZnОН] + е ↔ Zn + ОН-

Стадия присоединения электрона к [Zn(ОН)3]- здесь лимитирующая.

Еще один механизм разряда тетрагидроксоцинката натрия заключается в трех стадиях:

[Zn(ОН)4]2- ↔ [Zn(ОН)2] + 2OН- [Zn(ОН)2] + е → [Zn(ОН)] + ОН- [ZnОН] + е ↔Zn + ОН-

В конечном счете, во всех экспериментальных моделях происходит понижение координационного числа центрального атома цинка по ОН-группам, а финальный разряд цинка идет из нейтральной частицы [ZnОН], где цинк имеет валентность (I).

Составы цинкатных электролитов приведены в таблице 6.

Таблица 6 — Состав и режим работы цинкатных электролитов.

В электролиты обязательно вводят ПАВ, без которых качественный компактный осадок цинка получить невозможно. Эти же ПАВ, сорбируясь на катодной поверхности, снижают перенапряжение водорода и способствуют увеличению его количества, выделяющегося при повышенных плотностях тока.

Электролит 1 и 3 обеспечивает получение блестящих покрытий цинком. Электролит 2 позволяет получать светлые полублестящие осадки цинка.

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.

Гальваническое цинкование металла: технология, оборудование

Гальваническое цинкование — это один из самых распространенных методов создания антикоррозионных и декоративных цинковых покрытий. Оно дешевле и проще горячего цинкования, но имеет некоторые ограничения по применению, поскольку не позволяет создавать защитных слоев толще 40 микрон. Основой этой технологии является электрохимический процесс осаждения цинка из электролитического раствора на деталь, подключенную к отрицательному полюсу источника питания. Для повышения коррозионной и механической стойкости, а также в декоративных целях цинковые покрытия подвергают кадмированию, хроматированию и обработке фосфатными соединениями.

Обычно гальваническим способом цинк наносят на поверхности изделий из углеродистых сталей и различных видов чугуна. Помимо этого существуют технологии электролитического цинкования алюминия и ряда других металлов, но они используются гораздо реже. Основная номенклатура цинковой гальваники — это разнообразные крепежные элементы, инструмент, кронштейны, опоры, подвески, внешние детали машин и оборудования, а также холоднокатаный тонколистовой прокат. Сегодня среди народных умельцев электролитическое цинкование является самой популярной гальванической технологией. Это связано с тем, что цинк и его соединения практически безвредны, недороги и их свободно может приобрести любой желающий. А для работы с этими реагентами требуются минимальные знания и простейшее оборудование.

Способы, чем отличаются, технология, срок службы

Существуют различные способы цинкования, каждый из которых обладает собственными плюсами и минусами.

Горячее

Горячее цинкование позволяет получить наилучшее качество покрытия. Еще одним важным достоинством является продолжительный срок эксплуатации обработанных изделий. Данные плюсы делают горячее цинкование востребованным, но не самым популярным методом. Так как существуют и отрицательные свойства:

• использование химических реагентов, т.е. метод не экологически безопасен;
• цинкование выполняется в ванне, для обработки больших деталей нужно найти ванну соответствующих размеров, что достаточно сложно.

Горячее цинкование металла

Технологический процесс включает два этапа:

• Подготовительный — обезжиривание металлического изделия, его очистку от мусора, травление, промывку, просушку.
• Основной подразумевает помещение изделия в ванну, наполненную расплавленным цинком, при температуре около 460 градусов. В результате обработки на поверхности формируется тонкий слой из железа и цинка, обеспечивающий защиту от коррозии. После этого изделие обдувается сжатым воздухом, что позволяет просушить его и убрать излишки цинка.

Холодное

Метод холодного цинкования имеет следующие положительные черты: высокая технологичность; простота реализации (не требуется наличия специального оборудования); покрытие отличается высокими защитными свойствами. Единственным недостатком технологии выступает низкая надежность, выражающаяся в частности в подверженности покрытия механическим воздействиям.

Технология обработки должна осуществляться в соответствии с санитарно-гигиеническими правилами и техникой безопасности. Для обработки используется цинкосодержащий раствор, который наносится на детали с помощью валика, кисти или краскопульта.

Термодиффузионное

Термодиффузионное цинкование обладает несколькими достоинствами:

• экологичность процесса;
• готовое покрытие практически не имеет пор;
• высокая защитная способность покрытия;
• широкий диапазон толщины покрытия, которую возможно регулировать.

Существуют также недостатки: отсутствие металлического блеска вкупе с грязно-серым цветом покрытия негативно сказывается на внешнем виде изделия; неоднородность покрытия по толщине; невысокая производительность; присутствие цинковой пыли в окружающем воздухе.

Термодиффузионное цинкование. Фото БСМ-МЕТАЛЛ

Суть обработки металла заключается в следующем: детали вместе с цинкосодержающей сухой смесью помещается в герметичную емкость, в которой создается температура в 2500-2600 градусов. Высокая температура способствует переходу цинка в газообразное состояние, что позволяет его атомам проникать в поверхностный слой обрабатываемых заготовок. Термодиффузионное технология является оптимальным решением в тех случаях, когда необходимо получение слоя цинка толщиной свыше 15-20 мкм.

Газотермическое

Газотермическое напыление подходит для обработки металлических листов, объемных деталей, крупногабаритных заготовок, которые проблематично покрыть цинком другими способами. Важным достоинством покрытия является его стойкость к агрессивным средам: высокая влажность, воздействие пресной или морской воды и т.д. Кроме этого, технология позволяет нанести покрытие возможно непосредственно на строительной площадке, достаточно невысокая температура нагрева поверхности (не превышает 150 градусов).

Недостатками служат:

• более высокая стоимость, в сравнении с другими способами,
• неравномерность толщины покрытия и присутствие в нем пор,
• требуется принятие дополнительных мер для предупреждения деформации детали,
• на элементах не должно присутствовать недоступных для напыления мест.

Газотермическое напыление цинком (металлизация). Фото MеталХантерс

Технология обработки осуществляется следующим образом: цинк из сухой смеси напыляется на поверхность изделия, процесс выполняется в газовой среде. Частички расплавленного металла формируют на поверхность покрытие, напоминающую чешую.

Гальваническое

Гальваническое цинкование обладает более широким спектром достоинств, которые перечислены далее, поэтому является наиболее популярным решением.

Технология горячего цинкования металла

Технология горячего цинкования отличается от других способов обработки металла несомненными достоинствами:

• Данная технология позволяет обрабатывать детали из металла очень сложной геометрической формы. Так, широкое распространение получила оцинковка труб.
• Если произошло механическое повреждение цинкового покрытия, то запускаются процессы самовосстановления. В некоторых случаях постороннее вмешательство даже не потребуется.
• Технология цинкования металла горячим способом приводит к созданию покрытия, особо устойчивого к воздействию жидкой среды. Если сравнивать этот метод с другими методами оцинковки, то устойчивость покрытия будет выше в 6 раз. Такие свойства позволяют использовать технологию с целью обработки труб и разного рода емкостей.
• С помощью этой технологии можно избавиться от различных дефектов обрабатываемой поверхности (поры, раковины и пр.).
• Горячее цинкование позволяет получить детали с надежным покрытием, эксплуатация которых экономически гораздо выгоднее. Такие изделия не надо будет регулярно красить или еще как-то защищать от вредного воздействия окружающей среды. Соответственно, это оптимальная технология для обработки элементов, которые в дальнейшем будут расположены в труднодоступных местах (под землей, в стенах и т. п.).

У этой технологии есть и свои недостатки. Самым весомым из них является то, что можно обработать заготовку только определенного размера, поскольку все зависит от габаритов емкости, куда погружается деталь. В условиях производства есть возможность решать данную проблему за счет использования агрегатов непрерывного горячего цинкования (АНГЦ).

Рекомендовано к прочтению

• Резка меди лазером: преимущества и недостатки технологии
• Виды резки металла: промышленное применение
• Металлообработка по чертежам: удобно и выгодно

Технология горячего цинкования предполагает два этапа:

1. Проводится подготовка изделия к обработке.
2. Изделие окунается в расплавленный цинк, находящийся в специальной емкости, где происходит обволакивание металла цинком.

Технология цинкования металла этим способом полностью регламентируется ГОСТом 9.307-89.

В этом стандарте предписано обязательно уделять внимание подготовке поверхности перед проведением процедуры нанесения цинкового покрытия горячим способом. Предварительная подготовка поверхности должна в себя включать несколько этапов:

• тщательная механическая обработка;
• обезжиривание поверхности;
• промывка после обезжиривания;
• травление проблемных участков;
• промывка после травления;
• флюсование поверхности;
• окончательная просушка.

Механическая обработка позволяет устранить все следы загрязнений, окисления, ржавчины и шлаков. Согласно ГОСТу, обязательно удаляются все острые кромки и углы механическим способом. С этой целью могут быть применены пескоструйные установки, обычно имеющиеся в арсенале крупного производства.

Для обезжиривания используют специальные химические реагенты. Перечень подходящих для этих целей средств приведен в соответствующем ГОСТе. После обезжиривания остатки средства удаляют с поверхности изделия путем промывки.

В ГОСТе четко сказано о недопустимости наличия на обрабатываемых изделиях окисленных участков или старого цинкового покрытия. Если таковые все же есть на металлической поверхности, необходимо их обработать методом травления с применением соляной кислоты. Процесс выполняется при комнатной температуре. Концентрация кислоты зависит от степени загрязнения поверхности окислами или коррозией.

После травления также необходимо промыть изделие для удаления остатков химических средств, использовавшихся при очистке.

Технология цинкования металла горячим способом допускает среди подготовительных работ применение флюсования материала. Эта операция предотвращает окислительные процессы на поверхности и повышает сцепление наносимого покрытия с самим металлом. Для выполнения флюсования необходима температура +60 °С. Флюс наносится тонким слоем на поверхность детали. Обычно он состоит из хлорида аммония и цинка, смешанных с водой в соотношении 500 г на 1 л.

Технология цинкования металла предполагает использование специального оборудования, например, линии горячего цинкования или емкости с расплавленным цинком, куда опускают обрабатываемое изделие. Если используется простой способ и цинк находится в емкостях в расплавленном виде, то необходимо соблюдение определенной температуры для поддержания расплава. Температура зависит от габаритов обрабатываемого изделия и в среднем находится в диапазоне +420…+455 °С.

При использовании такого простого оборудования для обработки заготовок погружным методом следует соблюдать ряд условий на производственном участке:

• Должна быть установлена мощная вытяжка для удаления паров, образующихся во время цинкования.
• Скорость погружения изделия в расплав и длительность выдержки в нем должны регулироваться специальным оборудованием.
• Важно обеспечить качественное охлаждение обрабатываемого изделия после обработки цинком.

Если обработке горячим способом подвергаются метизы, то операции выполняются в следующей последовательности:

• Заготовка погружается в цинковый расплав, находящийся в специальной емкости.
• Выдерживается в емкости на протяжении 4–10 минут.
• Заготовка извлекается из емкости. Скорость извлечения может оказать влияние на толщину формируемого покрытия.
• Затем выполняется охлаждение заготовки естественным путем или принудительным способом.

Преимущества и недостатки данного метода оцинковки

• К преимуществам этого наиболее распространенного метода цинкования необходимо отнести высокую производительность и равномерность покрытия, блестящий, декоративный характер поверхности с неизменными размерами.
• Основным недостатком таких покрытий являются низкие адгезионные свойства, что в итоге приводит к низкой коррозионной стойкости изделий, обработанных таким методом. Следует также отметить вероятность водородной хрупкости металла, возникновение которого возможно при анодировании.

Преимущества гальванического цинкования

Способ нанесения цинкового покрытия путем электролиза наиболее распространен.

Основным достоинством, из-за которого применяется именно гальваническое цинкование металла, является высокая степень защищенности поверхности материала от коррозии. Тонкий слой цинка увеличивает срок службы изделий в несколько раз, а значит, и снижает затраты на их техническое обслуживание и замену.

Покрытие получается ровным, без потеков и капель, сохраняется и форма, и размер изделия. Нанести его можно на предметы любой, даже самой сложной формы.

Гладкие и блестящие декоративные покрытия не требуют в большинстве случаев дополнительной обработки.

Кроме того, сам процесс нанесения цинкового покрытия требует незначительных расходов, а гальванические агрегаты обладают высокой производительностью.

Технологический процесс, схема покрытия металла цинком

• Данная технология представляет собой электролитический химический процесс — электролиз.
• К двум, находящимся в емкости с электролитом, металлам: стальным деталям и чистому цинку подводится электрический ток посредством специальных электродов.
• Цинк используется любой формы (пластины, шары), загружается в специальные сетчатые контейнеры.
• Анод (цинк) в процессе электролиза растворяется, ионы цинка оседают на стальной поверхности изделий, формируя покрытие с толщиной 4-20 мкм.

• Растворение цинковых анодных электродов осуществляется в результате прохождения электрического напряжения через электролит с катодной плотностью 1-5 А/дм.
• Для защиты деталей от коррозии в метизном производстве, сегодня применяются три метода гальванического цинкования: щелочное, кислотное и цианидное.
• Наиболее распространенной технологией цинкования является метод гальванического цинкования в электролитах со слабокислой средой. Эта технология обеспечивает высокую степень укрываемости и качественный внешний вид цинковой поверхности. Благодаря этому методу снижается склонность цинкуемых деталей к водородной хрупкости и появляется возможность цинковать изделия сложной конфигурации из стали и чугуна.

Технология холодного цинкования металла

Метод холодного нанесения цинкового покрытия иногда оказывается более предпочтительным, чем горячего. Основными достоинствами способа холодной защиты металлов можно считать следующие факторы:

• высокий уровень адгезии покрытия, что позволяет добиваться хорошего сцепления различных лакокрасочных средств с оцинкованной поверхностью;
• нет жестких требований по геометрической форме изделия, подвергаемого обработке;
• не требуется серьезных финансовых затрат на проведение предварительной обработки изделия перед оцинковкой;
• изделия с цинковым покрытием, нанесенным холодным способом, хорошо поддаются сварочным работам;
• выполнить оцинковку холодным способом можно даже в бытовых условиях, воспользовавшись малярным валиком, кисточкой или распылительным устройством;
• данный вид работ можно выполнять непосредственно на месте, что позволяет исключить работы по демонтажу конструкций, ее транспортировке на производство и обратно.

Помимо этого, наносить защитный оцинковочный состав холодным способом можно при температуре от -20 до +40 °С. Конечно, есть и недостатки использования данного метода обработки металлов, основным из которых является слабая стойкость к механическим повреждениям поверхности изделия. В некоторых случаях подобным минусом можно пренебречь, поскольку всегда есть возможность заново нанести цинковое покрытие на это же изделие.

Указанная холодная технология цинкования металла выполняется посредством разных антикоррозийных составов. ГОСТ 9.305–84 описывает их структуру и свойства. В нем приводятся характеристики всех существующих неорганических (неметаллических и металлических) покрытий, наносимых посредством химической и электрохимической обработки металла. Согласно стандарту, холодные составы для цинкования применяются на любых металлах, за исключением сплавов магния и сталей повышенной прочности.

По технологии холодного цинкования, большое внимание уделяется предварительной обработке металла до момента нанесения защитного состава. Вся работа выполняется в соответствии с ГОСТом, где прописан каждый этап:

• сначала с металла устраняются любые загрязнения, следы закоксованности и соли путем смыва с поверхности;
• чтобы придать поверхности определенный уровень шероховатости и устранить окалину и ржавчину, производится очистка гидроабразивным, гидродинамическим или абразивоструйным способом;
• затем необходимо просушить поверхность, если она подвергалась воздействию воды;
• финишную очистку делают только ручным способом, механически удаляя заусенцы, варочные брызги, острые кромки и углы;
• завершается подготовка обеспыливанием поверхности металла, что выполняется при помощи струи воздуха под большим давлением.

Выполнив предварительную очистку и проверив ее качество, начинают наносить специальный состав для холодного цинкования металла. В соответствии с технологией, необходимо соблюдать определенную температуру воздуха. Для каждого защитного состава она указывается производителем в инструкции. Что касается температуры самого изделия, то поверхность должна быть на 3 градуса теплее точки росы. В противном случае велика вероятность появления влаги на поверхности, что значительно снизит качество защитного покрытия.

Дефекты гальваники

Дефекты покрытия значительно ухудшают как защитные свойства, так и внешний вид изделий. Причин для образования дефектов чаще всего две: это нарушение технологических операций в процессе цинкования и недостаточно высокое качество поверхности металла. Однако существуют и другие причины. Далее перечислены основные и наиболее серьезные дефекты гальванических покрытий, причины их возникновения и пути предотвращения данных проблем.

Недостаточная адгезия

Недостаточная адгезия чаще всего приводит к необходимости выполнять оцинковку заново, что несет дополнительные материальные затраты. Недостаточное сцепление может наблюдаться между основным металлом и покрытием. Причиной чаще всего является брак в процессе подготовки поверхности.

Качество обезжиривания нужно проверить на партии деталей, которые очищаются вручную, тем самым добиваясь полной смачиваемости. Затем осуществляют следующие операции: травление и активация, растворы для которых также следует проверить и при необходимости заменить. Если этого недостаточно, то рекомендуется произвести анализ основного электролита, выяснить есть ли в нем примеси.

Процесс гальванического цинкования

Причинами отслаивания основного покрытия от подслоя является:

• недостаточная промывка после меднения или декапирования;
• подслой меди имеет пятна на поверхности.

Для исключения данной проблемы следует выполнять регулярные испытания на общую адгезию.

Питтинг

Питтинг представляет собой язвы и полости в металле, начинающиеся образовываться с поверхности изделий. Внешне питтинг проявляется с образования углублений на поверхности металла. Питтинги возникают в основном в защитном слое в местах различных дефектов.

Питтинг нередко путают с питтинговой коррозией, представляющей собой коррозию металла, в результате которой в металле и образуются питтинги. Подобный дефект требует повторного нанесения покрытия или забраковки детали.

Механизм возникновения коррозионных ям — питтинга, под воздействием кислорода. Фото Википедия

Питтинговая коррозия образуется при наличии в электролите посторонних примесей, при завышенной плотности тока, недостаточном перемешивании, пониженной температуры и pH. Для устранения данных проблем следует выполнить проработку электролита, введение смачивателя, дополнительное смешивание, снижение плотности тока, повышение температуры и pH.

Шероховатость

Шероховатость покрытия встречается достаточно часто. Для возникновения данной проблемы существует две категории причин:

• те, которые образуются на предварительном этапе — некачественно выполненная подготовка изделий: шлифовка, очистка;
• те, которые возникают в процессе нанесения покрытия: наличие в электролите твердых частиц, нарушение технологических режимов.

В первом случае от исполнителя требуется выполнить дополнительную обработку поверхности, а во втором — осуществить фильтрацию и коррекцию электролита.

Неоднородности внешнего вида

Неоднородности внешнего вида подвержены детали с блестящим покрытием, выражается она в матовых пятнистых участках неправильной формы и разных размеров. Причинами для этого служит чрезмерное травление и нарушение пропорции компонентов электролита или присутствие примесей. Кроме этого, существует еще одна причина — повышенная пористость покрытия.

Хрупкость покрытия

Хрупкость покрытия может быть вызвана наличием в электролите органических загрязнений, высокой концентрацией цинка, недостаточным количеством циана или щелочи или значительной температурой электролита. Для этого следует выполнить анализ электролита.

Качественное гальваническое цинковое покрытие с радужным хроматированием. Фото ГальваноПроект

Темный цвет

Темный цвет покрытия вызывается наличием в электролите примесей.

Таким образом, основной причиной дефектов является несоблюдение режимов технологических процессов. Поэтому следует быть бдительным, осуществлять жесткий контроль всех операций.

Используемые материалы и оборудование

Оборудование для цинковой гальванотехники такое же, как и для других гальванических процессов. В его состав входят ванны для гальванического цинкования, а также емкости для химической подготовки изделий. Их объем зависит от вида производства и может варьировать от десяти литров до нескольких кубометров. К ваннам подведены трубопроводы для подачи и отвода воды и реагентов и электрические контакты для подвода напряжения к анодам и катодам.

В общем виде технологический процесс гальванического цинкования состоит из следующих этапов:

1. Механическая зачистка.
2. Травление изделия.
3. Промывка в проточной воде.
4. Обезжиривание.
5. Промывка, аналогичная п. 3.
6. Гальваническое цинкование.
7. Промывка, сушка и контроль.

В цехе оборудование гальванических линий цинкования располагается линейно, повторяя порядок описанного выше техпроцесса (см. рис. ниже). Для перемещения изделий между участками обработки используются мостовые или консольные краны с дистанционным управлением.

Современные ванны для гальванического цинкования изготавливают из кислотостойких пластмасс. Безопасность при работе с компонентами электролита аналогична правилам промышленного использования растворов кислот и щелочей. Никаких специальных требований, связанных с токсичностью или агрессивностью электролита, к гальваническому цинкованию не предъявляется.

Обозначения разных толщин и цветов

Существует общепринятые обозначения гальванических покрытий, которые встречаются в чертежах:

• Ц6. хр. бцв — цинковое толщиной 6 мкм с бесцветным хроматированием;
• Ц6. хр. хаки — цинковое толщиной 6 мкм с хроматированием хаки;
• Ц6. хр/лкп — цинковое толщиной 6 мкм с радужным хроматированием с последующим нанесением лакокрасочного покрытия;
• Ц6. окс. ч — цинковое толщиной 6 мкм, оксидированное в черный цвет;

Гальваническое цинкование с бесцветным хроматированием. Фото ГальваноПроект

• Ц6. фос. окс. прм — цинковое толщиной 6 мкм, фосфатированное в растворе, содержащем азотнокислый барий, монофосфат цинка, азотнокислый цинк, пропитанное маслом;
• Ц6. фос. гфж — цинковое толщиной 6 мкм, фосфатированное, гидрофобизированное;
• Ц6 нецианистый — цинковое толщиной 6 мкм, полученное из электролита, в котором отсутствуют цианистые соли.

Справка. В подобных обозначениях изменяемой величиной является толщина покрытия.

Принцип действия

Гальваническое цинкование основано на принципе защитного действия, который определяется разностью электрохимических потенциалов цинка и железа. Поскольку цинк имеет меньший электрохимический потенциал, покрытие из него является протекторной защитой для черных металлов. То есть во влажной среде электрохимической коррозии подвергается именно он.

При окислении железа образуются оксиды, имеющие больший объем, чем первоначальный металл. Оксидная пленка становится рыхлой и пропускает к еще не окисленному металлу кислород. А на цинке при окислении пленка образуется тонкая и плотная, она не пропускает кислород вглубь металла, защищая не только покрытие, но и основной металл под ним.

Проектирование участка

Организация гальванического производства является длительным и сложным процессом, от продуманности и тщательности которого зависит производительность. Прежде всего следует определиться для обработки каких деталей проектируется участок, составить схему технологического процесса цинкования (представлена ранее), создать рисунок (схему) планировки участка, определить перечень необходимого оборудования. Наибольшее внимание следует уделить выбору оснащения.

Линия

Гальваническое цинкование — сложный технологический процесс, для осуществления которого необходимо полностью укомплектованная система оборудования. Рассмотрим, какие компоненты входят в перечень оборудования в зависимости от степени автоматизации производства.

Оборудование для гальванического цинкования. Фото БСМ-МЕТАЛЛ

Оборудование

По степени автоматизации процесса гальванизации линии разделяют на автоматизированные и механизированные. Оба типа состоят из таких обязательных элементов:

• металлический каркас;
• платформа обслуживания;
• ванны для непосредственного нанесения цинка на поверхность изделия;
• пульт управления;
• вентиляционные конструкции вытяжного типа;
• комплект труб, обеспечивающих подачу технических жидкостей и отвод отработанных материалов;
• элементы питания гальванических ванн;
• маслосборник для герметичного хранения жиров, «вытравленных» из металла во время процедуры обезжиривания;
• сушило камерное для подвесок;
• набор аппаратов фильтрации, через которые должен проходить воздух перед поступлением в вытяжную вентиляцию;
• гальванические барабаны и подвески для закрепления обрабатываемого элемента в процессе гальванизации;
• сушило шнековое или центрифуга для ускорения окончательной обработки и просушки готового изделия;
• тележка для подвесок.

Гальваническое цинковое покрытие с радужным хроматированием. Фото ГальваноПроект

Для автоматизированной линии гальванического цинкования помимо перечисленных элементов в комплект поставки должен быть включен автооператор портальный и электроавтоматика. Данные элементы руководят работой линии так, что большая часть процессов будет автоматизирована и не будет требовать непосредственного присутствия оператора на протяжении всего времени гальванизации. Дополнительно для работы гальванического оборудования необходимо приобрести комплекс для очистки отработанных жидкостей.

Важно! В случае приобретения линии для гальваники обязательно уточняйте, что входит в стоимость: некоторые поставщики включают в комплект подвески и тележку только за дополнительную плату.

Недостатки гальванического цинкования

Способ нанесения защитного покрытия электролизом не лишен недостатков.

Основной недостаток – низкая адгезия цинка с металлом, из-за которой поверхность изделия необходимо тщательно зачищать.

Минусом также является образование в процессе нанесения покрытия ядовитых отходов, требующих серьезной очистки.

Несоблюдение режимов может привести к наполнению водородом основного металла, что приводит к хрупкости самого изделия и к нарушению качества покрытия.

Как выполнить своими руками

Гальваническое цинкование возможно выполнить в домашних условиях. Процесс обработки начинается с подбора материалов. Для изготовления электролита может использоваться любая соль, растворяющаяся в воде, а также аккумуляторный электролит, в который помещается цинк. Но рекомендуется сделать раствор хлорида цинка и соляной кислоты в дистиллированной воде.

В качестве источника тока может выступать автомобильный аккумулятор или зарядное устройство на 2-6 А, 6-12 В. Ванну отлично заменяет стеклянная или пластиковая емкость, в которую устанавливаются крепления для изделия (катод) и электрода из цинка (анод), который изготавливается из куска цинка. Для этого в нем просверливается отверстие и его подвешивают на медной проволоке.

Чем больше анод, тем более равномерное покрытие получится в итоге. Анодов может быть несколько, тогда они располагаются вокруг катода, на одинаковом расстоянии, что обеспечивает равномерность слоя. Подключение к источнику питания осуществляется с помощью медных проводов: минус подводят к детали, плюс — к электроду.

Детали после обработки. Фото Энергосталь

Цинкование выполняется, когда анод(ы) и катод помещаются в электролит, электрическая цепь замыкается. Чем дольше выполняется цинкование, тем более толстый слой покрытия получится.

Качество покрытия зависит от подбора режима обработки:

• плотность тока должна составлять примерно 1,5 А на кв.дм.;
• температура электролита составлять 18-25 градусов, т.е. быть комнатной;
• плотность электролита варьируется в значительном диапазоне.

Более подробно тема гальванического цинкования своими руками рассмотрена здесь.

Гальваническое цинкование в домашних условиях является процедурой, требующей от исполнителя аккуратности и точности. Поэтому, если мастер не уверен в своих силах, то нужно обратиться к специалистам.

Способы нанесения цинкового покрытия

Антикоррозионное цинкование выполняется различными способами, а срок службы покрытия зависит от толщины защитного слоя.

Способ нанесения покрытия зависит от его необходимых свойств, размеров изделия, условий его дальнейшей эксплуатации.

Самый простой и технологичный, но недостаточно обеспечивающий стойкость к механическим воздействиям защитного слоя, – это холодное цинкование с помощью грунтов, в которых в большом количестве содержится высокодисперсный цинковый порошок.

По объему цинковальных производств второе место занимает горячее цинкование. Покрытие, получаемое таким способом, качественное и долговечное, но экологически небезопасное, так как используется расплав цинка, да еще на поддержание его температуры немногим меньше 500 °С необходимо большое количество электроэнергии, химические методы подготовки поверхности.

Очень похож на горячее цинкование более технологичный, но менее производительный метод термодиффузионного нанесения защитного слоя. Он используется, когда задаются высокие требования к толщине и внешнему виду покрытия.

Еще один способ цинкования – это газо-термическое напыление, которое используется для защиты крупногабаритных изделий и конструкций, которые в ванну просто невозможно поместить.

Гальваническое цинкование лишено многих недостатков других способов нанесения покрытия и имеет свои положительные стороны.

Где оказывают услуги

Услуги по цинкованию металла востребованы, так как обработанные детали и элементы активно используются в различных сферах деятельности.

Компании, собранные в разделе «Где заказать гальваническое цинкование» осуществляют предоставление услуг на высоком уровне. Сотрудники предприятий выполняют цинкование металлоконструкций различных форм и габаритов.

Посетителям сайта, задающим вопрос, где заказать горячее цинкование, рекомендуется посетить отдельный раздел.

Виды гальванического цинкования

Цинкование гальваническое – технология, представляющая собой электролиз, т. е. электрохимические окислительно-восстановительные процессы в электролите под действием постоянного электрического тока.

По составу электролита цинкование делится на три вида: кислотное, цианидное и щелочное.

Чаще всего используется метод нанесения цинкового покрытия в слабокислых электролитах, особенно для чугунных и стальных деталей сложной конфигурации. Изделия из углеродистых и легированных сталей при этом виде цинкования меньше подвергаются возникновению водородной хрупкости, да и внешний вид получается превосходный, с замечательным декоративным эффектом в широкой цветовой гамме.

Гальваническая ванна для лечебных и косметических процедур

В конце XVIII века итальянец Луиджи Гальвани впервые описал реакцию нервных и мышечных тканей на воздействие электрического тока. С тех пор медицина неоднократно обращалась к электротоку как к средству терапии. Лечение неврологических и психических расстройств, сердечно-сосудистых заболеваний, нарушений опорно-двигательного аппарата, воспалений, нормализация обмена веществ, реабилитация после травм и операций, омоложение и очищение кожи, ликвидация рубцов и зрамов – вот далеко не полный перечень областей, где применяется гальванотерапия.

Дополнительная защита при цинковании

Защитное действие покрытий из цинка зависит от его толщины, которая при гальваническом нанесении всего 5 мкм, и характера электролита.

В некоторых случаях защитные свойства цинкового покрытия увеличиваются пассивированием, фосфатированием или покраской.

Пассивирование (хроматирование) – химическая обработка изделий в растворах с хромовой кислотой либо ее солями, в результате которой на поверхности образуются хроматные пленки. Это процесс усиливает не столько защитные свойства, сколько декоративные, потому что в результате усиливается блеск покрытия, и оно может быть окрашено в различные цвета.

При фосфатировании (обработке в солях фосфорной кислоты) оцинкованных изделий на поверхности пленка образуется фосфатная. После фосфатирования может еще наноситься лакокрасочное покрытие.

Источник https://keramabratsk.ru/materialy/galvanika-cvetnaya.html

Источник https://sumkivtrende.ru/tehnologii/galvanicheskoe-cinkovanie.html

Источник https://co-vally.ru/obrabotka/elektroliticheskoe-cinkovanie.html