Особенности технологии термодиффузионного цинкования

Для металла важно быть защищенным от коррозии, которая приносит колоссальные убытки во всем мире. Ведь согласно исследованиям не менее десяти процентов металла приходит в негодность именно из-за нее. Разработано много способов, как препятствовать такому деструктивному процессу. Большинство из них сводится к тому, чтобы блокировать доступ окисляющей среды к поверхности металла. Термодиффузионное цинкование как раз один из таких методов.

Термодиффузионный процесс нанесения цинковой оболочки примечателен еще тем, что позволяет замедлить и так называемую электрохимическую коррозию. Это связано со структурой металла цинка, который имеет более отрицательный потенциал, чем сталь. Поэтому в первую очередь разрушается он, локализуя и останавливая все очаги возникновения коррозии в любой точке покрытия.

Суть процесса

Термодиффузия представляет собой процесс проникновения атомов цинка в поверхностный слой металла, происходящий под действием высокой температуры в восстановительной или инертной газовой среде.

Рабочая температура зависит от толщины покрытия и варьируется в пределах 280°С-470°С. Внедряясь, в кристаллическую решетку металла,

цинк создает на поверхности защитный слой толщиной в несколько микрон. Процесс протекает в газовой среде водорода.

Толщина покрытия регламентируется государственным стандартом. Согласно ГОСТ Р 9.316-2006 толщина покрытия делится на пять классов:

1. 6…9 мкм;
2. 10…15 мкм;
3. 16…20 мкм;
4. 21…30 мкм;
5. 40…50 мкм.

Выбор в качестве антикоррозионной защиты пал на цинк неслучайно. Находясь на стальной поверхности, он распространяется по ней со скоростью 2 мм в год, но при температуре окружающей среды 70 °С. Такое свойство позволяет затягивать поверхностные микроповреждения.

Практика показывает, что этот способ более перспективен и имеет свои достоинства.

Преимущества нового материала

Революционным преимуществом метода стала равномерность такого проникновения во все самые сложные по форме изделия. Это позволило оцинковывать сделанные ранее из обычной, подверженной коррозии, стали трубы, прокат, изделия сложной формы.

Цинкуются изделия решётчатой формы, с высверленными отверстиями любого диаметра, сваренные методами дуговой и газовой сварки, а также резьбовые. При оцинковке термодиффузионным способом линейные размеры изделий не изменяются или почти не изменяются, так как цинка не откладывается на поверхности обрабатываемого этим методом металла, а диффузно проникает вглубь. Глубина же проникновения зависит от температуры процесса и его длительности – что открывало широчайшие возможности защиты металлоконструкций в будущем, что и произошло в реальности.

Без оцинковки стали до изобретения метода в промышленности, на транспорте, в армии и в других сферах убытки от коррозии составляли многомиллиардные суммы в результате выхода из строя стальных конструкций из-за их коррозии. С внедрением метода в гальванической паре Fe+Zn железо со всеми его присадками, превращающее его в сталь, перестало разрушаться, переложив последствия разрушения от неблагоприятных сред на цинк – более дешёвый и легко возобновляемый ресурс.

Ограничение метода прослеживается только в одном: нельзя подвергать термодиффузионному цинкованию слишком габаритные детали. Или приходится создавать для них подходящие по размеру контейнеры.

Технология процесса

Термодиффузионное цинкование технологический процесс которого разбит на шесть последовательных операций. Строгое следование по маршруту залог получения качественного результата.

1. Подготовительный. На этапе подготовки детали подвергаются пескоструйной или ультразвуковой очистке от окалины, ржавчины. Удаление жировых загрязнений осуществляется ацетоном. Если деталь имеет большие размеры возможна дробеструйная обработка.
2. Загрузка контейнера. Очищенные и высушенные детали помещаются в герметичный контейнер. Для насыщения внутреннего объема цинком и водородом добавляется насыщающая смесь. Большой популярностью пользуется «Левикор». От количества смеси зависит толщина слоя покрытия. После тщательного перемешивания контейнеры герметизируются и помещаются в печь.
3. Процесс насыщения. Температура процесса насыщения зависит от типа сплава и его марки. В среднем процесс длится 60–90 минут. В течение всего времени нагревающая установка вращается, обеспечивая перемешивание деталей с насыщающей смесью.
4. Выгрузка и очистка. После окончания процесса насыщения производится выгрузка деталей. Удаление остатков насыщающей смеси.
5. Пассивирование. Эта операция предназначена для защиты покрытия от окислительного воздействия воздушной среды. Изделия, предназначенные для окрашивания, подвергаются обработке однократно. Те, что не окрашиваются, обрабатываются два раза. После каждого пассивирования следует промывка.
6. Сушка. Во время сушки удаляется влага, и детали остывают.

Требования ГОСТ Р 9.316-2006 к термодиффузионным цинковым покрытиям

Согласно требованиям настоящего нормативного акта, термодиффузионные покрытия из цинка, в зависимости от толщины слоя, относятся к разным классам, а именно:

• 1-й класс – от 6 до 9 мкм;
• 2-й класс – от 10 до 15 мкм;
• 3-й класс – от 16 до 20 мкм;
• 4-й класс – от 21 до 30 мкм;
• 5-й класс – от 40 до 50 мкм.

Однако толщина покрытия не ограничивается показателем в 50 мкм. Просто о большей толщине не упоминается в положениях ГОСТ. Поэтому по согласованию с изготовителем клиент может заказать обработку изделий цинковым покрытием требуемой толщины. Но в этом случае цинковое покрытие будет считаться нестандартным.

Представленный метод обработки металлоконструкций невозможно применять к деталям и изделиям, в которых присутствуют соединения, сделанные с помощью припоя или смол. Обработку таких изделий проводят, используя другие технологии.

Согласно требованиям настоящего ГОСТа, цинковое покрытие, нанесенное по этой технологии, не может иметь такие дефекты:

• Наросты, вздутия и отслоения;
• Раковины и различные пустоты;
• Присутствие инородных частиц;
• Участки без покрытия (даже при их минимальной площади);
• Остатки насыщающих смесей, которые невозможно смыть;
• Трещины и другие дефекты.

Достоинства и недостатки

На протяжении применения метода антикоррозионной защиты были выявлены характерные для него черты. Термодиффузионное цинковое покрытие обладает рядом достоинств, среди которых выделяются:

• высокая адгезия за счет того, что микронеровности поверхности не исчезают;
• экономичность: низкие затраты на подготовку и электроэнергию, малое количество производственных площадей и обслуживающего персонала;
• толщина покрытия равномерна по всей площади изделия;
• экологичность процесса;
• регулирование толщины при образовании защитного покрытия;
• повышение твердости на поверхности;
• минимальные затраты;
• невысокая себестоимость;
• простое в обслуживании оборудование;
• невысокая температура не меняет внутреннюю структуру металла;
• для очищения не используются химические реактивы;
• получаемые отходы утилизируются естественным способом.

На фоне достоинств у метода есть и недостатки:

• в отличие от других методов нанесенное покрытие имеет матовый серый цвет;
• невысокая производительность;
• габариты обрабатываемых изделий ограничиваются размерами объемами оборудования.

Оцинкование деталей различными методами и проведенный сравнительный анализ показал следующие данные.

№ п.п.	Метод цинкования
	Горячее	Гальваническое	Термодиффузионное
1	Температурный режим протекания процесса, °С	450–540	20	280–470
2	Толщина нанесенного слоя, мкм	30–60	6–15	5–100
3	На какой материал наносится	Сталь с незначительным содержанием кремния	Сталь (ограничение для высокопрочных марок)	Черные металлы и сплавы на основе меди
4	Размер обрабатываемых метизов	М10–50	М4–50	М4–90
5	Типы обрабатываемых отверстий	Сквозные	Сквозные	Сквозные, глухие
6	Ограничения по обработке	Карманы, сплошные сварные швы	Карманы, отсутствие сварных швов	Без ограничений
7	Закаленный крепеж	Не подлежит обработке (температура протекания процесса близка к низкому отпуску)	Не подлежит обработке (кислотная обработка, повышение водородной хрупкости)	Без ограничений
8	Стойкость к солям (лабораторный тест), час	500	96	1500
9	Свойства покрытия	Сниженная адгезия, ресурсозатратная подготовка	Сниженная адгезия, ресурсозатратная подготовка	Адгезия высокая
10	Твердость	Снижается	Отсутствует	Плюс 1…2 HRC
11	Коэффициент трения	Повышенный	Пониженный	Пониженный при выкручивании
12	Подготовка к нанесению покрытия	Химическая	Химическая	Нейтральная
13	Испарения вовремя цинкования	Обильное дымовыделение	Выделение хрома	Отсутствие дымовыделения

Гальваническое (электролитическое) цинкование

Электролитическое цинкование в настоящее время является широко распространенным методом и применяется практически во всех областях промышленности для защиты от коррозии самых разнообразных металлических изделий, таких, как болты, гайки, шайбы, всевозможные крепежные и конструкционные элементы. Электролитическим способом цинк также наносится на холоднокатаные тонколистовые стали.

Основу метода составляет принцип гальванического процесса, заключающийся в получении на поверхности законченного металлоизделия или заготовки дополнительных слоев металлов из растворов их солей под действием постоянного электрического тока. При прохождении тока через раствор соли положительные ионы металла, образующиеся на аноде, присоединяя электроны, образуют на катоде нейтральные атомы, в результате металл кристаллизуется и покрывает катод сплошным слоем. Таким образом наносится слой цинкового покрытия толщиной в диапазоне 20-30 мкм.

Сущность технологического процесса в полной мере предопределила совокупный набор преимущественных технико-эксплуатационных качеств данного метода цинкования:

• равномерная и однородная структура покрытия по всей площади поверхности металла при одновременном отсутствии любого вида пятен, вздутий, пригаров и «подтеков», как признаков не полного впитывания цинка;
• предотвращение разрушения кристаллической решетки благодаря проведению процесса при комнатной температуре;
• возможность нанесения цинка на внутреннюю поверхность изделий;
• характерный ярко-блестящий оттенок покрытия, придающий готовому изделию дополнительную эстетическую привлекательность и декоративные свойства.

Сравнительно низкая коррозионная стойкость покрытия (около 140 часов в камере нейтрального соляного тумана) вследствие малой толщины, низкая степень сцепления, не возможность нанесения на изделия сложной конфигурации, вероятность водородного охрупчивания высокопрочных изделий при подготовке поверхности к оцинкованию не позволяет рекомендовать данный метод для обработки особо ответственных конструкций. Электролитическое цинкование также не может быть технически и экономически приемлемым решением для изделий и конструкций, эксплуатирующихся в условиях с интенсивным воздействием агрессивных факторов внешней среды, в частности при повышенной влажности. Свою приоритетную востребованность и целесообразность гальваническое цинкование находит для обработки металлоизделий, использующихся главным образом в декоративных целях или в неответственных конструкциях.

Сфера использования

Этот способ обработки создает однородный слой даже в труднодоступных местах. Микронная толщина слоя позволяет обрабатывать мелкие детали. Термодиффузионному цинкованию подвергают:

• арматуру для нефтяной, газовой, строительной и железнодорожной отраслей;
• ограждения мостов, дорог;
• метизы;
• мебельную фурнитуру;
• фитинги;
• конструкции ЛЭП;
• элементы автомобилей.

Нормы и стандарты

В декабре 2003 года Департаментом электрификации и электроснабжения ОАО «Российские железные дороги» была выпущена инструкция по применению термодиффузионного цинкования деталей и конструкций контактной сети. Данная инструкция распространяется на защитные цинковые покрытия, наносимые методом термодиффузионного цинкования на резьбовые детали, арматуру, конструкции контактной сети и другие изделия из углеродистой и низкоуглеродистой стали, в том числе повышенной прочности, на чугунные и детали из цветных металлов контактной сети, включая чугунные оконцеватели фарфоровых изоляторов. C января 2008 года вышли ГОСТы на высокопрочный крепеж для металлических конструкций, в которых есть указание на применение термодиффузионного покрытия для защиты от коррозии высокопрочных болтов, гаек и шайб.

Оборудование для термодиффузионного цинкования

В промышленных масштабах производимое термодиффузионное цинкование оборудование используется механизированное, а сам процесс максимально автоматизирован. Используемые агрегаты:

• загрузчик деталей и насыщающего состава;
• конвейер, подающий контейнеры к печи;
• вращающаяся печь;
• выгружающий конвейер;
• отсеиватель;
• вибратор;
• сепаратор магнитный;
• емкости для пассивирования и промывки;
• сушилки;
• приемник готовой продукции.

Цинковый состав – Термишин

В России в металлургии во время термодиффузионного цинкования используют разработанный в цинковый состав – Термишин©, со специальными присадками, обеспечивающими ровное и устойчивое диффузионное покрытие металла порошковым цинком.

После закрытия в контейнере изделия и порошка с присадками обеспечивают ещё и вращение агрегата, что достигается сложной системой приводов. Во время этого вращения происходит постоянное смешивание деталей и присадок, что и обеспечивает равномерность и однородность цинкового покрытия. После отжига изделия дополнительно обрабатываются в ваннах с пассивазиционным раствором.

Порошковые цинковые смеси Термишин© позволяют:

• наносить на изделиях и деталях термодиффузионное покрытие толщиной внедрение от 5 до 10 мкм;
• не использовать традиционные для такой технологии раньше вредные вещества;
• придать покрытию дополнительную антикоррозионную стойкость;
• обеспечивают товарный вид, придавая поверхности изделий «морозный» узор.

Требования к защитному слою

К покрытию предъявляются строгие требования. ГОСТ предусматривает отсутствие следующих дефектов на поверхности деталей после термодиффузионного цинкования:

• выпуклостей;
• отслоений;
• трещин;
• пригоревших остатков;
• пустот;
• раковин;
• сторонних вкраплений;
• отсутствия покрытия.

В современных условия этот вид антикоррозионной защиты считается эффективным и экономически целесообразным.

Метод холодного цинкования

Холодное цинкование – технология, предполагающая нанесение на подготовленную стальную поверхность цинконаполненных лакокрасочных материалов, т. е. материалов, в состав которых входит высокодисперсный цинковый порошок, который является основным компонентом, позволяющим обеспечить эффективную антикоррозионную электрохимическую (катодную) и барьерную защиту стальной поверхности.

Состав может быть нанесён на поверхность металлоконструкций кистью, валиком, либо методом распыления и после высыхания образует антикоррозийное покрытие, насыщенное цинком.

Достоинством метода холодного цинкования можно считать то, что он объединяет защитные качества цинкового и полимерного покрытий. Холодное цинкование требует меньших трудозатрат, позволяет защищать металлические конструкции любой площади и может быть нанесено как в производственных помещениях, так и непосредственно на месте размещения металлоконструкций.

Зачем цинкуют металл

Стальные изделия, как известно, очень уязвимы для коррозии, особенно при использовании во влажной среде. Оцинковка стали дает этому металлу надежную защиту от разрушения. Цинк, вступая в реакцию со сталью, образует с ним гальваническую пару и приобретает большую, чем у стали, степень электроотрицательности.

Первый удар агрессивных факторов принимает на себя именно цинк, сталь же в реакцию не вступает и остается под защитой цинкового покрытия. Соответственно, антикоррозионная защита будет действовать до тех пор, пока оцинковка окончательно не разрушится. Но даже в тех местах стальной поверхности, где она сходит на нет, цинк реагирует с кислородом и водой, образуя гидроксид цинка. Это соединение также неплохо защищает поверхность стального изделия от коррозии.

Формирование термодиффузионного покрытия

Во время процесса формирования покрытия контейнер с деталями все время находится в процессе вращения, что обеспечивает хорошее и равномерное перемешивание деталей с насыщающей смесью и последующую однородность покрытия по всей поверхности каждой детали.

После завершения процесса оцинкованные детали проходят через пассивационный раствор.

Принципиально новым в технологии цинкования Термишин является:

Отличная идея Мелуина: термодиффузионное оцинкование

Термодиффузионная обработка металлических поверхностей цинком (шерардизация) – относительно новый метод обработки металлоконструкций.
Несмотря на это, технология термодиффузии получила широкое распространение в кругу профильных специалистов.

Это обусловлено стабильными защитными свойствами и эксплуатационными характеристиками обработанных изделий.

Особенности технологии и сфера применения

Данный способ обработки обеспечивает металлоконструкциям надежную антикоррозийную защиту, а также предупреждает преждевременный износ металла, как следствие – позволяет увеличить срок службы. В основе методики лежит процесс диффузии молекул металла, проводимый при температуре от 400 до 470 °С. За счет этого в поверхностный слой конструкции диффузируют молекулы легирующего вещества – цинка. Особенности процесса термодиффузии прописаны в профильном стандарте – ГОСТ Р 9.316-2006.

Применение данной технологии позволяет создать на поверхности металлоконструкций равномерный цинковый слой. Главной особенностью метода выступает то, что слой цинка является однородным даже на труднодоступных участках обрабатываемой детали (полости, отверстия и т.д.).

Технологию термодиффузии обычно применяют для обработки следующих конструкций и деталей:

• Оградительные конструкции для мостов и дорог;
• Фурнитура, которая используется в мебельной промышленности;
• Арматура, используемая в нефтегазовой промышленности;
• Арматура, которую используют для укрепления железнодорожных полотен;
• Элементы трубопроводов, используемых при создании инженерных коммуникаций и арматура, которую используют в сфере строительства;
• Элементы конструкций линий электропередач;
• Отдельные детали автотранспортных средств.

С помощью термодиффузионного цинкования на металлоконструкциях удается создавать слой цинка минимальной толщины. Поэтому данной обработке допускается подвергать изделия, имеющие незначительные габариты.

Стоит отметить, что обработка деталей при максимальном повышении температуры (до 470 °С) приводит к увеличению интенсивности процесса термодиффузии молекул цинка. Поэтому покрытие не приобретает необходимые эксплуатационные характеристики. Такое покрытие характеризуется низким уровнем антикоррозийной защиты, высокой хрупкостью и высоким уровнем отслаивания цинкового слоя.

Для создания цинкового покрытия необходимой толщины, которое будет обладать высокими защитными свойствами, важно провести ряд дополнительных мероприятий:

• Перед обработкой поверхность металла следует тщательно очистить;
• Нужно создать абсолютную герметичность контейнера, в котором проводится термодиффузионное цинкование;
• В герметичном боксе следует создать инертную и восстановительную среду, поскольку в окислительной среде наносить цинковое покрытие нельзя.

В процессе нанесения цинкового покрытия целесообразно дополнительно добавлять в рабочую среду активаторы (специальные флюсующие элементы).

Зачем цинкуют металл

Стальные изделия, как известно, очень уязвимы для коррозии, особенно при использовании во влажной среде. Оцинковка стали дает этому металлу надежную защиту от разрушения. Цинк, вступая в реакцию со сталью, образует с ним гальваническую пару и приобретает большую, чем у стали, степень электроотрицательности.

Первый удар агрессивных факторов принимает на себя именно цинк, сталь же в реакцию не вступает и остается под защитой цинкового покрытия. Соответственно, антикоррозионная защита будет действовать до тех пор, пока оцинковка окончательно не разрушится. Но даже в тех местах стальной поверхности, где она сходит на нет, цинк реагирует с кислородом и водой, образуя гидроксид цинка. Это соединение также неплохо защищает поверхность стального изделия от коррозии.

Как происходит процесс обработки

Специалисты нашей компании для получения цинкового покрытия высокого качества используют современное оборудование немецко-австрийской фирмы KVK KOERNER и чешской компании EKOMOR. Процесс обработки проводится в несколько этапов:

1. Очистка конструкции при помощи механического, химического или ультразвукового воздействия. На нашем предприятии для этих целей применяют пескоструйное, дробеметное и ультразвуковое оборудование.
2. Помещение изделий в рабочий бокс (контейнер), в который впоследствии добавляют цинкосодержащий порошок.
3. Герметизация рабочего контейнера, создание и поддержание внутри бокса требуемой температуры (на уровне 450 °C). В зависимости от величины обрабатываемой площади и заданной толщины цинкового слоя детали содержат в боксе от 1 до 4 часов. В течение этого времени молекулы цинка испаряются и проникают в кристаллическую решетку металлической поверхности изделия.
4. Обработанные детали извлекают из бокса, с их поверхности удаляют остатки частиц порошка, а затем моют.
5. Для придания деталям декоративных свойств их подвергают пассивации.

Технология

Перед загрузкой изделий проверяется состояние их поверхности. При необходимости проводится дробеструйная обработка, сушка, очистка изделий от окалины и окисной пленки. Для мелких изделий дополнительно предусмотрена операция обезжиривания поверхности. ТДЦ длинных изделий проводится в следующем порядке:

• изделия загружаются в контейнер;
• после загрузки изделий, в контейнер засыпается порция насыщающей смеси и закрывается крышка;
• контейнер переносится цеховым краном в печь или на стеллаж;
• в печи производится термодиффузионного насыщения поверхности изделий цинком в автоматическом режиме;
• выгрузка контейнера из печи и остывание на стеллаже.
• после разгерметизации контейнера производится выгрузка изделий;

Изделия проходят финишную обработку поверхности в следующей последовательности:

• промывка изделий водой для удаления остатков отработанной насыщающей смеси;
• фосфатная пассивация в ванне с раствором;
• ополаскивание изделий водой;
• сушка изделий в калориферной установке;
• проверка качества покрытия изделий и отправка их на склад готовой продукции.

Цех ТДЦ представляет комплекс оборудования, увязанного в единую технологическую цепочку – линию. Линия оборудована компьютерной системой визуализации процесса, которая включает:

• автоматический расчет технологических режимов покрытия конкретных изделий в программе «TDZpro»;
• назначение и автоматической управление процессом насыщения изделий в печи «Distek 3600» с записью процесса в базе данных программы.

Система позволяет наблюдать за работой линии в удаленном режиме через Интернет и отслеживать прохождение отдельного заказа по операциям на дисплее в режиме реального времени. Система обеспечивает архивацию всех параметров процесса ТДЦ, как заданных технологом, так и полученных на практике, включая фиксацию фактической толщины покрытия, замеренного представителем ОТК и отдельных замечаний по качеству.

Достоинства и недостатки технологии

Термодиффузионный метод обработки металла, в отличие от других технологий, имеет ряд очевидных преимуществ:

• Цинковое покрытие ложится равномерно, а поверхность приобретает хорошую адгезию и стабильные защитные качества.
• Технология является экономически выгодной, поскольку для ее применения не нужны крупные производственные площади, а затраты на электричество и трудозатраты минимальные.
• Поскольку диффузионная обработка проката проводится в герметичных боксах, эта технология характеризуется химической и токсической безопасностью, а также является экологически чистой. Более того, рабочий процесс исключает вероятность получения специалистами термических ожогов.
• Очистка поверхности изделий после обработки слоем цинка осуществляется без применения кислот и прочих химически агрессивных составов.
• Есть возможность регулировать толщину цинкового покрытия, причем – в широком диапазоне в зависимости от установленных требований.
• Отходы, которые образуются при термодиффузионном цинковании, легко поддаются утилизации, которая проводится по стандартной схеме, исключая опасность для здоровья человека.
• Диффузионное цинкование металлических поверхностей проводится на оборудовании, которое характеризуется простотой в управлении и обслуживании.
• В отличие от других технологий, применяемых для обработки металлоконструкций цинком, термодиффузионное покрытие проводится при щадящей температуре.

Сравнительный анализ коррозионной стойкости

Несмотря на множество достоинств, данная технология также имеет некоторые недостатки, среди которых:

• Поверхность после обработки имеет неэстетичный серый цвет. Для повышения привлекательности покрытия на предварительно созданный слой цинка необходимо нанести дополнительный декоративный слой. Однако возможность нанесения декоративного слоя не предусмотрена требованиями действующих ГОСТов. Поэтому если декоративные свойства для оцинкованных деталей не выступают первостепенными, серый цвет изделия не считается недостатком.
• Технологию можно применять только в отношении изделий, размеры которых не ограничиваются объемом печи нагрева и не превышают габариты самого герметичного бокса.

Преимущество

Термодиффузионное цинкование имеет ряд существенных преимуществ:

• высокая антикоррозионная стойкость;
• покрытие в точности воспроизводит профиль поверхности изделия в целом и отдельных деталей на ней (резьбу, маркировку, другой тонкий рельеф поверхности).
• покрытие имеет более высокую твердость, чем другие цинковые покрытия и обладает хорошим сопротивлением абразивному износу.
• температура насыщения относительно невелика, поэтому покрытие может быть нанесено на пружинные и другие предварительно термообработанные детали.
• процесс может быть использован для нанесения покрытий на изделия, полученные по порошковой технологии, на пористые изделия, а также на предварительно собранные подвижные узлы и сварные изделия.
• детали, подвергаемые насыщению, требуют минимальных затрат на подготовку поверхности к покрытию. Допускается наличие на деталях пятен коррозии, остатков смазки и СОЖ.
• в процессе исключено образование жидких и твердых отходов, нуждающихся в нейтрализации или захоронении.
• покрытие представляет собой интерметаллид железо-цинк переменного состава, в основном FeZn7 (α1-фаза). Плотность этой фазы 7,2 см3, микротвердость

Получаемое покрытие однородно по толщине, имеет матовый темно-серый (возможно варьировать) цвет. Антикоррозионная стойкость такого покрытия превосходит по своим защитным свойствам другие цинковые покрытия.

Требования ГОСТ Р 9.316-2006 к термодиффузионным цинковым покрытиям

Согласно требованиям настоящего нормативного акта, термодиффузионные покрытия из цинка, в зависимости от толщины слоя, относятся к разным классам, а именно:

• 1-й класс – от 6 до 9 мкм;
• 2-й класс – от 10 до 15 мкм;
• 3-й класс – от 16 до 20 мкм;
• 4-й класс – от 21 до 30 мкм;
• 5-й класс – от 40 до 50 мкм.

Однако толщина покрытия не ограничивается показателем в 50 мкм. Просто о большей толщине не упоминается в положениях ГОСТ. Поэтому по согласованию с изготовителем клиент может заказать обработку изделий цинковым покрытием требуемой толщины. Но в этом случае цинковое покрытие будет считаться нестандартным.

Представленный метод обработки металлоконструкций невозможно применять к деталям и изделиям, в которых присутствуют соединения, сделанные с помощью припоя или смол. Обработку таких изделий проводят, используя другие технологии.

Согласно требованиям настоящего ГОСТа, цинковое покрытие, нанесенное по этой технологии, не может иметь такие дефекты:

• Наросты, вздутия и отслоения;
• Раковины и различные пустоты;
• Присутствие инородных частиц;
• Участки без покрытия (даже при их минимальной площади);
• Остатки насыщающих смесей, которые невозможно смыть;
• Трещины и другие дефекты.

ПОКРЫТИЯ ТЕРМОДИФФУЗИОННЫЕ ЦИНКОВЫЕ НА КРЕПЕЖНЫХ И ДРУГИХ МЕЛКИХ ИЗДЕЛИЯХ

ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ И МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

ГОССТАНДАРТ РОССИИ Москва

• 1 РАЗРАБОТАН Техническим комитетом 213 «Металлические и другие неорганические покрытия», Центральным научно-исследовательским институтом Проектстальконструкиия Госстроя России и АООТ «Протвинский опытный
• 2 ВНЕСЕН Научно-техническим управлением Госстандарта России
• 3 ПРИНЯТ И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Госстандарта России от 22 апреля 1998 г. № 138
• 4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

© ИПК Издательство стандартов, 1998

Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Госстандарта России

Оборудование для термодиффузионного цинкования

Нанесение цинкового покрытия методом термодиффузии осуществляется на специализированном оборудовании.

Стандартная линия для обработки металлоконструкций цинком включает следующие виды оборудования:

• Отсыпные установки для реторт;
• Сушильные шкафы и печи проходного типа;
• Оборудование для фосфатной пассивации;
• Вспомогательные устройства и оснастка;
• Электронные контроллеры для измерения толщины цинкового слоя и раствора для пассивации;

Печное оборудование (боксы, контейнера или камеры с герметично закрывающейся крышкой), оснащенное стационарными или сменными ретортами, объем пространства для загрузки которых составляет до 600 кг.

Гальваническое цинкование

Гальваническое цинкование — это электролитический метод осаждения тонкого слоя цинка на поверхность изделия. Подобный способ позволяет получить идеальный внешний вид без какой-либо дополнительной обработки. При использовании гальваники изделие полностью сохраняет свои размеры и форму, вплоть до резьбы, чего невозможно достичь горячим методом. Подобное цинковое покрытие составляет всего 8-9 микрон и выдерживает порядка 150 часов соляного тумана. Чтобы увеличить антикоррозийную стойкость и придать эстетичный вид могут быть использованы блескообразующие добавки и пассивация с хроматированием. Покрытия достаточно пластичны и позволяют осуществить сгибание изделия до угла 45.

Метод холодного цинкования металла

Оцинковка в данном случае осуществляется с применением антикоррозионных составов, регламентированных ГОСТ 9.305–84. В этом стандарте описаны особенности всех существующих в промышленности неорганических покрытий (включая металлические), произведенных химическими и электрохимическими методами. В частности, там указано, что холодное цинкование допустимо применять на любых материалах, кроме изделий из сплавов магния и высокопрочной стали.

Непосредственно перед нанесением защитного состава на поверхность обрабатываемой детали (в соответствии с ГОСТ) ее следует подготовить. А именно:

• удалить с поверхности загрязнения от атмосферного воздействия, солей и закоксованностей путем тщательного обмывания;
• очистить поверхность изделия с применением гидроабразивных, абразивоструйных или гидродинамических инструментов для придания ей нужной степени шероховатости, а в случае старого покрытия – для удаления остатков ржавчины и окалины;
• после применения гидроабразивного или гидродинамического способа очистки тщательно просушить поверхность изделия;
• провести ручную чистовую очистку поверхности металла от сварочных брызг, заусенцев, острых углов и кромок;
• обеспылить изделие струей сжатого воздуха.

Рекомендовано к прочтению

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

Качество выполненных процедур затем проверяется. После чего можно наносить состав для холодной оцинковки. В соответствии с технологией, состав наносится при определенной температуре, рекомендуемой инструкцией данного покрытия. Причем эта температура должна превышать точку росы не менее чем на 3 градуса Цельсия во избежание образования на поверхности влаги, которая может ухудшить качество оцинковки.

Перечислим главные преимущества использования защиты металлических изделий методом холодного цинкования:

• высокая степень сцепления оцинкованной поверхности лакокрасочными материалами;
• отсутствие ограничений по размерам обрабатываемых изделий;
• малые затраты на подготовку изделия к оцинковке;
• простота сварки изделий, обработанных холодным цинкованием;
• возможность проведения оцинковки в домашних условиях с применением распылителя, обычной малярной кисти или валика;
• отсутствие необходимости в демонтаже, транспортировке и обратном монтаже обрабатываемой конструкции – все операции производятся на месте.

Стоит также отметить, что холодная оцинковка выполняется в широком температурном диапазоне (от -20 °С до +40 °С). Недостатком данного метода цинкования металла можно считать низкую стойкость нанесенного покрытия к механическому воздействию. Это несущественный минус, поскольку обновить защитный слой можно в любой момент.

Метод горячего цинкования металла

При горячем методе оцинковки металлическая заготовка предварительно обезжиривается, промывается и протравливается, а затем погружается в ванну с горячим расплавом цинка с температурой +450…+480 °С. Как результат, на поверхности металла создается цинковое покрытие необходимой толщины в пределах 30–100 мкм. Обычно толщина слоя цинка составляет 45–65 мкм. Данный метод цинкования стали выгодно отличается от остальных способов преимуществами, приведенными ниже.

• Долговечность и надежность покрытия. Небольшие механические повреждения в виде сколов, вмятин и царапин на покрытии из горячего цинка могут самоустраняться благодаря плотной оксидной пленке. Таким образом, обеспечивается более надежная и долговечная защита металлического изделия даже в агрессивной среде.
• Высокая стойкость покрытия к коррозии. Полученное методом горячего цинкования, оно обладает повышенной стойкостью к коррозии, поскольку защитный слой имеет достаточно большую толщину, достигающую 150 мкм. Обычно величина надежного, сильно прилегающего покрытия не превышает 100 мкм.
• Простой и быстрый процесс цинкования. Метод горячей оцинковки достаточно прост, при этом он легко контролируется, тестируется, а при необходимости автоматизируется. Способ не занимает много времени и производится в короткий срок.
• Экономичность. Если не рассматривать стоимость цинка, которая относительно высока, сам метод горячего цинкования можно назвать экономным. В сравнении с другими методами себестоимость изделия, покрытого с помощью метода горячего цинкования, в перспективе будет наименьшей.

При подготовке поверхности к горячему цинкованию может возникнуть проблема, связанная со сложностью операции травления и ее вредностью для экологии. Также существует риск наводораживания обрабатываемой поверхности металла, в результате чего металл может стать более хрупким.

Помимо травления в кислотных растворах, в процессе подготовки стальная заготовка подвергается обезжириванию растворами щелочей и флюсованию, производимому, как правило, в растворах хлорида аммония и цинка с обязательной сушкой изделия после обработки. Данные операции оказывают негативное влияние на окружающую среду, из-за чего необходимым является нейтрализация опасных отходов, а для этого требуются значительные дополнительные средства и производственные площади.

Другая проблема цинкования горячим способом заключается в больших потерях дорогого цинка в процессе работы. Цинк, реагируя с основным металлом, частично выпадает в осадок на дне ванны в виде шлака (гартцинка).

Тем не менее, из всех других методов антикоррозийной защиты горячее цинкование наиболее оптимально сочетает экономическую эффективность с надежностью защиты и универсальностью применения данного способа к различным видам металлических изделий. Разработанная более 250 лет назад, эта технология сегодня отвечает самым жестким требованиям защиты ответственных объектов от коррозии.

Термодиффузионное цинкование металла: технология, оборудование, плюсы и минусы

изготавливает и реализует технологические комплексы термодиффузионного цинкования. Технология предназначена для обработки изделий из стали, чугуна и позволяет создавать на поверхности детали равномерный тонкий слой железноцинкового сплава переменной концентрации.

Покрытие обеспечивает надежную защиту от коррозии, оно однородно по всей площади поверхности изделия и повторяет все его контуры – формы любой сложности, в том числе резьбы.

Техника производства отличается экономичностью, долговечностью, удобством в эксплуатации. Предлагаем качественное оборудование для создания надежной защиты металлических изделий от коррозии. Применяемая технология термодиффузионного цинкования соответствует требованиям ГОСТ Р 9.316-2006.

История

До инновационных разработок инженера Шерарда тоже применялась защита стали цинком, но защитное покрытие наносилось гальваническим методом, у которого была масса недостатков:

• «Водородное охрупчивание» стали при нанесении цинка на неё гальваникой. От этого процесса больше всего страдают высокопрочные стали, а также сплавы титана и никеля. Суть его в рекомбинации атомарного водорода в молекулярный, который, оставаясь в нанопорах, затем может под влиянием температурных скачков расширяться или сжиматься, что со временем вызывает микротрещины.
• Неравномерность защитного слоя на металле.
• Невозможность гальванического нанесения цинка на детали сложной формы.
• Низкая стойкость цинковых гальванических покрытий (не более 140 часов в агрессивных средах).

Термодиффузионное цинкование появилось в первых десятилетиях ХХ века не случайно: именно к этому времени уровень технологического развития позволил лидеру в этом деле Англии создать контейнеры-автоклавы для процесса горячего анодного внедрения цинка в трубы и прокат.

Это интересно: Горячее цинкование металла: технология, оборудование, ГОСТ

Особенности технологии

Термодиффузионное цинкование – это метод, в основе которого лежит физическое явление диффузии легирующей составляющей металла, которая затем переходит на верхний слой изделия или конструкции. Термодиффузия возможна при относительно высоких температурах – от 400 до 470 градусов. В поверхностные слои металла диффузируют молекулы цинка.

Это процесс, при котором молекулы цинка испаряются из цинкосодержащей смеси в специальных контейнерах при высоких температурах, а затем проникают в поверхностный слой металла. В результате образуется слой на основе сложных сплавов цинка и железа.

В результате применения данной технологии на поверхности образуется однородное цинковое покрытие. При этом слой будет однородным даже в местах, в которые доступ затруднен.

Если процесс термодиффузионного цинкования будет проводиться при максимальных температурах, то молекулы покроют поверхность детали более интенсивно. Однако, покрытие не будет иметь нужных характеристик. Такая поверхность отличается не только высокой хрупкостью – слой цинка будет очень легко отслаиваться. Что касается степени антикоррозионной защиты, то он будет очень слабым.

Описание технологического процесса и оборудования

Суть технологии термодиффузионного цинкования состоит в образовании на поверхности металлоизделия нового сплава или интерметаллида сложной фазовой структуры с высоким содержанием цинка. Детали и цинк-насыщенная смесь «Термишин» (далее по тексту порошок Термишин) загружаются в специальный контейнер (реторту), которая далее помещается в специальную муфельную печь.

Далее обеспечивается равномерный, рассчитанный по времени разогрев контейнера с деталями и порошком Термишин©.

Суть и назначение термодиффузионного цинкования

Человеком, благодаря которому технология термодиффузионного цинкования познала мир, был инженер-изобретатель из Англии по имени Шерард Коупер-Колс. Он предлагал насыщать поверхность изделий из стали цинком путем диффузии в искусственно созданной среде, где присутствуют высокие температуры. По прошествии более 100 лет эта технология получила развитие.

С химической точки зрения, прохождение процесса, при котором на стальной поверхности образуется слой цинкового покрытия, сопровождается переносом молекул цинка, вступлением их в связь с молекулами стали и образованием общей кристаллической решетки. Все это происходит при температуре около 450 °C (точнее, 400–450 градусов).

При проведении термодиффузионного цинкования не следует повышать температуру внутри бокса до 470 °C: это приводит к образованию более хрупкого отслаивающегося покрытия с плохими антикоррозионными свойствами.

Как упоминалось выше, термодиффузионное цинкование нацелено на достижение следующих результатов:

1. Защита механического характера. Образованное цинковое покрытие не допускает внешнюю среду к физическому контакту с защищаемым металлом.
2. Защита электрохимического характера. Цинк со сталью образуют пару гальваническую, где первый металл будет анодом, второй – катодом, то есть анод разрушается, за счет чего катод восстанавливается.

Термодиффузия

Суть химического процесса термодиффузии выражается в том, что используется свойство отрицательных значений окислительно-восстановительных потенциалов пары Zn2+/Zn . То есть цинк в таком виде покрытия защищает сталь электрохимически, анодно, то есть в случае воздействия агрессивных и просто неблагоприятных для железа в составе стали сред сначала «страдает» цинк. Но процесс это медленный, и сталь успеет прослужить очень долгое время, которое будет зависеть от глубины проникновения атомов цинка в кристаллическую структуру стали или других подвергнувшихся термодиффузионной оцинковке металлов. Химически это выглядит как образование на поверхностях металлических изделий так называемого интерметаллида со сложной фазовой структурой с большим процентом содержания металлического цинка.

Технологически же процесс покрытия металлов цинком и его термодиффузии осуществлялся в герметично закрытом контейнере с поддержанием в нём постоянной температуры порядка 300-450⁰С. Такой температурный разброс зависит от марки стали, покрываемой цинком, типа и конфигурации стальных изделий, а также от тех требований, которые предъявлялись к оцинковке заказчиками. Достаточно сказать, что за годы монопольного производства Англией оцинкованных изделий полученный металлургической промышленностью доход составил такие суммы, которые помогли пережить отрасли разразившийся в конце 20 годов мировой экономический кризис.

Технология термодиффузионного покрытия цинком позволила с помощью заранее заданной в процессе температуры и времени регулировать глубину диффузного проникновения защитного цинкового слоя в металл. Этот слой формируется порошком из цинконасыщенной смеси. Детали, подлежащие покрытию цинком, и эта смесь загружаются в специальной формы термостойкий контейнер, а уже он помещается в большую муфельную печь.

Формирование термодиффузионного покрытия

Во время процесса формирования покрытия контейнер с деталями все время находится в процессе вращения, что обеспечивает хорошее и равномерное перемешивание деталей с насыщающей смесью и последующую однородность покрытия по всей поверхности каждой детали.

После завершения процесса оцинкованные детали проходят через пассивационный раствор.

Принципиально новым в технологии цинкования Термишин является:

• Порошок Термишин©: обладает высокой проникающей способностью за счет присутствия специальных аддитивов;
• обеспечивает регулируемый процесс формирования покрытия;
• позволяет работать в диапазоне толщины 6—9мкм с высокой коррозионной стойкостью.

не содержат Cr VI и других вредных в-в;

Основные преимущества термодиффузионного цинкования

Для покрытий, получаемых с помощью термодиффузии цинка, характерны следующие отличительные особенности:

• Высокие антикоррозионные свойства;
• Точное повторение контуров обрабатываемого изделия, отсутствие наплывов;
• Высокая однородность и отсутствие пор;
• Покрытие одинаково хорошо наносится как на внешние части деталей, так и на поверхность внутренних полостей;
• Высокая степень экологичности за счет отсутствия вредных отходов и многократного использования насыщающей смеси и пассивирующего раствора;
• Во время процесса термодиффузионного цинкования не происходит склеивания деталей;
• Относительно невысокая температура предотвращает водородное охрупчивание изделий. Это позволяет проводить обработку ответственных деталей, в том числе пружин;
• Возможность дополнительной обработки деталей с помощью окрашивания, пластифицирования;
• Технология отличается экономичностью и простотой применения;
• Небольшая толщина и высокая прочность покрытия делают его подходящим для нанесения на резьбы, и обеспечивают многократную свинчиваемость.

При обработке методом термодиффузионного цинкования можно с высокой точностью задавать толщину – в диапазоне от 15 до 150 мкм. Скорость осаждения цинка в первую очередь зависит от заданной температуры и, подбирая степень нагрева, а также продолжительность процесса, удается получать требуемую толщину.

Технология нанесения термодиффузионного покрытия

Процесс нанесения покрытия представляет собой замкнутый технологический цикл, разбитый на несколько операций.

• предварительная очистка деталей от жиров, ржавчины и окалины;
• оцинкование деталей;
• нанесение защитных пассивационных слоев и/или нанесение других финишных слоев (окрашивание, гуммизация, пластификация и т.д.);
• сушка готовой продукции.

В процессе также существуют промежуточные операции по загрузке/разгрузке деталей, промывке и т.д.

Обратите внимание! Для получения качественного антикоррозионного покрытия все технологические этапы имеют одинаково важное значение и являются равными составляющими технологического процесса.

Технология нанесения покрытия не меняется ни для одного вида деталей.

Особенности каждого этапа — это разная подготовка поверхности для разного вида деталей.

В технологии цинкования предусмотрены:

• дробеметная обработка деталей;
• ультразвуковая подготовка поверхности.

Детали из холодно-катанной стали загружаются в контейнер без предварительной обработки. Детали в масле или СОЖ нуждаются в предварительном обезжиривании.

Этап нанесения покрытия

• Он длится 90 мин. или 180 мин. ( в зависимости от установленного оборудования и типов используемых смесей для цинкования).
• Часть времени уходит на разогрев деталей и насыщающей смеси до необходимой температуры и затем, при достижении заданных температурных параметров, происходит непосредственно процесс цинкования.
• После чего контейнер извлекается из печи и охлаждается.

Цинкование происходит при температурах от 290С до 400С . Выбор температурного режима зависит от типа стальных изделий, марки стали и установочных норм производителей деталей.

На протяжении всего процесса цинкования, контейнер находится во вращающемся состоянии и останавливается только перед непосредственной выемкой контейнера из печи.

Толщина цинкового слоя на поверхности может варьироваться от 5 до 100 мкм.

Регулируется она только количеством насыщающей смеси, которая закладывается в контейнер вместе с деталями.

Время обработки является константой, что очень удобно для планирования производственной деятельности. После охлаждения, контейнер разгружается и продукция поступает на стадию финишных операций.

Этап пассивации

Пассивационные растворы (для первой и второй пассивации) являются ноу-хау фирмы-производителя.

Данные растворы работают в режиме комнатных температур, в замкнутом цикле с постоянной регенерацией растворов.

Первоначально приготовленные пассивационные растворы в процессе работы требуют только необходимого технического поддержания и не связанны с системой канализации.

Пассивационные растворы не требуют перелива или слива в ходе процесса, просты и не имеют в своих составах никаких агрессивных или вредных компонентов.

Это интересно: КГШП (кривошипный горячештамповочный пресс): характеристики и особенности

Сфера использования

Этот способ обработки создает однородный слой даже в труднодоступных местах. Микронная толщина слоя позволяет обрабатывать мелкие детали. Термодиффузионному цинкованию подвергают:

арматуру для нефтяной, газовой, строительной и железнодорожной отраслей;

Термодиффузионное цинкование — надежный метод антикоррозионного покрытия

Кроме стопроцентной защиты металл приобретает и другие полезные свойства. В отличие от других методик, при которых линейные размеры заготовок пусть незначительно, но увеличиваются, полученное диффузионным способом покрытие проникает вглубь заготовки, на нарушая ее контуров. Это особенно важно при обработке таких изделий, как решетки с небольшими ячейками.
Надежность метода не снижается в зависимости от сложности детали: термодиффузионное цинкование в Москве одинаково доступно для заготовок с резьбой, внутренними полостями, цельных и сварных.

Цинковый состав – Термишин

В России в металлургии во время термодиффузионного цинкования используют разработанный в цинковый состав – Термишин©, со специальными присадками, обеспечивающими ровное и устойчивое диффузионное покрытие металла порошковым цинком.

После закрытия в контейнере изделия и порошка с присадками обеспечивают ещё и вращение агрегата, что достигается сложной системой приводов. Во время этого вращения происходит постоянное смешивание деталей и присадок, что и обеспечивает равномерность и однородность цинкового покрытия. После отжига изделия дополнительно обрабатываются в ваннах с пассивазиционным раствором.

Порошковые цинковые смеси Термишин© позволяют:

• наносить на изделиях и деталях термодиффузионное покрытие толщиной внедрение от 5 до 10 мкм;
• не использовать традиционные для такой технологии раньше вредные вещества;
• придать покрытию дополнительную антикоррозионную стойкость;
• обеспечивают товарный вид, придавая поверхности изделий «морозный» узор.

Как происходит процесс обработки

Современный процесс получения цинкового покрытия термодиффузионным методом претерпел некоторые изменения, доработки и включает следующие этапы:

1. Обработка изделий на предварительном этапе путем химического, механического или ультразвукового воздействия.
2. Помещение деталей, прошедших предварительную обработку, в специальный рабочий бокс, куда также добавляется цинксодержащий порошок.
3. Герметизация бокса и создание внутри него необходимой повышенной рабочей температуры.
4. Выдержка изделий в течение определенного времени, извлечение их из камеры и проведение дополнительных мероприятий по обработке.

Процесс будет проходить более интенсивно, если такую камеру подвергать вращению.

Первый этап необходим для того, чтобы избавиться от раковин, отслоений, трещин, ржавчины и жировой пленки, которые могут образовываться на поверхности изделия и препятствовать осаждению цинка. Эффективно с этим справляться можно, подвергая детали обработке абразивными материалами в установках типа пескоструйных, далее следует обезжиривание химическими жидкостями и очистка ультразвуком, хотя диффузионный процесс менее требователен к чистоте поверхности, чем, к примеру, гальванический.

Бокс, или камера для проведения термодиффузионного цинкования, представляет собой конструкцию из нержавейки, у которой есть плотно закрывающаяся крышка. Помещая туда заготовку и цинковый порошок, температуру внутри поддерживают на уровне около 450 °C в течение 1–4 часов, все зависит от того, какова необходимая площадь покрытия и какой толщины слой цинка должен образоваться. За это время произойдет испарение молекул цинка и проникновение их в кристаллическую решетку металла.

Когда термодиффузионное цинкование окончено, заготовки вынимают из камеры и подвергают ряду очисток. Первое, что удаляют, это оставшиеся частицы порошка, далее моют изделия и на последнем этапе проводят пассивацию – улучшение внешнего вида изделий, придание им декоративного товарного вида.

Область применения

Чаще всего технология применяется на таких изделиях, как:

• арматура, использующаяся в отраслях добычи газа и переработки нефти;
• ограждающие конструкции;
• элементы трубопроводов, арматура для строительства;
• различные детали мебельной фурнитуры;
• арматура для производства дорожного полотна;
• элементы автомобилей;
• детали ЛЭП;
• большинство метизов.

Назначение и применение

В процессе термодиффузионного цинкования на детали появляется покрытие, основу которого составляет сплав Zn-Fe. При нагреве, за счет диффузии, происходит проникновение молекул цинка в поверхностный слой металлического изделия, что обеспечивает надежную адгезию (сцепление) металлов.

Покрытие отличается высокой степенью устойчивости к механическому воздействию, выдерживает динамические нагрузки, удары. Не подвержено скалыванию или отслаиванию при деформации деталей. Обладая превосходными антикоррозийными свойствами, изделия, подвергнутые термодиффузионному цинкованию, способны успешно функционировать в агрессивных средах десятки лет.

Термодиффузионное цинкование используется для нанесения покрытий на изделия в нефтегазовой отрасли, для обработки узлов и деталей личного и общественного транспорта, элементов железнодорожной техники, частей конструкции ЛЭП. Широко применяется при создании крепежа, мебельной фурнитуры, арматуры, ограждающих конструкций. Технология позволяет получать тонкое (от 5 мкм), но прочное покрытие, поэтому подходит для обработки изделий небольших размеров, годится для нанесения на детали сложной формы, в том числе, имеющие внутренние полости.

Особенности производства

Термодиффузионное цинкование еще называется шерардизацией (в честь ученного, который открыл этот процесс). Чтобы придать выше указанные свойства металлу, требуется специальное оборудование. Оно позволяет работать с высокими температурами и активными смесями.

Термодиффузионное цинкование происходит согласно ГОСТ Р9.316-2006. В основе лежит физическое явление диффузии легирующих составляющих металлов, переходящих в верхние слои изделия. Такой процесс требует очень высоких температур – 400 – 470 градусов. Выбор температурного режима зависит от типа стали, будущего предназначения обрабатываемой детали и требований производителя.

При этом механизме воздействия, на детали образуется однородный защитный слой. И это касается не только поверхности, но и более труднодоступных мест, в результате чего, обработанными становиться 30% от всего изделия. Благодаря этому, получается деталь без изъянов. Хотя есть специалисты, которые отмечают, что воздействие высоких температур приводит к тому, что изделие не получает должной антикоррозионной защиты и легко расслаивается.

Диффузионное цинкование помогает создать точную толщину покрытия. Но это происходит только при соблюдении определенных условий.

• Во-первых, качественная зачистка. С поверхности снимают всю грязь и обезжиривают.
• Во-вторых, цинкование проходит только в инертной или восстановительной атмосфере. Именно ее создают в контейнере. Также камера должна быть герметичной, так как кислород не позволяет осуществиться правильной диффузии. В процессе обработки, добавляют специальные активаторы.

Чтобы создать цинковое покрытие, изделие прогоняют через обязательные этапы:

• очистку от грязи – может использоваться дробеметной, ультразвуковой или пескоструйный метод;
• помещение изделия и насыщающей композиции в оборудование, которое будет постоянно вращаться;
• покрытие цинковым слоем.

Как только элемент пройдет все процессы, его изымают из контейнера и очищают от остатков смеси. В конце проводят пассивирование, которое позволяет избежать появления желтых и белых продуктов коррозии в последующей эксплуатации. Перед тем, как использовать готовую деталь, ей дают время остыть.

Такая обработка выполнима только в условиях заводского производства, так как требует определенных условий. И это уже не говоря о том, что стоимость оборудования для диффузионного цинкования достаточно велика.

Достоинства и недостатки

Благодаря современным технологиям, разработано множество вариантов защиты металлических конструкций. Поэтому не лишним будет ознакомиться с доводами, почему диффузионное цинкование выгоднее или проигрышней других технологий.

Среди преимуществ отмечают следующие моменты:

• условия обработки обеспечивают высокую адгезию;
• экономичность работы, так как рабочая площадь тут не большая и требуется минимум усилий и энергии для того, чтобы провести цинкование;
• готовое покрытие имеет идеально ровную поверхность и отличается высокой устойчивостью к коррозии;
• диффузия проходит в условиях герметичного контейнера, а значит, нет токсической, химической или экологической опасности;
• не изменяя технологии производства, можно получать толщину покрытия от 6 до 100 микрон;
• обработка одной детали занимает – 2-4 часа;
• если выдерживается необходимая толщина покрытия, то изделие становиться более стойким к коррозии;
• сохраняется первоначальная форма элемента;
• отходы производства не требуют специфической утилизации;
• конечная очистка происходит без использования химических составов и кислот;
• после обработки повышаются прочностные характеристики, благодаря чему они становятся более стойкими к абразивным воздействиям;
• хоть оборудование и стоит дорого, но имеет вполне простую конструкцию.

Список достоинств достаточно внушителен.

Но в каждой бочке меда есть своя ложка дегтя. И цинкование не стало исключением. Среди недостатков выделяют такие моменты:

• внешний вид обработанной детали малопривлекателен – появляется серый слой;
• контейнер имеет ограниченные габариты, поэтому и деталь должна быть соответствующих размеров.

Но если судить объективно, то это не такие уж и большие минусы. Скорее особенности процесса.

Основные моменты ГОСТ Р 9.316-2006

Госстандарт разработан с целью контроля качества производства и безопасной эксплуатации. Это касается всех вещей, в том числе и цинкового покрытия.

ГОСТ Р 9.316-2006 имеет деление в 5 классов в зависимости от толщины слоя:

• 40-50 мкм – 5;
• 21-30 мкм – 4;
• 16-20 мкм – 3;
• 10-15 мкм – 2;
• 6-9 мкм – 1.

У заказчика есть возможность выбрать и более внушительные размеры защитного слоя. Это не запрещено, хоть в ГОСте это уже и не будет поддаваться классификации.

Также Госстандарт имеет указание касательно дефектов. Готовое изделие не должно иметь:

• отслоений и вкраплений, раковин;
• наростов и вздутий;
• трещин;
• остатков от обрабатываемого раствора, которые не удается снять.

Вся деталь должна иметь равномерное покрытие, без каких-либо «проплешин».

Стоит понимать, что нарушение основных положений ГОСТа может привести к тому, что на изделии останется цинковая пыль. И вот, если это вещество попадет в организм, то могут начаться проблемы со здоровьем. И это уже не говоря о том, что нарушение технологии вызывает сомнение в качественной эксплуатации. Поэтому не зря были разработаны требования к диффузионному цинкованию.

Сфера использования

Данная технология позволяет создать действительно качественные металлоконструкции.

Поэтому ею активно пользуются. Особенно она востребована на предприятиях, которые занимаются изготовлением масштабных объектов, ведь тут требуется минимум оборудования и сам процесс не отличается какой-либо сложностью.

Шерардизация активно используется в создании таких изделий:

• линии электропередач;
• нефтяная и газовая арматура;
• детали для машиностроения;
• составляющие трубопроводных и строительных систем;
• арматура для железной дороги;
• мостовые ограждения;
• обрабатываются фитинги, полые и резьбовые соединения;
• мебельная фурнитура.

Если в составе металла присутствуют смолы или припой, то метод диффузионного цинкования для них не подходит. Тут уже будет использоваться другая технология.

Цена готовой работы во многом зависит от мощности используемого оборудования и от объемов, которые нужно обработать. Стоимость обозначают не за единицу, а за килограмм – примерно 40 рублей.

Но обычно крупные производства работают и с крупными объемами – от 200-300 кг. Поэтому заказать цинкование калитки не получиться. Хотя есть заводы, которые специализируются именно на мелких элементах.

P.S. Диффузионное цинкование – тот метод обработки металлоизделий, который позволяет обеспечить защиту поверхности, а значит, и продлить срок эксплуатации изделия. На сегодняшний день он является одним из самых экономичных, но не менее эффективных. Именно этим его популярность и обоснована.

Особенности и сферы применения

Такой метод защиты металлических изделий от коррозии и старения, как термодиффузионное цинкование, общие требования к которому регламентирует ГОСТ Р 9.316-2006, основан на явлении диффузии молекул металла, протекающей при относительно высокой температуре (400–470°). В данном случае в поверхностный слой обрабатываемого изделия диффузируют молекулы легирующего элемента – цинка.

В результате применения такой технологии на поверхности металлической детали формируется однородный цинковый слой. При этом однороден такой слой даже в труднодоступных местах обрабатываемого изделия.

При термодиффузионной обработке детали покрываются равномерном слоем цинка, включая отверстия и внутренние полости

Диффузионному поверхностному цинкованию, выполняемому при термическом воздействии на обрабатываемую деталь, чаще всего подвергают:

• арматуру, применяемую в нефтяной и газовой отраслях;
• ограждающие дорожные и мостовые конструкции;
• элементы трубных коммуникаций и строительную арматуру;
• фурнитуру, используемую для изготовления мебели;
• арматуру, применяемую для укрепления железнодорожного полотна;
• конструктивные элементы автотранспортных средств;
• конструктивные элементы ЛЭП (линии электропередачи).

Термодиффузионное цинкование позволяет получать на поверхности металла цинковый слой минимальной толщины, благодаря чему подвергать такой обработке можно даже детали, отличающиеся очень небольшими размерами.

При повышении температуры обработки по данной технологии до 470° термодиффузия молекул цинка в поверхностный слой металла становится более интенсивной, но полученное в итоге покрытие не обладает требуемыми характеристиками. Оно не только отличается повышенной хрупкостью и легко отслаивается от поверхности изделия, но и не способно обеспечить требуемый уровень антикоррозионной защиты.

Промышленная линия термодиффузионного цинкования

Чтобы сформировать на поверхности металлического изделия термодиффузионное цинковое покрытие заданной толщины, обладающее высокими защитными характеристиками, необходимо предусмотреть ряд дополнительных процедур.

• Проводится тщательная очистка поверхности изделия, которое будет подвергаться обработке.
• Необходимо обеспечить герметичность контейнера для термодиффузионного цинкования.
• Когда герметичность контейнера обеспечена, в нем необходимо создать инертную или восстановительную среду. Следует иметь в виду, что в окислительной среде цинкование выполнять нельзя.

Детали обработаны и загружены в специальную емкость для термодиффузионного цинкования

При выполнении самого термодиффузионного цинкования в рабочую среду желательно вносить специальные флюсующие элементы, которые называют активаторами.

Если придерживаться всех вышеуказанных рекомендаций и строго соблюдать все технологические режимы, то на поверхности металлического изделия можно сформировать термодиффузионное цинковое покрытие, которое будет соответствовать как заданной толщине, так и требуемым защитным характеристикам.

Сравнительный анализ коррозионной стойкости

Алгоритм нанесения термодиффузионного цинкового покрытия выглядит следующим образом.

• Обрабатываемая поверхность тщательно очищается (в производственных условиях для этого используют дробеметные, пескоструйные и ультразвуковые установки).
• Изделие и специальную смесь, за счет которой будет осуществляться насыщение его поверхности цинком, помещают в герметичный контейнер.
• В контейнере создается требуемая температура, при которой и протекает диффузионное поверхностное цинкование.

Печь для термодиффузионного цинкования

После окончания цинкования деталь извлекают из контейнера и очищают ее поверхность от остатков использованной смеси. Затем остается выполнить пассивирование уже оцинкованной поверхности и дать ей полностью остыть.

Для выполнения диффузионного поверхностного цинкования используются различные насыщающие смеси, одной из которых является «Левикор». Высокую популярность у отечественных специалистов смесь «Левикор» завоевала благодаря тому, что ее отличает высокая проникающая способность, а ее применение позволяет получать цинковые покрытия требуемой толщины, обладающие исключительными защитными свойствами.

Требования к защитному слою

К покрытию предъявляются строгие требования. ГОСТ предусматривает отсутствие следующих дефектов на поверхности деталей после термодиффузионного цинкования:

выпуклостей;

В современных условия этот вид антикоррозионной защиты считается эффективным и экономически целесообразным.

Требования ГОСТ р 9.316-2006 к термодиффузионным цинковым покрытиям

Стандарт р 9.316-2006 не только определяет особенности процесса, но и разделяет термодиффузионные цинковые покрытия на классы в зависимости от их толщины. Самые тонкие, толщиной не более 9 мкм, относятся к первому, насчитывающие от 40 до 50 мкм — к последнему, пятому. При желании на металле можно “нарастить” и более толстый слой, но в подобном случае изделие уже будет выходить за рамки ГОСТа.
Этим же стандартом выводится список дефектов, при которых покрытие считается некачественным. На поверхности цинкового слоя не допускается образование

• выпуклостей,
• трещин,
• пустот,
• непокрытых участков,
• инородных частиц,
• пузырей,
• отслоений.

При наличии этих дефектов изделие после термодиффузионного цинкования в Московской области подлежит выбраковке.

Пассивация изделий

Происходит в специально разработанных пассивационных растворах, и сам процесс принадлежит фирме на правах ноу-хау. Работают они исключительно в режиме комнатной температуры, находятся при обработке изделий в герметичных бассейнах, не связанных с системами канализации, и постоянно регенерируются, восстанавливаясь до исходного состояния после каждого контакта с оцинкованными изделиями.

Пассивационные растворы не имеют в своём составе агрессивных или вредных для здоровья обслуживающего персонала компонентов и просты в использовании.

Оборудование для термодиффузионного цинкования

В промышленных масштабах производимое термодиффузионное цинкование оборудование используется механизированное, а сам процесс максимально автоматизирован. Используемые агрегаты:

загрузчик деталей и насыщающего состава;

Достоинства и недостатки

На протяжении применения метода антикоррозионной защиты были выявлены характерные для него черты. Термодиффузионное цинковое покрытие обладает рядом достоинств, среди которых выделяются:

высокая адгезия за счет того, что микронеровности поверхности не исчезают;

На фоне достоинств у метода есть и недостатки:

• в отличие от других методов нанесенное покрытие имеет матовый серый цвет;
• невысокая производительность;
• габариты обрабатываемых изделий ограничиваются размерами объемами оборудования.

Оцинкование деталей различными методами и проведенный сравнительный анализ показал следующие данные.

Источник https://pressadv.ru/metally/termodiffuzionnoe-pokrytie.html

Источник https://titan-spec.ru/raboty/termodiffuzionnoe-pokrytie-metizov.html

Источник https://npfgeoprom.ru/materialy/oborudovanie-dlya-termodiffuzionnogo-cinkovaniya.html