Перейти к содержанию

Пассивация цинковых покрытий | Механизм и технология | Коррозия цинка

Содержание

Пассивация цинковых покрытий | Механизм и технология | Коррозия цинка

Цинк, по своей природе, является реакционноспособным металлом. В условиях повышенной влажности и в химически агрессивных средах цинковые покрытия довольно быстро корродируют. Это наглядно проиллюстрировано на графике ниже (рисунок 1). При коррозии неизбежно портится и внешний вид изделий.

Рисунок 1 — Зависимость скорости коррозии цинковых покрытий от рН среды.

В сухом воздухе цинковые покрытия корродируют с образованием очень тонкий пленки оксида цинка ZnO. В присутствии влаги оксид цинка превращается в гидроксид Zn(OH)2. Данные продукты рыхлые и проницаемые для окружающей среды, поэтому не препятствуют дальнейшему развитию коррозионного процесса, вплоть до коррозии основы (рисунок 2). Ситуация усугубится, если продукты будут выветриваться или смываться с поверхности цинка — тогда скорость коррозии еще больше возрастет.

Рисунок 2 — Белая и красная коррозия на оцинкованных стальных изделиях.

В дальнейшем гидроксид цинка будет реагировать с углекислым газом из воздуха, в результате чего изделия покроются неравномерно серым слоем карбоната цинка. Важным условием для протекания этой реакции является высыхание поверхности цинка. В отличие от своих прекурсоров, карбонат цинка компактен и инертен по отношению к воде, поэтому он способен приостановить коррозию. Но при этом внешний вид изделия, безусловно, испортится. Без карбоната цинка коррозия покрытия активно продолжится. Скорость коррозии цинка определяется временем воздействия коррозионной среды, температурой, наличием активаторов (хлориды и пр.).

Данный механизм коррозии цинка описывается следующими реакциями:

O2 + 2H2O + 4e = 4OH-

Zn — 2е = Zn2+ 2Zn + O2 = 2ZnO Zn + 2H2O = Zn(OH)2 + H2 ZnO + H2O = Zn(OH)2 Zn(OH)2 + CO2 = ZnCO3 + H2O 2ZnO + H2O + CO2 = 2ZnCO3•3Zn(OH)2

Таким образом, несмотря на высокую коррозионную активность металлического цинка, в средах, в которых на нем смогут образоваться инертные и компактные продукты коррозии, он будет устойчив длительное время. Как упоминалось выше, естественным путем на цинке может образовываться карбонат. Однако пассивные пленки можно создать искусственно, при этом управляя их свойствами и цветом. После операции пассивации на поверхности цинка образуется тонкая пленка продуктов, значительно тормозящих коррозионный процесс.

Нитрид титана – TiN.

Нитрид титана TiN – химическое соединение, которое получают при температуре 1200°С путем азотирования титана. Кубическая алмазоподобная структура покрытия обеспечивает ему высокую твердость, низкий коэффициент трения и оптимальную химическую стойкость. Благодаря таким качествам, TiN активно используется для упрочнения режущих инструментов, подшипников и штампов, предотвращает налипание обрабатываемого материала на инструмент.

TiN-Нитрид-титана

Нержавеющая сталь после обработки нитридом титаном приобретает следующие свойства :

  • устойчивость к негативным внешним влияниям;
  • устойчивый к воздействию сильных кислот – серной и соляной;
  • однородность цвета, долговечность;
  • оптимальная отражающая способность;
  • инертность к высоким температурам и агрессивным веществам;
  • повышается твердость и тугоплавкость.

Кроме этого нитрид титана имеет золотой оттенок, что выгодно отличает покрытие от прочих. На сегодняшний день TiN – это самое похожее на золото соединение. Поэтому его часто используют в декоративных целях, когда необходимо добиться максимально натурального золотого цвета.

Если при напылении нитрида титана использовать большое содержания азота – получится медный цвет.

Пассивация цинковых покрытий.

Различают хроматирование, хромИтировнаие, фосфатирование и оксидирование цинка. Чаще всего применяют первые два способа. Фосфатирование имеет узкоспециализированную направленность — под окраску или под пропитку маслом. Оксидирование используют как один из вариантов декоративного чернения цинка. Все эти способы обработки создают на цинке так называемые конверсионные покрытия, которые содержат в себе не только компоненты раствора, но и ионы металла-основы.

Самыми тонкими являются хромитные пленки. Обычно они бесцетные или голубоватые, но могут демонстрировать интерференционные оттенки красного, фиолетового, синего, зеленого, слабо желтого цветов, особенно если смотреть на белом фоне. Далее, в порядке возрастания толщины, идут радужные желтые, коричневые, бронзовые, оливковые и черные тона. Физические изменения в металлической поверхности также влияют на видимый цвет покрытой поверхности.

2.1 Радужная пассивация цинка (хроматирование).

Радужная пассивная пленка является одной из наиболее часто применяемой на цинковых покрытиях (рисунок 3), наряду с бесцветной. Она имеет толщину 0,25-0,5 мкм. Радужная пассивация лучше защищает цинк от коррозии, чем бесцветная. Ее стойкость в камере солевого тумана составляет 200-300 часов. За счет наличия в радужной хроматной пленке водорастворимых соединений шестивалентного хрома она обладает важным свойством «самозалечивания» — при повреждении она способна восстанавливаться.

Радужная хроматка

Рисунок 3 — Пример оцинкованной детали с радужным хроматированием.

Хроматная пленка плотная и защищает цинк от коррозии лучше, чем пленка естественных карбонатов. Соответственно, время до появления первых очагов коррозии увеличивается, потускнение покрытия идет очень медленно и равномерно, без пятен. Также на хроматированной поверхности не остается «пальцев».

Кроме этого, хроматы являются как хорошей основой под окраску, так и обладают самостоятельными декоративными свойствами.

2.1.1 Механизм хроматирования цинка.

Пассивацию цинковых покрытий, нанесенных гальваническим путем, чаще всего ведут в растворах на основе хромовой кислоты или ее солей. Поэтому такую операцию и называют хроматированием. Хроматы могут принимать участие в ряде сложных реакций, в частности в присутствии определенных добавок, давая смешанные соединения.

В растворе хромовой кислоты без посторонних анионов цинк растворяется медленно и конверсионные слои не образуются. Однако, присутствующие в растворе анионы, например сульфаты, каталитически ускоряют коррозию цинка в подкисленном хроматном растворе с образованием конверсионных пленок.

Упрощенно процесс хроматирования можно описать по стадиям:

1. Цинк растворяется (ионизируется) кислотой, выделяющийся водород реагирует с шестивалентным хромом с получением трехвалентного.

2. В слое раствора, прилегающем к покрытию, наблюдается локальное повышение рН и возрастание концентрации инов цинка.

3. Цинк и хром образуют нерастворимые и слаборастворимые соединения, т.е. конверсионную пленку. Побочные продукты реакции поступают в раствор.

Для успешного протекания реакции необходимо, чтобы первично полученный конверсионный слой был проницаем для раствора хроматирования.

Рассмотрим механизм хроматирования подробнее (рисунок 4).

Рисунок 4 — Схематичное изображение механизма хроматирования цинковых покрытий.

• Первые реакции при хроматировании имеют следующий характер:

Zn + 2H+ = Zn2+ + 2H

Cr2O72- + 14H+ + 6e = 2Cr3+ + 7H2O

• Эти реакции способствую повышению рН, в результате чего становятся возможными следующие реакции:

Cr3+ + 3OH- = Cr(OH)3

(в дальнейшем возможна реакция 2Cr(OH)3 + 3H2SO4 = Cr2(SO4)3 + 6H2O, которой объясняется присутствие в покрытии трехвалентного хрома)

Cr2O72- + H2O = 2CrO42- + 2H+

Zn2+ + CrO42- = ZnCrO4 (этим объясняется присутствие цинка в хроматных пленках)

Zn2+ + 2OH- = Zn(OH)2

2Cr(OH)3 + H2CrO4 = Cr(OH)3•Cr(OH)CrO4 + H2O (хромат хрома является основой хроматной пленки)

• Считается также, что конечным продуктом реакции может быть оксид хрома:

Cr2O72- + 8H+ + 6e = Cr2O3 + 4H2O 2Zn + 6H+ + 2Cr2O72- + 2e = 2ZnCrO4 + Cr2O3 + 3H2O

В описанном механизме возможны отклонения, зависящие от состава раствора и кислотности, практически не влияющие на конечные продукты.

Радужная конверсионная пленка обладает выраженными адсорбционными свойствами, поэтому в нее может входить некоторое количество компонентов раствора.

Диапазон рН, наиболее подходящий для ионизации цинка, можно увидеть на рисунке 1. Исходя из графика оптимальным можно считать диапазон 1-4. Чем ниже рН, тем сильнее растворяется цинк и тем выше вероятность того, что раствор также окажет осветляющее действие. Скорость образования конверсионного покрытия также наиболее высока при более низких значениях рН и постепенно уменьшается с увеличением рН.

2.1.2 Структура и состав радужной хроматной пленки на цинке.

Хроматная пленка имеет слоистую структуру. Нижний слой — гидроксид цинка. Выше располагается смесь гидроксидов хрома (III), цинка и их гидроксохроматов. Внешний слой сформирован соединениями шестивалентного хрома.

Свежеосажденные хроматные пленки аморфные, гелеобразные и мягкие, имеют низкую механическую прочность, нуждаются в бережном обращении. При высыхании они сжимаются и затвердевают, становятся трудно смачиваемыми и устойчивыми к воздействию водных растворов. Отверждение покрытия продолжается в течение 24 часов после высыхания.

Точный состав и структуру хроматных пленок установить довольно сложно. В дополнение к этому состав пленки варьируется в зависимости от параметров ванны и самого процесса.

Так, свойства хроматных пленок зависят от:

• Состав, концентрация и кислотность раствора хроматирования;

• Качество самого цинкового покрытия: наличие примесей, структура, степень блеска, шероховатость.

• Время закрепления на воздухе. • Длительность обработки и промывки; • Температура ванны хроматирования и промывки после нее.

Усредненый состав радужных хроматных пленок приведен в таблице ниже:

Компонент%масс.
Хром(VI)7-12
Хром (III)25-30
Сера в виде сульфатов2,0-3,5
Цинк2,0-2,5
Натрий0,2-0,5
Вода15-20
КислородОстальное

Наиболее часто встречающееся отношение трехвалентного хрома в покрытии к шестивалентному равно 28:8.

Соединения трехвалентного хрома в пленке нерастворимы, придают ему твердость, влияют на коррозионную стойкость.

Соединения шестивалентного хрома более растворимы, оказывают определяющее влияние на коррозионную стойкость и эффект самозалечивания. Растворимость хроматов возрастает с повышением температуры внешней жидкой среды. Сухие хроматные пленки растворяются хуже, чем свежеосажденные влажные. Минимальная растворимость пленки наблюдается после хранения изделий в течение 48 часов в теплых сухих помещениях.

При пересушивании или термическом ударе хроматная пленка трескается (в отличие от пленок на основе трехвалентного хрома). Эффект растрескивания проиллюстрирован на рисунке 5. Пересушенная хроматная пленка становится полностью нерастворимой в воде.

Рисунок 5 — Микроизображения хроматной и хромитной пленки на цинке (слева) до и после термическго удара в 200о С. Справа трехмерное микроизображение трещин на хроматной пленке после термоудара.

Растрескиванием, обезвоживанием и уменьшением растворимости хроматов объясняется снижение защитной способности хроматной пассивации при нагреве выше 60о С.

2.1.3 Влияние условий осаждения хроматных пленок на их свойства.

• Пористость.

До сушки хроматные пленки пористы. Чем толще пленка, тем меньше в ней пор. Аналогично, чем выше класс чистоты обрабатываемой поверхности и чем больше блеск цинкового покрытия, тем менее пористы хроматные пленки.

Чем больше температура раствора хроматирования, тем более твердые пленки из него образуются.

• Толщина (масса).

Толщина хроматных пленок зависит от состава раствора, особенно от рН при постоянном содержании сульфатов. Чем ниже рН, тем толще пленки. Интересен эффект одновременного повышения рН и содержания сульфатов. Масса покрытия при том проходит через максимум. Толстые хроматные пленки менее износостойки, при высыхании пленок износостойкость возрастает.

Масса полученного хроматного покрытия и количество растворяющегося цинка в растворе бихромата натрия в зависимости от концентрации серной кислоты (200 г/л) приведены на рисунке 6.

Рисунок 6 — Зависимость массы хроматной пленки (1) и количества растворяющегося цинка (2) в растворе бихромата натрия (200 г/л) в зависимости от концентрации серной кислоты. Время обработки 30 секунд.

На рисунке 7 показано количество растворенного цинка и масса хроматной пленки, в зависимости от рН раствора хроматирования.

Зависимость толщины съема цинка от pH раствора

Рисунок 7 — Зависимость толщины съема цинка (1) при хроматировании и массы хроматной пленки (2) на цинке в зависимости от рН хроматирующего раствора.

На рисунке 8 показано влияние времени погружения деталей на массу хроматной пленки при различных концентрациях серной кислоты в растворе хроматирования.

Рисунок 8 — Влияние времени выдержки деталей в хроматирующем растворе на массу хроматной пленки в зависимости от количества серной кислоты.

При постоянной кислотности раствора и одинаковой концентрации сульфат-ионов толщина хроматных пленок выше, когда раствор содержит в качестве добавки трехвалентный хром. Чем выше содержание трехвалентного хрома (при постоянной концентрации сульфата), тем выше масса получаемого покрытия и тем выше скорость растворения цинка. Это связано с возможным снижением рН раствора в результате образования хромата хрома и выделения серной кислоты по реакции:

Na2Cr2O7 + Cr2(SO4)3 + 3H2O = Na2Cr2O4 + Cr2O3•CrO3 + 3H2SO4

Как уже упоминалось ранее, кислотность раствора вблизи поверхности цинка заметно снижается в процессе образования хроматного покрытия. Хотя это повышение рН является условием для образования защитного покрытия, но это же повышение рН также ингибирует дальнейшее растворение цинка и, следовательно, образование хроматного покрытия. Таким образом, более высокая буферная емкость растворов, содержащих трехвалентный хром, способствует образованию более толстых покрытий.

Правильно составленный раствор хроматирования должен поддерживать содержание трехвалентного и шестивалентного хрома в определенных пределах. Однако изменение рН может нарушить это соотношение и, таким образом привести, к плохому качеству покрытия.

С ростом температуры раствора хроматирования толщина пленок возрастает, как показано на рисунке 9. Сильное же повышение температуры, особенно выше 50о С, значительно снижает их толщину. Считается, что это связано с повышенным образованием в хроматных пленках негидратированных продуктов реакций.

Рисунок 9 — Зависимость массы хроматной пленки от времени выдержки оцинкованных деталей в растворе хроматирования при различных температурах (0-30о С).

Важнейшим фактором цвета при хроматировании является отношение шестивалентного хрома к сульфатам в растворе. Прозрачные и золотисто-желтые покрытия могут быть получены из растворов с низкими суммарными концентрациями.

• Адгезия и пластичность.

Адгезия хроматного покрытия к цинку (если соблюдены параметры техпроцесса) очень высокая, т.к. реакция его образования гетерогенная и оно включает в себя как компоненты раствора, так и компоненты основы. Хроматные пленки в достаточной степени пластичны, а трещины, полученные при их деформации восстанавливаются за счет эффекта самозалечивания.

2.1.4 Окрашивание хроматированных оцинкованных поверхностей.

Хроматные пленки обладают важными свойствами, делающими их пригодными для использования в качестве подложек под окрашивание: • Повышают адгезию красок (уступают в этом отношении фосфатным основам). • Уменьшают расход. Низкая толщина и пористость хроматных пленок приводит к чрезвычайно малому поглощению лаков или других органических материалов. Это дает определенные экономические преимущества перед фосфатными основами. • Хроматные покрытия ингибируют коррозию основного металла и тем самым продлевают долговечность органического покрытия. Хроматное покрытие защищает основной металл от агрессивных веществ, которые могут проникать через поры в органическое покрытие. • Хроматные покрытия предотвращают нежелательные реакции между компонентами лакокрасочного покрытия и металлом подложки.

Из-за своего студенистого и аморфного характера хроматные покрытия не влияют ни на внешний вид, ни на текстуру, а также не вызывают механического загрязнения или меления нанесенного лакокрасочного покрытия. Перед покраской оцинкованные хроматированные изделия можно хранить в течение длительного времени без какой-либо опасности поглощения водяного пара (они гидрофобны), что может привести к растрескиванию или отслаиванию нанесенных лакокрасочных покрытий.

Особенности процесса хроматирования и свойства покрытий

Общей проблемой хроматирования, за исключением использования растворов не содержащих хроматов (вариант С) является проблема очистки сточных вод и экологической безопасности. Кроме того, использование концентрированных растворов может привести к растворению тонких пленок цинкового или кадмиевого покрытия в углубленных местах изделий. Следует также учитывать, что при нагреве свыше 600С защитные свойства хроматных пленок снижается. Общим свойством хроматных пленок является также их низкая стойкость к истиранию и средняя или низкая пластичность.

Преимущества хроматных пленок кроме очевидного увеличения защитных свойств покрытий является способность восстановления небольших повреждений покрытия со временем («самозалечивание» хроматной пленки). Для резьбовых деталей, подвергнутых хроматированию преимуществом является их легкая «свинчиваемость».

Гальванические производства предлагают услуги хроматирования с использованием специальных добавок и составов, позволяющих получить, например, пленки цвета хаки. Детали с такими покрытиями используются в военной технике. Или пленки глубокого черного цвета, которые обладают повышенной коррозионной защитой и позволяют заменять химическое оксидирование металлических поверхностей.

Другие виды хромсодержащей пассивации цинка.

Кроме радужных (желтых), существуют также бесцветные, оливковые и черные хроматные пленки (рисунок 10).

Рисунок 10 — Внешний вид хроматной пленки: бесцветная, черная, радужная, оливковая.

Они отличаются не только внешним видом, но и коррозионной стойкостью.

• Бесцветное хромитирование цинковых покрытий применяется для эксплуатации в мягких условиях, например, в сухих отапливаемых помещениях. Бесцветные пленки обладают наименьшей толщиной и наименьшей коррозионной устойчивостью. Такие пленки хорошо сочетаются с блестящими цинковыми покрытиями.

Оливковое хроматирование используют в случае, когда необходимо обеспечить наибольшую коррозионную устойчивость изделий. Оливковые пленки обладают наибольшей толщиной и наилучшими защитными характеристиками.

Черные хроматные пленки используют в качестве защитно-декоративного покрытия.

Сравнение внешнего вида различных хроматных пленок после коррозии дано на рисунке 11.

Внешний вид оцинкованных пластин с в 3% хлориде натрия

Рисунок 11 — Внешний вид оцинкованных пластин с различными видами пассивации после 7 суток в 3% растворе хлорида натрия.

Область выше красной линии — солевая атмосфера, ниже линии — область солевого раствора 3% хлорида натрия. Время воздействия — 7 суток. Видно, что наименьшее коррозионное воздействие было произведено на радужную и оливковую хроматную пленку пленку. При этом бесцветное хромитирование показало наихудший результат. Черная хроматная пленка показала достойный результат благодаря промасливанию.

В таблице ниже приведена сравнительная характеристика цинковых покрытий с различными видами хроматирования:

Тип хроматированияТолщина пленки, мкмСодержание Cr(VI), мг/м2Стойкость в 5% солевом тумане, часов
Бесцветное0.025-0.0810-3020-80
Желтое (радужное)0.25-0.580-220200-300
Оливковое1.0-1.5300-360400-450
Черное без промасливания0.25-1.080-40020-60

Следует также отметить, что соединения шестивалентного хрома, которые присутствуют в хроматных пленках, весьма токсичны. Поэтому в качестве альтернатив хроматированию цинковых покрытий предлагаются защитные хромИтные пленки на основе относительно безвредного трехвалентного хрома, а также фосфаты. В настоящее время, несмотря на все успехи в развитии хромИтных конверсионных покрытий на цинке, они еще не стали полноценной заменой хроматных. Это связано в первую очередь с отсутствием эффекта «самозалечивания». Из-за этого наиболее уязвимыми частями хромИтированных изделий являются острые кромки, резьбы, щелевые зазоры и т.п.

ХромИтные растворы содержать соль трехвалентного хрома кобальта, никеля, а также фториды и нитраты. В основном хромИтировнаие бесцветно, но сегодня существуют и радужные композиции.

Пассивация фосфатированием.

4.1 Общие сведения и механизм фосфатирования цинка.

Фосфатирование цинковых покрытий заключается в том, что оцинкованная поверхность покрывается кристаллическим или аморфным слоем фосфатов после погружения в фосфорсодержащий раствор. Суть процесса схожа с фосфатированием стали.

Основным компонентом такого раствора обычно являются первичные фосфаты железа, цинка или марганца (далее обозначаются как Me).

Фосфатное покрытие в основном состоит из третичных фосфатов. Его образование обусловлено повышением концентрации катионов Me в прикатодном слое вследствие реакции растворения основы. Результатом этого является повышение рН на катодных участках и превышение предела растворимости фосфатов. На границе металл/раствор химическое равновесие растворенной соли смещается в сторону образования вторичных и третичных солей, нерастворимых в этой среде, которые в конечном счете и формируют осадок.

Т.е. фосфатирование — это топохимическая реакция электрохимической природы, при которой коррозийное растворение металла-основы происходит на микроанодах, тогда как разряд ионов водорода с последующим осаждением нерастворимых фосфатов происходят на микрокатодах. При этом состояние равновесия в объеме раствора не нарушается, так как реакционные участки ограничены поверхностью металла, а образующаяся в ходе реакций фосфорная кислота практически компенсирует потери израсходованной кислоты. Следовательно, концентрация ионов водорода в основной массе раствора изменяется незначительно.

Осаждение вторичных или третичных фосфатов происходит в определенных пределах рН, которые специфичны для основного катиона в растворе и зависят от концентрации этого катиона и Н2PО4- — иона. По мере роста рН фосфаты будут выпадать в осадок в следующем порядке: Fe3+, Zn2+, Mn2+ и Fe2+.

При рабочей температуре происходит образование нерастворимых фосфатов. Ионы водорода нейтрализуются при растворении цинка в фосфорной кислоте:

Zn + 2H+ = Zn2+ + H2

Одновременно может происходить прямая реакция между основным металлом и первичными фосфатами:

Zn + Me(H2PO4)2 = MeHPO4 + ZnHPO4 + H2

Zn + Me(H2PO4)2 = MeZn(HPO4)2 + H2

Первичные фосфаты железа, цинка и марганца легко растворимы, в отличие от вторичных и третичных, за исключением цинка.

Принципы проведения гальванического цинкования

гальваническое цинкование металла холодное цинкование металла Технология цинкования металла

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.

Электрохимическое цинкование

Используя данную технологию обработки мелких изделий, удается получить покрытие, толщина которого не превышает 10 – 15 мкм. Однако такая толщина защитного слоя является недостаточной, чтобы детали можно было использовать для выполнения наружного крепежа.

Разумеется, методика позволяет создавать покрытия большей толщины, но это требует увеличения расхода электрической энергии. Также стоит учитывать, что в отработанных растворах присутствуют комплексоны, которые усложняют процесс переработки растворов.

Технология шерардизации (термодиффузионное цинкование) позволяет создавать однородные защитные покрытия достаточной толщины (25 – 30 мкм), исключая вероятность слипания деталей. Однако данный способ обработки также предполагает повышенные затраты тепловой энергии, необходимой для нагрева оборудования, а также регулярный ремонт рабочих боксов.

Помимо этого относительно низкий уровень применения цинкового порошка не позволяет использовать технологию для обеспечения надежной антикоррозийной защиты элементов крепления.

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.

гальваническое цинкование металла

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.

Цинкование с черным хроматированием

Декоративное чернение стали с высокими антикоррозионными свойствами. Обозначение: Ц [толщина] хр.ч. Наносится на все виды стали (в.т.ч. нержавеющую), чугун, ЦАМ. Микротвердость: от 500 до 1200 МПа. Удельное сопротивление (18°С): 5,75*10 Ом*м.

Достоинства покрытия:

  • Глубокий черный цвет;
  • Защищает сталь от коррозии даже при наличии царапин или сколов покрытия (анодная защита), в отличие от химического оксидирования;
  • Отлично заменяет химическое оксидирование стали в случаях, когда к изделиям предъявляются повышенные требования по коррозионной стойкости.

Недостатки покрытия:

  • Необходимо обязательное промасливание;
  • Низкая стойкость черной хроматной пленки к истиранию;
  • Повышенная хрупкость при температуре выше +250° и ниже -70°С;
  • При гибке, развальцовке черная хроматная пленка может повреждаться.

Возможно Вас так же заинтересуют следующие статьи:

  • Роль руководителя в работе цеха цинкования
  • Алюминирование погружением в расплав
  • Характеристика электролитов цинкования
  • Отходы флюсования в процессе горячего цинкования
  • Металл содержащие мыла

comments powered by HyperComments

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.

Пассивация цинковых покрытий | Механизм и технология | Коррозия цинка Пассивация цинковых покрытий | Механизм и технология | Коррозия цинка Пассивация цинковых покрытий | Механизм и технология | Коррозия цинка Пассивация цинковых покрытий | Механизм и технология | Коррозия цинка Пассивация цинковых покрытий | Механизм и технология | Коррозия цинка Пассивация цинковых покрытий | Механизм и технология | Коррозия цинка

Технология

Процесс нанесения специальных растворов на металл выглядит так: берется обрабатываемое изделие, и погружают его в емкость с расплавленным материалом, основой которого является цинк. Основной принцип горячего цинкования

— это диффузия вещества. При взаимном проникновении двух материалов, образуется метало-цинковый слой, чего мы и добивались, проводя этот процесс. Сам процесс делится на несколько этапов:

  • подвешивание изделия;
  • подготовка изделия;
  • сам процесс оцинковки;
  • сушка изделия и снятие.

Главное в процессе, это правильно подготовить металлическое изделие к процедуре. Для начала его нужно обезжирить, протравить кислотой для очистки от ржавчины и других ненужных веществ, затем ополоснуть и флюсовать, для повышения химической активности изделия, и окончательной очистки.

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.

гальваническое цинкование

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.

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.

Слабокислое или щелочное цинкование.

Очень сложно писать о том, что не понимаешь толком ))))

И так, у нас вводные:

ванны по 1500*600*900 (примерно одинаковые)

у двух производителей 10 и 12 ванн соответственно: обезжир-промывка-травление-промывка-цинкование-промывка-хроматирование-промывка-сушка. смысл допп ванн согласовывали, но сейчас прям не помню. В линии с 12ю ваннами доп одна под цинкование, что бы вторую обслуживать.

в состав ванн у одних входят металлоконструкции, вторые честно говорят, что делайте сами, смысла нет продавать металл за 3-4 цены, это про простой тельфер.

Если делать автооператора, то стоимость у одних сразу подскакивает на 8млн рублей за 2х штук, автоматизация на уровне СТМ контроллера и какого то писателя на С++, почему не на ПЛК не понятно, но посмеявшись я отказался, уж автооператоров мы сделаем сами и со своими алгоритмами. Кстати на СТМ у обоих производителей.

Одни обещают слабокислое цинкование и обещают нужный блеск (образцы как раз со слабокислого). При этом нужны добавки дорогие, при этом до 60% воды можно при помощи очистных возвращать в процесс обратно. Корректировка процесса обещают раз в неделю при наших обьемах. Есть простые тесты прямо на месте, как определить качество раствора. Но экологичность данного процесса, как уверяют другие, низкая даже с учетом очистных.

Вторые предлагают щелочное, что называют по сути мылом, но процесс более требователен к раствору (на сколько я понял) и требует более частой корректировки. При этом можно вернуть меньше воды в процесс, но очистка более простая, то есть «экологичнее».

В обоих случаях очистные идут отдельно и за не малые деньги, но так как мы за экологию, брать будем обязательно. Основной вопрос был, на сколько одни очистные подходят к обоим процессам. На выходе у обоих соленая вода (на сколько я понял) и шлам который попадает под 4класс утилизации.

Сами ванны делаются примерно по одному и тому же тех процессу: пластик-ЧПУ- склейка (склейка разная бывает, но в среднем одна и та же фигня) переливка в ваннах, фильтра, барботер, и прочие няшки для гальваники.

Одни предлагают вентиляцию в составе, вторые за доп деньги. Отличия по основному процессу минимальны, цена отличается значительно…

Примерно так все.

Вот и вопрос, могут ли парни которые предлагают щелочной процесс сделать нормальные очистные для слабокислого? Или это мало от них зависит? и смогут ли, те кто в основном на щелочном запустить нормально процесс слабокислого и обьяснить как это делается без них. Понятно, что нужны генераторы цинка. Источники тока у обоих российские.

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.

цинкование гальваническое технология

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

Этапы гальванического цинкования

На производстве гальваническое цинкование состоит из нескольких технологических процессов, каждый из которых завершается промывкой водой в проточной ванне или щеточно-моечным способом.

Сначала изделия тщательно очищаются от ржавчины, окалины, технологической смазки, остатков охлаждающей жидкости или краски и обезжириваются в щелочных растворах. Затем происходит обезжиривание электролитическое.

линия гальванического цинкования

После него протравливаются в водном растворе соляной кислоты, при котором поверхность окончательно очищается без нарушения поверхностного слоя и происходит ее декапирование – активация перед нанесением цинкового покрытия. Только потом производится собственно цинкование.

После него, при необходимости, изделия осветляются и очищаются от окисной пленки в водном растворе азотной кислоты, затем фосфатирование, пассивация и сушка.

При цинковании различных изделий могут выполняться дополнительные операции. Например, полосу перед цинкованием разматывают, сваривают концы, правят, а после него промасливают и сматывают.

Оборудование гальванического цинкования

Гальваническая линия — это определенная последовательность промывочных и технологических ванн, в которых создаются одно- или многослойное цинковое покрытие с требуемыми функциональными свойствами.

В соответствии с объемами производства используется оборудование с различной степенью механизации. На крупных предприятиях устанавливаются механизированные линии с автоматическим управлением. Существуют линии с частичным или полным ручным управлением, а также мини-линии.

оборудование гальванического цинкования

Линия гальванического цинкования состоит не только из ванн. В нее входят транспортные системы различной конструкции, обязательно оборудование для очистки сточных вод, вспомогательное оборудование, к которому относятся приспособления для цинкования, ТЭНы, теплообменники, катодные и анодные штанги.

В дополнительное оборудование входят системы вентиляции, сушильные камеры и шкафы, холодильное оборудование, фильтровальные установки, оборудование получения демиводы, насосы.

Электролиты для цинкования

Для гальванического цинкования в зависимости от назначения изделия применяют электролиты, которые делятся на две основные группы.

Электролиты, в которых цинк находится в виде простых гидратированных ионов, называют простыми кислыми. Это борфтористоводородные, сульфатные и хлоридные растворы.

Сложные комплексные кислые и щелочные электролиты содержат цинк в комплексных ионах с положительным и отрицательным зарядом. Это аммиакатные, пирофосфатные, цианидные и другие растворы.

От того, какой электролит применяется, зависит в первую очередь скорость осаждения, а затем качество осадков цинка на изделии (катоде).

Из комплексных электролитов цинк оседает на катоде при высоком рассеивании ионов. При увеличении плотности тока выход металла снижается и увеличивается выход водорода.

Поэтому цинкование в сложных электролитах производится при малой плотности тока, а покрытие получается очень качественное, мелкозернистое и равномерное.

В слабокислых простых электролитах гальваническое цинкование, в домашних условиях в том числе, проходит при большой плотности тока, с большей, чем при использовании сложных растворов, скоростью. Внешний вид изделий получается хороший, но покрытие не очень качественное и подходит только для изделий достаточно простой формы.

Высокоскоростное матовое цинкование

под покраску или фосфатирование

  • Процесс может применяться как в обычных линиях, так и в высокоскоростных установках подвесочного типа для нанесения матовых цинковых покрытий
  • Покрытия представляют собой идеальный подслой для последующего нанесения лакокрасочных покрытий

: порошковых, катафорезных и др.

, что дает возможность получить толщину
25 мкм
примерно за
25 мин

могут успешно конкурировать с более толстыми покрытиями, полученными горячим способом

Ориентировочный расход: а) 1 л добавки «ЦИНКАТ

» на 16000–26500 А∙ч;

б) обычно с 1 л основной добавки расходуется около 150–500 мл «Очистителя

См. также другие процессы цинкования от

Гальваника – вместо горячего цинкования

Электролитические цинковые покрытия незаслуженно мало используются для защиты стальных изделий в особо жестких условиях эксплуатации

. Даже специалисты упускают из вида тот факт, что при толщине

25 мкм
цинковые гальванопокрытия по своей защитной способности сопоставимы с более толстыми, но крайне неоднородными по структуре, составу и толщине (типичный разброс от 30 до 100 мкм) покрытиями, получаемыми способом горячего цинкования.

На графике представлены результаты коррозионных испытаний в одних и тех же условиях гальванопокрытий и “горячей оцинковки”. Как можно видеть, обусловленная коррозией потеря массы цинка с течением времени у “горячих” покрытий существенно выше, чем у электролитических. Высокая защитная способность последних объясняется тем, что они являются более чистыми в химическом отношении и однородными по фазовому составу, обладают более мелкозернистой и плотной структурой – всё это в значительной степени тормозит коррозионные процессы.

В то же время, гальванические цехи, в которых рутинной работой является нанесение относительно толстых (18 мкм и выше) цинковых покрытий, очень большая редкость. Главные причины: а) толстые покрытия из-за роста внутренних напряжений склонны к растрескиванию; б) производительность процесса низкая – на цинкование уходит много времени; в) при цинковании сложнопрофилированных изделий из-за низкой рассеивающей способности электролита покрытие слишком неравномерно по толщине.

Однако все эти проблемы снимаются, если использовать техпроцесс «ЦИНКАТ». Состав электролита простой: 20 г/л ZnO, 135 г/л NaOH и 4 мл/л добавки «ЦИНКАТ». Техпроцесс специально разработан для высокопроизводительного матового цинкования в подвесочных линиях. Так, при плотности тока 8–10 А/дм2 за 25 мин осаждается цинк толщиной 25 мкм. Электролит характеризуется отличной рассеивающей способностью. Специальные ингредиенты в составе добавки обеспечивают высокую пластичность покрытий, что исключает их “пузырение” и растрескивание даже при толщине 35 мкм и выше. На заключительном этапе покрытия можно пассивировать или фосфатировать стандартным образом. В случае если оцинкованные изделия красят, то осаждаемые в цинкатных электролитах гальванопокрытия служат идеальным подслоем для лакокрасочных покрытий (в том числе порошковых). Благодаря столбчатой структуре осадков их поверхность характеризуется развитым микрорельефом, что существенно усиливает адгезию ЛКП.

В России есть примеры, когда вместо “горячей оцинковки” успешно применяют гальванопокрытия, осаждённые на сталь из цинкатного электролита с добавкой «ЦИНКАТ». Речь идет о цинковании элементов стальных ограждений с последующей окраской (сдвоенная система защиты). Как показали многолетние наблюдения, гальванопокрытия отлично защищают установленные на улице стальные конструкции от коррозии, ни в чём не уступая “горячей оцинковке”.

Таким образом, для нанесения защитных цинковых покрытий на стальные изделия, эксплуатирующиеся в особо жестких условиях

, при необходимости вместо горячего цинкования может успешно использоваться более доступное гальваническое цинкование.

Гальваническое цинкование

Технологический процесс непосредственно цинкования происходит в ванне с электролитом. В нее опускаются изделия из черного металла, к которым через специальные электроды подводится электрический ток (катод), и чистый цинк в виде шаров или пластин, уложенных в специальные сетчатые секции (анод).

В процессе электрохимической реакции под воздействием электрического тока плотностью от 1 до 5 А/дм цинк растворяется в электролите, затем его ионы оседают на катоде, образуя гальваническое покрытие толщиной 4-25 мкм.

Именно с использованием такой технологии получают крепежные изделия (болты и гайки) с равномерным и блестящим покрытием.

БЛЕСТЯЩЕЕ ЦИНКОВАНИЕ

Высокие антикоррозионные свойства покрытия!
Зеркальный блеск получаемых цинковых покрытий!
Простота нанесения и низкая себестоимость покрытия!

Пассивация цинковых покрытий | Механизм и технология | Коррозия цинка
Комплект «Блестящий ЦИНК» используется для нанесения блестящих цинковых покрытий на сталь, нерж. сталь (после активации), чугун, медь, бронзу, медно-свинцовые сплавы (после нанесения покрытия «первичная медь») и на некоторые др.
Простота нанесения, низкая себестоимость, высокий блеск, отличная коррозийная стойкость, обеспечивают широкое применение данному виду покрытия в противокоррозионной защите. Это объясняется также, рядом уникальных свойств этого металла. Цинковое покрытие, являясь анодным по отношению к стали, защищает металл не только за счет его изоляции от окружающей среды, но и электрохимически, в качестве протектора.

При попадании в агрессивную среду цинк начинает корродировать до того, как на стальной поверхности начинается процесс окисления, тем самым как бы жертвуя себя в пользу стали. Поэтому даже повреждение покрытия при эксплуатации изделий, длительное время не приводит к коррозии основы. А за счет большого содержания железа, входящего в состав стали, между цинком и сталью формируется металлургическая связь, которая придает цинковому покрытию исключительное сцепление со стальной поверхностью.

После проведения процесса блестящего цинкования, полученное покрытие обладает высокой степенью блеска и после проведения химической пассивации может использоваться как конечное покрытие.

Гальванически осажденный цинк даже не подверженный пассивации, формирует на своей поверхности защитную оксидную пленку, тем самым придавая покрытию дополнительные защитные свойства.

Применение

Комплект используется для нанесения блестящего цинкового покрытия или как основа перед окрашиванием цинкового покрытия в различные цвета методом химической пассивации

Образец покрытия

Пассивация цинковых покрытий | Механизм и технология | Коррозия цинка

Сопутствующие комплекты

  • Состав «БЕСЦВЕТНАЯ ПАССИВАЦИЯ ЦИНКА»
  • Состав «ОЛИВКОВАЯ ПАССИВАЦИЯ ЦИНКА»
  • Состав «РАДУЖНАЯ ПАССИВАЦИЯ ЦИНКА»
  • Состав «ЧЕРНАЯ ПАССИВАЦИЯ ЦИНКА»

Нужно приобрести

  • Источник тока (выпрямитель)
  • Дистиллированная вода
Пробный комплект (на 5 литров электролита)
  • Ёмкость с крышкой (⌀ 230*350мм)
  • Цинковый анод м.Ц0 (98*200*2 мм)
  • Чехол для анода из полипроп. ткани
  • Реагент ЦИНКОВАЯ СОЛЬ (1.6 кг)
  • Реагент БЛЕСКООБР Д-КА (125 мл)
  • Реагент ВЫРАВНИВ Д-КА (125 мл)
  • Реагент ЦИНКАТ-А (125 мл)
  • Мини-компрессор для перемеш. эл-та
  • Контакт. медная шина (12*350 мм)
  • ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ИНСТРУКЦИЯ
  • БЕСПЛАТНАЯ ТЕХ. ПОДДЕРЖКА
Стоимость 5000 Р

Добавить в корзину Добавлено в корзину

Малый комплект (на 15 литров электролита)
  • Резервуар из ПП (470*310*250 мм)
  • Цинковый анод м.Ц0 (200*300*2 мм)
  • Чехол для анода из полипроп. ткани
  • Реагент ЦИНКОВАЯ СОЛЬ (4.8 кг)
  • Реагент БЛЕСКООБР. Д-КА (375 мл)
  • Реагент ВЫРАВНИВ. Д-КА (375 мл)
  • Реагент ЦИНКАТ-А (375 мл)
  • Мини-компрессор для перемеш. эл-та
  • Контактн. медная шина (12*350 мм)
  • ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ИНСТРУКЦИЯ
  • БЕСПЛАТНАЯ ТЕХ. ПОДДЕРЖКА
Стоимость 9500 Р

Добавить в корзину Добавлено в корзину

Средний комплект (на 30 литров электролита)
  • Резервуар из ПП (510*350*330 мм)
  • 2 цинковых анода м.Ц0 (200*300*2 мм)
  • 2 чехла для анода из полипроп. ткани
  • Реагент ЦИНКОВАЯ СОЛЬ (9.6 кг)
  • Реагент БЛЕСКООБР. Д-КА (750 мл)
  • Реагент ВЫРАВНИВ. Д-КА (750 мл)
  • Реагент ЦИНКАТ-А (750 мл)
  • Мини-компрессор для перемеш. эл-та
  • 2 контакт. медные шины (12*350 мм)
  • Комплект резиновых перчаток
  • ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ИНСТРУКЦИЯ
  • БЕСПЛАТНАЯ ТЕХ. ПОДДЕРЖКА
Стоимость 14700 Р

Добавить в корзину Добавлено в корзину

Большой комплект (на 50 литров электролита)
  • Резервуар из ПП (680*470*370 мм)
  • 4 цинковых анода м.Ц0 (200*300*2 мм)
  • 4 чехла для анода из полипроп. ткани
  • Реагент ЦИНКОВАЯ СОЛЬ (16 кг)
  • Реагент БЛЕСКООБР. Д-КА (1250 мл)
  • Реагент ВЫРАВНИВ. Д-КА (1250 мл)
  • Реагент ЦИНКАТ-А (1250 мл)
  • Мини-компрессор для перемеш. эл-та
  • 2 контакт. медные шины (12*500 мм)
  • Комплект резиновых перчаток
  • ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ИНСТРУКЦИЯ
  • БЕСПЛАТНАЯ ТЕХ. ПОДДЕРЖКА
Стоимость 21900 Р

Добавить в корзину Добавлено в корзину
Для приготовления электролита, используются хим. реактивы качества ЧДА и выше, не требующие длительной проработки электролита. В каждый комплект для нанесения металлопокрытия входит подробная инструкция по проведению процесса. Все хим. реактивы, входящие в состав комплекта, были предварительно взвешены и расфасованы в необходимых пропорциях. Все, что Вам необходимо сделать для приготовления рабочего раствора электролита это растворить их в определенной последовательности, согласно инструкции, в дистиллированной или де-минерализованной воде.

Для проведения процесса блестящего цинкования используются растворимые цинковые аноды, марки Ц0 или Ц1 (ГОСТ 1180-91). Для предотвращения попадания анодного шлама в ванну с электролитом, на анод, перед опусканием в ванну, необходимо надеть защитный анодный чехол из полипропиленовой или хлориновой ткани (входит в комплект). Чтобы, во время проведения процесса, анодный шлам не переливался и не попадал через верхний край чехла в ванну с электролитом, анодный чехол должен быть на 20-30 мм выше зеркала электролита. Чехол, перед использованием и надеванием его на анод, рекомендуется выдержать в течении нескольких минут в 5% серной кислоте, затем промыть, сначала обычной водопроводной, затем де-ионизированной водой. Анод, перед надеванием на него защитного чехла и опусканием в ванну c электролитом, нужно подготовить, удалив с его поверхности верхний окисный слой. Для этого, анод необходимо обезжирить и затем протравить в 10% азотной кислоте, или провести крацевание анода, зачистив его поверхность щеткой с металлической щетиной.

При проведении процесса блестящего цинкования анод должен быть таким же по размеру или чуть больше катода (поверхности деталей), в пределах от 1:1 до 1:2. Анод рекомендуется подвешиваться в ванне с электролитом таким образом, чтобы верхняя часть анода, с закрепленными по краям контактными медными полосками или проволокой, была выше уровня электролита, при этом нижние края детали должны быть на уровне или чуть ниже нижней кромки анода, иначе эти части детали будут получать ток от относительно большей поверхности анода и покрытие в этих местах будет подгорать. Расстояние между анодом и катодом (деталью) должно быть в пределах 12-20 см (чем сложнее форма поверхности, тем дальше необходимо располагать анод). Если используются несколько анодов, то расстояние (зазор) между подвешенными на одной штанге анодами, не должно превышать половину расстояния между анодом и покрываемой поверхностью детали. После проведения процесса блестящего цинкования, следует вытаскивать цинковые аноды из ванны с электролитом и хранить их в емкости с дистиллированной, или де-ионизированной водой.

Анод рекомендуется подвешивать в емкости с электролитом таким образом, чтобы верхняя часть анода, с закрепленными по краям контактными медными полосками или проволокой, была выше уровня электролита. Деталь должна подвешиваться в емкости с электролитом таким образом, чтобы ее нижние края были на уровне или чуть ниже нижней кромки анода (иначе эти части детали будут получать избыточный ток и покрытие в этих местах будет “подгорать”). Расстояние между анодом и катодом (деталью) должно быть в пределах 12-20 см (чем сложнее форма детали, тем дальше рекомендуется располагать анод). Если используются несколько анодов, то расстояние (зазор) между подвешенными на одной штанге анодами, не должно превышать половину расстояния между анодом и покрываемой поверхностью детали.

РЕЖИМЫ ОСАЖДЕНИЯ МЕТАЛЛОПОКРЫТИЯ:

Рабочая температура электролита 18-32°С. Катодная плотность тока 0,8-5.0 А/дм2. рН – не корректируется.

ОБЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ:

Скорость осаждения цинкового покрытия при плотности тока 1.5 А/дм2 – 28-30 мкм в час. Скорость осаждения цинкового покрытия при плотности тока 2.5 А/дм2 – 45-48 мкм в час. Анод должен быть помещен в чехол из химически стойкой полипропиленовой ткани и по площади должен быть на 25-30% больше площади поверхности покрываемой детали, соотношение анода к катоду 1:1,3. В процессе блестящего цинкования металл “забирается” из раствора электролита, а баланс ионов и унос металла в электролите компенсируется за счет постепенного растворения цинкового анода. Используя малый 15-ти литровый комплект и цинковый анод (180 х 250 х 2 мм), можно нанести покрытие на площадь около 32-33 м2 толщиной 5 микрон. После проведения процесса, во избежание растворения цинкового анода, вытаскивайте его из электролита и храните в емкости с дистиллированной или де-минерализованной водой. Для получения высокого качества покрытия и повышения срока службы электролита, периодически профильтровывайте электролит.

Стоимость комплектов

КБН-05Комплект «Блестящий ЦИНК» на 5 литров5000 РДобавлено в корзину
КБН-15Комплект «Блестящий ЦИНК» на 15 литров9500 РДобавлено в корзину
КБН-30Комплект «Блестящий ЦИНК» на 30 литров14700 РДобавлено в корзину
КБН-50Комплект «Блестящий ЦИНК» на 50 литров21900 РДобавлено в корзину

Стоимость отдельных хим. реактивов, аксессуаров

КБН-01Кристаллическая цинковая соль (500 г)500 РДобавлено в корзину
КБН-02Блескообразующая добавка (300 г)900 РДобавлено в корзину
КБН-03Выравнивающая добавка (350 г)700 РДобавлено в корзину
КБН-04Реактив «Цинкат-А» (200 мл)800 РДобавлено в корзину
КБН-05Цинковый анод, марка Ц0(200 х 300 х 2 мм)0,85 кг800 РДобавлено в корзину

Стандартная ‘мягкая’ или ‘жесткая’ упаковка. Отправка заказа в течение 4-8 рабочих дней наземным или воздушным транспортом. Некоторые реактивы требуют специальной упаковки (из-за реакционной способности или боятся холода). Отправка заказа в течение 5-10 дней наземным или воздушным транспортом Реактивы требуют специальной упаковки (из-за реакционной способности или боятся холода). Отправка заказа в течение 8-14 рабочих дней только наземным транспортом.

Автоматизированная линия для гальванического цинкования

Современная линия гальванического цинкования – это полностью автоматизированная линия, на которой осуществляются все этапы нанесения покрытия, включая сварку и качественное обезжиривание изделий разного назначения и конфигурации.

Автоматическая линия в общем случае состоит из комплекта технологических гальванических ванн, модульных выпрямителей, стенда загрузки/разгрузки, транспортного оборудования, оборудования для вытяжной вентиляции, подвода воды и отвода канализационных стоков, металлокаркаса с трапом обслуживания.

современная линия гальванического цинкования

Гальванические ванны могут изготавливаться из нержавеющей стали, стали, футерованной полимерными материалами или резиной. Современные ванны, сваренные из листовых полимеров, все больше вытесняют металлические емкости. Выбор материала ванн зависит от состава и концентрации электролита и рабочей температуры.

Коммуникации систем водоснабжения и канализации, и в большинстве случаев вентиляции располагаются под ваннами и также изготавливаются из полипропилена.

Размеры линии определяются ее производительностью и габаритами гальванических ванн.

Гальваническое цинкование происходит с образованием сточных вод с высокой концентрацией ионов тяжелых металлов. Поэтому их отстаивают, фильтруют, нейтрализуют, используют химическое осаждение, сорбцию и другие процессы в емкостях из инженерных полимеров.

Виды цинкования металла

Виды цинкования металла

Одним из самых значимых недостатков металлоконструкций, изделий из железа, стали и их производных — является склонность к коррозии. Взаимодействуя с кислородом, незащищённая поверхность чёрных металлов окисляется, образуя рыхлый слой, называемый ржавчиной. Последняя является ничем иным, как оксидом, сквозь который (из-за пористой структуры) кислород снова и снова проникает к железу, разрушает его, ослабляя тем самым изделие или конструкцию. Чтобы минимизировать этот недостаток, применяется цинкование.

Определение и общие принципы цинкования

Цинкование — это технологический процесс обработки деталей или конструкций из металла, нацеленный на защиту от воздействия коррозии. Существует несколько способов оцинковки, которые рассмотрены ниже. Однако вне зависимости от применяемого метода, принцип защиты металла от ржавления остаётся одним и тем же.

Суть цинкования при любой технологии его реализации сводится к следующему. Тем или иным методом на подготовленную поверхность изделия или конструкции наносится слой цинка. В зависимости от применённой методики защитный слой либо только укрывает поверхность основного материала, либо дополнительно соединяется с ним за счёт диффузного взаимодействия. Цель и результат, в принципе, всегда одни и те же — на поверхности уязвимого к коррозии металла образуется слой цинка определённой толщины.

Благодаря свойствам цинка при контакте с атмосферным кислородом на его поверхности моментально образуется оксидная плёнка. В отличие от оксида железа, она имеет высокую плотность и прочность, за счёт чего она: во-первых, не пропускает к металлу атмосферный кислород; во-вторых, не разрушается от малейшего механического воздействия.

Таким образом — оцинкованный металл оказывается в прочной воздухонепроницаемой оболочке, которая защищает его от разрушающей коррозии.

Более того, если в результате механического воздействия оксидная плёнка повреждается, оголённый цинк тут же взаимодействует с атмосферным кислородом, образуя новый защитный слой. Благодаря этому свойству оцинковку называют самовосстанавливающейся защитой металла от коррозии.

Даже если цинковое покрытие повредить до самого железа, его ржавление будет происходить не так интенсивно, как в случае с незащищённым металлом. Всё потому, что цинк с железом в повреждённом месте образует так называемую гальваническую пару, в которой именно цинк является более активным металлом. То есть, он вступает в реакцию коррозии первым, тогда как менее активное железо ржавеет и разрушается не так активно.

Методы цинкования металла

Перед описанием распространённых в современной промышленности технологий цинкования предлагаем рассмотреть общие различия между ними. Это важно, поскольку выбранный метод существенно влияет в той или иной степени на получаемый результат. На практике это означает, что в зависимости от сферы эксплуатации металлических изделий и конструкций экономически выгодно применять далеко не все технологии оцинковки.

В целом, методы цинкования отличаются между собой следующими свойствами:

  1. Толщина защитного покрытия — если для габаритных металлоконструкций чем большим будет слой защиты, тем лучше, то для высокоточных мелких деталей необходимо применять цинкование, при котором можно выбирать и контролировать толщину антикоррозионного покрытия. Реализовать это позволяет далеко не всякая технология.
  2. Равномерность толщины оцинковки — опять же, чем мельче и точнее металлическая деталь, тем выше требования к наносимому на неё защитному покрытию. Например, опоре ЛЭП всё равно, насколько равномерно она будет укрыта цинком, тогда как для деталей, имеющих прецизионные отверстия, резьбу, фаски и прочее — равномерность слоя цинка крайне важна.
  3. Прочность удержания защитного покрытия на металле — сильно зависит от того, каким методом было выполнено цинкование. Например, при рассмотренном далее горячем и термодиффузионном цинковании цинк не только покрывает поверхность изделия, но также соединяется с ним на молекулярном уровне, что существенно повышает прочность удержания защиты на металле.
  4. Внешний вид оцинкованной детали — в зависимости от применяемой технологии поверхностный слой оксида цинка может быть матовым, глянцевым, а также отличаться оттенками от тёмно-серого до голубоватого.
  5. Стойкость к механическим повреждениям — чем она выше, тем дольше продержится защита на изделиях, подвергающихся тем или иным физическим нагрузкам.
  6. Способность к самовосстановлению — по большей части зависит от толщины нанесённого на металл цинка и характера эксплуатации конструкции или изделия.
  7. Коррозионная устойчивость — является общим свойством обработанного изделия, которое складывается из совокупности нескольких факторов. В том числе, устойчивость оцинкованной детали к коррозии зависит от толщины цинкового слоя, его равномерности, прочности удержания, а также от стойкости к механическим повреждениям и способности к самовосстановлению.

В зависимости от применяемой технологии цинкования меняются эти свойства, а также сложность технологического процесса, доступные объёмы и скорость обработки, себестоимость процесса и, в конце концов, его целесообразность. По сути, всё рассмотренное и перечисленное выше — является наглядными критериями сравнения методов цинкования.

В современной промышленности наибольшей распространённостью отличаются следующие пять технологий цинкования:

  1. Горячее — выполняется посредством погружения обрабатываемых изделий в расплавленный цинк.
  2. Холодное — осуществляется по абсолютной аналогии с обычным окрашиванием вручную или при помощи напыления.
  3. Гальваническое — реализуется путём погружения обрабатываемых деталей в цинкосодержащий электролит, через который пропускается электрический ток.
  4. Термодиффузионное — слой защитного покрытия формируется при помещении обрабатываемой детали в среду, насыщенную порошкообразным цинком.
  5. Газотермическое — на обрабатываемую деталь направляется газовая горелка и в пятно наибольшего нагрева подаётся цинковая проволока или цинковый порошок.

Теперь рассмотрим эти методы цинкования более детально. В частности, «заглянем» внутрь технологического процесса, сравним по вышеописанным свойствам, приведём преимущества, особенности и недостатки.

Горячее цинкование

Горячее цинкование — это технологический процесс нанесения защитного цинкового слоя на металл путём непосредственного погружения в расплавленный цинк. Поскольку именно данный метод является наиболее распространённым и востребованным в современной промышленности, эта технология рассмотрена наиболее детально. Своей популярностью способ обязан внушительному списку преимуществ, которыми обладают оцинкованные изделия.

Полноценный процесс горячего цинкования включает в себя следующие технологичные этапы:

  1. Отгрузка требующих обработки изделий в зону навески. Поскольку рассматриваемый метод один из немногих, который позволяет оцинковывать сравнительно крупногабаритные детали, то отгрузка, как правило, осуществляется при помощи специальных мостовых кранов.
  2. Навеска металлоконструкций. Для последующей обработки доставленные на производство детали навешиваются на подвижные траверсы. Металлоконструкции распределяются и фиксируются таким образом, чтобы вся секция могла поместиться в технологические ёмкости на дальнейших этапах. Также важно навесить изделия так, чтобы они могли контактировать с жидкостями, в которые они будут погружаться, всей поверхностью, не мешая друг другу.
  3. Предварительная обработка металлоконструкций. Перед цинкованием горячим методом изделия из стали подвергаются обязательной многоэтапной подготовке. Она заключается в попеременном погружение траверсы с вывешенными деталями в ванны с технологическими жидкостями. В том числе, в этих ваннах проводится обезжиривание, очистка, травление (за счёт чего обеспечивается проникновение цинка в кристаллическую решётку металла), удаление следов кислоты, покрытие защитным флюсом. Также на данном этапе выполняется предварительный подогрев металла перед погружением в расплавленный цинк, что позволяет избежать деформации изделий из-за резкого перепада температур.
  4. Сушка и предварительный разогрев. Осуществляется в специальной многоступенчатой печи, в которую подаётся разогретый и очищенный воздух. В результате перед оцинковкой с металлоконструкций испаряются следы предварительной подготовки в ваннах с жидкостями, а также происходит их дополнительный прогрев.
  5. Цинкование. Основной технологический этап процесса горячего цинкования металла. Выполняется путём транспортировки траверсы с подготовленными металлическими изделиями в закрытую со всех сторон печь, в которой расположена ванна с расплавленным цинком. Его температура поддерживается на постоянном уровне в районе +450°C при помощи высокоскоростных газовых горелок. Герметичность печи нужна по двум причинам.

Во-первых, это необходимо для обеспечения безопасности людей, которые работают на производстве. Во-вторых, в процессе цинкования выделяются разогретые до высокой температуры газы, которые нуждаются в очистке перед выбросом в атмосферу. Кроме того, тепловая энергия этих газов используется вторично для подогрева технологических жидкостей на этапе предварительной подготовки металлических изделий.

  1. Снятие, сортировка и отгрузка оцинкованных металлоконструкций. По завершению процесса цинкования в ванне с расплавленным цинком траверса с вывешенными изделиями автоматически направляется в зону для их снятия и сортировки, после чего выполняется погрузка металлоконструкций на транспорт для отправки заказчику.

Несмотря на кажущуюся сложность описанного процесса, метод горячего цинкования является одним из самых простых и экономически выгодных. Кроме того, благодаря внедрению тех или иных технологических этапов возможно получать в итоге антикоррозионную защиту с многочисленными преимуществами по сравнению с другими методами цинкования.

Преимущества горячего цинкования (с учётом мощностей нашего предприятия):

  • сравнительно невысокая стоимость реализации технологического процесса;
  • высокая производительность автоматизированных линий (до 30 000 тонн в год);
  • возможность цинкования тяжёлых и крупногабаритных металлоконструкций (до 6 тонн и 13×2×3,1 м);
  • толщина защитного покрытия 40-200 мкм. Для крупногабаритных изделий толщина может составлять более 200 мкм;
  • высокая прочность удержания защитного покрытия на металле за счёт проникновения цинка в кристаллическую решётку железа;
  • высокая стойкость к механическим повреждениям;
  • отличная способность защитного покрытия к самовосстановлению;
  • высокая коррозионная устойчивость.

Недостатки:

  • невозможно наносить слой цинкового покрытия тоньше 45 мкм;
  • неравномерность защитного покрытия;
  • непрезентабельный внешний вид обработанных деталей — тёмно-серый, матовый.

Исходя из перечисленных преимуществ и недостатков можно сделать следующие выводы.

Горячее цинкование является идеальной технологией для антикоррозионной обработки крупных и средних по размеру металлоконструкций, которые нуждаются в максимальной защите от коррозии, но не имеют высокоточных поверхностей, отверстий, резьбы, фасок и других прецизионных технологических решений. После ознакомления с этапами технологии также должно быть понятно, что горячим цинкованием невозможно обработать неподвижные стационарные металлоконструкции. То есть, те, которые нельзя доставить на производство.

Холодное цинкование

Холодное цинкование — это самый простой, дешёвый и универсальный способ защитной обработки металлоконструкций. Заключается в том, что предварительно подготовленный металл окрашивается по аналогии с применением обычных полимерных красок. Единственная разница — в наносимом составе содержится определённая концентрация цинкового порошка, который после застывания основы образует защитный слой, действующий описанным выше образом. То есть, на поверхности конструкции образуется оксид цинка, который препятствует контактированию атмосферного кислорода с металлом.

Преимущества холодного цинкования:

  • дешевизна;
  • простота технологического процесса;
  • возможность обработки металлических изделий и конструкций любой формы и размеров;
  • обрабатываемые детали не нужно демонтировать и транспортировать на предприятие для цинкования;
  • при необходимости может быть нанесён слой цинкосодержащего состава любой толщины;
  • внешний вид металлоконструкции можно задать финишной обычной краской, тогда как подложкой для неё будет служить цинкосодержащий грунт.

Недостатки:

  • неконтролируемая равномерность толщины защитного покрытия;
  • невысокая прочность удержания защитного покрытия на металле;
  • слабая стойкость к повреждениям.

Исходя из перечисленных преимуществ и недостатков можно сделать несколько выводов о холодном цинковании. Во-первых, эта технология хороша тем, что её можно реализовать буквально в полевых условиях. Во-вторых, форма, вес и габариты обрабатываемых металлоконструкций не могут стать помехой для цинкования. С другой стороны, способ абсолютно не подходит для тех случаев, когда требуется долговечное и высокопрочное защитное антикоррозионное покрытие. Также он не годится для обработки мелких прецизионных деталей.

Гальваническое цинкование

Гальваническое цинкование (также называется электролитическим) — это электрохимический метод антикоррозионной обработки металлических деталей. По факту является самым распространённым, хотя и не наилучшим. Распространённость гальванического цинкования связана с тем, что обработанные детали имеют презентабельный внешний вид. Они получаются блестящими, яркими, и могут иметь оттенки от белого, до серебристого с голубым.

Технология заключается в следующем. Обрабатываемую деталь (необязательно металлическую, то есть, токопроводящую) погружают в электролит, в котором содержится цинк. Такая жидкость обладает способностью проводить электрический ток. Когда он протекает через электролит, цинк, являющийся анодом в данном случае, разрушается, и его ионы оседают на поверхности обрабатываемой детали.

Преимущества гальванического цинкования:

  • презентабельный внешний вид защитного покрытия;
  • тонкий слой цинка (10-20 мкм), что позволяет обрабатывать прецизионные детали;
  • равномерность оцинковки;
  • сравнительно низкая себестоимость процесса;
  • возможность обработки неметаллических предметов, которые не могут выдержать, например, процесса горячего цинкования;
  • способность к самовосстановлению;
  • достойная прочность удержания цинка на поверхности.

Недостатки:

  • слишком малая толщина слоя цинка для интенсивной эксплуатации изделий в агрессивной среде (имеется в виду вне сухих помещений);
  • абсолютная неустойчивость к механическим нагрузкам;
  • низкая общая коррозионная устойчивость.

В силу перечисленных плюсов и минусов гальванический метод цинкования востребован только в тех сферах, где больше требуется презентабельный внешний вид, либо временная защита от коррозии (например, на период складского хранения или транспортировки). Поэтому он считается больше декоративным, нежели защитным.

Термодиффузионное цинкование

Термодиффузионное цинкование — это метод низкотемпературной антикоррозионной обработки, который заключается в обработке деталей в среде с порошковым цинком при температурах от 260°C до 450°C (чем выше температура, тем равномернее получается покрытие). В результате пребывания детали в такой среде атомы цинка на атомном уровне проникают в верхние слои обрабатываемого материала, образуя равномерный защитный слой толщиной 20-100 мкм. При этом, есть возможность регулировать толщину наносимого покрытия путём увеличения или уменьшения времени процесса цинкования.

Преимущества термодиффузионного цинкования:

  • регулируемая толщина защитного покрытия;
  • высокая прочность удержания цинкового покрытия за счёт диффузии металлов;
  • равномерное распределение цинка по всей обрабатываемой поверхности (включая труднодоступные места);
  • высокая стойкость к повреждениям;
  • способность к самовосстановлению;
  • высокая общая коррозионная устойчивость (сравнимая с горячим цинкованием).

Недостатки:

  • сложность технологического процесса;
  • высокая себестоимость (примерно в два раза дороже, чем горячее цинкование);
  • непрезентабельный внешний вид оцинкованных деталей.

В промышленности термодиффузионное цинкование востребовано в сферах, где от обработанных деталей требуется высочайшая стойкость к абразивному износу и пластичность поверхности. Обычно используется для антикоррозионной защиты металлических изделий в нефтегазовой, энергетической, сельскохозяйственной и реже в строительной сферах. Несмотря на преимущества особой популярностью технология не пользуется из-за высокой трудозатратности и, как следствие, дороговизны.

Газотермическое цинкование

Газотермическое цинкование — это метод металлизации металлических изделий путём высокоскоростного напыления на их поверхность цинкового порошка. Выполняется следующим образом. На обрабатываемую деталь направляется открытый огонь (применяются газовые горелки), и в зону наивысшего нагрева подаётся цинковый порошок, либо цинковая проволока. В результате мелкодисперсные капельки цинка с высокой скоростью налетают на обрабатываемую поверхность, где застывают, образуя защитный слой толщиной 30-50 мкм. Если необходимо получить более толстое покрытие, цинкование проводится в несколько этапов.

Преимущества газотермического цинкования:

  • возможность осуществления цинкования вне производственных условий и без демонтажа металлоконструкций;
  • сравнительная равномерность покрытия;
  • регулируемая толщина цинка.

Недостатки:

  • нельзя обрабатывать мелкие детали;
  • пористость покрытия;
  • невозможно качественно оцинковать труднодоступные места;
  • не подходит для цинкования прецизионных деталей;
  • высокая трудоёмкость процесса;
  • низкая производительность.

Несмотря на множественные недостатки газотермического метода цинкования, технология, всё же, применяется в определённых сферах деятельности. К примеру, она востребована там, где нужно выполнить антикоррозионную обработку без демонтажа конструкций, восстановить часть утерянного в процессе коррозии материала и так далее.

Заключение

На нашем производстве мы используем технологию горячего цинкования. Для реализации основного этапа применяется ванна горячего цинкования марки Pilling, позволяющая обрабатывать металлоконструкции весом до 6 тонн и размерами в пределах 13×2×3,1 м. Толщина цинкования — в диапазоне 80-200 мкм. Производительность линии — до 30 000 тонн в год.

Источник https://pressadv.ru/metally/cinkovoe-hromatirovannoe-pokrytie.html

Источник https://generator98.ru/metally/galvanicheskoe-cinkovanie-metalla.html

Источник https://umecon.ru/press/view/321

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.