Способ изготовления порошковой смеси для термодиффузионного цинкования

Термодиффузионное цинкование: описание и преимущества

Для защиты различных металлоконструкций, металлических изделий (в частности метизов) от коррозии широко применяется покрытие их цинком. Существует масса технологий получения защитного цинкового покрытия. Один из доступных вариантов – шерадизация или термодиффузионное цинкование. Это достаточно новый способ обработки, но несмотря на это, многие специалисты признали его очень перспективным.

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.

Как происходит процесс обработки?

Технология достаточно проста, но потребуется наличие специального оборудования:

1. Первым делом поверхность тщательно очищают. Если на изделии имеются следы смазывающих материалов, то их легко удалить при помощи специальных составов – дигрейзеров. Для того чтобы удалить с поверхности следы коррозии и окалину, применяют пескоструйную установку. Кроме того, применяется и ультразвуковая чистка.

2. Когда деталь тщательно очищена, она отправляется в специальную тележку. Перед проведением процедуры деталь обязательно взвешивают – это нужно, чтобы точно определить количество состава, с помощью которого и будет проведено нанесение цинкового покрытия. Технология позволяет изменять количество смеси, которая наносится на обрабатываемую поверхность, в зависимости от объема готового раствора, а также от массы, геометрических характеристик детали, ее конструкции.

3. После того как деталь очищена и известен ее вес, она аккуратно помещается в специальную муфельную печь, где непосредственно и осуществляется термодиффузионное цинкование. Температурный режим подбирают исходя от типа обрабатываемой детали, марки сплава и принятых стандартов. Среднее время процесса зависит от мощности оборудования, а также от состава рабочей смеси. В процессе термодиффузии деталь в контейнере постоянно вращается. Толщина цинковой пленки для разных типов металлов составляет в среднем 0,5 мкм.

4. Когда обработка будет окончена, изделия достают и очищают от остатков насыщающих смесей. Цинковые составы могут быть различными. Одна из самых популярных марок такой продукции — «Левикор». Ее широко используют в современной промышленности за счет высокой проникающей способности. «Левикор» позволяет получать защитный цинковый слой различной толщины, при этом уровень защиты от коррозии очень высокий.

Несмотря на относительную простоту, термодиффузионное цинкование требует наличия определенных знаний, а также навыков. В промышленности практически все изделия стараются подвергать именно такой обработке. В домашних условиях использовать данную технологию невозможно ввиду того, что требуется оборудование для термодиффузионного цинкования. Порой оно может достигать огромных размеров.

На видео: пример термодиффузионного покрытия цинком.

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.

Преимущества и недостатки

Технология отличается огромным количеством преимуществ:

Любые виды оцинкования – это гарантированная защита металла от коррозионных процессов. Использование термодиффузии делает этот процесс более экономически выгодным, так как не требуется больших затрат ресурсов.

Минусов только два:

• Слой цинка, который формируется посредством диффузии, имеет малопривлекательный серый цвет. Данную проблему решают за счет нанесения на поверхность специального декоративного слоя. Но это никак не оговаривается в ГОСТах и нормативах. В большинстве случаев, когда эстетика не важна, на данный недостаток особого внимания не обращают.
• Габаритные размеры изделий, которые можно обрабатывать таким образом, существенно ограничены параметрами контейнера и его объемами.

Требования к покрытиям

Существует несколько классов покрытий:

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

В ГОСТах на данную технологию ничего не упоминается о более толстом покрытии. Но большинство предприятий данную услугу предоставляют. Однако необходимо получить предварительное согласование с заказчиком.

Термодиффузионному воздействию не подергаются те детали, где имеются паяные соединения или любые другие с использованием различных смол. На данных деталях термодиффузионные процессы невозможны.

Также по ГОСТам слой цинка не должен иметь дефектов, а именно:

• остатков насыщающей смеси, которая не смывается;
• инородных вкраплений;
• наростов, раковин и пустот;
• отслоения или вздутия;
• трещин и участков, где отсутствует покрытие.

Данный способ обработки регламентируется следующими документами: ГОСТ Р 9.316-2006. Можно подробней ознакомиться с ним при необходимости. Также следует знать, что в 2008 году утвердили новые стандарты на нанесение цинковых покрытий на метизы.

Что говорит специалист (1 видео)

Оцинкованный металл (20 фото)

Особенности термодиффузионного цинкования металлоизделий в электромагнитном поле (ТДЦЭ)

Одним из наиболее распространенных способов защиты от коррозии металлоизделий является их оцинковка. Объясняется это тем обстоятельствам, что цинк имеет стационарный потенциал, 0,2-0,3 мВ более отрицательный, чем у железа. При воздействии электролитов, содержащихся в агрессивных средах морской или промышленно-городской атмосферах, а также во влагонасыщенных бетонах, цинковое покрытие медленно растворяется за счет электрохимических реакций, защищая, тем самым, ферритную подложку. Таким образом, цинковое покрытие выполняет роль протектора, «размазанного» по поверхности защищаемой стальной конструкции.
Цинковое покрытия сравнительно дешевы и обеспечивают длительную противокоррозионную защиту стальной подложки. Наибольшее распространение в практике защиты от коррозии металлоизделий нашли следующие методы цинкования: гальваническое, «горячее» из расплава цинка, газотермическое цинкование напылением, «холодное» путем окраски металлоизделий цинкнаполненными красками, термодиффузионное цинкование. Рассмотрим преимущества и недостатки данных методов.

Гальваническое цинкование, по причине получения слишком тонких покрытий и формирования покрытия в специальных малоемких ваннах, неприемлемо для защиты крупногабаритных металлических конструкций. Подготовка стальной поверхности под гальваническое цинкование производится экологически опасным методом химического травления в кислотах, что может увеличить риск наводороживания металла, способствующего непредсказуемому хрупкому разрушению ответственных металлоконструкций, работающих в сложном состоянии.

Способ горячего цинкования заключается в окунании предварительно очищенных химическим способом (травлением в кислоте) металлоизделий в ванну с расплавом цинк-алюминевого сплава при температуре 460-480 оС с выдержкой в течение 10-15 минут.

Достоинства горячего цинкования

• Сравнительная простота, низкая стоимость и технологичность операций по цинкованию;
• Сравнительно высокая защитная способность и долговечность, определяемая выбранной толщиной покрытия от 30 до 300 мкм при скорости коррозионного износа покрытия, равной 2-3 мкм в год в умеренно холодном климате в неагрессивных средах;
• Горячее цинковое покрытие в принципе не подлежит последующему окрашиванию, за исключением поверхностей, требующих декоративной окраски.

Недостатки горячего цинкования

• Сложность и экологическая опасность подготовки поверхности под покрытие травлением, а также риск новодораживания;
• Необходимость постоянного круглосуточного поддержания температуры расплава цинка, что требует значительного расхода энергетических затрат;
• Неравномерность толщины покрытия на цинкуемой поверхности, образование наплывов (при вынимании конструкций из ванны с вязким расплавом) на нижних кромках и в отверстиях, что требует проведения последующих дорогостоящих работ по зачистке цинкового покрытия в местах прилегания монтажных поверхностей;
• Сравнительно низкая адгезивная связь с подложкой;
• Значительные технологические потери дорогостоящего цинка, проявляющиеся при образовании соединения цинка с железом в ванне расплава (так называемый, гартцинк, до 1/3 от количества потребляемого цинка);
• Существующие ванны горячего цинкования позволяют оцинковывать металлоконструкции длиной до 11 м, обычно применяются для оцинковки строительных изделий в виде перил, дорожных ограждений, электрических фонарей, молниеотводов и тому подобных конструкций;
• Высокая начальная затратная стоимость организации участка горячего цинкования, достигающая 10 млн долларов США;
• Во многих регионах России (Сибири, Дальний Восток) участки горячего цинкования вообще отсутствуют;
• Необходимость дополнительной поверхности или искусственное ее старение под окрашивание, что также удорожает производство.

Видео: Процесс горячего цинкования металлоизделий

Газотермическое и термодиффузионное цинкование

При газотермическом цинковании напыление наносится на конструкции, элементы и их детали, форма поверхности которых позволяет направить на нее струю распыляемого металла под углом 90-45 градусов. Способ пригоден для нанесения покрытия на изделия любых габаритов, мобилен. Стоимость нанесения таких покрытий в 3-4 раза дороже цинкования с помощью других методов, в результате газотермического цинкования получается неравномерная толщины покрытия на цинкуемой поверхности, сложность контроля за выполнением работ и получения покрытия, которое соответствует нормативным документам, узкие зазоры (< 20 мм) глубокие отверстия (глубина > 50 мм), карманы и другие недоступные для напыления места недопустимы (согласно ГОСТ 28302-89), необходимо применять меры предупреждающие деформацию конструкций и изделий.

В последние годы традиционный метод получения термодиффузионных покрытий (ТДЦ) был усовершенствован и убраны недостатки метода, путем замены радиационного нагрева реторт с цинкуемыми деталями на индукционный нагрев. В предлагаемом способе термодиффузионного цинкования в электромагнитном поле — ТДЦЭ (патент на изобретение № 2424351 «Способ нанесения цинкового покрытия и установка для его осуществления») реторта помещается внутрь камеры с индуктором. В связи с тем, что находящаяся внутри реторты шихта является парамагнитным и мелкодисперсионным материалом, она практически прозрачна для электромагнитных волн, генерируемых индуктором, следовательно, нагрев шихты происходит за счет конвективной передачи тепла от корпуса реторты и цинкуемых изделий. В отличие от шихты, цинкуемые металлоизделия ферромагнитны. В результате в изделиях, помещенных в магнитное поле индуктора, возникают вихревые токи, которые нагревают изделия до температур 500-800 оС внутри объема реторты. Процесс термохимической диффузии сокращается в десятки раз, поскольку разогрев деталей происходит за 25-30 минут в зависимости от величины подводимой электрической мощности, магнитных свойств и толщины материала реторты, а также массы обрабатываемых изделий.

Структура покрытия практически состоит из α- и δ-фазы, прослойка Г-фазы, снижающая качество покрытия, ничтожно мала. Содержание цинка в верхнем слое покрытия толщиной 60 мкм достигает 98%.

Требуемая толщина покрытия регулируется временем прогрева, заданной температурой цинкования, характеристикой сортамента металлоизделий, загружаемых в реторту, и составом шихты.

Рассмотрим еще одну важную особенность предлагаемого способа термодиффузионного цинкования. Использование индукционного нагрева позволяет, в отличие от способа традиционной термодиффузии с радиационном нагревом, формировать однородный цинковый слой требуемой толщины за счет токов индукции и тепла, идущего изнутри цинкуемой детали, происходит полный переплав старого и последующего слоев цинка. Таким образом, использование индукционного обогрева позволяет, в отличие от других способов цинкования, восстанавливать цинковое покрытие, если его толщина недостаточна или если оно повреждено.

Резюмируя все вышесказанное, к достоинствам метода термодиффузионного цинкования в электромагнитном поле (ТДЦЭ) можно отнести следующее:

• Детали цинкуются в герметически закрытых ретортах, поэтому процесс диффузионного цинкования экологически безопасен и не требует создания очистных сооружений;
• Получаемое покрытие не имеет пори за счет диффузионного слоя имеет прочную адгезионную связь с подложкой, т.к. покрытие представляет собой многослойный набор интерметалидов, в том числе проникшие в тело подложки, что очень важно при защите металлоизделий, используемых в «тяжелых» условиях, например в ледовой обстановке, перепадов температур;
• Метод позволяет осуществлять упрочнение изделий и ремонтные работы по восстановлению поверхностного слоя изделий;
• Защитная способность покрытия многократно выше, чем у гальванических, и выше, чем у покрытий, образованных методом горячего цинкования;
• Толщина покрытия может быть любой (по техническому заданию заказчика) и зависит от времени выдержки цинкуемых деталей в печи и используемой рецептуры смеси;
• Диффузионный цинк покрывает детали равномерным слоем без наплывов, точно повторяя профиль цинкуемой поверхности, обеспечивая равномерную толщину с точностью воспроизведения профиля от 10 до 300 мкм, любым необходимым слоем, на любом необходимом участке без наплывов, включая элементы сложной конфигурации, резьбовые соединения (при покрытии данных изделий от 10 до 30 мкм), возможность выборочного покрытия участков, включая глухие отверстия, элементы сложной конфигурации, щели, полости, резьбу т.п.;
• Метод позволяет, в отличие от других, оцинковывать длинномерные трубы с обеих сторон, а при необходимости покрывать только внутреннюю или только наружную поверхность труб, в зависимости от размещения порошковых цинк-содержащих смесей – снаружи или внутри труб;
• Отходы производства не требуют захоронения и могут быть использованы в качестве наполнителей строительных бетонных смесей;
• Диффузионное цинковое покрытие сертификатом Госсанэпиднадзора № 78.1.3.315.П.17512.9.99 от 06.09.1999 допущено к контакту с водой питьевого и бытового водоснабжения.

Особенно подробно отметим роль метода и необходимость применения метода ТДЦЭ (основываясь на ранее изложенном) в областях, где применяются железобетонные конструкции (ледостойкие морские платформы, гидротехнические сооружения и пр.). железобетонные конструкции, несмотря на высокие прочностные показатели, в процессе эксплуатации склонны к разрушению. Объясняется это тем, что бетоны имеют достаточно пористую структуру, которая активно поглощает влагу. И хотя при насыщении бетон становится прочнее, при отрицательных температурах проникшая в бетон вода, замерзая и расширяясь, образует трещины в монолитной структуре.

Возросшее в последние годы содержание углекислого газа в атмосфере приводит также к карбонизации бетона. Содержащаяся в материале известь (гидроксид кальция) превращается в карбонат кальция, снижается показатель рН, т.е. повышается кислотность среды внутри бетона, благодаря чему начинается интенсивная коррозия поверхности стальных конструкций, соприкасающихся с бетоном. Также пористость и появление и появление трещин в бетоне облегчает поступление влаги, воздуха и агрессивных веществ из окружающей среды к поверхности арматуры, вследствие чего ее пассивное состояние в местах расположения трещин нарушается, в результате нарушения ее пассивности, вызываемого уменьшением щелочности до рН < 12, возникает коррозия стали, снижается сцепление арматуры с бетоном. Ржавчина, формирующаяся при окислении стали, имея объема в 14 раз больший, чем монолитный металл, повышает внутреннее давление в бетоне и приводит к разломам бетона и оголению стальных конструкций. Оголенный металл еще стремительнее корродирует, способствуя дальнейшему разрушению бетона. Скорость карбонизации может достигать от 1 до 6 мм в год.

Хлориды, содержащиеся в морской атмосфере и в агентах-антиобледенителях, также способствуют разрушению бетона, так и стальной арматуры. Поскольку процессы карбонизации, а также воздействие хлоридов и сульфатов неизбежны, представляется целесообразным нанести на стальные, омоноличиваемые стальные мостовые конструкции защитные покрытия, препятствующие разрушению.

В соответствии с рекомендациями ГОСТ 31384-2008 (Приложения Е и И) и СНиП 2.03.11-85 бетонируемые стальные конструкции должны быть защищены от коррозии. Стальные строительные детали рекомендуется перед закладкой в бетон металлизировать путем горячего цинкования в расплаве, газотермического напыления, термодиффузионного цинкования, а также методом «холодного цинкования» цинкнаполненными красками. Толщина цинкового покрытия должна быть не менее 100-120 мкм, чтобы исключить пористость металлического слоя и снизить интенсивность растворения цинка. Поскольку работы по металлизации напылением на поверхности закладной арматуры представляются весьма трудоемкими, наиболее технологичным способом их оцинковки может служить термодиффузионное цинкование (ТДЦ) в специальных ретортах, позволяющих оцинковывать длинномерные изделия длиной до 12 м. метод ТДЦ может быть усовершенствован за счет обогрева цинкуемых изделий электроиндуктивным методом (ТДЦЭ), что на порядок интенсифицирует и ускоряет процесс оцинковки и повышает качество обрабатываемого изделия.

Технология ТДЦЭ и покрытие соответствуют нормативным документам:

• ГОСТ Р 9.316-2006 «Покрытия термодиффузионные цинковые. Общие требования и методы контроля;
• ГОСТ Р 51163-98 «Покрытия термодиффузионные цинковые для крепежных и других мелких изделий»;
• РД «Покрытия цинковые для стальных изделий морской техники. Технологический процесс нанесения цинковых покрытий термодиффузионным способом в электромагнитном поле» ГКЛИ 3240-0392012;
• РД «Покрытия цинковые защитные стальных труб судовых систем. Технические требования. Типовой технологический процесс». РД 5.95027-88;
• СТО 02494680-0034-2004 «Покрытия защитные термодиффузионные цинковые на элементах металлических конструкций и крепежных изделиях. Общие технические условия» Стандарт организации ЦНИИ ПСК им. Мельникова.

В настоящее время разработан новый инновационный способ (Патент на изобретение № 2424351) нанесения термодиффузионных цинковых покрытий (и др. покрытий), создана установка в результате исполнения государственной программы по развитию гражданского флота ОКР «Термодиффузия», прошли предусмотренные программой испытания на коррозионную стойкость, механическую прочность и стойкость к абразивному износу. Установка позволяет производить термодиффузионное цинкование в электромагнитном поле длинномерных металлоконструкций с производительностью до 20 т/час (в зависимости от конструктивных особенностей изделий).

Данная установка способна на промышленном уровне решать задачи коррозионной защиты металлоконструкций. Что значительно расширяет возможности и границы использования инновационного способа – термодиффузионного цинкования в электромагнитном поле (ТДЦЭ) металлоизделий.

Сравнительный анализ характеристик цинковых защитных покрытий

Характеристики цинковых покрытий	Горячее цинкование	ТДЦ	ТДЦЭ
Фазовый состав
α-фаза	Fe21Zn	Fe21Zn	Fe21Zn
γ-фаза	Fe3Zn10	Fe3Zn10	Fe3Zn10
σ-фаза	FeZn11	FeZn12	FeZn7
ζ-фаза	FeZn13
η-фаза	Zn, ZnO	ZnO
Плотность поверхностного слоя, г/см3	7,13	7,22	7,25
Микротвердость поверхностного слоя, МПа	350	3470	3830
Средняя скорость изменения удельной массы образца, г/(см2/ч)	-7,5·10-7	-5·10-7	-4·10-7

Фото: Установка термодиффузионного цинкования

По материалам журнала «ЛКМ Лакокрасочные материалы и их применение»

Термодиффузионное цинкование: технология и оборудование

Термодиффузионное цинкование, которое также называют шерардизацией, является относительно новой технологией нанесения на поверхность изделий из металла слоя цинка. Между тем именно такой способ цинкования среди всех существующих на сегодняшний день признается многими специалистами наиболее перспективным.

Технология термодиффузионного цинкования предназначена для защиты от коррозии стальных и чугунных изделий

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.

Достоинства и недостатки

Технология цинкования, для реализации которой используется термодиффузия, отличается целым рядом достоинств. Перечислим их.

• Поверхность обработанного изделия и сформированный на ней цинковый слой характеризуются отличной адгезией.
• Данный метод обработки отличается экономичностью, так как для его реализации не требуются большие производственные площади, значительные затраты рабочей силы и электрической энергии.
• Технология термодиффузионного цинкования позволяет получать идеально ровное и однородное по своей толщине покрытие, отличающееся, кроме того, высокими защитными свойствами.
• За счет того, что термодиффузия осуществляется в герметичных контейнерах, данный процесс отличается токсической, химической и экологической безопасностью. При работе с такими установками человек не получит термический ожог, а также не подвергнется воздействию других факторов, которые бы могли негативно отразиться на его здоровье.
• Толщина цинкового слоя при использовании такой технологии хорошо поддается регулировке в достаточно широких пределах.
• Образующиеся в процессе термодиффузионного цинкования отходы легко утилизируются. При этом процесс такой утилизации, выполняемой по стандартной схеме, также не связан с опасностью для человеческого здоровья.
• Для очистки поверхности изделия после термодиффузионного цинкования не используются кислоты и другие агрессивные средства.
• Оборудование, на котором выполняется диффузионное поверхностное цинкование, отличается простотой управления и обслуживания.
• Процедура термодиффузионного покрытия цинком выполняется при более щадящем температурном режиме, если сравнивать ее с другими технологиями нанесения защитных покрытий.

После этого типа цинкования возможна последующая окраска деталей

У данной технологии есть два основных недостатка. Заключаются они в следующем.

• Цинковый слой, формирующийся на поверхности изделия при использовании данной методики, отличается малопривлекательным сероватым цветом. Такая проблема решается путем нанесения на предварительно полученное термодиффузионное цинковое покрытие дополнительного декоративного слоя. Следует, однако, иметь в виду, что возможность нанесения такого слоя не оговаривается положениями ГОСТа. Во многих случаях, когда для оцинкованных металлических изделий эстетический фактор не столь важен, на такой недостаток не обращают внимания.
• Габариты изделий, которые могут быть подвергнуты термодиффузионному цинкованию, серьезно ограничены размерами герметичного контейнера, а также внутренним объемом нагревательной печи.

При выполнении такой обработки следует строго придерживаться не только технологических рекомендаций, но и правил техники безопасности. В противном случае в организм человека может попасть цинковая пыль, которая способна нанести вред его здоровью.

Требования ГОСТ Р 9.316-2006 к термодиффузионным цинковым покрытиям

В соответствии с положениями нормативного документа, термодиффузионные цинковые покрытия могут быть отнесены к одному из следующих классов:

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

Несмотря на то, что в ГОСТе не упомянуты цинковые покрытия большей толщины, потребитель по согласованию с производителем может заказать их нанесение. Однако в таком случае полученное покрытие будет относиться к категории нестандартных.

Рассматриваемый метод цинкования позволяет получить качественное цинковое покрытие толщиной 5–100 микрон

Термодиффузионное цинковое покрытие не наносится на те металлические конструкции и изделия, на которых имеются соединения, выполненные при помощи смол или припоя. Нанести цинковый слой на такие детали возможно, но для этого следует применять другие технологии.

В соответствии с положениями ГОСТ, цинковый слой, нанесенный на металлическое изделие по рассматриваемой технологии, не должен иметь следующих дефектов:

• остатков насыщающих смесей, которые не поддаются смыванию;
• вкраплений инородных тел;
• наростов;
• пустот и раковин;
• отслоений;
• трещин на поверхности;
• вздутий;
• даже очень незначительных по площади участков, на которых отсутствует покрытие.

Ознакомиться с требованиями ГОСТ к процессу обработки деталей методом термодиффузионного цинкования можно, скачав документ в формате pdf по ссылке ниже. ГОСТ Р 9.316-2006 Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия термодиффузионные цинковые. Общие требования и методы контроляСкачать
Оценка статьи:

Поделиться с друзьями:

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.

Термодиффузионное цинкование метизов и болтов

Термодиффузионное цинкование по привлекательным ценам

Среди возможных способов защиты металлоконструкций от разрушающего воздействия коррозии, особенно популярным в последнее время становится термодиффузионное цинкование. Несмотря на то, что технология подобной металлообработки появилась сравнительно недавно, она дает отличные результаты, в частности, позволяет продлить срок службы изделий приблизительно на 15-20 лет. Заказать услугу термодиффузионного цинкования по умеренной цене и с гарантией качества есть возможность у каждого клиента нашего завода. Имея в распоряжении самое современное оборудование, и строго следуя установленным ГОСТами нормативам, мы наносим защитный слой на различные изделия, которыми могут быть:

• арматура для систем трубопроводов;
• закладные элементы;
• всевозможные метизы;
• профильные трубы и углы;
• металлические полосы и швеллеры и т.д.

Процесс термодиффузионного цинкования может выполняться для различных целей, например, в рамках метизного производства, сооружения контактных сетей и т.д. Суть метода заключается в нанесении на ту или иную поверхность особой порошковой смеси, содержащей атомы цинка, которые формируют защитный слой и минимизируют опасность развития коррозии.

Достоинства термодиффузионного цинкования

Если сравнивать с другими технологиями, термодиффузионное цинкование имеет более высокую цену, однако обеспечивает максимальный уровень защиты. Другими значительными преимуществами стоит назвать:

• оптимальное сцепление с ЛКМ;
• высокие прочностные характеристики обработанных покрытий;
• отсутствие повреждений в процессе сварочных работ;
• сохранение структуры при изгибе и других механических воздействиях;
• экономичность – хотя цена термодиффузионного цинкования несколько выше, чем гальванического или горячего, технология выгодна с финансовой точки зрения, поскольку существенно увеличивает срок эксплуатации деталей;
• небольшая толщина защитного слоя;
• возможность использования совместно с другими методами обработки металлических изделий.

Последовательность термодиффузионного цинкования

Процесс нанесения насыщающей смеси, в которой присутствует цинк и инертный наполнитель, происходит в особой печи с постоянно вращающейся камерой. Наш завод использует оборудование последнего поколения, в четкости придерживаясь технологической последовательности металлообработки:

• подготовка основания – чрезвычайно важный этап термодиффузионного цинкования, в особенности для элементов, содержащих окалину после производства;
• упаковка изделий в барабаны либо контейнеры;
• обработка химическим и термическим способом;
• охлаждение и распаковка изделий;
• извлечение из диффузионной камеры.

Заказать услугу термодиффузионного цинкования

Стремясь оправдывать самые высокие ожидания клиентов, наш завод предлагает услуги термодиффузионного цинкования по демократичным ценам и с гарантией соблюдения сроков нанесения антикоррозийной защиты. Все условия сотрудничества оговариваются заранее, и вы можете не сомневаться в том, что мы справимся с поставленными задачами.

Как происходит процесс обработки?

Технология достаточно проста, но потребуется наличие специального оборудования:

1. Первым делом поверхность тщательно очищают. Если на изделии имеются следы смазывающих материалов, то их легко удалить при помощи специальных составов – дигрейзеров. Для того чтобы удалить с поверхности следы коррозии и окалину, применяют пескоструйную установку. Кроме того, применяется и ультразвуковая чистка.



2. Когда деталь тщательно очищена, она отправляется в специальную тележку. Перед проведением процедуры деталь обязательно взвешивают – это нужно, чтобы точно определить количество состава, с помощью которого и будет проведено нанесение цинкового покрытия. Технология позволяет изменять количество смеси, которая наносится на обрабатываемую поверхность, в зависимости от объема готового раствора, а также от массы, геометрических характеристик детали, ее конструкции.

Статья по теме: Особенности термообработки сварных соединений и методы ее проведения

3. После того как деталь очищена и известен ее вес, она аккуратно помещается в специальную муфельную печь, где непосредственно и осуществляется термодиффузионное цинкование. Температурный режим подбирают исходя от типа обрабатываемой детали, марки сплава и принятых стандартов. Среднее время процесса зависит от мощности оборудования, а также от состава рабочей смеси. В процессе термодиффузии деталь в контейнере постоянно вращается. Толщина цинковой пленки для разных типов металлов составляет в среднем 0,5 мкм.



4. Когда обработка будет окончена, изделия достают и очищают от остатков насыщающих смесей. Цинковые составы могут быть различными. Одна из самых популярных марок такой продукции — «Левикор». Ее широко используют в современной промышленности за счет высокой проникающей способности. «Левикор» позволяет получать защитный цинковый слой различной толщины, при этом уровень защиты от коррозии очень высокий.

Несмотря на относительную простоту, термодиффузионное цинкование требует наличия определенных знаний, а также навыков. В промышленности практически все изделия стараются подвергать именно такой обработке. В домашних условиях использовать данную технологию невозможно ввиду того, что требуется оборудование для термодиффузионного цинкования. Порой оно может достигать огромных размеров.



На видео: пример термодиффузионного покрытия цинком.

Термодиффузионное цинкование: технология, оборудование

Термодиффузионное цинкование позволяет создать на металлической поверхности некоторый защитный слой, который значительно продлевает срок службы материала.

Особенность цинкового слоя заключается в том, что он обеспечивает как электрохимическую, так и механическую защиту металлической заготовке.

Данный метод достаточно востребован в промышленной сфере, а технология, по которой выполняется термодиффузионное цинкование, успешно испробована на поверхностях различных видов металлов.

Конечно, для того чтобы провести данный вид цинкования материала, потребуется определенное оборудование, для которого высокая температура является рабочей.



Следует отметить, что цинк имеет свойство вступать в химическую реакцию с большим количеством самых разных элементов и является достаточно активным металлом.

Если провести простейшие опыты из школьного курса химии, то можно наблюдать, как при взаимодействии цинка с водой или воздухом поверхность самого металла покроется тонкой пленкой.

Именно таким образом и получают защитное покрытие при помощи термодиффузионного цинкования на поверхностях самых разных видов металлов.

Данная технология используется только в промышленных сферах, так как требуется специальное оборудование и высокая рабочая температура, а также наличие активных смесей.

Особенности процесса

Данный метод достаточно простой, однако требует наличия специального оборудования и определенной рабочей температуры.

Для начала выполняется максимально тщательная очистка той поверхности, которая будет цинковаться.

Если есть на поверхности следы от масла, то они легко удаляются при помощи дигрейзера.

Для того чтобы убрать с материала ржавчину и окалину, необходимо воспользоваться дробометной установкой.

Кроме этого, для удаления грязи с поверхности используют некоторые специфические методы обработки, такие, как пескоструйная или ультратразвуковая.

После того как поверхность станет чистой, ее отправляют на загрузку, и для этого помещают на специальную металлическую тележку.

Также изделие перед обработкой взвешивается. Это делается для того, чтобы правильно определить количество смеси, с помощью которой и будет проводиться данное цинкование.

Метод позволяет регулировать количество наносимой смеси в зависимости от количества приготовленного раствора, а также формы и массы детали.

Толщина стандартного слоя для различных типов металлов составляет в среднем около пятидесяти микрон. Технология, несмотря на свою относительную простоту, требует определенных знаний и навыков от исполнителя работ.

Термодиффузионным цинкованием на крупных предприятиях стараются подвергать практически все металлические изделия и заготовки.

После того как заготовка будет очищена и взвешена, ее аккуратно помещают в муфельную печь, непосредственно в которой и происходит само термодиффузионное цинкование.

В некоторых отдельных случаях температура в печи может достигать четырехсот градусов выше нуля.

Сам температурный режим следует подбирать в зависимости от типа заготовки, марки стали и принятых на предприятии стандартов.

Технология предполагает среднее время обработки порядка ста двадцати минут.

На показатели времени нанесения термодиффузионного покрытия цинка влияет, главным образом, мощность используемого оборудования, а также состав используемой смеси.

Данный метод практически невозможно использовать в домашних условиях ввиду того, что требуется специальное оборудование достаточно крупных размеров.

Следует отметить, что в процессе термодиффузионного цинкования необходимо, чтобы контейнер, в который помещены заготовки, находился в непрерывном вращении.

Данный метод предполагает после цинкования обработку поверхности пассивацией.

Такая дополнительная обработка позволяет эффективно защитить металлическую поверхность от воздействия атмосферного воздуха.

Также проводится галтовка, при помощи которой с заготовки удаляются заусеницы.

На завершающем этапе деталь тщательно высушивают.

Плюсы и минусы

При помощи термодиффузионного цинкования можно проводить эффективную обработку целого ряда метизов. Данный метод имеет целый ряд самых разных преимуществ.

В первую очередь, изделия становятся более стойкими к коррозионным процессам, если выдержана требуемая толщина слоя. Кроме этого, покрытие полностью повторяет как контур, так и форму метизов.

За счет термодиффузионного цинкования заготовки приобретают более высокие показатели твердости. Кроме этого, металлы становятся более устойчивыми к абразивному типу разрушений.

Технология эффективна для большей части самых разных метизов, притом, что затраты на проведение данного вида цинкования минимальны.

Конечно, необходимое оборудование требует определенных изначальных затрат, однако они достаточно быстро окупаются.

Также к достоинствам данного метода можно отнести высокую адгезию, а также практически полную безопасность в экологическом плане.

Несмотря на огромное количество достоинств термодиффузионного цинкования, данный метод имеет и некоторые недостатки.

Так, данный процесс характеризуется достаточно низкой производительностью по сравнению с другими технологиями цинкования металлов.

Кроме этого, термодиффузионному цинкованию нельзя подвергать различные виды декоративных покрытий.

Это связано с тем, что после проведения данной процедуры первоначальное покрытие приобретет неприятный мышиный цвет.

Следует отметить и то, что после термодиффузионного цинкования образуется большое количество аэрозолей с содержанием цинковой пыли, которая в свою очередь вредна для здоровья.

Несмотря на все недостатки, данная методика достаточно востребована и активно применяется на самых разных крупных предприятиях.

Область применения

Практически на всех крупных промышленных предприятиях, которые работают в сфере обработки металлов, цинкование достаточно востребованный способ защиты металлических изделий.

Он пользуется высоким спросом за счет минимального количества необходимого оборудования и своей относительной простоты.

На выходе изделие приобретает специальный защитный слой, который позволяет значительно продлить его срок службы.

Особенно часто его используют для обработки самых разных крепежных систем, использующихся в сфере строительства.

Еще одно преимущество, которое сильно влияет на популярность данного вида защиты, это его дешевизна, а также максимально высокие эксплуатационные свойства, которые приобретает обработанное изделие.

Достаточно активно термодиффузионному цинкованию подвергают различную арматуру, трубы, а также самые разные детали для автомобилей.

Покрытие наносят на поверхность фитингов, а также на полые и резьбовые заготовки самого разного назначения.

Пленка хорошо ложится на детали, которые имеют сквозные и глухие отверстия, а также на самые разные элементы из мебельной фурнитуры.

Достаточно востребован данный вид защитного покрытия при изготовлении железнодорожных и контактных сетей, а также мостовых ограждений.

В настоящее время такая обработка считается наиболее экономически обоснованной и эффективной.

Плюсы и минусы

При помощи термодиффузионного цинкования можно проводить эффективную обработку целого ряда метизов. Данный метод имеет целый ряд самых разных преимуществ.

В первую очередь, изделия становятся более стойкими к коррозионным процессам, если выдержана требуемая толщина слоя. Кроме этого, покрытие полностью повторяет как контур, так и форму метизов.

За счет термодиффузионного цинкования заготовки приобретают более высокие показатели твердости. Кроме этого, металлы становятся более устойчивыми к абразивному типу разрушений.

Технология эффективна для большей части самых разных метизов, притом, что затраты на проведение данного вида цинкования минимальны.

Конечно, необходимое оборудование требует определенных изначальных затрат, однако они достаточно быстро окупаются.

Также к достоинствам данного метода можно отнести высокую адгезию, а также практически полную безопасность в экологическом плане.

Несмотря на огромное количество достоинств термодиффузионного цинкования, данный метод имеет и некоторые недостатки.

Так, данный процесс характеризуется достаточно низкой производительностью по сравнению с другими технологиями цинкования металлов.

Кроме этого, термодиффузионному цинкованию нельзя подвергать различные виды декоративных покрытий.

Это связано с тем, что после проведения данной процедуры первоначальное покрытие приобретет неприятный мышиный цвет.

ВАЖНО ЗНАТЬ: Как сделать гравировку по металлу своими руками?

Следует отметить и то, что после термодиффузионного цинкования образуется большое количество аэрозолей с содержанием цинковой пыли, которая в свою очередь вредна для здоровья.

Несмотря на все недостатки, данная методика достаточно востребована и активно применяется на самых разных крупных предприятиях.

Термодиффузионное цинкование — требования и особенности технологии

Защита металлических изделий и конструкций (сборное их название – метизы) от коррозии обеспечивает долгий срок службы деталей и механизмов. Один из самых известных методов защиты метизов – это покрытие цинком. Существует несколько разновидностей его получения. Термодиффузионное цинкование, или шерардизация, – один из вариантов оцинковки.



Описание метода

Выбор цинка для защиты железа и стали от коррозии не случаен. Этот металл имеет уникальное свойство – самостоятельно «заживлять» микроповреждения. Скорость его распространения по поверхности железа/стали при температуре до 70 °С – примерно 2 мм в год. Нанесение слоя цинка проводится при высоких температурах (290 – 470 °С), когда атомы цинка встраиваются в решетку железа/стали, сцепляясь с ней и образуя на поверхности изделия качественный ультратонкий слой. Весь цикл проходит в паровой фазе в водородной среде.

Важно! Термодиффузия – это процесс испарения при высокой температуре цинка с поверхности цинксодержащего порошка в специальном устройстве и проникновение в поверхностные слои металла. Защитный слой в итоге состоит из сложного сплава цинка и железа.

Достоинства и недостатки

Преимущество диффузионного метода (технологии) заключается в том, что после такой обработки металл не становится хрупким. Водород не проникает в поверхностные слои металла, что неизбежно привело бы к его хрупкости. Цинковый слой получается однородным и тонким, что позволяет обрабатывать сложные, фигурные изделия, покрывать резьбу. При этом получается ровная поверхность без особых видимых изъянов, а резьба не нуждается в проточке (в отличие от горячего цинкования).



Среди преимуществ термодиффузионной технологии цинкования можно выделить следующие:

Горячее цинкование состоит из нескольких этапов:

1. Предварительная обработка металлоконструкций: очищение методом пескоструйной очистки, обезжиривание, протравливание кислотой, тщательное промывание.
2. Флюсование – нанесение на поверхность изделия тонкой пленки, защищающей конструкцию от окисления, помогающей взаимодействовать металлу с цинком. После флюсования выполняется просушка.
3. Оцинковка. Изделие опускается в емкость с раскаленным цинком. Охлаждение на воздухе или в воде.

Термодиффузионное цинкование крепежных металлических изделий дает возможность получить термодиффузионное покрытие (ТДЦ), которое идеально защищает наружные и внутренние поверхности металлоконструкций.

Преимущества и недостатки

Технология отличается огромным количеством преимуществ:

• Поверхность изделия, подверженного такой обработке, отличается хорошей адгезией.
• Метод очень экономичный, так как при таком цинковании не требуется наличие больших производственных цехов, серьезных затрат ресурса и усилий.
• С помощью обработки получают идеально ровную и однородную поверхность, которая отличается хорошими защитными качествами.
• За счет того, что термодиффузионные процессы проводятся с использованием герметичного оборудования, способ отличается максимальной безопасностью. Люди при работе с оборудованием надежно защищены от термических ожогов, а также других воздействий.
• Толщина защитного покрытия отлично поддается регулировкам в различных пределах.
• Отходы производства легко утилизируются по стандартным схемам утилизации.
• Процесс не требует применения сложного оснащения, а управлять и обслуживать его достаточно просто.
• Процедура проводится при более низких температурных режимах, если сравнивать с другими технологиями.

Любые виды оцинкования – это гарантированная защита металла от коррозионных процессов. Использование термодиффузии делает этот процесс более экономически выгодным, так как не требуется больших затрат ресурсов.



Минусов только два:

• Слой цинка, который формируется посредством диффузии, имеет малопривлекательный серый цвет. Данную проблему решают за счет нанесения на поверхность специального декоративного слоя. Но это никак не оговаривается в ГОСТах и нормативах. В большинстве случаев, когда эстетика не важна, на данный недостаток особого внимания не обращают.
• Габаритные размеры изделий, которые можно обрабатывать таким образом, существенно ограничены параметрами контейнера и его объемами.

Статья по теме: Особенности процедуры цинкования и основные способы защиты металла

Более 100 лет применения термодиффузионного цинкования

Термодиффузионное цинкование, которое также называют шерардизацией, является относительно новой технологией нанесения на поверхность изделий из металла слоя цинка. Между тем именно такой способ цинкования среди всех существующих на сегодняшний день признается многими специалистами наиболее перспективным.



Технология термодиффузионного цинкования предназначена для защиты от коррозии стальных и чугунных изделий

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.







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.

№ 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





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.





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.




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.

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.



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.

Особенности технологии

При замкнутом технологическом цикле предусмотрены дробеметная обработка загружаемых в контейнеры деталей и их ультразвуковая очистка. Особенности химического процесса на холоднокатанных сталях диктуют и загрузку их в контейнеры без предварительных обработок.

Время цинкования длится от полутора до трёх часов, и время разогрева печей до рабочей температуры, а также их остывания до безопасно в технологический цикл не входит. А чтобы это время не внесло отрицательные коррективы в прочность образуемого слоя, время до и время после отжига максимально сокращают использованием особых режимов вентиляции и ускоренного равномерного остывания.

Контейнеры в загруженными в них деталями постоянно вращаются и останавливаются только на момент выгрузки готовых изделий.

Цинковый слой, наносимый с помощью цинково-порошковой смеси Термишин© от 5 до 100 мкм, и она зависит от весового количества загружаемой в контейнеры смеси.

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.

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.

Особенности и преимущества термодиффузионного цинкования

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.

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.

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.

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.



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

Требования к покрытиям

Существует несколько классов покрытий:

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

В ГОСТах на данную технологию ничего не упоминается о более толстом покрытии. Но большинство предприятий данную услугу предоставляют. Однако необходимо получить предварительное согласование с заказчиком.

Термодиффузионному воздействию не подергаются те детали, где имеются паяные соединения или любые другие с использованием различных смол. На данных деталях термодиффузионные процессы невозможны.



Также по ГОСТам слой цинка не должен иметь дефектов, а именно:

• остатков насыщающей смеси, которая не смывается;
• инородных вкраплений;
• наростов, раковин и пустот;
• отслоения или вздутия;
• трещин и участков, где отсутствует покрытие.

Данный способ обработки регламентируется следующими документами: ГОСТ Р 9.316-2006. Можно подробней ознакомиться с ним при необходимости. Также следует знать, что в 2008 году утвердили новые стандарты на нанесение цинковых покрытий на метизы.

Что говорит специалист (1 видео)

Оцинкованный металл (20 фото)



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.

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.

Технологическая линия термодиффузионного цинкования

Реализуем оборудование и крепеж по минимальным ценам!

Одним из преимуществ цинкования по технологии Термишин, является простота управления оборудованием для термодиффузионного цинкования.

В составе линии оцинкования находится более 10 наименований агрегатов. Необходимо отметить, что ряд заменных запасных частей производятся на российских предприятиях по очень разумным ценам.

Для установки оборудования термодиффузионного цинкования не требуются какие-либо специальные строительные работы, как, например, при покрытии методом горячего цинкования. Также не нужно никакого оборудования для очистки воздуха.

В стандартный набор оборудования для нанесения покрытия по методу Термишин входят:

Источник https://burforum.ru/materialy/termodiffuzionnoe-cinkovoe-pokrytie.html

Источник https://metekspert.ru/raboty/termodiffuzionnoe-cinkovanie-tehnologiya.html

Источник https://italy-expert.ru/materialovedenie/termodiffuzionnoe-cinkovoe-pokrytie.html