Обработка металла цинковой смесью своими руками. Гальваническое покрытие своими руками. Как и что делать

Железо и сталь - это материал из которого изготовлен скелет современной технологической цивилизации. Но - увы! - и у стальной основы нашей цивилизации есть свое уязвимое место. Оно называется коррозия, от которой железо и сталь не имеют той естественной защиты, какой является оксидная пленка для многих цветных металлов - олова, цинка или алюминия.

Сталь нуждается в защите от коррозии - и лучшей защитой для нее будет . (или оцинковка). прослужит гораздо дольше обычного стального.

Почему именно цинк?

Прежде всего потому, что цинк достаточно распространен и недорог, сам по себе коррозии практически не поддается, плавится при не очень высокой температуре (около 420 градусов, что гораздо ниже температуры плавления железа), обладает приемлемой прочностью. И при этом - что важно! - имеет стационарный электрический потенциал -0,76 В., то есть гораздо более отрицательный, чем у железа.

Благодаря этому своему свойству, цинк, даже при нарушении целостности покрытия и под воздействием электролитов, будет в возникающих электрохимических реакциях играть роль анода. То есть станет медленно растворяться, защищая этим от электрохимической коррозии стальную основу конструкции. В общем - даешь цинковые покрытия! Вот только какими способами их наносить? Это достаточно интересный вопрос, поскольку способов таких несколько - и у каждого из них есть свои плюсы и минусы. Рассмотрим их…

Горячее цинкование

Это самый, на первый взгляд, простой и надежный метод создания цинковой пленки на изделиях их чугуна и стали: эти предметы просто погружают в расплав цинка, а потом вынимают уже покрытыми слоем цинка толщиной от 40 до 80 микрон - то есть достаточно плотным и износостойким.

Однако не все так просто: для того, чтобы цинковая пленка надежно «зацепилась» на поверхности черного металла, эта поверхность должна быть тщательно очищена и офлюсована (то есть покрыта составом, который должен предотвратить ее окисление до соприкосновения с расплавом цинка, и обеспечить надежную адгезию цинковой пленки).

При этом нужно иметь в виду, что расплавленный цинк застывает довольно быстро и может поэтому образовывать наплывы до 1 мм. толщиной, что нежелательно в тех случаях, когда на поверхность оцинкованных изделий есть резьба. Кроме того, сама технология накладывает ограничения на размеры изделий, которые мы хотим оцинковать таким способом - они не могут быть больше, чем ванны с расплавом цинка (а они не могут очень большими по определению).

Холодный метод цинкования

В отличии от горячего цинкования, его холодный вариант никак не связан с размерами цинкуемых деталей и поверхностей, поскольку он состоит в нанесении на них электролитических растворов цинка в различных летучих жидкостях. Такие растворы (гальванол, цинотан, цинотерн, цинкнол) наносятся на стальную поверхность из пульверизатора: растворитель высыхает, а цинковое покрытие остается - причем «садится» оно на поверхность стали очень надежно, с высокой адгезией. При этом покрываемую поверхность не нужно флюсовать, ее достаточно просто очистить от ржавчины и грязи.

Холодный метод цинкования хорош своей простотой

и применимостью для работ на открытом воздухе. Но внешний вид покрытой таким способом стали будет просто матово-серым без металлического блеска.

Поэтому холодное цинкование лучше всего использовать как «покрытие под покраску».

Гальванический метод цинкования

Зато гальванический метод цинкования придает оцинкованой поверхности чрезвычайно привлекательный вид.

Он состоит в том, что через ванну с электролитом течет ток, причем анодом служат цинковые пластины, а катодом - изделия из стали. Под действием тока цинк растворяется в электролите, и его ионы оседают на железе. В результате получается тонкая (от 4 до 20 микрон) пленка, которая не только защищает сталь от коррозии, но и придает поверхности эстетичный внешний вид. Поверхность, покрытая гальваническим цинком может приобрести (в зависимости от своей толщины) сине-голубой, светло-серый или матово-белый металлический блеск. Главными достоинствами такого покрытия будет равномерность его толщины по всей покрываемой поверхности.

Но за этими плюсами идут и свои минусы: тонкое и красивое гальваническое покрытие будет не стойким к истиранию, а увеличение его толщины будет чревато тем, что сталь в процессе гальваники может приобрести заодно и т.н. «водородную хрупкость». Тем не менее, . в силу своей малой себестоимости очень часто используется для антикоррозионной защиты разных видов крепежа, металлических изделий и декоративных элементов.

Термодиффузное цинкование

Главного недостатка гальванического цинкования - «водородной хрупкости» позволяет избежать технология термодиффузионного цинкования.

Она основана на том, что цинк при определенных условиях может испаряться с поверхности цинксодержащего порошка и проникать в поверхностные слои железа, так что в результате образуется сложный сплав цинка с железом.

Такая диффузия становится возможной при

высокой (от 290 до 400 градусов) температуре и наличии электрического потенциала, при котором стальные изделия являются анодом.

Процесс термодиффузии производится во вращающемся контейнере при пониженном давлении (0,1 атмосферы) в восстановительной водородной атмосфере. На термодиффузное цинкование каждой партии крепежных метизов требуется от 90 до 180 минут.

В результате эти детали приобретут мышино-серый цвет - но вместе с ним и повышенную прочность поверхности и отменную устойчивость к коррозии (в 3-5 раз лучшую, чем при гальваническом цинковании и в полтора-два - чем при горячей оцинковке).

При этом равномерность покрытия будет идеальной, а про адгезию такого покрытия говорить и смысла нет - оно просто «сливается» с черным металлом, так что отделить ее от него просто невозможно. Конечно, внешний вид оцинкованных таким способом метизов, большого эстетического удовольствия не доставляет, но от болтов, гаек, пружин и шурупов особой красоты и не требуется.

Недостаток же у термодиффузного цинкования только один, но существенный - в силу особенностей технологии применять ее можно только в отношении небольших по размеру предметов.

Газо-термическая оцинковка

В последнее время все более широко начинает использоваться еще один вариант нанесения цинкового покрытия - газо-термический. В этом случае цинк в виде тонкой проволоки или порошка подается к соплу специальной горелки, расплавляется в потоке раскаленного газа и мельчайшими каплями оседает на поверхность стального или чугунного изделия.

Такое покрытие требует дополнительного слоя краски для заполнения микропор в слое цинка.

Это, конечно, недостаток, но зато такие комбинированные покрытия отличаются отличной адгезией и обладают устойчивостью в самых неблагоприятных условиях эксплуатации (в морской воде, частых атмосферные осадках, кислой среде и т.д.), где они могут сохраняться до 30 лет.

Вполне осуществимо. Прежде всего, оно необходимо для защиты металла от коррозии, которая является наиболее разрушительной «болезнью».

Некоторые виды металлов, контактируя с воздухом, начинают окисляться.

В результате этого процесса на поверхности появляется пленка, способная защищать поверхность от вредных воздействий.

Что касается железа, то здесь также образуется пленка, но она не отличается то же плотностью, поэтому не дает материалу нужной защиты. В итоге воздух со временем проникает все глубже, поражая большую поверхность.

Для сохранения металлических изделий от ржавчины, помимо цинкования, можно выполнить хромирование, покрыть металл медью, оловом или свинцом. Специальные заводы выпускают сегодня много вариантов различного покрытия.

Технология покрытия металла цинком довольно-таки проста, поэтому ее можно выполнить своими руками.

Оцинковка металла может осуществляться различными методами:

• Горячее цинкование.
• Холодная краска.
• Гальваническое.
• Газо-термическое напыление.
• Термодиффузионное.

Независимо от того, какие классы цинкования используются, необходимо правильно выбирать толщину этого покрытия, на которую влияет время и температура технологического процесса.

Горячая оцинковка металлических изделий считается наиболее эффективным и долговечным методом борьбы с коррозией.

Однако, с экологической точки зрения данный метод нельзя называть безвредным и безопасным, поскольку цинк подвергается плавлению, металлическая поверхность обрабатывается химическим путем.

Технология данного метода предполагает наличие двух этапов: подготовительного и непосредственной оцинковки.

Подготовка заключается в том, что металлическая поверхность сначала обезжиривается, затем необходимо выполнить травление.

После этого поверхность промывается, осуществляется флюсование и все тщательно просушивается.

Горячее цинкование производится, используя специальное оборудование.

После того как изделие высохнет, осуществляется процесс оцинковки: просушенный материал опускается в специальную емкость, где располагается горячий цинк.

Горячая оцинковка, несмотря на то, что является наиболее эффективным методом защиты железа от ржавчины, имеет свои недостатки.

Во-первых, необходимо иметь специальное оборудование – ванны, сушильную камеру, печь.

Во-вторых, ее размеры часто бывают ограничены, в результате чего становится невозможным обрабатывать материал больших размеров.

Хотя, нужно отметить, что современное промышленное оборудование позволяет делать горячее цинкование ЛЭП, строительных лесов и пр.

Метод холодного цинкования

Холодное цинкование металла становится наиболее популярным методом оцинковки. Технологический процесс подразумевает покрытие железа краской, содержащей порошковый цинк.

Поверхность оцинкованного изделия содержит 89-93% Zn. Технология является более простой в сравнении с предыдущим методом горячей оцинковки.

Металлическая поверхность изделия покрывается распыленным цинком таким же способом, как наносится обычная краска, то есть при помощи валика или кисти.

Если использовать распылители, то можно не только экономить время на обработку изделия, но и прокрашивать труднодоступные места.

Холодная краска цинком металлических поверхностей удобна в тех случаях, когда другие методы обработки применить трудно или невозможно, специальное оборудование для этого не используется.

Этот способ обработки металла цинком используется также для ранее оцинкованных изделий. Данная технология может осуществляться при различных температурах.

Гальваническое цинкование

Гальваническое цинкование осуществляется с помощью электрохимического воздействия.

Используя гальваническое цинкование, вид оцинкованного покрытия гладкий, равномерный, блестящий и привлекательный с декоративной точки зрения.

Технологический процесс таков: чтобы покрасить, обрабатываемая деталь опускается в емкость, в которой находится электролит (цинковая пластина).

Подводится ток, в результате анод цинка растворяется и оседает на поверхности материала.

Нужно отметить, что цена данного метода достаточна высока.

Технологический процесс влечет образование опасных отходов, который сопровождается большими затратами на очистку сточных вод.

Газо-термическое напыление

Данная технология применяется в тех случаях, когда габариты обрабатываемых конструкций не дают возможность покрасить, используя оборудование в виде ванн, как при выше описанных методах.

Используются такие виды цинка, как проволочный или порошковый.

Цинк сначала подвергается плавлению, после чего происходит напыление на обрабатываемую поверхность посредством газового потока.

Поверхность оцинкованного материала приобретает чешуйчатый, пористый вид. Из-за полученной структуры материал необходимо дополнительно покрасить, чтобы заполнить образовавшиеся поры.

Газо-термическое напыление цинка обладает высокой степенью защиты материала даже в таких условиях, как в воде (пресной и морской), а также в различных атмосферных условиях.

Термодиффузионное цинкование

Данная разновидность оцинковки известна еще как шерардизация.

Технологический процесс заключается в следующем: атомы цинка преобразуются в пар при очень высокой температуре (более 2600°), благодаря чему происходит проникновение в железо.

Данная технология применима в тех случаях, когда необходимо создать оцинкованный слой толщиной, превышающей 15 мкм.

Для данного метода используется специальное оборудование.

Процесс протекает при высоких температурах и в замкнутом пространстве муфелей (реторт), объемы которых заполняются обрабатываемым изделием и порошком, содержащим цинк.

Покрасить металл данным методом экологически безопасно, а также такая оцинковка характеризуется хорошей адгезией, покрытие из цинка повторяет контур деталей, защитные способности находятся на высоком уровне. Однако цена такого варианта весьма существенна.

Гальваническая оцинковка в домашних условиях

Гальваническое цинкование материала своими руками требует наличие аккумулятора от автомобиля или зарядного устройства, отвечающее следующим требованиям: 2-6А, 6-12В.

Электролит можно сделать из любой соли, но лучше воспользоваться раствором соли цинка.

Чтобы его сделать, потребуется сернокислотный цинк (200г), сернокислотный аммоний или магний (50г), уксуснокислый натрий (15г), вода (1л).

Также для цинкования своими руками можно использовать аккумуляторный электролит (разведенная серная кислота), в который помещают цинк.

В результате реакции цинк остается на поверхности изделия, а кислота преобразовывается в соль.

Если на дне выпадет осадок, то это говорит о высокой концентрации кислотного раствора. В этом случае раствор разбавляется небольшим количеством воды.

В качестве емкости используется стеклянная банка, если обрабатываемая деталь небольших размеров, либо винипласт или любая другая стеклянная емкость.

Емкость необходимо подобрать так, чтобы на ней можно было закрепить электрод с деталью.

Сам процесс покрытия металла цинком своими руками необходимо начинать с очистки и обезжиривания детали.

После этого ее помещают в раствор серной кислоты на несколько секунд (до 10 сек), таким образом металлическая деталь активируется.

Затем ее необходимо промыть обычной водой. Далее осуществляется анодирование материала.

Электрод делают из небольшого кусочка цинка, в котором просверливают отверстие и продевают медную проволоку.

При этом, сделанный своими руками электрод, должен быть сопоставимым по площади, как и обрабатываемый материал, форму брать лучше плоскую для удобства размещения в емкости.

Подручное оборудование присоединяют минусом к материалу, а плюсом – к цинку. Процесс будет протекать в течение 40 минут, в результате которого цинк растворится и осядет на поверхности изделия.

Следует отметить, что оцинковка своими руками должна осуществляться в проветриваемом помещении, а также в перчатках и специальной одежде. Цена домашнего метода остается невысокой.

Холодное цинкование дома

В домашних условиях можно выполнить холодное цинкование металла, для которого используется краска. Следует отметить, что это не просто краска с добавлением цинка, а скорее цинк в таком виде.

Для создания оцинкованного изделия используют специальные материалы (продаются в магазинах) с двумя составляющими: порошок цинка и связующий компонент в жидком виде.

Краска в виде двух веществ находится в отдельных емкостях. Они смешиваются согласно инструкциям, имеющимся на упаковках.

Пропорции, в которых они смешиваются между собой, могут быть 1:1, либо 3:1 (цинк и связующий компонент соответственно).

Краска наносится при положительной температуре (5-40 градусов) в проветриваемом помещении.

Хорошим средством, которым можно покрасить металлическое изделие, считается краска «Гальванол». Он прост в применении даже в домашних условиях, может наносится на ржавчину, быстро сохнет, а цена остается доступной для простых обывателей.

Методы домашнего цинкования отличаются своей простотой, доступностью и эффективностью внешнего вида оцинкованного материала.

Также следует отметить, что специальное оборудование для данного процесса в домашних условиях использовать не надо.

Покрытие изделий из металла цинком – наиболее простой, распространенный и дешевый метод защиты от коррозии. Цинкование в домашних условиях характеризуется легкой и доступной технологией.

1 Цинкование как способ коррозийной защиты металлов

В мировой практике из антикоррозийных металлических покрытий наиболее широко применяют цинковые. Это обусловлено относительно небольшой стоимостью цинка и достаточно высокой эффективностью получаемой защиты от внешней среды. В тоже время, технологический процесс нанесения покрытия, называемый цинкование, характеризуется низкими затратами. В атмосфере цинк взаимодействует с кислородом, в результате чего на его поверхности образуется тонкая оксидная пленка, предохраняющая защищаемый металл от губительных воздействий внешней среды. Способов цинкования металлических деталей несколько:

• горячий;
• газо-термическое напыление;
• термодиффузионный;
• холодный;
• гальванический.

Выбирают метод цинкования, исходя из условий последующего использования изделия и желаемых свойств защитного слоя. Для одной детали может применяться несколько видов покрытия. Чтобы результат был качественным во всех случаях, важен правильный подбор толщины покрытия из цинка, зависящий от температуры и времени процесса. Следует помнить, что оцинкованная металлическая деталь не должна подвергаться каким-либо механическим воздействиям.

2 Технологии различных методов цинкования

Горячее – покрытия наносят погружением в емкость с расплавленным цинком, температуру которого поддерживают в интервале 460–4800 °С. Горячецинковые покрытия по долговечности, качеству – одни из лучших, а по объему производства находятся на 2 месте. Технологический процесс энергозатратен и сложен в плане обеспечения экологической безопасности, что обусловлено использованием химических способов подготовки поверхности и наличием расплавленного цинка.

Газо-термическое напыление – порошкообразный или проволочный цинк расплавляют и напыляют в газовом потоке на металл обрабатываемой детали. Этот метод оптимален для антикоррозионной защиты крупногабаритных металлических конструкций, которые не умещаются в гальваническую или с расплавом цинка ванну. Частицы расплавленного цинка ударяются о поверхность изделия и, деформируясь, образуют пористое ("чешуйчатое") покрытие, которое, как правило, требует обработки порозаполнителем (лакокрасочным материалом). Комбинированное покрытие не теряет защитных качеств в различных средах (атмосфера, вода морская и пресная) 30 лет и более.

Термодиффузионное (шерардизация) – цинковое покрытие получают за счет проникновения атомов цинка в железную подложку с образованием железноцинкового сплава, имеющего сложную структуру. Эффект достигается благодаря тому, что атомы цинка при температурах свыше 2600 °С переходят в паровую фазу. Процесс проводят в замкнутом объеме муфелей или реторт, заполненных обрабатываемыми деталями и порошковой цинкосодержащей смесью. Технологию используют, когда необходимо получить слой цинка толще 15 мкм (обычно 25–110 мкм). Метод экологически безопасен. Покрытие беспористое, с высокой адгезией, защитная способность выше, чем у полученного гальваническим методом в 3–5 раз, и сопоставима со стойкостью горячецинкового.

Гальваническое – обеспечивает создание очень гладкого и точного покрытия, которое наносят при электрохимическом воздействии. Метод применим не только для электропроводящих материалов, но также и для неэлектропроводящих. Получаемое покрытие равномерное, точного размера, декоративного вида, блестящее, толщина, как правило, не превышает 20–30 мкм. Технология – цинковые пластины и обрабатываемую конструкцию погружают в резервуар с электролитом, а затем подключают к источнику постоянного тока. В процессе электролиза анод из цинка растворяется, а его молекулы оседают на поверхности изделия. Электрохимический метод связан с образованием опасных отходов.

Холодное – окраска изделий из металла грунтами, насыщенными высокодисперсным порошкообразным цинком (в готовом покрытии содержится 89–93 % цинка). Метод отличается высокой технологичностью, является самым простым, в настоящее время широко распространен. Очень эффективен для изделий, конструкций, которые нельзя обработать иным способом – закрепленные линии передач, трубы, элементы нефтяной аппаратуры, железнодорожных путей, дорожных ограждений, фурнитуры для мебели и прочие стационарные, неподвижные, труднодоступные объекты. "Холодное" покрытие может прослужить дольше, чем "горячее", в 3–4 раза. Недостатки – относительно низкая стойкость к различным механическим воздействиям и высокие требования к санитарно-гигиеническим условиям работы маляров из-за применения органических растворителей.

Все приведенные методы применяются в промышленных масштабах. Последние 2 можно реализовать самостоятельно с соблюдением необходимых мер безопасности.

3 Гальваническое цинкование в домашних условиях

Цинкование в домашних условиях – процедура, требующая большой точности и аккуратности. Источником тока может служить зарядное устройство на 2–6 А, 6–12 В или автомобильный аккумулятор. Для изготовления электролита, теоретически, можно использовать любую соль, способную растворяться в воде. Однако на практике проще сделать раствор соли цинка. Его состав:

• 200 г сернокислого цинка;
• 50 г сернокислого аммония или магния;
• 15 г уксуснокислого натрия;
• 1 л воды.

Можно воспользоваться аккумуляторным электролитом (водный раствор серной кислоты), в который необходимо поместить цинк. Когда реакция прекратится, кислота преобразуется в соль, а цинк останется. Если раствор кислоты окажется чрезмерно концентрированным, то на дне появится осадок (кристаллический сульфат цинка). Раствор в этом случае слегка разбавляют водой. Важно помнить, что электролит – опасный яд, с которым следует работать крайне осторожно и в защитной одежде. Помещение, где ведутся работы, должно хорошо проветриваться.

Подбирают посуду из винипласта или стекла. Когда деталь небольшая, то подойдет даже литровая банка. Предусматривают возможность прикрепления на ней изделия и электрода из цинка. Электролит процеживают и заливают в емкость. Деталь, предназначенную для цинкования, необходимо тщательно очистить и обезжирить. Сделать это надо как можно лучше, чтобы цинк лег ровно и прочно. Затем деталь на 2–10 секунд опускают в раствор, после чего сразу промывают под проточной водой. Эту процедуру называют химическим активированием. После этого приступают к анодированию изделия.

Цинковый электрод изготавливают из куска цинка, для чего в нем просверливают отверстие и подвешивают его на медной проволоке. Электрод должен соответствовать следующим требованиям:

• площадь поверхности сопоставима с площадью изделия;
• форма плоская и удобная для размещения в емкости.

Для подключения к источнику питания используют медные провода. Минус подводят к детали, а плюс к цинковому электроду, который "растворится", а на изделии образуется слой цинка. Время обработки – 10–40 минут.

4 Параметры домашнего гальванического цинкования

Самым сложным в работе является подбор режима цинкования. От него зависит качество покрытия детали. На нее либо осядет цинковый порошок, беспрепятственно удаляемый тряпкой, или прочный слой, который долго прослужит.

Факторы, определяющие добротность покрытия:

1. Плотность тока – величина силы тока, поделенная на площадь поверхности изделия. Должна быть 0,5–10 А на 1 квадратный дециметр (оптимально 1,5 А/дм2). Регулятором напряжения добиваются не слишком бурного протекания реакции. Если с поверхности изделия пузырьки будут идти чрезмерно активно, то покрытие получится неровным и слабым.
2. Температура электролита должна быть комнатной (18–25 °С).
3. Плотность электролита – варьируется в широком диапазоне (от нуля и до величины растворимости солей цинка).
4. Геометрия изделия – у детали сложной формы, в зависимости от удаления различных ее фрагментов от цинкового электрода, может быть существенная разница в толщине покрытия разных участков (слабое покрытие в углублениях, а на острой кромке образуются наросты).

Исходя из выше описанного, целесообразно расстояние до электрода увеличить, использовать 2 цинковых анода, деталь покрутить, поэкспериментировать. Цинкование возможно проводить в 2 или 3 слоя с сопутствующим удалением образовавшихся наростов.

5 Холодное цинкование своими руками

Холодное цинкование – нанесение покрытия в виде краски. В этой формулировке заложен основной смысл используемого материала – это не краска, содержащая цинк, а именно этот металл в виде краски.

Для холодного цинкования на рынке можно найти большое множество материалов от различных производителей. У многих составов иногда основные характеристики (содержание цинка, к примеру) варьируются в широких пределах. Соответственно, эффективность их применения тоже может меняться. Некоторые составы очень требовательны к качеству подготовки поверхности металла, у других недостаточная сила адгезии с деталью, и они легко отслаиваются, какие-то обладают низкой эластичностью и покрываются паутиной трещин, есть такие, которым нужен фирменный растворитель, для нанесения ряда материалов требуется специальное оборудование, бывают не совместимые с финишными покрытиями.

Все предлагаемые материалы включают два компонента, поставляемых в отдельных упаковках – цинковый порошок и связующий жидкий компонент. Перед применением оба вещества смешивают согласно нормативам, указанным в документах на краску. Пропорции "порошок"-"связующее" бывают от 1:1 до 3:1. Средство наносят при температуре 5–40 °С и влажности воздуха 30–98 %. Во время работ и после их проведения помещение тщательно проветривают. Необходимо использовать средства индивидуальной защиты.

• содержание мелкодисперсной химически чистой цинковой пудры 96 %;
• быстро сохнет – до нанесения следующего слоя требуется выждать 30 минут;
• можно наносить любым способом (погружением, валиком, кистью, краскопультом и так далее);
• можно окрашивать любыми ЛКМ, возможно нанесение полимерных покрытий;
• допустимо нанесение на ржавчину;
• возможно наносить на влажный металл и при отрицательных (до -35 °С) температурах;
• растворим доступными растворителями (ксилол, сольвент).

Самым страшным заболеванием изделий, которые изготовлены из металла, выступает коррозия, которая разрушает их постепенно. Как же можно побороть этот недуг? Одним из способов считается покрытие поражённого участка массой, что содержит значительное количество цинка: доля его содержания может достигать 95%. Процесс создания цинкового покрытия на металле абсолютно ничего сложного собой не представляет и не требует огромных финансовых затрат.

Необходимость защиты от коррозии

Любой металл нуждается в создании защитного покрытия от ржавчины, коррозии и других вредных воздействий, способных разрушить изделие. Благодаря разным технологиям по обработке металлов защитить поверхность металла и продлить срок использования изделия совсем несложно.

В мировой практике из металлических покрытий чаще всего используются цинковые. Главными причинами, что обуславливают выбор в пользу цинковых покрытий для изделий из металла, являются невысокая цена цинка и стоимость цинкования, а также наличие более электроотрицательного стационарного потенциала, чем железо, при воздействии агрессивных сред.

Оцинковка металла (цинкование) - покрытие поверхности металла цинком, который благодаря своей хрупкости и минимальному уровню твердости обеспечивает любому изделию надежную защиту. Слой окиси на покрытии достаточно прочен, цинк является более активным материалом, чем железо, поэтому он значительно замедляет коррозию.

Цинк быстрее вступает в реакцию с коррозией, чем она добирается до основного металлического слоя, поэтому деталь останется не тронутой. И пока на изделии остается хотя бы кусочек цинка, вокруг него железо не ржавеет. Даже если цинковое покрытие имеет повреждения, или отсутствует в некоторых местах, его защитные свойства сохраняются.

Таким образом, цинковые покрытия выполняют роль протекторов, что «размазаны» по поверхности защищаемой детали. Оцинковку металла в основном проводят при помощи специального производственного оборудования разными методами. К тому же возможно осуществление цинкования в домашних условиях.

Методы цинкования

Процедура нанесения на изделие из металла цинкового покрытия производится одним из следующих способов: горячее цинкование, холодная окраска, нанесение гальванических покрытий, газо-термическое напыление цинка и термодиффузионное цинкование. Способ нанесения покрытия на деталь принято выбирать, зависимо от условий будущего использования и желаемых свойств протекторного слоя. В одном изделии может использоваться несколько типов покрытий.

Независимо от выбора метода цинкования, чтобы получить качественный результат, важно правильно подобрать толщину цинкового покрытия, зависящую от времени и температуры процедуры. Также следует помнить, что цинкованное металлоизделие не должно подвергаться никаким механическим воздействиям.

Горячее цинкование

Цинковые покрытия, которые создаются посредством процедуры горячего цинкования, занимают по объему цинковальных производств второе место, а по долговечности и качеству являются сегодня одними из лучших. Хотя и присутствуют проблемы экологической безопасности, которые обусловлены наличием расплава цинка и использованием химической методики подготовки поверхности.

Технология горячего цинкования металла состоит из двух этапов: подготовки поверхности и непосредственно цинкования металла. Подготовка поверхности перед горячей оцинковкой состоит в последовательном выполнении таких операций: обезжиривание поверхности под цинкование, травление поверхности металла, промывание и флюсование металла, а также просушивание поверхности.

После прохождения всех стадий подготовки нужно высушить изделие. Нанесение цинка совершается путем использования специального оборудования для горячего цинкования и погружения сухого подготовленного изделия в ванну с горячим цинком. На поверхности детали образуется сплав Fe-Zn, предохраняющий от коррозии.

Недостатком данного метода служит то, что ванны для обработки металла, зачастую ограничены в размерах и не способны предоставить возможность для обработки нужной конструкции. Хотя в современной ванне легко умещаются строительные леса, мачты освещения и опоры линий электропередач.

Холодное цинкование

Широкое распространение в последние годы получила методика холодного цинкования металла посредством окраски металлоизделий грунтом с высоким содержанием цинкового порошка. В готовом покрытии цинка 89-93%. Способ отличается высокой технологичностью и простотой выполнения. Распыленный цинк наносится на поверхность как обычная краска - с помощью валика или кисточки. Также можно использовать для этой цели распылители, которые сокращают время на цинкование и позволяют достать до самых отдаленных мест.

Такой метод считается очень эффективным для конструкций, которые обработать другим способом нельзя - к примеру, для закрепленных труб, арматуры линий передач, элементов железнодорожных путей, нефтяной арматуры, дорожных ограждений, мебельной фурнитуры и прочих неподвижных стационарных объектов.

Процедура считается действенной и для проведения ремонта поверхностей, что были оцинкованы ранее.
Холодное цинкование стали осуществляется в широких границах температуры, а покрытие получается эластичным, выдерживающим механические деформации и термическое расширение.

Срок службы холодной оцинковки может превышать время эксплуатации горячей в 3-4 раза. К недостаткам методики относят невысокую стойкость к механическому воздействию и потребность тщательного контроля условий труда из-за использования органического растворителя.

Гальваническое цинкование

Процедура гальванического цинкования позволяет создать особенно гладкое и точное цинковое покрытие поверхности металла. Подобная методика оцинковки предполагает нанесения покрытия при совершении электрохимического воздействия. Она подходит для проводящих и не проводящих ток материалов. Толщина гальванического покрытия обычно составляет 20-30 мкм.

При гальваническом цинковании металла осаждаемое покрытие получается точного и равномерного размера, блестящее, декоративное. Адгезия подобных покрытий обеспечена молекулярными силами, которые наблюдаются при взаимодействии основного металла и молекул цинка. На силу подобного взаимодействия влияет присутствие любых пленок (окисных или жировых) на поверхности покрываемого изделия, чего полностью не избежать при массовом производстве.

Технология цинкования электролизом состоит в следующем: стальная конструкция, подвергаемая цинкованию, и пластины цинка погружаются в емкость с электролитом. Пластины и изделие подключаются к источнику тока. Цинковый анод во время электролиза растворяется, оседая на поверхности стальной детали.

Среди преимуществ метода можно выделить хороший декоративный аспект. Вместе с этим процедура электролитического цинкования имеет один серьёзный недостаток: цена цинкования состоит не только из стоимости цинка и электролита. Электрохимическая оцинковка сопровождается образованием опасных отходов, поэтому нужна очистка от цинка сточных вод, что является достаточно дорогостоящей процедурой.

Термодиффузионное цинкование

Процедура термодиффузионного цинкования является еще одним видом цинкования. Методика ТДЦ известна достаточно давно. Впервые она была применена в Англии в начале 20 столетия и получила название «шерардизация». Впоследствии была несколько подзабыта, уступив место другим способам цинкования. Однако с девяностых интерес к методике вновь возрос.

Сущность термодиффузионного цинкования заключается в образовании цинкового покрытия на поверхности железа за счет перехода при температуре больше 2600 градусов атомов цинка в паровую фазу, что способствует их проникновению в железную подложку. В процессе формируется железноцинковый сплав сложнейшей фазовой структуры. Технологию цинкования ТДЦ используют, если необходимо создать слой цинка толщине больше 15 мкм.

Возникновение такого покрытия возможно исключительно при высоких температурах и в замкнутом пространстве муфелей или реторт, которые заполнены цинкуемыми деталями и порошковой смесью, содержащей цинк. Металлические изделия в данном случае проходят аналогичные стадии, как и при процессе горячего цинкования, а в конце загружаются во вращающуюся барабанную печь, где материал и покрывается цинком.

Методика ТДЦ имеет ряд достоинств перед другими методами цинкования:

• процесс цинкования безопасен с экологической позиции;
• получаемое покрытие не имеет пор и отличается высокой адгезией к подложке благодаря диффузионному слою;
• защитная способность цинкового покрытия в 5 раз больше, чем у гальванических покрытий;
• толщина покрытия изменяется в широком интервале;
• покрытие точно воспроизводит форму деталей самой сложной конфигурации (отверстия, резьба, полости, внутренние поверхности, щели);
• отходы процесса не требуют захоронения.

Но вместе с этим методика ТДЦ имеет свои недостатки, к примеру, у цинкового покрытия отсутствуют декоративные свойства - покрытие получается без блеска, темно-серого цвета. Производительность - относительно небольшая, присутствуют вредные аэрозоли цинковой пыли, часто возникают такие дефекты цинкового покрытия, как неравномерность по толщине.

Газо-термическое цынкование

При цинковании напылением покрытие металла цинком осуществляется следующим образом: расплавляется металл в виде порошка или проволоки, и напыление цинка на изделие происходит в газовом потоке. Метализационные газотермические покрытия являются оптимальным решением для защиты крупногабаритных металлоконструкций от коррозии, которые не помещаются в гальваническую ванну или емкость с расплавом цинка.

Расплавленные частицы цинка деформируются при ударении о поверхность металла, образуя так называемое «чешуйчатое» покрытие. Формируется при этом пористое покрытие, которое нуждается в покрытии порозаполнителем в виде лакокрасочных материалов. Подобные комбинированные покрытия обладают долговременной защитой в разных условиях использования - морская и пресная вода, атмосферные условия.

Цинкование в домашних условиях

Перед проведением цинкования своими руками изделие необходимо подготовить и зачистить надлежащим образом поверхность. Чем вы сделаете это лучше, тем ровнее и прочнее ляжет цинк. Потом металлическую деталь следует активировать, для этого опустите её в серную кислоту на 2-10 секунд. Потом сразу же промойте её, погрузив в воду, и приступайте к анодированию.

Установки для цинкования могут быть изготовлены следующим образом. Подберите посуду из инертного материала - винипласта или стекла. Если деталь небольшая, то можно взять даже литровую банку. Учитывайте возможность закрепления электрода и изделия, которое является вторым электродом, на ней. Подвеску электродов осуществляйте на медной проволоке.

Возьмите в качестве источника тока зарядное устройство 2-6 Ампер, 6-12 Вольт. Электролитом для домашнего цинкования теоретически может быть практически любая соль, которая растворяется в воде, на практике же легче приготовить соль цинка. Можно взять аккумуляторный электролит (разведенную серную кислоту), поместите в него цинк. После прекращения реакции цинк останется, а кислота перейдет в соль. Если кислота является слишком концентрированной, то на дне возникнут кристаллы сульфата цинка, тогда слегка разбавьте электролит водой.

После этого процедите электролит и залейте в посуду для цинкования. Цинковый электрод вы можете выполнить из куска цинка, просверлив отверстие в нем и подвесив на проволоке из меди. Площадь поверхности должна соответствовать площади обрабатываемого изделия, форма должна быть плоской и удобной для погружения в емкость. К слову сказать, кусок цинка можно приобрести в любом пункте приема металла.

Подведите минус к изделию и плюс к цинку, цинковый электрод «растворится», а на детали осядет слой цинка. Самым сложным при использовании оборудования для цинкования и проведения самого процесса оцинковки выступает режим цинкования: на изделии может осесть порошок цинка, который легко удалить тряпкой, а может - прочный слой, вам нужен последний вариант.

На качество цинкового покрытия влияют такие факторы:

1. Плотность тока. Этот показатель рассчитывается как сила тока, что делится на площадь поверхности изделия, и составляет 0,5 - 10 ампер на дециметр квадратный. Регулятором напряжения постарайтесь добиться не слишком бурной реакции. Покрытие получится слабым и неровным, если с детали будут чрезмерно активно идти пузырьки.
2. Температура. Подберите для электролита комнатную температуру.
3. Плотность электролита. Данный параметр может изменяться в широких пределах - от значения растворимости солей цинка до нуля.
4. Геометрия изделия. Если деталь имеет сложную форму, то в толщине покрытия может быть значительная разница, зависимо от удаления изделия от цинкового электрода. На острой кромке появляются наросты, в углублении покрытие будет слабое.

Проанализировав выше сказанное, помните, что целесообразно увеличить расстояние до электрода, воспользоваться двумя цинковыми анодами, покрутить деталь, поэкспериментировать. Возможно проведение цинкования в 2 или 3 слоя, с процессом промежуточного удаления на острых кромках образовавшихся наростов.

Таким образом, при работе с различными металлическими изделиями зачастую приходится сталкиваться с ущербом, вызванным коррозией. Металл и сталь имеет прочную структуру, однако она не может спасти его от данной напасти. Поэтому для защиты металлических конструкций и сооружений, что особенно подвергаются коррозии, идеальным вариантом является обращение к технологии цинкования - методу горячего цинкования, холодной окраске, нанесению гальванического покрытия, газо-термическому напылению цинка и термодиффузионному цинкованию.

Гальваника - это нанесение на металлические поверхности различных металлических и химических покрытий. Наиболее распространенный метод гальваники - цинкование.

Гальваническим цинкованием называется процесс нанесения тонкого слоя цинка на поверхность металлических изделий в растворе электролита. В процессе электролиза цинк растворяется, и его ионы с положительным потенциалом оседают на поверхность основного металла с формированием слоя толщиной от 4 до 20 мкм, с высокой точностью повторяющего контуры изделия. Покрытие при гальваническом цинковании особенно точное и гладкое.

ООО "ТЕРМИШИН РУС РЕСЕЧ" ввиду явных преимуществ ТДЦ по сравнению с другими методами оказывает только услуги термодиффузионного цинкования.

Технология гальванического цинкования

• Изначально деталь обезжиривают, промывают.
• Затем происходит травление в растворе соляной кислоты с удалением загрязнений, ржавчины, солей и окалины.
• Конструкции, подвергаемые цинкованию, и цинковые пластины погружаются в ванну с электролитом. Пластины и конструкции подключаются к источнику постоянного тока. Во время электролиза цинковый анод растворяется, и оседает на поверхности стального изделия.
• Затем идет промывка и осветление в азотной кислоте с удалением окисных пленок, дополнительная промывка.
• Пассивация с нанесением дополнительного защитного слоя.
• Промывка и сушка гальванически оцинкованных изделий.
• Контроль внешнего вида изделия.

Недостатки гальванического цинкования

Процесс гальванического цинкования отличается высокой стоимостью.

Важным преимуществом ТДЦ перед гальваническим цинкованием является использование деталей без каких-либо ограничений, отверстия в деталях при гальванике могут быть только сквозные.

Детали, при гальваническом цинковании не отличаются высокой сопротивляемостью к коррозии в камере нейтрального соляного тумана. Дуплексное покрытие не обладает высокой адгезией. ТДЦ отличается повышенной коррозийной стойкостью (в камере нейтрального соляного раствора), высокой адгезией (в камере нейтрального соляного тумана) и низким коэффициентом трения, что увеличивает срок эксплуатации изделия.

Отсутствует упрочнение поверхности и сам процесс не является экологически чистым, необходима очистка сточных вод от цинка — это является серьезным недостатком, потому что очистка сточных вод от ионов цинка достаточно дорогостоящая технология, требующая строительства очистных сооружений.

Сравнительные характеристики различных методов цинкования можно посмотреть в таблице.