12 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Разогретый цинк в борьбе за долговечность детали

Разогретый цинк в борьбе за долговечность детали

С развитием металлообрабатывающей промышленности появилось большое количество технологий защиты металлических изделий от естественного процесса разрушения структуры металла, вследствие негативного воздействия влаги, кислорода и других агрессивных факторов окружающей среды.

Одним из самых эффективных методов, предохраняющих металлоконструкции от коррозии – является их горячее цинкование.

Принцип данного метода состоит в том, что поверхность изделия наносится антикоррозийная защита в виде тонкого слоя цинка, предотвращающего прямой контакт металлической основы с агрессивными агентами. Обработанные таким образом железные или стальные изделия приобретают устойчивость к процессам ржавчины на период до 70 лет, без дополнительной необходимости их повторных обработок, что является несомненным достоинством данного метода.

Как же происходит оцинкование металлоконструкций на производстве?

Для того чтобы железные заготовки приобрели антикоррозийные свойства, их необходимо подвергнуть следующим операциям:

  • Удаление с деталей загрязняющих элементов механическим путем, либо при помощи пескоструйной аппаратуры;
  • Затем требуется обезжирить поверхность заготовок от химических веществ, с целью обеспечения лучшего контакта защитного цинкового покрытия с основой;
  • Далее деталь промывается от остатков химикатов;
  • С помощью процессов травления становится возможным очищение поверхности изделия от окислов и ржавчины, где благодаря кислотной обработке металл еще на один шаг продвигается к следующему подготовительному этапу;
  • Конечным пунктом перед началом обработки горячим цинком является этап флюсования заготовок, который предотвращает окисление металла в результате его взаимодействия с воздухом окружающей среды;

Все детали, по окончании подготовительного этапа должны быть подвергнуты просушке, где они подвергаются воздействию высоких температур в специальных печах. Там с заготовок удаляются остатки жидкости, которые могут неблагоприятно отразиться на качестве покрытия.

Завершающим этапом всех пройденных манипуляций является собственно процедура цинкования, в ходе которой, детали помещают в емкость с разогретым до 420 градусов Цельсия цинком. Там происходит заполнение всех микротрещин и поверхностей данным покрытием. На выходе эти образцы имеют защитный слой, обладающий функцией самовосстановления при повреждении какого-либо участка. И не смотря на то, что полученные образцы имеют неприглядный серый внешний вид, их износостойкость в процессе эксплуатации все же берет верх над эстетической стороной вопроса.

Методы нанесения цинкового покрытия

Если вы когда-либо сталкивались с металлом в промышленности или в быту, то почти наверняка вам знакомо явление коррозии. То есть, ржавления металла.

Многочисленные исследования коррозии позволили разработать ряд методов ее предотвращения. Одним из самых эффективных является метод цинкования.

Химические свойства цинка

Цинкование – это нанесение на металлическую поверхность защитного слоя цинка. Цинк обладает высокой стойкостью к воздействию атмосферного кислорода за счет образования оксидной пленки на его поверхности. Кроме того, электрохимический потенциал цинка выше, чем железа. Это обеспечивает электрохимическую защиту от коррозии: цинк разрушается, а основной металл изделия остается в неизменном виде.

Раньше активно применялись разные материалы антикоррозионной защиты. Но, сегодня цинк лидирует по всем показателям.

В таблице приведены данные о долговечности цинковых покрытий в различных типах атмосферы.

Из таблицы видно, что долговечность цинковых покрытий зависит от типа атмосферы и толщины нанесенного слоя цинка. Покрытия антикоррозионные толщиной в 100 мкм срок службы которых может составлять от 5 до 75 лет. В аналогичных условиях срок службы лакокрасочных покрытий составляет от 0,5 до 7 лет.

Толщина цинкового слоя зависит от метода нанесения покрытия на металлическую поверхность.

Методы нанесения цинкового покрытия

Цинк на поверхность можно нанести:

  • электроосаждением;
  • погружением в расплав;
  • электродуговым и газопламенным распылением;
  • термодиффузионным методом;
  • методом холодного цинкования.

Выбор того или иного метода нанесения цинка определяется требованиями к покрытию, эксплуатационным факторам, условиям нанесения и экономическим аспектами.

Электроосаждение

Гальваническое цинковое покрытие получается электрокристаллизацией в ванне с раствором цинкового электролита, при этом толщина покрытий не превышает 40-60 мкм, а размер деталей ограничен размером ванны. Этот метод обычно используется для геометрически простых и небольших деталей. Удобен для покрытия мелких деталей в барабанах или для непрерывного покрытия листов и проволоки. Преимуществом электроосаждения является возможность нанесения покрытий заданной толщины с высокой точностью. Недостатком является вредность и непривлекательность производства, необходимость устройства дорогостоящих очистных сооружений.

Горячее цинкование

Горячее цинкование применяется для получения толстых, более долговечных покрытий. Это наиболее распространенный метод цинкования – около 40% мирового производства цинка затрачивается на горячие покрытия для стальных конструкций и изделий. Сущность цинкования горячим методом заключается в том, что изделие,, прошедшее ряд подготовительных операций, погружается в расплав цинка с температурой 450-460 градусов.

Размер изделия, которое подвергается обработке, ограничивается размером ванны, однако техника двойного погружения (сначала одним концом, затем другим) позволяет обрабатывать изделия длинной до 30 метров. Существенным недостатком является то, что толщину покрытия нельзя регулировать.

Читать еще:  Сферы использования металлических решетчатых ступеней

Электродуговое и газопламенное распыление

Преимущества процесса распыления цинка состоит в том, что оборудование компактно, переносного типа и может быть использовано в любом месте на больших и малых конструкциях. Толщину покрытий можно регулировать от 50 до 500 мкм. Цинк в виде проволоки или порошка расплавляется под действием электрической дуги и пламени газовой горелки и с помощью сжатого воздуха напыляется на поверхность защищаемой конструкции. Процесс неудобен для покрытия внутренних полостей или изделий сложной формы. Покрытия получаются пористыми, но при необходимости поры можно заполнить пропитками или нанесением поверх цинка лакокрасочных покрытий.

Термодиффузионный метод

Смесь из цинковой пыли с мелким песком контактирует с поверхностью при температуре 350-400 градусов. Такие покрытия отличаются равномерностью на изделиях сложной формы, поэтому предпочтительны в том случае, когда требуется определенный допуск по размеру или покрытие полых деталей. Покрытия получаются твердые, с высоким сопротивлением к истиранию.

Метод холодного цинкования технология

Метод холодного цинкования металлоконструкций заключается в нанесении на поверхность цинксодержащего состава. При этом используются техники и оборудование, применяемые при обычных лакокрасочных работах. Технологический процесс холодного цинкования очень экономичен, так как не требует приобретения специального оборудования.

Содержание цинка в покрытиях для холодного цинкования может достигать 95%. После высыхания на поверхности образуется прочное покрытие с высоким содержанием цинка.

Этот метод нашел широкое применение в автомобилестроении, для защиты мостовых конструкций, труб, резервуаров, газопроводов, цистерн.

Метод холодного цинкования достаточно молодой. Он был разработан в 80-х годах двадцатого века в Уральском отделении Российской академии наук.

Холодное цинкование можно осуществлять при наличии небольших дефектов поверхности. Методика нанесения холодного цинкования не требует демонтажа конструкции. Нанесение можно осуществить на поверхность любой формы и размера. Кроме того, холодное цинкование может быть единственным слоем защиты, а может входить в состав комплексной защиты: на покрытие можно наносить лакокрасочные материалы, срок службы такого покрытия увеличивается в несколько раз.

Из краткого анализа методов нанесения цинкового покрытия видно, что оптимальным является метод холодного цинкования.

Краски и грунтовки с содержанием цинка до 96%:

Узнать больше о защитных составах для металла можно у наших специалистов по тел. +7 (343) 351-78-01

Белая ржавчина на цинковых покрытиях: причины, воздействие и способы борьбы

Цинк относится к материалам, широко используемым для защиты стали от коррозии. В промышленности его наносят на стальные детали различными способами.

К ним относятся: нанесение цинковых покрытий гальваническим способом, непрерывное горячее цинкование листового материала, проволоки и цинкование стальных изделий погружением.

Когда сталь покрывают цинком в первый раз, покрытие не успевает образовать защитную оксидную плёнку и цинк, скорее всего, окислится при контакте с пресной водой.
В то время, как многие из этих технологий покрытия используют сплавы цинка (например, с алюминием), большинство изделий покрываются практически только цинком. Общая проблема для всех этих изделий – это явление «белой ржавчины», для которой в качестве эвфемизма используют также название «белые пятна».

Хотя действие данного механизма вполне понятно, его распространение представляет серьёзную трудность, как для производителей гальванических изделий, так и для тех, кто пользуется этими изделиями. Проблема возникает из-за того, что часто бывает очень трудно распределить ответственность за ущерб, наносимый гальваническим изделиям белой ржавчиной, так как покрытие сразу после нанесения может быть в идеальном состоянии.

Особую трудность представляет экспорт или импорт в контейнерах, хранение в течение длительного периода и транзит из умеренных в тропические климатические зоны. После доставки покупатель может отказаться от покрытия из-за ржавчины, появившийся в ходе транспортировки. И кто же ответственен за это?

МЕХАНИЗМ ФОРМИРОВАНИЯ БЕЛОЙ РЖАВЧИНЫ

Цинк – сравнительно реактивный металл и он активно реагирует и с кислотами, и со щёлочами. Лучше всего он проявляет свои антикоррозионные свойства в pH-нейтральной среде и потому является хорошим защитным покрытием практически при любом климате за исключением морского.

Как бы то ни было, долговечность цинковых покрытий, как и алюминиевых, зависит от формирования оксидной плёнки. После формирования данной оксидной плёнки уровень коррозии цинковых покрытий становится очень низким – обычно толщиной два микрона или меньше за год в нормальной среде.

Если покрытие на сталь было только что нанесено, цинк пока что не образует плёнки на поверхности. Химические реакции, требуемые для формирования этой плёнки, занимают некоторое время.

1. Фаза окисления 2Zn + O2 = 2ZnO
2. Фаза гидратации 2Zn = 2H2O + O2 = 2Zn(OH)2
3. Карбонизации 5Zn(OH)2 = 2CO2 + 2ZnCO3.3Zn(OH)2 + 2H2O

Именно формирование очень легко растворимой в воде оксидной плёнки обеспечивает нижний слой цинка хорошими антикоррозионными свойствами.

Другие реакции могут происходить при наличии хлоридов, сульфатов и других разъедающих веществ, которые могут сильно ускорить разрушение цинкового покрытия. Именно воздействие воды на поверхности со «свежими» цинковыми покрытиями является основным механизмом возникновения белой ржавчины.

Читать еще:  Проекты загородных домов: популярные вариации

Чистая вода (H2O) не содержит растворённых солей или минералов, и цинк довольно быстро реагирует с чистой водой, формируя гидроксид цинка – белый по цвету, относительно нестабильный оксид цинка. Если только что гальванизированная сталь будет подвергаться воздействию чистой воды (дождь, роса или конденсат) в среде, где не хватает кислорода, вода будет продолжать реагировать с цинком и постепенно разъедать покрытие. Наиболее часто распространённые условия, в которых появляется белая ржавчина – гальванические изделия хранятся плотно прижатыми друг к другу либо вода проникает между изделиями и остаётся на длительный срок.

В благоприятных (для белой ржавчины) условиях разъедание цинка может происходить при уровнях коррозии в 20-50 раз больших, чем обычно предполагается.

Большой слой белый ржавчины, вызванной водой, просочившейся между набором деталей

Гальванические изделия, прежде всего, пассивировались раствором дигидрата дихромата натрия, благодаря которому они приобрели лёгкий желтоватый оттенок и лучшую сопротивляемость ржавчине.

КАК ИЗБЕЖАТЬ ПОВЯЛЕНИЯ БЕЛОЙ ПЛЁНКИ

Существует некоторое количество простых советов, которые могут помочь вам сильно уменьшить или прекратить формирование белой ржавчины. Это:
Держите изготовленные изделия в сухости.

Упаковывайте изделия, чтобы между поверхностями циркулировал воздух.

Ставьте упакованные изделия под углом друг к другу, чтобы вода могла вытекать.

Обрабатывайте поверхность подходящим водоотталкивающим средством либо создавайте барьерные покрытия для предотвращения контакта влаги с гальванической поверхностью.
Обеспечьте необходимую вентиляцию при транспортировке гальванических изделий на длительные периоды.

ОБРАБОТКА ГАВЛЬВАНИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ, ПОВРЕЖДЁННОЙ БЕЛОЙ РЖАВЧИНОЙ

Как только гальваническая поверхность начнёт реагировать, и сформируются соединения гидроксида цинка, желательно удалить соединения оксида с поверхности, так как:

  • Их присутствие мешает формированию стабильных оксидов
  • Их не видно
  • Их воздействие на гальванизированную поверхность может варьироваться от очень слабого до особо сильного. Доступны различные способы решения проблем ржавчины на уровнях, где они обычно случаются.

Следующие технологии рекомендуются для решения проблемы белой ржавчины на гальванических продуктах.

1. Лёгкое поражение белой ржавчиной

Оно характеризуется формированием лёгкой плёнки из белого порошкового остатка и часто возникает на только что оцинкованных поверхностях во время сильных дождей. Это особенно явно видно на участках, которые были отполированы или отшлифованы. В ходе данного процесса пассивированная поверхность удаляется с оцинкованной, и цинк оказывается подвержен воздействию дождевой воды. При хорошей вентиляции и хорошей дренажной системе белая ржавчина вряд ли продвинется дальше этой поверхностной стадии. Её можно счистить при необходимости, но обычно она уходит сама с нормальным выветриванием и стоком. На этом уровне не требуется никаких специальных мер.

2. Умеренное поражение белой ржавчиной

Оно характеризуется явным потемнением и травлением гальванического покрытия под поражённым участком, слой ржавчины получается довольно большим. Толщину гальванического покрытия надо измерить для определения уровня поражённости покрытия. В большинстве случаев менее 5% гальванического покрытия будет удалено и потому никаких специальных мер не требуется, если внешний вид поражённого участка не очень важен для нормального использования изделия; остатки гидроксида цинка удаляются с помощью очистки проволочными щётками. Если такой внешний вид неприемлем, поражённую белой ржавчиной область можно обработать следующим образом:
Используйте проволочную щётку или абразивную тряпочку для удаления последствий коррозии.
Используйте тряпочку, пропитанную алюминиевой краской, протрите поверхность тряпочкой, чтобы нанести тонкий слой алюминиевой краски на поражённую область и связать её с находящимися рядом непоражёнными гальваническими поверхностями.

3. Серьёзное поражение белой ржавчиной

Оно характеризуется отложениями оксидов в больших количествах. Детали могут приклеиваться друг к другу. Области под оксидированными участками могут быть чёрными или демонстрировать проявления рыжей ржавчины. Проверка толщины покрытия определяет степень повреждения гальванического покрытия.

Для восстановления покрытия следует предпринять следующие действия:

Протрите поражённую область проволочной щёткой или отполируйте её для удаления всех продуктов оксидации и ржавчины.

Нанесите один или два слоя эпоксидной, богатой цинком краски, чтобы достичь требуемой толщины плёнки равной 100 микронам минимум

ХИМИЧЕСКОЕ УДАЛЕНИЕ БЕЛОЙ РЖАВЧИНЫ

Pasminco (теперь Zinifex) провёл исследование эффективности химического удаления белой ржавчины и доложил о результатах в Отчёте о техническом проекте No. D713C (6 июля1995).

В этом отчёте оценивалась эффективность нескольких химических технологий, основанных на дигидрате дихромата натрия, триоксиде хрома, гидроксиде натрия и хромовой кислоте соответственно.

В этом исследовании делается вывод об эффективности двух систем в области удаления белой ржавчины и ре-пассивации очищенной цинковой поверхности.

Это следующие комбинации:

  • 420 г/л триоксида хрома + 0.5% азотной кислоты
  • 200 г/лхромовойкислоты
  • Раствор хромовой кислоты оказался наиболее эффективным для удаления остатков белой ржавчины с минимальным воздействием на подложку, в то время как комбинация триоксида хрома/хромовой кислоты лучше всего восстанавливала свойства цинковой поверхности, связанные с пассивацией.

Удаление белой ржавчины каждым из этих способов следует производить с соответствующей тщательностью и вниманием к проблемам окружающей среды и гигиены и охраны труда, связанным с обращением с химикатами данного типа. Эти технологии также подходят для местной обработки участков, поражённых белой ржавчиной.

Если белой ржавчиной поражены большие площади изделия, наиболее экономичным выходом может быть повторная гальванизация.

Читать еще:  В Москве выбрано место для станции «Авиамоторная» на Кожуховской линии метро

На краю этих перил появилась белая ржавчина в большом количестве. На тёмном участке исчезло практически всё цинковое покрытие в течение менее, чем 12 недель во время хранения во влажных условиях.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Белая ржавчина – это явление, возникающее после нанесения покрытия. Ответственность за её появление лежит на том, как гальваническое изделие упаковывается, как с ним обращаются и как его хранят до установки и использования. Присутствие белой ржавчины не отражает эксплуатационные свойства гальванического покрытия, оно, скорее, демонстрирует то, что все вовлечённые в цепочку снабжения должны убедиться, что видят возможные причины появления ржавчины, и риск её возникновения на только что покрытой стали минимален.

Влияние агрессивных сред на цинковое покрытие

Горячее цинкование надежно защищает любое металлическое изделие от коррозии. При этом, необходимо уделять огромное внимание уровню кислотности среды, а также состоянию атмосферы

Детали, изделия, обработанные методом горячего цинкования получают надежную защиту от коррозии. При этом в ряде случаев, все же необходимо быть внимательным к типу материалов, жидкостей, которые хранятся в оцинкованных емкостях, а также состоянию окружающей атмосферы.

Вещества повышенной кислотности

Горячее цинкование обеспечивает надежную защиту металлическому изделию на долгие годы (50 – 70 лет и более). При этом, при взаимодействии с разными типами кислот, срок службы покрытия может меняться в меньшую сторону. На это влияет степень агрессивности среды.

Уровень кислотности, а также наличие щелочей можно определить с помощью специальной шкалы PH. Она зависит от точности числовых расчётов, связанных с отрицательными логарифмами и частицами водорода. Показатель PH меняется даже при небольших изменениях кислотности и щелочности среды.

Пример: PH воды = 7. Показатель растворов нейтрального состава равен от 5 до 8. Кислоты уменьшают уровень PH, а щелочные растворы напротив – повышают. Минимально допустимое значение PH при осуществлении горячего цинкования не должно быть ниже 5.

Влияние атмосферы на состояние оцинкованного покрытия

На долговечность защитного слоя цинка влияет целый ряд факторов:

— толщина цинкового покрытия;

— показатель агрессивности атмосферной среды;

— присутствие загрязняющих кислотных элементов;

— эрозии, появляющиеся при воздействии песчаных, пыльных включений в воздухе.

Качественное оцинкованное покрытие изготавливается с учетом всех актуальных европейских норм и стандартов (CEМ). Толщина слоя исследуемого участка должна составлять в среднем 85 µm (для стального листа толщиной 6 мм), где 1 µm = 1 микрон = 0,001 мм. В реальности цинковое покрытие практически всегда значительно толще базового показателя. Это также отражается и на стоимости конкретной детали, изделия. Следует помнить, что не на каждый элемент или часть конструкции можно нанести цинковое покрытие толщиной больше базовых 85 мк. Показатель долговечности увеличенного защитного слоя цинка значительно выше.

Толщина более мощных покрытий варьируется от 140 до 210 мк. Их срок службы определяется с помощью карты коррозий или же с использованием данных конкретного региона. Наиболее полной картой в настоящий момент располагает Великобритания. При этом, имеющаяся в ней информация может быть использована также и для составления прогнозов и по другим странам Евросоюза, а также и России. Карта неоднократно дополнялась, последние добавления были сделаны в конце ХХ века. На них можно заметить положительные сдвиги в общем состоянии атмосферы.

Руководство по выбору цинкования, как метода защиты металлических изделий от коррозии

Описанные ниже примеры показывают, насколько срок службы цинкового покрытия может меняться в зависимости от атмосферных условий. В некоторых районах Европы, в частности на Востоке, состояние воздушного пространства недостаточно благополучное. Похожая ситуация может наблюдаться и в России. Поэтому при начале строительства любых объектов в данной местности необходимо проконсультироваться по ситуации с коррозийными условиями.

1. Районы внутри страны, где хорошо развита промышленность, как легкая, так и тяжелая. Защитный слой цинка служит порядка 20 лет.

2. Прибрежные районы с аналогичной ситуацией предыдущей. Срок службы цинкового также небольшой – около 20 лет.

3. Городская местность с развитой промышленностью. Показатель долговечности оцинкованного покрытия достигает 30 лет.

4. Прибрежные городские, сельские районы. В них наблюдается аналогичная ситуация предыдущей – порядка 30 лет.

5. Сельская местность внутри страны. Срок службы цинкового покрытия имеет наивысший показатель – до 65 лет.

Из всего вышесказанного следует закономерный вывод: оцинкованное покрытие надежно защищает изделие от коррозии. При этом, для достижения наиболее эффективного результата, а также максимально долгого срока службы следует учитывать уровень кислотности среды, а также состояние атмосферы.

Справка:

БПМ-Технолоджис – российский эксперт в защите изделий от коррозии. Компания разрабатывает и производит под реализацию высокотехнологичные линии горячего цинкования металла «под ключ». Приобрести оборудование можно на самых выгодных условиях. Стоимость готовой технологии составляет всего 22 миллиона рублей, срок изготовления — 16 недель. За консультациями и более подробной информацией обращайтесь по телефонам: 8 800 250 24 52, 8(831) 462 07 82.

По материалам: БПМ-Технолоджис (производство линий горячего цинкования).

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:

Adblock
detector