Горячее цинкование заключается в погружении стальных структур, после надлежащей предварительной обработки, в ванну с расплавленным цинком при температуре приблизительно 450°С. Это достаточно простая процедура, в результате которой мы получаем экономным и апробированным способом защитное покрытие из цинка, имеющее заданную толщину, легко поддающуюся проверке. Толщина такого покрытия варьируется, в зависимости от потребностей, от 70 до 120 мкм (в некоторых случаях эти показатели могут быть превышены).
Горячее цинкование — покрытие металла (обычно железа или стали) слоем цинка для защиты от коррозии путём окунания изделия в ванну с расплавленным цинком при температуре около 460 °C. Под атмосферным воздействием чистый цинк (Zn) вступает в реакцию с кислородом (O2) и формирует оксид цинка (ZnO), с последующей реакцией с диоксидом углерода (CO2) и формированием карбоната цинка (ZnCO3), обычно серого матового, достаточно твёрдого материала, останавливающего дальнейшую коррозию материала.
Горячее цинкование считается одним из самых надёжных, экономичных и потому распространённых методов защиты железа и стали от коррозии.
Для металлоконструкций горячее цинкование является бесспорно самым распространённым видом покрытия.
Толщина цинкового слоя колеблется от 30 до 100 мкм, обычно — от 45 до 65 мкм.
Горячее цинкование обеспечивает защиту от коррозии:
- В промышленной среде 65 лет
- В тропической среде: 70 лет
- В пригородной среде: 85 лет
- В загородной среде: 120 лет.
Технология нанесения покрытия такова. После обезжиривания, промывки, травления и повторной промывки, детали в барабане окунают в ванну (обычно керамическую) с расплавленным цинком. Вращением барабана обеспечивают поток цинковой массы относительно деталей для заполнения всех пор и микротрещин. Затем барабан вынимают из ванны и раскручивают для удаления излишков цинка центрифугированием. Однако на внутренней резьбе (на гайках) все же остаются излишки цинка, поэтому внутреннюю резьбу после цинкования протачивают. Отсутствие покрытия на внутренней резьбе не влияет на коррозионную устойчивость соединения, если гайка применяется с горячеоцинкованным болтом или шпилькой. Благодаря высокой анодности цинка по отношению к железу при температурах до 70°, цинк сам покрывает непокрытые и повреждённые участки детали со скоростью около 2 мм в год. В данном случае цинк с наружной резьбы болта, благодаря разности потенциалов цинка и железа в естественной влажной и кислой среде переносится на участки внутренней резьбы гайки, оставшиеся при проточке резьбы без покрытия.
Преимущества горячего оцинкования
Следующие характеристики делают цинковое покрытие оптимальным: адекватная толщина, его однородность и сцепление, достаточное для нормальных манипуляций с изделиями. На практике можно получить сильно прилегающие покрытия, когда толщины не превышают 80-100 мкм. Чем больше увеличивается толщина, тем меньше покрытие в состоянии выносить силовые воздействия, особенно импульсного типа.Внешний вид и толщина цинкового покрытия могут оказаться разными в том или другом случае в зависимости от химического состава самой стали.
У нас была широкая возможность рассмотреть, как некоторые элементы, такие как углерод, кремний и фосфор, усиливают степень реактивности стали, даже присутствуя в очень небольших количествах, и порождают покрытия большой толщины и сероватого цвета. Такие типы покрытия, однако, сохраняют в неприкосновенности все антикоррозийные характеристики точно так же, как и самые эстетичные светлые и блестящие покрытия.
Другие преимущества
- Обычно чистый (внешний) цинк смягчает удар; внутренний сплав, более прочный, чем сталь, придает прочность.
- Горячее оцинкование может применяться ко всем изделиям из стали.
- Процесс оцинкования позволяет получать поверхности, на которых с трудом скапливаются отходы.
- Возможно соединение разных компонентов структур с фрикционными муфтами, при сохранении оцинковки на контактирующих поверхностях - вещь, невозможная при использовании большей части красок.
- Соединения болтами легко размонтируются - это большое преимущество на подвижных мостах с решетчатым соединением балок или в лестничных структурах.
- Когда уже смонтированная структура погружается в цинковую ванну, получается более прочный продукт; производители автомобилей, погружающих в цинковую ванну уже полностью смонтированный кузов автомобиля, утверждают, что прочность увеличивается на 50%.
- Скромное инвестирование в цинкование стали помимо того, что продлевает жизнь структуры, позволяет также экономить на других продуктах. Например, в армированном цементе с оцинкованным прутом толщина покрытия может быть меньше с последующим преимуществом уменьшения веса.
- Оцинкование гарантирует хорошую теплопроводность между разными частями структуры - основное качество, например, для лопастного теплообменника.
- Электропроводимость также хорошая.
- Особенно хорошее сопротивление коррозии существует в щелочной среде.
Линия цинкования состоит из ванн, обеспечивающих подготовку поверхности перед цинкованием, одной сушильной трехкамерной печи для сушки деталей перед входом в ванну цинкования, одной печи цинкования и одной зоны охлаждения и контроля.
Подготовка поверхности
Как любая обработка поверхности, горячее цинкование требует правильной подготовки поверхности для того, чтобы во время погружения деталей в ванну цинкования реакция железа и цинка была однородной.
Последовательность этапов следующая: обезжиривание, промывка, травление, промывка и флюсование.
1. Обезжиривание
Назначение обезжиривания – удаление масла, загрязнений от этого зависит качество цинкования в целом. Обработка осуществляется с помощью обезжиривающего реагента, выбранного в зависимости от загрязняющего вещества, при температуре от 60 до 80°C. Удаление масляных пятен является необходимым перед этапом травления, во избежание дефектов цинкования металла таких как, например, отсутствие или расслоение цинкового покрытия.
2. Промывка после обезжиривания
Промывка должна выполняться эффективно, она позволит удалить с деталей жирные вещества и пену, оседающую на деталях из ванны обезжиривания.
3. Травление
Операция травления состоит из очистки поверхности металла, посредством удаления с нее слоя оксидов, образующихся в результате горячей обработки (окалина) или неблагоприятных условий хранения (ржавчина).
Обработка выполняется с помощью соляной кислоты, имеющей концентрацию от 120 до 210 г/л, при температуре окружающей среды (20 - 25°C). Преимуществом соляной кислоты является хорошая растворимость хлоридов железа и достижение чистой блестящей поверхности и достаточной смачиваемости расплавленным цинком.
Рекомендуется добавлять ингибиторы для удаления только окислов и гидроксилов, ограничивая воздействие на основной метал и избегая риска водородного насыщения.
Правильный контроль концентрации ванны позволит оптимизировать качество обработки, расходы, выбросы и, как следствие, защиту окружающей среды. Для дефектных изделий предусмотрена ванна для удаления цинкового покрытия, которая позволяет очищать детали за счет использования отработанного раствора кислоты.
4. Промывка после травления
За травлением следует тщательная промывка для нейтрализации возможных остаточных следов кислоты и удаления солей. Использование нескольких последовательных промывочных ванн позволит оптимизировать промывку и сократить расход воды.
5. Флюсование
Операция "флюсование" имеет три цели:
- Завершение подготовки поверхности (растворение оксидов железа, заново образовавшихся на поверхности во время промывки),
- Защита поверхности деталей с помощью пассивированной пленки флюса от дальнейшего окисления стали,
- Обеспечение хорошей смачиваемости расплавленным цинком.
Применяемый флюс состоит из хлорида цинка и хлорида аммония.
Обработка выполняется концентрированным раствором флюса (400 - 600 г/л) при температуре 60°C.
Раствор ванны флюсования должен периодически контролироваться (плотность, pH и содержание железа). Очистка осуществляется с помощью добавления перикиси водорода, которая непрерывно осаждает соли трёхвалентного железа на дно ванны, а далее осадок попадает в систему отстаивания и фильтрации.
6. Предварительный нагрев, сушка перед нанесением цинка
Данная операция после флюсования позволяет испарять влагу с поверхности деталей и в пустотелых элементах, во избежание выплескивания цинка парами воды во время погружения в печь и деформации деталей. Она также позволяет предварительного нагревать детали приблизительно до 100°C, что эффективность печи цинкования, экономит энергию и снижает себестоимости цинкования.
Время сушки превышает время цинкования, следовательно, сушильная печь должна иметь несколько камер (минимум 2). Принятая в расчет производительность - максимальная загрузка сушильной печи.
Загрузочное и разгрузочное устройства обеспечат своевременное перемещение садок и оптимальной нагрузке печи цинкования.
7. Цинкование
После всех предварительно описанных операций, можно считать, что контакт между сталью и жидким цинком будет обеспечен наилучшим образом.
Основные параметры успешной операции:
- Качество стали;
- Качество цинка;
- Температура цинкового расплава;
- Продолжительность погружения;
- Скорость погружения и поднятия;
- Охлаждение.
Температура цинкового расплава составляет 419°C, цинкование выполняется в классических пределах от 445 до 460°C, что позволяет сократить образование штейна, оксидов и т.д.
Вытяжка отходящих газов обеспечивается системой аспирации и фильтрации в полном соответствии с экологическими нормами.
Фаза погружения:
Во время этой фазы имеют место несколько этапов: теплообмен внутри детали, расплав и разрушение флюса на поверхности деталей, приводящее к оптимальной смачиваемости расплавленного цинка.
Скорость погружения тоже является важным фактором. Слишком медленная скорость приведет к освобождению поверхности стали от пассивированной пленки с риском повторного окисления, а слишком быстрая скорость погружения приведет к захвату с поверхности остатков солей, флюс не успеет расплавится и, как следствие, это вызывает образование дефектов.
Длительность погружения:
Длительность погружения изменяется в зависимости от садки (массы, размеров, формы), в среднем от 3 до 10 мин.
Перед удалением деталей необходимо удалить шлак с помощью скребка с поверхности расплава, во избежание его оседания на деталях.
Фаза извлечения из ванны:
Скорость извлечения влияет на конечную толщину полученного покрытия. Она воздействует на толщину слоя чистого цинка (мкм), связанную с растеканием цинка и скоростью отвердевания.
Скорости подбираются, исходя из производительности, длительности погружения и качеством поверхности (подтёки, капли), учитывая регулировку наклона деталей на монтаже в зависимости от их геометрии.
8. Охлаждение
Охлаждение происходит на открытом воздухе на участке складирования и хранения совмещенной с участком ОТК перед упаковкой.
Система аспирации, фильтрации и автоматическая система транспортировки
Система аспирации отходящих газов, установленная на ваннах, и вытяжной кожух, установленный на траверсах перемещения, будут гарантировать стабильную вытяжку паров, и эффективно защитят все оборудование от коррозии, возникающей из-за паров соляной кислоты. А фильтры очистят от пыли и паров кислоты в полном соответствии с экологическими нормами РФ и РК.
