Защита металла от воздействия коррозии — важный этап в процессе изготовления металлопроката. Коррозия пагубно сказывается на свойствах стали, вызывая ржавчину, разрушение структуры, а также ухудшает внешний вид металлопроката. Для защиты металла используют разные по сложности технологии, в том числе гальваническое цинкование. Рассмотрим защитные особенности цинковых поверхностей, технологию гальванического цинкования и ее нюансы.

 

Защитная способность цинкового покрытия и ее особенность

Для понимания природы защитных свойств цинкового покрытия начнем с химических свойств этого металла. Цинк является металлом с отрицательным зарядом электрона, в то время как железо является положительно заряженным элементом. В случае покрытия железа цинком возникает связь катода, которым выступает железо, и анода — цинка. Такое соединение называется гальванической парой и до тех пор, пока катод находится в связи с анодом, первый не способен окисляться, что означает отсутствие коррозии.

Использование цинка для защиты металла от коррозии обосновано на химическом уровне. Для дополнительной защиты применяют продукты коррозии. Ими покрывают поверхность цинка, что в еще большей мере замедляет процесс разрушения металла. Это позволяет применять цинк для:

  • протекции водопроводных труб;
  • защиты металла в условиях повышенной влажности;
  • в условиях агрессивности окружающей среды.

Отметим, что при коррозии цинка возникает надежная пленка из продуктов распада металла, и соответственно увеличивается срок службы железа по сравнению с защитой сульфатом кадмия.

Гальваническая методика цинкования металлов

Гальваническое цинкование — это процесс нанесения цинка на металл путем применения раствора электролита. Эта методика является эффективным способом защиты стали от возникновения коррозии. В процессе гальванизации цинк покрывает поверхность стали тонким слоем, что придает продукту устойчивость к действию окружающей среды. В результате использования цинка электролиты металла становятся прочными, что увеличивает срок службы изделия. Процесс гальванизации трудоемкий и требует соблюдения правильной последовательности этапов технологического процесса:

  • правильный подбор заготовки. Металл, который берется для гальванизации, должен быть без признаков разрушения. В противном случае покрытие цинком не убережет изделия и процесс коррозии будет происходить под защитным слоем;
  • подбор цинкового изделия и электродов;
  • использование гальванической ванны и силы тока в зависимости от размеров изделия. Отметим, что в процессе гальванизации используются высокие показатели тока, что требует защиты персонала от поражения;
  • применение кислотного и щелочного растворов.

После выполнения технологических требований получают изделие с серебристо-голубой пленкой, которая не только защищает сталь от разрушения, но и дает ему эстетические свойства. Гальваническое цинкование позволяет добиться слоя покрытия толщиной до 40 микрометров. В промышленных условиях толщина защитного слоя может составлять до половины миллиметра. Отметим, что защитные свойства пленки можно повысить с помощью таких методик:

  • хроматирование. Обработка металла хромовой кислотой с образованием хромовой пленки;
  • фосфатирование. Покрытие стали фосфорной пленкой, образующейся при применении фосфорной кислоты;
  • окрашивание. Применение лакокрасочных изделий позволяет замедлить процесс разрушения защитной пленки.

Процедура гальванизации процесс с применением ядовитых веществ, что требует использования совершенных систем вентиляции, а также средств личной защиты у персонала, проводящего процедуру.

Преимущества и недостатки цинкования гальваническим методом

Гальваническое цинкование — это процесс, обеспечивающий качественную защиту стали от действия окружающей среды. Гальванизация имеет ряд преимуществ своего применения:

  • равномерное покрытие слоя цинка. Очень важно достичь одинаковых показателей толщины защитного слоя, ведь наличие тонких участков может привести к повреждению стали;
  • привлекательный внешний вид. Цинковая поверхность проявляется себя лучшим образом с точки зрения красоты, что делает возможным использование цинковых изделий в декоре;
  • возможность покрывать изделие тонким слоем. Позволяет защищать металл, применяемый в инструментах и механизмах с минимальными показателями толщины;
  • высокие показатели производительности процесса. Гальванизация позволяет покрыть большое количество материала за небольшой промежуток времени;
  • возможность покрытия неметаллических предметов. Для гальванизации могут применяться детали с неметаллическими компонентами, которые при других способах защиты могут быть разрушены;
  • низкая себестоимость процесса. Гальванизация производится многократно с применением одних и тех же ингредиентов, что удешевляет технологию;
  • способность к самовосстановлению. Цинк способен восстанавливать поврежденный слой пленки;
  • высокие показатели удержания цинка на поверхности изделия;
  • возможность нанесения цинка на металл вне зависимости от формы или конструктивных особенностей продукта.

Помимо преимуществ важно отметить и недостатки:

  • способ крепления металла. Для выполнения процедуры гальванизации применяются специальные крепежи для погрузки металла в раствор щелочи. В этом случае слой возле крепежа будет уязвим к коррозии, так как толщина будет меньше по сравнению с непокрытыми участками;
  • цинк не устойчив к механическим нагрузкам. Воздействие силы трения или вибрации разрушают нанесенный слой цинка, оголяя основной металл;
  • использование обработанной продукции. Металл, подвергающийся гальванизации, должен быть подвергнут предварительной обработке от ржавчин, трещин и сколов;
  • применение особых средств защиты. Наличие отравляющих паров щелочей и кислот, а также применение тока требуют дополнительных средств, направленных на обеспечение вентиляции, средств индивидуальной защиты;
  • возникновение питтинга. Проявляется появлением характерных полос или каверн, что влияет на эстетичность вида металла. Возникает вследствие наличия в электролите органических соединений;
  • разнотипность внешнего вида. Возникает вследствие несоблюдения рецептуры электролита, выполнении работ при неправильно выставленной температуре раствора или при неправильной силе тока;
  • шероховатость поверхности. Свидетельствует о наличии в смеси примесей. Среди таких могут выступать: гидроксиды в повышенной концентрации и сульфаты;
  • коричневый оттенок изделия. Возникает как результат наличия органических примесей или снижения плотности тока на катоде.

Технология и оборудование гальванического цинкования на производстве

Разобравшись с понятием гальванизации, перейдем к технологическим аспектам методики. Промышленный подход к гальванизации выполняется поэтапно:

  • очистка металла от коррозии, краски, окалин и смазки. Подход обеспечивает точное покрытие цинкового слоя на поверхность изделия;
  • промывка водой. Необходимо для очищения поверхности от грязи и пыли. Используют проточную воду, а сама процедура выполняется в специальной емкости с последующим осушением металлопроката;
  • электролитическое обезжиривание. Выполняется в растворе электролита, чтобы убрать поверхностные жиры, которые негативно влияют на защитный слой;
  • повторное промывание и осушение;
  • травление в растворе электролита. Применение электролитных растворов помогает избавиться от уже возникших процессов коррозии;
  • промывание.

Перечисленные процессы считаются подготовительными перед исполнением гальванизации. После выполнения подготовки два металла погружают в ванну с электролитным раствором. На последний подается электрический ток посредством введения специальных электродов. Отметим, что цинк может использован в любой форме и погружается в ванну в сетчатых контейнерах.

В процессе гальванизации цинк высвобождает ионы, которые оседают на поверхности металла. Под действием электролиза возникает гальваническая пара железо-цинк в виде цинковой пленки на поверхности металлопроката. После нанесения слоя цинка производят процессы промывки и сушки изделия. Дополнительно могут использовать фосфатирование и хроматирование продукта. Описав процесс гальванизации перейдем к применяемому оборудованию на производстве. В зависимости от сложности заготовки гальваническое оборудование принято разделять на:

  • оборудование с автоматическим управлением. Наиболее благоприятный вариант с точки зрения точности процесса и безопасности. В таких установках присутствуют компьютеры, которые имеют набор заготовленных действий для деталей той или иной сложности;
  • частично автоматизированное управление. В отличие от первого варианта, часть процессов на линии производится с помощью человека;
  • ручное управление. Осуществляется персоналом в непосредственной близости к линии;
  • мини-линии. Небольшие технологические установки, в которых принимает участие минимальное количество персонала. Применяются для гальванизации небольших изделий.

Производственная линия включает в себя такие технологии:

  • гальванические ванны. Представлены конструкциями с нечувствительными к электролитам стенками и дном. Бывают разных размеров в зависимости от объема детали;
  • транспортные механизмы. К ним принято относить погрузчики, краны, манипуляторы;
  • аппараты для чистки стока;
  • устройства вспомогательного назначения: теплообменники, цепи, штанги, колпаки;
  • дополнительное оборудование: генераторы, насосы, термометры, компрессоры;
  • защитные элементы. К ним относят систему вентиляции, контуры защиты пробоя тока.

Производственная линия требует точного выполнения функций всех агрегатов, иначе процесс производства может быть замедлен или остановлен, что приведет к негодности компонентов и продукта.

Какие электролиты применяются в гальваническом цинковании

Электролитные компоненты бывают кислотными и щелочными. К первой группе относят сернокислые и борфтористоводородные, к щелочным относят цианистые и нецианистые. Основное отличие кислот от щелочей — рассеивающая способность. Так, кислотные электролиты обладают низкой рассеивающей способностью, в то время как щелочи имеют высокие её показатели.

Характерными представителями группы щелочей являются цинкатные, пирофосфатные и аммиакатные электролиты. Кислые электролиты отличаются более грубой структурой покрытия, хуже защищают от коррозии. Из плюсов отметим, что кислоты способны выдерживать высокие показатели плотности тока. Такая особенность позволяет создавать прочное сцепление цинкового слоя с железом. Как следствие, металл способен выдерживать механические нагрузки без деформации защитной пленки.

Что касается щелочных электролитов, то высокая рассеивающая способность делает нанесение слоя защиты проще. Такие электролиты не требуют высокой плотности тока, что делает возможным нанесение равномерного тонкого слоя. Щелочные растворы применяются для цинкования деталей с сложной геометрической формой, мелкими деталями. Аммиакатные электролиты обладают самыми большими показателями рассеивания, что делает их более популярным выбором.

Отдельно отметим, что аммиакатные растворы не токсичны для человека, в отличие от цианистых. В составе аммиакатного электролита присутствует хлорид аммония, который по своей природе является агрессивным компонентом. По этой причине необходимо тщательно промывать деталь после применения электролита, чтобы снизить вероятность разрушения металла.