Захист металу від дії корозії – важливий етап в процесі виготовлення металопрокату. Корозія згубно позначається на властивостях стали, викликаючи іржу, руйнування структури, а також погіршує зовнішній вигляд металопрокату. Для захисту металу використовують різні за складністю технології, у тому числі гальванічне цинкування. Розглянемо захисні особливості цинкових поверхонь, технологію гальванічного цинкування і її нюанси.

 

Захисна здатність цинкового покриття і її особливість

Для розуміння природи захисних властивостей цинкового покриття розпочнемо з хімічних властивостей цього металу. Цинк є металом з негативним зарядом електрона, тоді як залізо є позитивно зарядженим елементом. У разі покриття заліза цинком виникає зв'язок катода, яким виступає залізо, і анода – цинку. Таке з'єднання називається гальванічною парою і до тих пір, поки катод знаходиться у зв'язку з анодом, перший не здатний окислюватися, що означає відсутність корозії.

Використання цинку для захисту металу від корозії обгрунтоване на хімічному рівні. Для додаткового захисту застосовують продукти корозії. Ними покривають поверхню цинку, що в ще більшій мірі уповільнює процес руйнування металу. Це дозволяє застосовувати цинк:

  • протекції водопровідних труб;
  • захисту металу в умовах підвищеної вологості;
  • в умовах агресивності довкілля.

Відмітимо, що при корозії цинку виникає надійна плівка з продуктів розпаду металу, і відповідно збільшується термін служби заліза в порівнянні із захистом сульфатом кадмію.

Гальванічна методика цинкування металів

Гальванічне цинкування – це процес нанесення цинку на метал шляхом застосування розчину електроліту. Ця методика є ефективним способом захисту сталі від виникнення корозії. В процесі гальванізації цинк покриває поверхню сталі тонким шаром, що надає продукту стійкість до дії довкілля. В результаті використання цинку електроліти металу стають міцними, що збільшує термін служби виробу. Процес гальванізації трудомісткий і вимагає дотримання правильної послідовності етапів технологічного процесу:

  • правильний підбір заготівлі. Метал, який береться для гальванізації, має бути без ознак руйнування. Інакше покриття цинком не вбереже вироби та процес корозії відбуватиметься під захисним шаром;
  • підбір цинкового виробу та електродів;
  • використання гальванічної ванни та сили струму залежно від розмірів виробу. Зазначимо, що в процесі гальванізації використовуються високі показники струму, що вимагає захисту персоналу від ураження;
  • застосування кислотного і лужного розчинів.

Після виконання технологічних вимог отримують виріб зі сріблясто-блакитною плівкою, яка не лише захищає сталь від руйнування, але і надає їй естетичні властивості. Гальванічне цинкування дозволяє добитися шару покриття завтовшки до 40 мікрометрів. У промислових умовах товщина захисного шару може складати до половини міліметра. Відмітимо, що захисні властивості плівки можна підвищити за допомогою таких методик:

  • хроматування. Обробка металу хромовою кислотою з утворенням хромової плівки;
  • фосфатування. Покриття сталі фосфорною плівкою, що утворюється при застосуванні фосфорної кислоти;
  • фарбування. Застосування лакофарбних виробів дозволяє уповільнити процес руйнування захисної плівки.

Процедура гальванізації процес із застосуванням отруйних речовин, що вимагає використання досконалих систем вентиляції, а також засобів особистого захисту у персоналу, що проводить процедуру.

Переваги та недоліки цинкування гальванічним методом

Гальванічне цинкування – це процес, що забезпечує якісний захист сталі від дії довкілля. Гальванізація має низку переваг свого застосування:

  • рівномірне покриття шару цинку. Дуже важливо досягти однакових показників товщини захисного шару, адже наявність тонких ділянок може призвести до ушкодження сталі;
  • привабливий зовнішній вигляд. Цинкова поверхня проявляє себе кращим чином з точки зору краси, що робить можливим використання цинкових виробів в декорі;
  • можливість покривати виріб тонким шаром. Дозволяє захищати метал, який застосовується в інструментах і механізмах з мінімальними показниками товщини;
  • високі показники продуктивності процесу. Гальванізація дозволяє покрити велику кількість матеріалу за невеликий проміжок часу;
  • можливість покриття неметалічних предметів. Для гальванізації можуть застосовуватися деталі з неметалічними компонентами, які при інших способах захисту можуть бути зруйновані;
  • низька собівартість процесу. Гальванізація робиться багаторазово із застосуванням одних і тих же інгредієнтів, що здешевлює технологію;
  • здатність до самовідновлення. Цинк здатний відновлювати пошкоджений шар плівки;
  • високі показники утримання цинку на поверхні виробу;
  • можливість нанесення цинку на метал незалежно від форми або конструктивних особливостей продукту.

Окрім переваг важливо зазначити й недоліки:

  • спосіб кріплення металу. Для виконання процедури гальванізації застосовуються спеціальні кріплення для вантаження металу в розчин лугу. В цьому випадку шар біля кріплення буде уразливий до корозії, оскільки товщина буде менше в порівнянні з непокритими ділянками;
  • цинк не стійкий до механічних навантажень. Дії сили тертя або вібрації руйнують нанесений шар цинку, оголяючи основний метал;
  • використання обробленої продукції. Метал, що піддається гальванізації, має бути підданий попередній обробці від іржі, тріщин і сколів;
  • застосування особливих засобів захисту. Наявність отруйної пари лугів і кислот, а також застосування струму вимагають додаткових коштів, спрямованих на забезпечення вентиляції, засобів індивідуального захисту;
  • виникнення пітингу. Проявляється появою характерних смуг або каверн, що впливає на естетичність виду металу. Виникає внаслідок наявності в електроліті органічних сполук;
  • різнотипність зовнішнього вигляду. Виникає внаслідок недотримання рецептури електроліту, виконанні робіт при неправильно виставленій температурі розчину або при неправильній силі струму;
  • шорсткість поверхні. Свідчить про наявність в суміші домішок. Серед таких можуть виступати: гідроксиди в підвищеній концентрації й сульфати;
  • коричневий відтінок виробу. Виникає як результат наявності органічних домішок або зниження щільності струму на катоді.

Технологія та устаткування гальванічного цинкування на виробництві

Розібравшись з поняттям гальванізації, перейдемо до технологічних аспектів методики. Промисловий підхід до гальванізації виконується поетапно:

  • очищення металу від корозії, фарби, окалин і мастила. Підхід забезпечує точне покриття цинкового шару на поверхню виробу;
  • промивання водою. Необхідно для очищення поверхні від бруду і пилу. Використовують проточну воду, а сама процедура виконується в спеціальній ємності з подальшим осушенням металопрокату;
  • електролітичне знежирення. Виконується в розчині електроліту, щоб прибрати поверхневі жири, які негативно впливають на захисний шар;
  • повторне промивання та осушення;
  • труїння в розчині електроліту. Застосування електролітних розчинів допомагає позбавитися від вже виниклих процесів корозії;
  • промивання.

Перераховані процеси вважаються підготовчими перед виконанням гальванізації. Після виконання підготовки два метали занурюють у ванну з електролітним розчином. На останній подається електричний струм за допомогою введення спеціальних електродів. Відмітимо, що цинк може використаний у будь-якій формі й занурюється у ванну в сітчастих контейнерах.

В процесі гальванізації цинк вивільняє іони, які осідають на поверхні металу. Під дією електролізу виникає гальванічна пара залізо-цинк у вигляді цинкової плівки на поверхні металопрокату. Після нанесення шару цинку роблять процеси промивання і сушки виробу. Додатково можуть використовуватися фосфатування і хроматування продукту. Описавши процес гальванізації перейдемо до вживаного устаткування на виробництві. Залежно від складності заготівлі гальванічне устаткування заведено розділяти на:

  • устаткування з автоматичним керуванням. Найбільш сприятливий варіант з точки зору точності процесу і безпеки. У таких установках є присутніми комп'ютери, які мають набір заготовлених дій для деталей тієї або іншої складності;
  • частково автоматизоване керування. На відміну від першого варіанту, частина процесів на лінії робиться за допомогою людини;
  • ручне керування. Здійснюється персоналом у безпосередній близькості до лінії;
  • міні-лінії. Невеликі технологічні установки, в яких бере участь мінімальна кількість персоналу. Застосовуються для гальванізації невеликих виробів.

Виробнича лінія включає такі технології:

  • гальванічні ванни. Представлені конструкціями з нечутливими до електролітів стінками та дном. Бувають різних розмірів залежно від об'єму деталі;
  • транспортні механізми. До них заведено відносити навантажувачі, крани, маніпулятори;
  • апарати для чищення стоку;
  • облаштування допоміжного призначення: теплообмінники, ланцюги, штанги, ковпаки;
  • додаткове устаткування: генератори, насоси, термометри, компресори;
  • захисні елементи. До них відносять систему вентиляції, контури захисту пробою струму.

Виробнича лінія вимагає точного виконання функцій усіх агрегатів, інакше процес виробництва може бути уповільнений або зупинений, що призведе до непридатності компонентів і продукту.

Які електроліти застосовуються в гальванічному цинкуванні

Електролітні компоненти бувають кислотними та лужними. До першої групи відносять сірчанокислі та борфтористоводневі, до лужних відносять ціаністі й неціаністі. Основна відмінність кислот від лугів – розсіювальна здатність. Так, кислотні електроліти мають низьку розсіювальну здатність, тоді як луги мають високі її показники.

Характерними представниками групи лугів є цинкатні, пірофосфатні й аміакатні електроліти. Кислі електроліти відрізняються грубішою структурою покриття, гірше захищають від корозії. З плюсів зазначимо, що кислоти здатні витримувати високі показники щільності струму. Така особливість дозволяє створювати міцне зчеплення цинкового шару із залізом. Як наслідок, метал здатний витримувати механічні навантаження без деформації захисної плівки.

Що стосується лужних електролітів, то висока розсіювальна здатність робить нанесення шару захисту простіше. Такі електроліти не вимагають високої щільності струму, що робить можливим нанесення рівномірного тонкого шару. Лужні розчини застосовуються для цинкування деталей зі складною геометричною формою, дрібними деталями. Аміакатні електроліти мають найбільші показники розсіювання, що робить їх популярнішим вибором.

Окремо відмітимо, що аміакатні розчини не токсичні для людини, на відміну від ціаністих. У складі аміакатного електроліту є присутнім хлорид амонію, який за своєю природою є агресивним компонентом. З цієї причини необхідно ретельно промивати деталь після застосування електроліту, щоб понизити ймовірність руйнування металу.