Способы гаражного и промышленного цинкования металла. Виды цинкования металла Цинкование своими руками

Защита металла от возникновения и развития коррозии является очень актуальным вопросом, решение которого позволяет значительно продлить срок службы металлических изделий, а также сделать их эксплуатацию более надежной. Самым распространенным способом, позволяющим обеспечить такую защиту, является цинкование, подразумевающее нанесение на поверхность металла покрытия, в химическом составе которого может содержаться до 95% цинка. Цинкование металла можно выполнять по различным технологиям, каждая из которых применяется в определенных ситуациях и имеет как достоинства, так и недостатки.

Для чего на сталь наносят слой цинка

Хорошо известно, что изделия, изготовленные из стали, очень подвержены коррозионным процессам, особенно при эксплуатации в условиях повышенной влажности. Между тем, если оцинковать стальную деталь, можно обеспечить ей надежную защиту от коррозии. Объясняется это тем, что цинковое покрытие образует с основным металлом гальваническую пару, в которой цинк имеет большую степень электроотрицательного заряда, чем сталь.

В такой гальванической паре при воздействии на ее составляющие агрессивных факторов внешней среды подвергается воздействию коррозии именно цинк, а химические реакции стали практически исключаются. Таким образом, коррозионная защита стали будет обеспечена до тех пор, пока покрытие, состоящее из цинка, полностью не разрушится. При этом на тех участках стального изделия, где покрытие из цинка по каким-либо причинам разрушается, под воздействием кислорода и влаги формируется гидрооксид цинка, который также обладает хорошими защитными свойствами.

Цинкование изделий из стали позволяет обеспечить им не только барьерную, но и электрохимическую защиту. Цинкование металла может выполняться по разным технологиям, для реализации которых применяется различное оборудование. Используя отдельные виды таких технологий, можно выполнить цинкование в домашних условиях и при этом добиться отличного результата.

Методы цинкования

На сегодняшний день цинкование металла осуществляется с помощью следующих методов:

• горячего;
• холодного;
• гальванического;
• газотермического;
• термодиффузионного.

Выбор метода, который будет использоваться для цинкования деталей и конструкций, изготовленных из стали, зависит от условий их эксплуатации, а также от характеристик, которым должен соответствовать защитный слой. Вне зависимости от используемой технологии цинкования необходимо заранее определиться с толщиной формируемого защитного слоя, которая зависит от таких параметров технологического процесса, как время воздействия на металл рабочей среды, а также от температуры выполнения обработки. При использовании стальных деталей и конструкций, на поверхность которых нанесен слой цинкового покрытия, следует иметь в виду, что они не должны подвергаться значительным механическим воздействиям, так как защитное покрытие из данного металла отличается высокой хрупкостью и может легко разрушиться.

Чтобы разбираться в том, какие виды цинкования следует использовать в той или иной ситуации, надо хорошо изучить каждый из них.

Горячее цинкование

Горячее цинкование металлоконструкций, хотя и позволяет добиться наилучшего качества и долговечности обработанных изделий, занимает среди подобных технологий только второе место по распространенности. При использовании этого метода возникает проблема экологической безопасности, так как его реализация требует применения сильных химических реагентов для подготовки обрабатываемой поверхности, а сама процедура выполняется в расплавленном цинке.

В процессе оцинкования стали с использованием горячего метода выделяются два этапа:

1. подготовка поверхности изделия к обработке;
2. сама процедура покрытия металла цинком.

В свою очередь подготовка обрабатываемой поверхности также выполняется в несколько этапов:

1. очистка и обезжиривание;
2. травление с использованием кислотных растворов;
3. промывка после травления и флюсование;
4. тщательная просушка.

После того как изделие прошло все этапы предварительной подготовки и полностью просохло, его помещают в специальную ванну, наполненную расплавленным цинком. В результате на поверхности стального изделия формируется тонкий слой, состоящий из железа и цинка (Fe-Zn), который и обеспечивает надежную защиту от коррозии. После извлечения из ванны изделие обдувают сжатым воздухом, за счет чего обеспечивается не только его просушка, но и удаление с обработанной поверхности лишнего цинка. Большим недостатком данного метода цинкования металла является то, что размеры изделий, которые могут быть ему подвергнуты, ограничены габаритами ванны с расплавленным цинком. Между тем на крупных производственных предприятиях процесс оцинкования стали – строительных лесов, мачт освещения, опор ЛЭП (линий электропередачи) – осуществляется именно таким способом.

Поскольку данный метод связан с большими трудозатратами и необходимостью применения сложного технологического оборудования, для цинкования металла в домашних условиях он не применяется.

Холодное цинкование

Широкая популярность, которую метод холодного цинкования стали приобрел в последние годы, объясняется рядом причин. Самая главная из них состоит в том, что при своей высокой технологичности и простоте реализации такой метод цинкования позволяет создавать на поверхности металла слой, отличающийся высокими защитными свойствами. Немаловажным является и то, что при этом не требуется оборудование для цинкования металла, поэтому такую оцинковку можно выполнить своими руками даже в домашних условиях.

Суть технологии холодного цинкования заключается в том, что на поверхность обрабатываемого изделия наносится специальная цинкосодержащая смесь, в качестве которой может быть использован цинконол или любой другой состав. Наносить цинконол или другую смесь можно при помощи обычной кисточки или валика. В тех случаях, когда покрыть такой смесью необходимо изделия сложной конфигурации или труднодоступные места, для ее нанесения можно использовать краскопульт. Цинконол и другие составы, используемые для выполнения холодного цинкования, позволяют получить на поверхности металла защитный слой, содержащий 89–93% цинка.

Оцинковка металла с помощью холодного метода является безальтернативной в тех случаях, когда требуется обеспечить защиту от коррозии конструкциям, которые не могут быть покрыты слоем цинка по другим технологиям. К таким конструкциям, в частности, относятся уже смонтированные трубы, опоры линий электропередач, элементы железнодорожных путей, а также другие металлические элементы, которые находятся в смонтированном (стационарном) состоянии.

Цинконол и другие составы для выполнения холодного цинкования широко используются и при ремонтных работах, когда необходимо восстановить поврежденный цинковый слой на металлическом изделии или конструкции. В частности, при помощи данного метода может быть выполнена восстановительная оцинковка кузова автомобиля (более того, использовать цинконол и другие смеси можно и для начального, полного цинкования кузова своими руками).

Составы для холодного цинкования представляют собой полимерные растворы с добавлением высокодисперсионного цинкового порошка

Выполнять холодное цинкование изделий из стали можно в достаточно широком температурном интервале, при этом сформированное покрытие отличается не только высокими защитными свойствами, но и хорошей эластичностью, устойчивостью к механическим повреждениям и температурным расширениям.

Если говорить о недостатках метода холодного цинкования, то к ним можно отнести недостаточно высокую устойчивость сформированного покрытия к механическим воздействиям, а также необходимость в строгом соблюдении техники безопасности при осуществлении такой процедуры, требующей использования органических растворителей.

Гальванический метод

Гальваническое цинкование, при выполнении которого на поверхность обрабатываемого изделия оказывается электрохимическое воздействие, позволяет получать покрытия, не только отличающиеся высокой точностью по толщине, но и обладающие исключительной гладкостью. Такое электрохимическое цинкование обеспечивает формирование на поверхности металла защитного слоя, толщина которого находится в интервале 20–30 мкм.

Гальваническое цинкование позволяет регулировать толщину формируемого защитного слоя, при этом он отличается равномерностью и высокой декоративностью. За счет того, что при выполнении гальванической оцинковки металл и цинк, который наносится на его поверхность, соединяются на молекулярном уровне, готовое покрытие отличается исключительно высокой адгезией с основным металлом. Между тем на степень адгезии оказывает влияние наличие на поверхности обрабатываемого изделия жировых и окисных пленок, удалить которые полностью (особенно в условиях массового производства) практически невозможно.

Гальваническое цинкование выполняют следующим образом. Обрабатываемая конструкция и цинковые пластины помещаются в электролитический раствор, а затем подключаются к положительному и отрицательному контактам источника электрического тока. За счет сформированной таким образом разности электрических потенциалов пластины начинают растворяться в электролите, и молекулы цинка устремляются к поверхности обрабатываемого изделия, оседая на ней и формируя однородный защитный слой.

Большим преимуществом, которым гальваническое цинкование отличается от других технологий, является то, что оно позволяет сформировать на поверхности изделия защитный слой, отличающийся исключительными декоративными характеристиками. Гальваник при этом может регулировать толщину такого слоя.

К наиболее значимому недостатку данного метода можно отнести его достаточно высокую себестоимость, которая складывается не только из стоимости цинковых пластин и электролита. Например, использованный электролит, который содержит достаточно большое количество опасных отходов, необходимо тщательно очищать перед отправкой в канализацию, что также серьезно отражается на себестоимости метода.

Термодиффузионное цинкование

Термодиффузионная технология цинкования металла (ТДЦ), которую часто называют шерардизацией, была разработана еще в 20-х годах прошлого столетия, но долгое время применялась недостаточно активно. С конца прошлого века оцинковывание металла по данной технологии вновь обрело популярность.

Суть данного метода покрытия металлического изделия цинком заключается в том, что обрабатываемую деталь вместе с цинкосодержащей сухой смесью помещают в герметичный контейнер, в котором создается высокая температура – порядка 2600°. Под воздействием такой высокой температуры атомы цинка переходят в газообразное состояние, что значительно облегчает их диффузионное проникновение в поверхностный слой обрабатываемого изделия. Используют такую технологию цинкования преимущественно в тех случаях, когда на поверхности обрабатываемого металла необходимо сформировать защитный слой, толщина которого превышает 15 мкм.

Термодиффузионное покрытие изделий из металла цинком, подготовка к которому выполняется так же, как и при горячем цинковании, отличается рядом преимуществ, к которым следует отнести:

• полную экологическую безопасность процесса, так как он выполняется в герметичном контейнере;
• практически полное отсутствие пор на готовом защитном покрытии, отличающемся высокой адгезией к обрабатываемой поверхности;
• высокую защитную способность покрытия, полученного по данной технологии (в 5 раз выше, чем у цинкового слоя, сформированного гальваническим способом);
• возможность регулировать толщину цинкового слоя в достаточно большом диапазоне;
• сохранение даже сложной формы и геометрических параметров покрытого цинком изделия;
• отсутствие необходимости в специальной утилизации образующихся отходов.

Есть у данного метода покрытия металлических изделий цинком и свои недостатки, к которым следует отнести:

• не слишком привлекательный грязно-серый цвет готового покрытия и отсутствие металлического блеска;
• невысокую производительность;
• наличие включений цинковой пыли в окружающем воздухе при выполнении такого процесса, что наносит вред человеческому здоровью;
• неоднородность цинкового покрытия по толщине.

Газотермическое напыление цинка

Чтобы покрыть слоем цинка металлический лист или объемную деталь, можно использовать газотермический метод цинкования. Суть такого метода заключается в том, что цинк, присутствующий изначально в составе сухой смеси или проволоки, напыляется на поверхность обрабатываемого изделия в составе газовой среды. Использовать такую технологию оптимально в тех ситуациях, когда цинковый слой надо нанести на крупногабаритные изделия, которые нельзя подвергнуть обработке другими способами.

Покрытие металлического изделия цинком при использовании такого метода происходит следующим образом. Частички расплавленного металла, ударяясь об обрабатываемую поверхность, формируют тонкий слой, напоминающий по своей структуре чешую. Такое покрытие, которое характеризуется наличием большого количества пор, дополняется нанесением лакокрасочных материалов. Созданный в результате такого комбинирования слой обладает защитными свойствами, позволяющими металлическому изделию, на которое он нанесен, длительное время успешно эксплуатироваться в достаточно агрессивных средах (высокая влажность, постоянное воздействие морской и пресной воды и др.).

Параметры цинковых покрытий, наносимых всеми вышеперечисленными способами, регламентирует соответствующий ГОСТ, на который и следует ориентироваться специалистам.

Как выполнить процедуру в домашних условиях

Оцинковка в домашних условиях выполняется преимущественно электрохимическим методом или по технологии холодного цинкования, что объясняется простотой данных способов. Чтобы выполнить цинкование своими руками с помощью электрохимического метода, необходимо тщательно подготовить поверхность обрабатываемого изделия. Такая подготовка заключается в очистке и обезжиривании, а также в протравливании кислотой и последующей промывке водой.

Свой аппарат для выполнения гальванического цинкования можно изготовить из источника постоянного тока, выдающего напряжение порядка 6–12 В с силой тока 2–6 А, емкости из диэлектрического материала и устройства, при помощи которого будут фиксироваться электрод и обрабатываемое изделие. Электролитом в данном случае может выступать раствор любой соли, содержащей в своем составе цинк. Приготовить такой раствор можно из аккумуляторного электролита, поместив в него на некоторое время цинк и дождавшись окончания реакции растворения. Полученный состав перед использованием для цинкования следует процедить.

Выполняя оцинковку своими руками, следует иметь в виду, что на толщину и качество формируемого покрытия оказывают влияние следующие факторы:

• плотность тока, приходящаяся на единицу площади обрабатываемого изделия;

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.

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.

Цинкование металла является самым популярным методом, цель которого - защита поверхности металла от негативного влияния, создаваемого коррозией. Этот метод применяется для многочисленных металлических изделий, к примеру, для железной посуды и деталей промышленных станков, для кузовных элементов автомобилей и канатов из проволоки, для железа в виде листов и телекоммуникационных проводов. Главным достоинством данного метода является его сравнительно недорогая цена и хорошие показатели эффективности.

Технологический процесс цинкования металла

Технология цинкования металла применима либо на полностью выровненных металлических поверхностях, либо на поверхностях, где имеется небольшой изгиб. Недопустимым условием данной технологии является наличие механических повреждений поверхности. Технологические требования относительно проведения процесса достаточно просты. Толщина слоя защитного покрытия может быть разной, ее определителем служит время всей рабочей операции и температура, при которой совершается процесс. При этом, показатель толщины не превышает 1,5 мм.

Процесс цинкования металла направлен на защиту от нежелательного влияния окисления. Для многих материалов, к примеру, алюминия, цинка и прочих, свойственно подвергаться окислению, просто находясь в воздушной среде. Тогда на их внешней поверхности возникает довольно плотная пленка, в основе которой - соединения металла, подвергшегося окислению. Данная плотная оболочка является надежной защитой от дальнейшего проникновения окисления внутрь материала. Железу эти свойства не характерны, потому окисление со временем может полностью уничтожить структуру материала. Чтобы уберечь железо и проводится цинкование.

Методы цинкования металла могут быть разными. В принципе, действие цинкования аналогично с защитой, образующейся от процесса лужения. Лужение проводится под действием другого материала - олова. Отличие этих двух процессов заметно лишь в случае, когда повреждается внешняя пленка, оберегающая железо. Лужение при механических или иных видах повреждений менее эффективно, так как оба материала являются не вполне надежной гальванической парой.

Виды цинкования металла

Виды цинкования металла - это методы нанесения покрытия, образующего надежную защитную пленку, состоящую из цинкового слоя. Современные технологии предусматривают наличие шести видов цинкования. Каждый из них отличается временем операции, свойствами, применяемым оборудованием и толщиной образующейся цинковой пленки.

Все классы цинкования металла достаточно легко перечислить. Цинкование может быть: газодинамическим, горячим и холодным, диффузионным, гальваническим. Также е перечню причисляется метод шоопирования. Шоопирование представляет собой обработку цинком, применяемым в расплавленном виде. При этом, на поверхность металла расплавленный цинк напыляется с применением специального пистолета. В газодинамическом методе слой наносится с помощью сверхзвукового потока.

Гальваническое цинкование металла - метод, проводимый в специальном барабане. Именно здесь запускается электрохимический процесс. В результате воздействия гальванического цинкования металлическая поверхность приобретает белый, голубой или радужный оттенок. Иногда возможен эффект создания матовой поверхности белого цвета. Такая пленка преимущественно наносится в декоративных целях, потому что сам слой имеет ничтожно малую толщину. При этом, основные адгезионные свойства довольно слабы.

Термодиффузионное цинкование металла - метод, осуществляемый под воздействием высоких температур. Температура подбирается соответственно марке стали, типа заготовки и прочих условий. Весь процесс занимает по времени от 1,5 до 3 часов, зависимо от того, какая при этом используется цинковая смесь, а также какая мощность у самой установки. Это цинковое покрытие имеет собственные преимущества, основным из которых является получение самой высокой твердости. Характерно, что при использовании данного метода, рабочая поверхность требует минимальной подговки перед началом процесса.

Горячее цинкование металла - метод, при котором металлические изделия окунаются в специальную ванну, где находится предварительно расплавленный цинк. Температура проведения операции составляет до 460 градусов Цельсия. В результате способа горячего цинкования металл приобретает замечательный адгезионные свойства, повредить которые не под силу незначительным трещинам или царапинам. Данный метод имеет низкую себестоимость, потому является одним из наиболее распространенных.

Холодное цинкование металла - наиболее легкий метод в отношении предварительной подготовки материала. Весь процесс заключается в том, что на поверхность металла наносятся специальные грунтовки или красители. Особенность таких покрытий в составе, так как он включает в себя около 98% цинковой пудры. В результате применения холодного метода цинкования металла, последний приобретает такое качество, как привлекательность внешнего вида. Также возникает гарантия надежной защиты от коррозии на достаточно продолжительный период времени.

Оборудование для цинкования металла может быть разным - все зависит от выбранного для проведения процесса метода. Стоит заметить, что процесс не канцерогенен, потому вполне подходит для проведения в любых производственных помещениях. Специальной подготовки, помимо установки оборудования, при этом не понадобится.

Метод горячего цинкования, прекрасно справляющийся с обеспечением металлической поверхности защиты от коррозии, является наиболее оптимальным по сравнению с другими способами относительно стоимости проведения. Именно этот метод наиболее часто используется различными промышленными предприятиями. Для его осуществления необходимо такое оборудование, как ванна для цинкования металла. Размеры данного оборудования могут быть разными. Именно от них зависит ограничение, выдвигаемое к размерам обрабатываемых изделий.

Большинство металлов страдает от коррозии. Способов их защиты от действия ржавчины – довольно много: механические, электрохимические и химические. Наиболее актуальной технологией является цинкование. Сам цинк – это стабильный и прочный металл, максимально стойкий к коррозии, благодаря пленке, которую он образует на поверхности при взаимодействии с кислородом.

Технология нанесения защитного цинкового покрытия довольно проста, поэтому цинкование металла своими руками вполне реальное решение при желании сэкономить и умении что-то делать самостоятельно.

Способы цинкования металла

Главными плюсами цинкования являются приемлемая цена и эффективность результата. Процедуру можно выполнять несколькими способами. Сегодня известны следующие виды цинкования металла:

• Термодиффузионная методика . Этот способ нанесения покрытия выполняется на специальном оборудовании с использованием насыщенной смеси. Защитный слой образуется на поверхности металла посредством диффузии железа и цинка при высокой температуре. Метод позволяет формировать покрытия до 50 мкм и больше. Цинковый слой надежен, не слоиться не растрескивается, стоек к механическим ударам.
• Холодный способ нанесения . Эта технология максимально проста и доступна, потому что мало чем отличается от обычной покраски. На поверхности кистью, валиком или тампоном наносится грунт, 90% которого – это цинк.
• Гальванический способ. Этот способ является лучшим относительно эстетичности покрытия. Толщина слоя может быть до 40 мкм. Методика классифицируется, как электрохимическая. Процесс осуществляется переходом частиц цинка с зарядами на поверхность изделия.
• Оцинковка по горячей методике . Этот способ максимально востребован, поскольку покрытие получается стойким. Но горячая оцинковка – затратный и вредный метод. Процедура заключается в погружении изделия в резервуар с горячим цинком, температура которого может достигать 4,5 тысячи градусов С. Подготовка деталей осуществляется с помощью химических процессов.
• Газотермическое нанесение цинка . Оцинковка изделия осуществляется напылением. Преимущественно используется для крупных партий изделий или плоскостей со значительной площадью. В процессе распыляется проволока или цинк-порошок в расплавленном виде. В результате формируется пористое покрытие, которое дополнительно обрабатывают ЛКМ.

Выбор варианта оцинковки металла в домашних условиях напрямую зависит от того, какие параметры защиты необходимы. Первый из них – толщина, от этого зависит продолжительность процедуры и температурный режим. Цинкование можно выполнять одним из методов, или комплексно.

Суть метода

Каким бы способом ни наносилась защита, суть его в том, что на металлическую поверхность, нестойкую к воздействию агрессивных факторов, наносится слой, способный предотвратить пагубные воздействия. Оцинковка своими руками или на производственной площадке – это формирование на изделии цинкового сплошного покрытия, которое, взаимодействуя с кислородом, образует прочную пленку. Именно она и защищает материалы от коррозии.

Область применения

Термодиффузионный, горячий, гальванический и газотермические методы нанесения цинка на поверхность металлических изделий преимущественно используются в промышленной сфере. Оцинковку деталей в домашних условиях проще всего выполнять холодным способом. Доступен и гальванический Термодиффузионный метод применим для мелких изделий и крепежных деталей. Горячая и газо-термическая технология оправдывает себя при формировании защитного покрытия на изделиях в больших промышленных масштабах.

Преимущества и недостатки

Теоретически покрытие цинком в домашних условиях металлических деталей возможно любым способом, но вопрос в другом — насколько целесообразен тот или иной метод при самостоятельном выполнении работ. Но цинковые покрытия максимально популярны, поскольку имеют следующие преимущества:

• они формируют надежную защиту металла от пагубного воздействия коррозии;
• внешний вид изделий эстетичен, поэтому многие дизайнерские элементы конструкций покрывают цинком: мебельная фурнитура, интерьерные детали автомобилей и другое;
• цинковое покрытие экологичное, безвредно для здоровья человека и показывает лучшие защитные параметры в сравнении с другими материалами.

Есть и недостатки. Они зависят от метода нанесения. Горячее и холодное нанесения имеют небольшую надежность, может отслаиваться и трескаться.

Способы, подходящие для самостоятельного цинкования

Если перед вами стоит вопрос, как самому оцинковать металл, решений может быть только два: либо по гальванической технологии, либо холодным способом:

• Гальваническое нанесение выполняется с помощью зарядного устройства или обычного автомобильного аккумулятора. Главное, чтобы их параметры соответствовали таким значениям: от 6 до 12 В, от 2 до 6 А. Электролитом может послужить раствор соли цинка, аккумуляторный электролит или детская соска. Емкость может быть стеклянной или из винипласта. Деталь очищается и обезжиривается, а затем погружается в раствор. Электрод должен быть сопоставим с площадью покрытия. Процедура длится в среднем 40 минут.
• Холодное нанесение осуществляется кистью, тампоном или валиком. Материалы для покраски продаются в магазинах. Они представляют собой цинковый порошок и связующее вещество. Их размешивают в указанных в инструкции пропорциях, и наносят на поверхность.

Главное, что должен понимать мастер, решивший выполнить оцинковку самостоятельно, что в домашних условиях невозможно создать надежное и долговременное покрытие, поэтому следует контролировать отреставрированный участок. И при необходимости выполнять процедуру снова.