Що дає металам цинкове покриття?

Цинкування – це покриття різних металевих поверхонь шаром цинку для захисту від корозії. Те, що саме цинкування є найбільш ефективним методом у боротьбі з іржею з'ясували давно, понад 200 років тому. При проведенні досліджень різних методів саме цинкування показувало довгострокові результати – понад 50 років метали, вкриті шаром цинку, не іржавіють.

З того часу фахівці в галузі антикорозії застосовують цинкування різними способами. Спочатку це було гаряче цинкування, потім гальванічне, дифузійне, газодинамічний. Але у 80-х роках XX століття стався певний прорив у цій галузі, з'явився новий метод – холодне цинкування.

Холодне цинкування – найбільш зручний, економічний та довговічний спосіб нанесення цинкового покриття. Він полягає в покритті підготовленої поверхні металу складом з дуже високим (96-98%) вмістом цинку, а також різних добавок. Наносити склад для холодного цинкування можна за допомогою звичайної кисті або валика прямо на місці експлуатації конструкції, тобто її не потрібно відвозити нікуди. Результатом такого захисту є відсутність корозії протягом 25-50 років, причому метали під захистом холодного цинкування корозують у 3 рази повільніше, ніж захищені іншими способами, незважаючи на той самий цинк у складі (за проведеними дослідженнями Фулмерівського центру). У чому секрет?

Як працює покриття цинком?

Залізо при взаємодії з вологою та киснем окислюється. При цьому на поверхні утворюється неміцна, пухка плівка, яка поступово перетворюється на іржу.Такий ненадійний захист продовжує пропускати вологу та кисень углиб заліза та руйнувати його. Але цинк, олово та алюміній при взаємодії з вологою та киснем утворюють міцну плівку, що не пропускає руйнування далі. Саме тому за допомогою тонкого шару цих металів захищають інші метали, більш схильні до корозії.

Цинк виділяється серед цієї групи міцних металів тим, що забезпечує подальший захист від вологи та кисню навіть при пошкодженні покриття, тоді як захист олова або алюмінію при порушенні цілісності шару слабшає або починає сприяти корозії.

Цинк захищає метали відразу двома способами - бар'єрним (пасивним) та катодним (також званим активним, протекторним чи електрохімічним).

Катодний захист має на увазі, що цинк при нанесенні на залізо утворює з ним гальванічну пару, в якій залізо – менш активний метал, а цинк – більш активний. При контакті з вологою та киснем цинк-анод вступає в реакцію першим, жертвує свої електрони на боротьбу з корозією, а залізо – катод приймає електрони, захищається та залишається практично не зворушеним іржею. Захисний процес триває до виснаження шару цинку. Одного шару в 40-60 мкм вистачає на 10-25 років.

Відразу 2 способи захисту, які змінюють один одного, дуже знадобляться металів з першого дня експлуатації. Справа в тому, що будь-яке покриття складом не герметично на 100%, а має дефекти та пори. Цинкове покриття також може пропускати кілька кисню на початковому етапі використання. Саме тоді воно захищає метали від іржі протекторним чи електрохімічним способом.В процесі експлуатації відбувається ущільнення структури покриття, повне розчинення цинкових сполук і набуває чинності бар'єрний захист, як при гарячому цинкуванні. Якщо цілісність покриття буде порушено (подряпини, механічні пошкодження, роз'їдання хімікатами), то за роботу знову візьметься катодна захист.

Чи не просто цинк – чи чому холодне цинкування захищає довше?

На практиці, цинкове покриття – найнадійніше та довговічніше. Однак, одне цинкове покриття, іншому різниця. Ви можете придбати фарбу з цинком, правильно нанести її, але захист не прослужить десятки років. Тому що цинк, доданий у фарбу, не працюватиме в такий спосіб. Такий тривалий захист (25-50 років) дають лише склади холодного цинкування. Чому ж холодне цинкування довговічніше за інші цинкові способи обробки?

Холодне цинкування забезпечує ті ж захисні характеристики, як і інші методи, наприклад гаряче цинкування. Але, на відміну від них, набагато простіше наноситься на місці експлуатації конструкцій, менше коштує і довше служить.

У складах холодного цинкування міститься 96 і більше % цинку, чистотою 99,995%. Тобто, майже на 100% без домішок! А чим вища концентрація цинку та його чистота – тим довше прослужить покриття. Саме це дозволяє холодному покриттю корозувати максимально повільно, в порівнянні з іншими методами оцинкування. Частинки цинку у складі захищені смолами – це підвищує захисні характеристики покриття. Крім того, мінімальний розмір частинок (від 12-15 мкм, до 3-5 мкм у різних складах) та їх овальна форма утворюють міцну електрохімічну сполуку з металом.Завдяки цьому навіть подряпини та пошкодження на поверхні покриття не призводять до його відшаровування, зберігаючи відмінну адгезію. Так можуть лише активні покриття з катодним захистом. А просто покриття, до яких додано цинк – так не можуть.

Навіть такий перевірений метод цинкування, як гарячий, трохи поступається холодному цинкуванню. Тому що при гарячому цинкуванні використовуються склади із вмістом цинку 80-85% із чистотою до 98%. Смоли, що захищають цинк, там відсутні, тому що не витримують нагрівання до 400 ° С і все одно втратить захисні властивості. До того ж не кожну конструкцію можна розібрати, перевезти і помістити в гарячу ванну з цинком.

Скільки прослужить цинковий захист, нанесений холодним способом?

Терміни дії покриттів, нанесених методом холодного цинкування, відрізняються залежно від умов експлуатації та товщини шару, а також від ступеня очищення поверхні металу. Забруднена атмосфера, вплив різних хімікатів, бензину, солей, лугів та нафтопродуктів можуть незначно, але прискорити виснаження покриття. Термін дії покриття, що експлуатується на відкритому повітрі, завжди менше, ніж дбайливе використання всередині приміщень.

Терміни, гарантовані виробником для складу холодного цинкування Бар'єр-цинк:

Залежність товщини шару та терміну служби покриття Бар'єр-цинком:

• 40 мкм: 7-10 років;
• 60 мкм: 10-20 років;
• 80 мкм: 14-25 років;
• 100 мкм: 18-25 років;
• 120 мкм: понад 20 років.

Це терміни, які гарантує виробник. Реальні терміни служби покриття у 1,5-2,5 рази перевищують гарантійні. До того ж термін служби такого покриття завжди можна продовжити, будь-якої миті, додавши ще шар і зробивши його товщим.

На нашому сайті представлені й інші цинковмісні ґрунтовки, що забезпечують надійний та довговічний захист металу від корозії. Наприклад, Бар'єр-Грунт - однокомпонентний антикорозійний ґрунт із цинком для захисту металу в різних середовищах (ґрунті, воді, атмосфері).

Є питання щодо вибору складу? Звертайтесь до представництва у вашому місті:

у Санкт-Петербурзі: +7 (812) 603-41-53, +7 (921) 927-58-47
в інших містах: 8 (800) 707-53-17
e-mail: [email protected]

Все про цинкове покриття металів

Дізнайтеся все про цинкове покриття металу: види, переваги, застосування. Захистіть метал від корозії за допомогою цинку!

Все про цинкове покриття металів

Цинкове покриття – це один із найбільш поширених та ефективних способів захисту металу від корозії. Воно є тонким шаром цинку, який наноситься на поверхню металу різними способами, наприклад, гарячим цинкуванням, гальванічним покриттям або методом холодного цинкування. Цинкове покриття створює захисний бар'єр, що перешкоджає контакту металу з киснем та вологою, що є основною причиною корозії.

Що таке цинкове покриття?

Цинкове покриття – це захисний шар цинку, який наноситься на поверхню металевих виробів для запобігання корозії. Цинк, будучи більш негативним металом, ніж залізо, діє як анод в гальванічній парі, при цьому він окислюється сам, а залізо залишається недоторканим. Цей принцип захисту називається катодним захистом.

Цинкове покриття утворює на поверхні металу захисну плівку, яка запобігає контакту металу з киснем і вологою, що є головними факторами корозії.

Цинкове покриття може бути нанесене у різний спосіб⁚

• Гаряче цинкування метод нанесення цинкового покриття шляхом занурення металевих виробів у розплавлений цинк. Це один із найпоширеніших і надійних способів, що забезпечує довговічне та міцне покриття.
• Гальванічне покриття ౼ метод електрохімічного осадження цинку на поверхню металу з електроліту. Цей метод дозволяє отримати більш тонке та рівномірне покриття, ніж гаряче цинкування, але менш міцне.
• Холодне цинкування метод нанесення цинкового покриття за допомогою спеціальних фарб або паст, що містять цинкові пігменти. Цей метод простий у застосуванні та доступний для використання в домашніх умовах, але менш довговічний, ніж гаряче чи гальванічне цинкування.

Вибір методу нанесення цинкового покриття залежить від конкретних умов експлуатації виробу, вимог до його міцності та довговічності, а також від економічної доцільності.

Переваги цинкового покриття

Цинкове покриття має низку переваг, які роблять його одним із найбільш ефективних способів захисту металу від корозії.

Основні переваги цинкового покриття ⁚

• Висока корозійна стійкість. Цинк є електронегативним металом, ніж залізо, тому він окислюється сам, захищаючи залізо від корозії. Цинкове покриття утворює на поверхні металу захисну плівку, яка перешкоджає контакту металу з киснем та вологою.
• Довговічність; Цинкове покриття може бути десятки років, особливо якщо воно нанесене методом гарячого цинкування.
• Економічність. Цинкове покриття є одним із найдоступніших способів захисту металу від корозії.
• Універсальність. Цинкове покриття можна наносити на різні метали, включаючи сталь, алюміній, мідь та ін.
• Простота нанесення. Цинкове покриття можна наносити у різний спосіб, включаючи гаряче цинкування, гальванічне покриття, метод холодного цинкування.
• Екологічність. Цинк є екологічно чистим металом, нетоксичний і не забруднює довкілля.
• Підвищена міцність. Цинкове покриття підвищує міцність металу, роблячи його стійкішим до механічних пошкоджень.
• Підвищена зносостійкість. Цинкове покриття підвищує зносостійкість металу, роблячи його більш стійким до стирання та інших видів механічної дії.

Види цинкового покриття

• Гаряче цинкування ౼ це найбільш поширений та ефективний спосіб нанесення цинкового покриття. Процес гарячого цинкування полягає у зануренні металевого виробу у ванну з розплавленим цинком за температури близько 450 °C; В результаті поверхні виробу утворюється товстий шар цинку, який забезпечує високу корозійну стійкість. Гаряче цинкування застосовується для захисту сталевих конструкцій, трубопроводів, мостів, резервуарів та інших металоконструкцій, що працюють в агресивних середовищах.
• Гальванічне цинкуванняЦе процес електрохімічного нанесення цинкового покриття. При гальванічному цинкуванні металевий виріб занурюється в електроліт, що містить іони цинку. Під дією електричного струму іони цинку осідають на поверхні виробу, утворюючи тонкий і рівномірний шар цинку. Гальванічне цинкування застосовується для захисту дрібних металевих виробів, наприклад, кріпильних виробів, механічних деталей і т.д.
• Холодне цинкування - Це процес нанесення цинкового покриття за допомогою спеціальних фарб або паст, що містять цинковий порошок. Холодне цинкування застосовується для захисту металевих виробів від корозії в умовах, коли гаряче цинкування або гальванічне цинкування неможливо використовувати. Холодне цинкування менш довговічне, ніж гаряче цинкування або гальванічне цинкування, але воно більш економічне та простіше у використанні.
• Термодифузійне цинкування - Це процес, при якому на поверхню металу наноситься тонкий шар цинку шляхом дифузії атомів цинку в метал при високій температурі. Термодифузійне цинкування забезпечує високу корозійну стійкість та міцність покриття. Цей метод використовується для захисту сталевих виробів, що працюють в умовах високих температур та агресивних середовищ.
• Цинкування з подальшою обробкою - Це процес, при якому на поверхню металу наноситься цинкове покриття з подальшою обробкою для підвищення його корозійної стійкості та зовнішнього вигляду. Наприклад, після гарячого цинкування покриття може бути покрите фарбою чи лаком.

Застосування цинкового покриття

• Будівництво⁚ Цинкове покриття широко використовується у будівництві для захисту металевих конструкцій від корозії. Це може бути сталеві каркаси будівель, мости, трубопроводи, резервуари для води та інші металоконструкції. Цинкове покриття дозволяє збільшити термін служби металевих конструкцій та знизити витрати на їх ремонт та заміну.
• Автомобільна промисловість⁚ Цинкове покриття застосовується в автомобільній промисловості для захисту кузовних деталей, кріпильних виробів та інших металевих компонентів від корозії.Цинкове покриття дозволяє збільшити термін служби автомобіля та зберегти його зовнішній вигляд.
• Механічна обробка⁚ Цинкове покриття використовується в механічній обробці для захисту металевих деталей від корозії та зношування. Цинкове покриття дозволяє збільшити термін служби механічних деталей та підвищити їх надійність.
• Електроніка⁚ Цинкове покриття застосовується в електроніці для захисту металевих контактів від корозії та окислення. Цинкове покриття дозволяє забезпечити надійну роботу електронних пристроїв та збільшити їх термін служби.
• Хімічна промисловість⁚ Цинкове покриття використовується в хімічній промисловості для захисту металевого обладнання від корозії в агресивних середовищах. Цинкове покриття дозволяє збільшити термін служби обладнання та знизити витрати на його ремонт та заміну.

Що покривають цинком?

Найчастіше, для захисту кріплення від корозії використовуються цинкові покриття. Цинкове покриття унікальне, оскільки забезпечує не лише бар'єрний, а й електрохімічний захист від корозії.

Остання відома ще й як «жертовний» (катодний чи протекторний) захист, оскільки в гальванічній парі «сталь-цинк» останній «жертвує» собою, щоб захистити сталь, на яку він нанесений. Цей ефект проявляється і на локальних ділянках, де покриття вже немає (подряпини, сколи, ушкодження).

Вибір виду та товщини покриття визначається умовами та терміном експлуатації кріплення та/або величиною зазору в різьбовій парі (болт-гайка).

Методи цинкування металу

На сьогоднішній день існує кілька основних видів цинкового покриття на кріпильних виробах. Розглянемо їх переваги та недоліки щодо спадання поширеності.

Гальванічне цинкування (електролітичний метод)

Електролітичне (гальванічне) цинкування (ЕЦ), або електроцинкування, найпоширеніше для кріпильних виробів цинкове покриття.

Головні переваги - Низька вартість і привабливий зовнішній вигляд (зазвичай глянсовий сріблястий, блакитний або жовтий, буває і матовий), і найкраща доступність на ринку. Можливе гальванічне цинкування деталей з пластиковими елементами, наприклад гайок, що самоконтрятся.

Головні недоліки - низька корозійна стійкість робить це покриття швидше транспортувально-декоративним, ніж захисним. ЕЦ піддає деталі, що покриваються водневому крихтенню в процесі нанесення, тому застосовно для кріплення класу міцності до 10.9. Призначений для деталей, що використовуються в сухих приміщеннях. Товщина становить від 3 до 24 мкм.

Холодне цинкування

Холодне оцинкування - це нанесення на підготовлену поверхню прийомами, що використовуються в роботі зі звичайними фарбами, спеціального складу, що містить цинк, в результаті чого утворюється покриття, що володіє тими ж антикорозійними властивостями, що і отримане методом гарячого оцинкування.

Перевагами даного методу оцинкування порівняно з гарячим оцинкуванням є:

• відсутність обмежень за розмірами кріплення;
• висока адгезія цинкового покриття з лакофарбовими матеріалами (ЛКМ), у т. ч. із порошковими фарбами;
• високий рівень чистоти осадженого цинку забезпечує підвищену хімічну стійкість.

Недоліки методу холодного оцинкування:

• порівняно з методом гарячого оцинкування та термодифузійним оцинкуванням, низька товщина покриття (5-35 мкм), що знижує корозійну стійкість покриття, одержаного електролітичним методом;
• в порівнянні з термодифузним оцинкуванням, існує можливість наводорожування і як наслідок крихтіння основного матеріалу, що захищається (водневе крихтіння).

Гаряче цинкування

Гарячий спосіб оцинкування полягає в зануренні попередньо підготовлених виробів, після знежирення, промивання, травлення, розплавлений цинк при температурі 450 – 480°C. Утворення покриття ґрунтується на гарному змочуванні заліза та його сплавів цинком.

Основним перевагою даного методу оцинкування порівняно з електролітичним полягає у більш високій корозійній стійкості покриття, оскільки гарячий спосіб дозволяє отримати покриття великої товщини (від 40-150 мкм).

Недоліки методу гарячого оцинкування:

• порівняно з методом електролітичного оцинкування та термодифузійним оцинкуванням, товщина покриття на окремих ділянках через напливи коливається у значних межах (40 – 150 мкм) та точне регулювання товщини цього покриття неможливе. Гарячий спосіб не може бути застосований для покриття виробів з точними допусками та в тих випадках, коли висока температура може змінити властивості кріплення;
• в порівнянні з термодифузним оцинкуванням, існує можливість наводорожування і як наслідок охрупчування основного матеріалу, що захищається (водневе охрупчування);
• низька адгезія гарячеоцинкованого покриття з ЛКМ, у т. ч. із порошковими фарбами.

Цинк-ламельне покриття металу

Система ламельного цинкового покриття включає базовий шар, що складається з тонких алюмінієвих і цинкових лусочок (ламелей) і, при необхідності, один або кілька додаткових шарів, що надають покриттю спеціальні властивості: фрикційні, корозійну і хімічну стійкість, колір та інші.

Цинк-ламельне покриття наносять на попередньо підготовлену поверхню деталей шляхом занурення у високодисперсну суспензію цинкового та алюмінієвого порошків, що мають форму лусочок, у сполучному матеріалі або її напилення з наступним нагріванням деталей до 240°C для сушіння та затвердіння. Базове покриття, що сформувалося, містить більше 70% цинкового і до 10% алюмінієвого порошку, а також сполучний органічний матеріал. Воно складається з безлічі шарів алюмінієвих і цинкових частинок товщиною менше мікрометра і шириною близько 10 мкм, розташованих паралельно один одному і поверхні, що покривається, з'єднаних сполучним компонентом. Корозійна стійкість покриттів понад 700 годин у нейтральному соляному тумані, що трохи перевищує антикорозійну стійкість виробів, отриманих електролітичним способом.

Переваги:

• Мала товщина (до 10 мкм) дозволяє одержати високу точність деталі;
• Може бути нанесено на стандартно висаджене кріплення та на деталі класу міцності до 10.9;
• Має привабливіший, ніж у Г/О, зовнішній вигляд. Крім того, можливі різні відтінки-від світло-сірого (сріблястого) до чорного;
• Перешкоджає зовнішньому водневому крихтенню та відпустці металу.

Недолік: від сколів під покриттям поширюється корозія. Тому на ділянках, схильних до механічного впливу (наприклад, на днищах автомобілів) частіше застосовують гаряче цинкування та ТДЦ-кріплення.

Термодифузійне цинкування

Термодифузійне цинкове покриття є анодним по відношенню до сталі, забезпечуючи її електрохімічний захист. Покриттю піддаються вироби з вуглецевої сталі стандартної якості, якісної конструкційної вуглецевої, низьколегованої сталі та чавуну.

Суть технології термодифузійного оцинкування полягає в тому, що антикорозійне покриття формується внаслідок насичення цинком поверхні металевих виробів у порошковому середовищі при температурі 290-450°C, причому вибір температурного режиму залежить від типу сталевих виробів та марки сталі. Така технологія дозволяє отримати будь-яку товщину покриття в діапазоні від 6 до 110 мікронів на вимогу замовника без зміни технологічного процесу. Процес відбувається в закритому контейнері з додаванням до оброблюваних деталей спеціальної насичувальної суміші. Пасивація (фінішна обробка деталей) є обов'язковою частиною процесу термодифузійного оцинкування. Пасивація призначена для запобігання утворенню білих продуктів корозії на поверхнях, що піддаються впливу атмосфер з високою вологістю, солоної води, морських атмосфер або циклів конденсації та висихання.

Переваги методу термодифузійного цинкування порівняно з методом гарячого цинкування:

• можливість отримання покриття на різьбових деталях і деталях складної форми рівномірного по товщині і точно повторює конфігурацію виробу. Плюс також є відсутність будь-яких напливів цинку в місцях заглиблень або сполук. Ця перевага виключає необхідність знімати покриття з внутрішньої різьбової частини (гайка), як це робиться після обробки гарячим цинком;
• антикорозійна стійкість у 1,5-2 рази вища, ніж при електролітичному оцинкуванні;
• відсутність водневого крихти дозволяє використовувати термодифузійне покриття для оцинкування кріплення з високим класом міцності 10.9 і вище без ризику зниження якісних характеристик виробу, що важливо, коли виріб використовується у відповідальних конструкціях;
• висока адгезія цинкового покриття з ЛКМ, у т. ч. із порошковими фарбами;
• висока точність нанесення покриття дозволяє застосовувати термодифузійне оцинкування покриття виробів з точними допусками, наприклад з дрібними діаметрами;
• висока зносостійкість покриття дозволяє зберігати якість виробу, що піддається частому збиранню-розбиранню.

Переваги методу термодифузійного цинкування порівняно з методом холодного цинкування:

• антикорозійна стійкість у 3-5 разів вища, ніж при гарячому оцинкуванні;
• відсутність водневого охрупчування.

Недоліки:

• Як і гаряче цинкування вимагає спеціальної висадки під товсті покриття. Не можна, при товщині покриття понад 20 мкм, оцинкувати термодифузійним методом стандартно висаджені болти. Разом з тим, товщина покриття, що рекомендується, - від 30 - 40 мкм;
• Неможливе термодифузійне цинкування деталей з пластиковими елементами, наприклад гайок, що самоконтрятся;
• Можлива відпустка матеріалу високоміцних болтів із втратою їхньої міцності;
• Цинкування кріплення поза підприємством-виробником або воно дороге, або неякісно.

Dacromet 320 (Dacral, Geomet)

Цинконаповнені покриття під назвою Dacromet 320 (Дакромет 320) були розроблені фірмою Diamond Shamrock Corp. (США). Покриття наноситься методом занурення деталей у суспензію частинок цинку у водному розчині органічних і неорганічних компонентів. Після видалення надлишків суспензії центрифугуванням для остаточного формування покриття деталі піддаються ступінчастому нагріванню, починаючи з 80°C до завершальної температури 300°C.

Особливість покриття «Дакромет 320» полягає в наявності цинкових частинок мікронних розмірів у вигляді пластівців, попередньо оброблених у хроматному розчині та щільно пов'язаних між собою неорганічним сполучним. Товщина сухого покриття складає 8-10 мкм. Покриття має сріблясто-сірий вигляд і, завдяки наявності в системі хроматів, має високу корозійну стійкість - близько 500 в нейтральному соляному тумані, що трохи перевищує антикорозійну стійкість виробів, отриманих електролітичним способом.

Переваги методу щодо методів електролітичного та гарячого оцинкування полягає у відсутність водневого охрупчування. Даний метод не має переваг щодо термодифузійного оцинкування.

Механічне оцинкування

Деталі, на які наноситься покриття, поміщаються разом із гранулами та цинковим порошком у спеціальний барабан, у якому цинк наноситься на поверхню деталей за допомогою холодного зварювання.

В результаті механічного оцинкування деталь набуває властивостей аналогічний як при електролітичному оцинкуванні. Перевага даного методу в порівнянні з електролітичним полягає у відсутності небезпеки водневого крихтіння при його застосуванні.

Порівняння цинкових покриттів

При порівнянні методів цинкування металів зазвичай виділяють 4 основні фактори:

• зовнішній вигляд;
• товщина;
• корозійна стійкість;
• вартість.

Сучасні захисні покриття є досить стійкими до корозії у звичайних умовах. Для прискорених випробувань стійкості покриття використовують метод випробування в соляному тумані. Однак кореляція між стійкістю в сольовому тумані та очікуваним життям покриття досить слабка, оскільки корозія — досить складний процес і на неї впливає багато інших факторів. Проте тестування сольовим туманом широко застосовується у промисловості з метою оцінки корозійної стійкості покриттів і порівняння із зразками інших видів.

Зразок поміщають у камеру, в якій через сопло проводиться розпорошення розчину солі (як правило, натрію хлорид). Вимірюють і фіксують час, після якого на поверхні зразка починають з'являтися окисли (сліди корозії). Результати виражають, як правило, у годинах, проведених у тумані без появи продуктів корозії.

3мкм = 12 год
5мкм = 24 год
8мкм = 48 год
12мкм = 96 год

9мкм = 96 год
15мкм = 144 год
30мкм = 192 год
50мкм = 250 год