Металлические цинковые покрытия: краткий обзор

Разобраться в видах металлических цинковых покрытий не просто: обилие сложных слов и кажущаяся схожесть методов получения часто вызывают путаницу.

Данная статья создана в помощь тем, кто хочет на базовом уровне разобраться в видах металлических цинковых покрытий, их различиях и особенностях.

Горячее цинкование

Горячее цинкование представляет собой метод нанесения цинкового покрытия путем погружения защищаемой конструкции в расплав цинка с температурой 430-460°С. Благодаря диффузионным процессам цинк проникает в поверхностный слой металла, образуя защитное покрытие.

Горячее цинкование позволяет получать цинковые покрытия большой толщины, что обеспечивает защиту от коррозии на очень длительный срок.

Покрытие, нанесенное методом горячего цинкования, предназначено исключительно для защиты от коррозии и не является декоративным. Для придания декоративных свойств цинковое покрытие окрашивается.

Горячее цинкование можно применять для изделий любой формы. Габариты изделий зависят от размеров ванны. Современные ванны позволяют цинковать изделия длиной до 15 м.

Горячее цинкование является наиболее распространенным методом нанесения цинковых покрытий.

Общие требования к горячим цинковым покрытиям изложены в ГОСТ 9.307 «Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия цинковые горячие. Общие требования и методы контроля».

Газотермическое цинкование (металлизация)

Для газотермического цинкования используется цинковая проволока, расплавляемая до мелких капель, которые переносятся на защищаемую поверхность потоком воздуха или газа. Сталкиваясь с металлической поверхностью, цинк растекается по ней и при отверждении образует защитное покрытие.

В зависимости от способа подачи тепла к проволоке различают электродуговое и газопламенное напыление (часто также используется термин «металлизация»).

При электродуговой металлизации для нагрева используется электрическая дуга. Напыляемый материал подаётся в виде проволоки. Внутри распылителя между двумя проводами создаётся разность потенциалов, в результате чего возникает электрическая дуга. Высокоскоростной поток газа удаляет расплавленный материал с кончика проволоки и ускоряет его по направлению к подложке, разбивая при этом крупные капли на более мелкие.

При газопламенной металлизации для нагрева используется пламя (обычно смесь кислорода и ацетилена или пропана). Материал для осаждения (проволока или порошок) вводится в пламя, а поток сжатого воздуха ускоряет капли расплавленного материала по направлению к подложке, чтобы покрыть её.

К основным преимуществам газотермического цинкования относятся возможность обработки крупных и полностью смонтированных конструкций, а также возможность работы в полевых условиях. Газотермическое цинкование можно производить с использованием мобильных агрегатов, что позволяет работать как в цехах, так и в полевых условиях.

Недостатками метода являются низкая производительность работ, высокие требования к квалификации персонала, большие энергозатраты и вред для здоровья операторов.

Основным нормативным документом по тематике газотермических покрытий является ГОСТ 28302 «Покрытия газотермические защитные из цинка и алюминия металлических конструкций. Общие требования к типовому технологическому процессу».

Термодиффузионное цинкование

Суть технологии термодиффузионного цинкования состоит в образовании металлического покрытия сложной фазовой структуры с высоким содержанием цинка (интерметаллид железо-цинк) на обрабатываемой поверхности. Процесс цинкования протекает в герметичных контейнерах при температуре от +300 до +450 °C – конкретное значение температуры выбирается в зависимости от марки стали, типа и конфигурации изделия, а также требований к защитному покрытию.

В контейнер загружаются детали и цинковая смесь, после чего обеспечивается равномерный, рассчитанный по времени разогрев контейнера с деталями и смесью.

Во время процесса формирования покрытия контейнер с деталями постоянно вращается, что обеспечивает хорошее и равномерное перемешивание деталей с цинковой смесью, а также однородность покрытия по всей поверхности каждой детали.

Глубина диффузии цинка в кристаллическую структуру обрабатываемой поверхности определяется температурой и временем выдержки деталей в контейнере.

Одно из основных преимуществ метода термодиффузионного цинкования связано с тем, что диффузионное взаимодействие между молекулами металлической основы и наносимого цинкового состава позволяет получить покрытие с высокими физико-механическими характеристиками. По этой причине детали, оцинкованные термодиффузионным способом, могут применяться в условиях значительных механических воздействий. Недостатком является ограниченный размер обрабатываемых деталей (зависит от размера контейнера, в который закладываются детали).

Общие требования к горячим цинковым покрытиям изложены в ГОСТ Р 9.316 «Национальный стандарт Российской Федерации. Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия термодиффузионные цинковые. Общие требования и методы контроля».

Метод термодиффузионного цинкования называют также шерардизацией (по фамилии английского изобретателя Шерарда).

Гальваническое цинкование

При гальваническом цинковании цинк осаждается на металлической поверхности под действием электрического тока.

Обрабатываемую деталь погружают в химический раствор (электролит) и подключают к отрицательному полюсу источника тока. Цинковый анод (источник цинка для будущего покрытия) подключают к положительному полюсу. Вследствие разности электрических потенциалов цинк осаждается из электролита на деталь.

Качество гальванического покрытия во многом зависит от применяемого электролита. Простые электролиты позволяют получать дешевое цинковое покрытие невысокого качества.

К преимуществам метода относят простоту, низкую стоимость и отличные декоративные характеристики покрытия. Слабой стороной является невысокая толщина цинкового покрытия (до 20 мкм, редко до 40 мкм).