Гальваническое цинкование технология - VSEDLYADOMA-SPB.RU

Гальваническое цинкование технология

Технология гальванического цинкования металла

Гальваническое цинкование: основы, преимущества и краткое описание техпроцесса. Виды электролитов и применяемого оборудования. Дефекты гальваники и их причины.

Гальваническое цинкование — это один из самых распространенных методов создания антикоррозионных и декоративных цинковых покрытий. Оно дешевле и проще горячего цинкования, но имеет некоторые ограничения по применению, поскольку не позволяет создавать защитных слоев толще 40 микрон. Основой этой технологии является электрохимический процесс осаждения цинка из электролитического раствора на деталь, подключенную к отрицательному полюсу источника питания. Для повышения коррозионной и механической стойкости, а также в декоративных целях цинковые покрытия подвергают кадмированию, хроматированию и обработке фосфатными соединениями.

Обычно гальваническим способом цинк наносят на поверхности изделий из углеродистых сталей и различных видов чугуна. Помимо этого существуют технологии электролитического цинкования алюминия и ряда других металлов, но они используются гораздо реже. Основная номенклатура цинковой гальваники — это разнообразные крепежные элементы, инструмент, кронштейны, опоры, подвески, внешние детали машин и оборудования, а также холоднокатаный тонколистовой прокат. Сегодня среди народных умельцев электролитическое цинкование является самой популярной гальванической технологией. Это связано с тем, что цинк и его соединения практически безвредны, недороги и их свободно может приобрести любой желающий. А для работы с этими реагентами требуются минимальные знания и простейшее оборудование.

Преимущества цинковых покрытий

В настоящее время оцинковка является самым массовым покрытием, используемым для антикоррозионной защиты черных металлов. Это связано с тем, что по совокупности экономических, экологических, технологических и физико-химических факторов у горячего и гальванического цинкования попросту нет конкурентов. К примеру, цинк дешевле никеля в четыре раза, а олова — в восемь раз. Сопоставимый с ним по цене кадмий и его соединения высокотоксичны и канцерогенны, а технология их применения гораздо сложнее.

Цинк прекрасно адгезируется к поверхности стали и чугуна. Кроме того, он является более активным металлом, поэтому легче окисляется и в паре с цинком не дает вступать железу в окислительные реакции. Эта его особенность проявляется даже в тех случаях, когда непрерывность покрытия нарушена, т. е. на поверхности металла имеются царапины, задиры, трещины или потертости. Гальванические цинковые покрытия пластичны и сохраняют непрерывность на деталях, работающих в режиме циклической деформации. К примеру, кадмированный цинк используется в качестве коррозионной защиты стальных пружин, работающих в режиме периодического сжатия и растяжения.

Описание процесса

В процессе гальванизации происходит электрохимическое растворение цинка в объеме электролита и перемещение его на катод (покрываемое изделие). Поэтому анодные пластины должны периодически контролироваться на истощение, а при необходимости очищаться от окислов солей.

Способы цинкования металлов

Горячее. При использовании этой технологии нанесение цинка на поверхность изделия проводится путем погружения его в расплавленный металл. Таким способом можно получить самые толстые защитные слои. По сравнению с гальваническим горячее цинкование является более затратным, но обеспечивает самую высокую скорость нанесения цинкового покрытия.

Холодное. Холодным цинкованием в обиходе называют покрытие металлических изделий и больших металлоконструкций с помощью кистей и пульверизаторов композитами, содержащими не менее 80% цинка (в сухой пленке). Это самая простая по нанесению технология цинкования, но она менее долговечна, чем горячая и гальваническая.

Термодиффузионное. Для цинкования этим методом применяют вращающиеся барабанные печи, в которые загружают обрабатываемые детали и специальные порошки, содержащие цинк и вспомогательные компоненты. При вращении в течение нескольких часов при температуре 350÷450 °C происходит диффузионное насыщение поверхностных слоев железа атомами цинка, в результате чего образуется устойчивое защитное покрытие.

Используемые материалы и оборудование

Оборудование для цинковой гальванотехники такое же, как и для других гальванических процессов. В его состав входят ванны для гальванического цинкования, а также емкости для химической подготовки изделий. Их объем зависит от вида производства и может варьировать от десяти литров до нескольких кубометров. К ваннам подведены трубопроводы для подачи и отвода воды и реагентов и электрические контакты для подвода напряжения к анодам и катодам.

В общем виде технологический процесс гальванического цинкования состоит из следующих этапов:

  1. Механическая зачистка.
  2. Травление изделия.
  3. Промывка в проточной воде.
  4. Обезжиривание.
  5. Промывка, аналогичная п. 3.
  6. Гальваническое цинкование.
  7. Промывка, сушка и контроль.

Современные ванны для гальванического цинкования изготавливают из кислотостойких пластмасс. Безопасность при работе с компонентами электролита аналогична правилам промышленного использования растворов кислот и щелочей. Никаких специальных требований, связанных с токсичностью или агрессивностью электролита, к гальваническому цинкованию не предъявляется.

Применяемые электролиты

  1. Кислые и слабокислые. Традиционные простые электролитические растворы на основе сульфатов, хлоридов, борфторидов или их смесей.
  2. Аммиакатные. Нейтральные и щелочные гальванические растворы, которые получают путем растворения оксида цинка в растворе сульфата (или хлорида) аммония.
  3. Цианидные и цинкатные. Щелочные электролиты, в которых применяют цианид и цинкат натрия, растворенные в едком натре.

Кроме того, существуют электролиты для гальванического цинкования на основе аминосоединений, но они имеют гораздо меньшее распространение.

Дефекты гальваники

Недостаточная адгезия. Отслаивание и непрочность присоединения защитного слоя цинка после гальванического цинкования, как правило, связаны с нарушениями техпроцесса при очистке, травлении и обезжиривании поверхности изделия. Кроме того, причиной этого явления может быть засорение электролита солями других металлов и органическими соединениями.

Питтинг. Питтингом в гальванике называют образование на поверхности осаждаемого металла небольших точечных каверн или углубленных полосок. В гальваническом цинковании этот дефект может проявляться вследствие отсутствия или недостаточной интенсивности перемешивания, а также из-за наличия в электролите органических или гидрокисных примесей.

Шероховатость. Излишняя шероховатость защитного цинкового слоя обычно указывает на присутствие в гальваническом растворе избыточного количества сульфата цинка, различных гидроксидов и механических примесей. Это явление также может быть следствием слишком высокой плотности тока и недостаточной концентрации в электролите анионов цинка.

Хрупкость покрытия. Если покрытие, полученное гальваническим цинкованием, имеет повышенную хрупкость, то в большинстве случаев это указывает на слишком высокую плотность тока в катодном пространстве. Другая причина этого дефекта — избыточное присутствие в электролите органических примесей.

Темный цвет. Причинами различных оттенков темных цветов (в основном, коричневого) обычно являются наличие органических загрязнений в гальванической ванне, завышенная температура электролитического раствора, а также снижение плотности тока в области катода.

В Интернете можно встретить описания и даже видеоролики с демонстрацией «наружного» гальванического цинкования без использования ванны. А что вы думаете по поводу этой технологии? Поделитесь, пожалуйста, своим мнением в комментариях к данной статье.

Технология гальванического цинкования

Гальваническое цинкование металлоконструкций является одним из самых востребованных видов цинкования, благодаря которому изделия приобретают высокие защитные и декоративные свойства.

В отличие от горячего метода обработки, данная технология является более простой и дешевой.

Однако она имеет определенные ограничения по использованию, что обусловлено сравнительно тонким слоем защитного покрытия (не превышает 40 мкм).

Технология гальваники предусматривает осаждение цинка из состава электролита на металлоконструкцию, которая в свою очередь подключена к сети питания через отрицательный полюс.

Чтобы увеличить уровень механической и коррозийной устойчивости, а также для повышения декоративных качеств деталей, цинковое покрытие дополнительно подвергают хроматированию, кадмированию или обработке фосфатными составами.

На производстве гальваническая обработка металла проводится в строгой последовательности

  1. Очистка поверхности деталей от лакокрасочных и смазочных материалов, ржавчины и окалины (процедура проводится с использованием обезжиривающих и щелочных смесей).
  2. Промывка чистой водой в специальной проточной ванне.
  3. Электролитическое обезжиривание и последующая промывка.
  4. Травление в составе, который включает воду и соляную кислоту. Процедура удаляет остатки ржавчины и окалины, исключая растворение или деформацию основного металла, а также декапирует поверхности перед обработкой.
  5. Промывка, непосредственно гальваническая оцинковка и повторная промывка.
  6. Для устранения с поверхности окисной пленки применяться осветление металла в растворе, состоящем из воды и азотной кислоты.
  7. Промывка, фосфатирование (при необходимости) с последующей промывкой.
  8. Может быть проведена пассивация электролитическим хроматированием или путем хроматированного распыления.
  9. Сушка детали.

В зависимости от особенностей технологии обработки и типа продукции гальваническая обработка металла может включать дополнительные манипуляции.

Если обрабатывают полосу, то цинкование начинают с разматывания материала, а далее выполняют сварку концов. На заключительном этапе полосу обрабатывают маслом и сматывают.

Дефекты при гальваническом цинковании

Среди причин, которые значительно влияют на уровень качества обрабатываемых деталей, выделяют следующие:

  • Низкое качество подготовки металлоконструкций;
  • Отклонение от соблюдения рецептуры электролита;
  • Нарушения характеристик и последовательности этапов гальванической обработки.

Также качество готовой продукции зависит от конфигурации, особенностей расположения и состояния плоскостей ведущих и дополнительных анодов, а также пространственного расположения изделий в электролите.

Вследствие этого на деталях могут присутствовать такие дефекты, как:

  • Питтинг – на металле образуются углубленные полосы или незначительные точечные каверны. Такие недостатки появляются, как правило, в результате того, что в электролите присутствуют гидрокисные или органические примеси, а также при низкой интенсивности перемешивания или его полном отсутствии.
  • Низкий уровень адгезии – плохое схватывание цинкового слоя или его отслаивание может наблюдаться при нарушении процесса очистки, травления или обезжиривания детали. Также такое наблюдается при засорении электролита различными органическими соединениями, включая соли разных других металлов.
  • Разнотипность внешнего вида – вызывает несоблюдение рецептуры в части пропорции используемых компонентов электролита при одновременном накоплении в гальванической ванне определенного объема солей железа. Также причиной данного дефекта может выступать недостаточное перемешивание компонентов и пониженная температура, которая не отвечает норме.
  • Повышенная шероховатость – свидетельствует о присутствии в гальванической смеси всевозможных механических примесей, сульфата цинка и гидроксидов в повышенном объеме. Также это возникает в результате недостаточного количества анионов цинка в электролите и при избыточной плотности тока.
  • Хрупкость цинкового покрытия – является следствием превышенной плотности тока в катодном пространстве или присутствием в электролите органических примесей в большом объеме.
  • Темный (преимущественно коричневый) цвет – вызывает наличие в гальванической ванне различных органических загрязнений. Такой эффект также может вызвать существенно снижение плотности тока возле катода и повышение температуры электролитической смеси.
Читайте также  Белая ванна технология гидроизоляции

Сравнительные характеристики горячего и гальванического цинкования

Сегодня применяется два вида цинкования металлоизделий – это горячее оцинкование путем окунания деталей в расплав цинка и гальванический способ обработки цинком, который предполагает воздействие на детали электрического тока. В свою очередь гальваническая технология цинкования производится двумя технологическими методами.

В первом случае обработка выполняется в специальных установках (барабанах), которые вращаются с определенной скоростью. Метод получил распространение для обработки деталей с резьбой и без резьбы.

Во втором случае металлоконструкции подвешивают при помощи медной проволоки, а затем опускают в смесь с электролитом. Широко применяется для оцинкования габаритных конструкций. В свою очередь метод горячего оцинкования также выполняется подвесным способом, используется для крупногабаритных конструкций.

Перед выбором конкретного способа обработки деталей нужно учитывать следующие факторы:

  1. Эстетические и декоративные требования к защитному покрытию.
  2. Уровень влияния агрессивности факторов внешней среды, в которой планируется использовать конструкцию.
  3. Конструктивные особенности деталей (наличие отверстий, пр.).
  4. Насколько метод обработки отвечает технологическим нормам процессов оцинкования.

В случае, когда конструкции предполагается эксплуатировать на улице и в других агрессивных условиях, главным требованием к покрытию выступает высокая антикоррозийная стойкость. Такие изделия следует обрабатывать цинком по технологии горячего оцинкования, которая позволяет наносить покрытие толщиной от 60 микрометров.

В данном случае в течение года цинковое покрытие разрушается не больше, чем на 10 микрометров.

Однако метод горячей обработки может применяться только в отношении конструкций, в которых имеются отверстия определенного диаметра. Также следует учитывать, что на деталях, обработанных таким способом, могут оставаться наплывы, подтеки и капли.

Поэтому декоративные качества покрытия в данном случае достаточно низкие. К тому же тонкие металлоизделия могут деформироваться вследствие горячей обработки, что обусловлено особенностями технологии (цинк наносят при температуре 450°C).

Гальваническая оцинковка металла проводится при комнатной температуре, поэтому данный метод иногда называют «методом холодного цинкования», при котором металл не подвергается деформации.

Данный способ обработки отлично подходит для деталей, в которых присутствуют резьбовые соединения.

Сфера применения гальванического цинкования

Данный способ широко применяется на изделиях, изготовленных из углеродистых сталей и разных видов чугуна. Основной сортамент гальваники представлен разным инструментом, деталями машин и оборудования, всевозможными опорами и крепежными элементами, включая тонколистовой холоднокатаный металлопрокат.

Наряду с защитными свойствами, гальваническое цинкование также наделяет металл декоративными качествами. Это обусловлено равномерностью распределения покрытия по поверхности и точным повторением покрытия конфигурации детали.

Толщина цинкового покрытия составляет 6 – 9 микрометров, но при этом конструкции подвергаются пассивации в специальном хроматном растворе. Благодаря пассивации можно получить высокий эстетический эффект.

Процедура позволяет придать конструкциям такие цветовые решения, как радуга (золотистый цвет, который отлично переливается на солнце) и голубизна (цинк белого цвета приобретает голубой отлив).

Методика гальваники предполагает лишь внешнее покрытие деталей, поскольку нанести покрытие в труднодоступных местах невозможно вследствие отсутствия электропроводимости.

Металлоконструкции, оцинковка которых проводилась гальваническим способом, широко применяются в умеренной среде. Таким образом, такие конструкции могут использоваться на улице лишь периодически, при этом они не должны иметь прямой контакт с влагой.

Виды электролит

Применение данной технологии предусматривает соблюдение состава электролита и температурного режима. Это обусловлено тем, что эти параметры при требуемой плотности тока оказывают прямое воздействие на структуру наносимого покрытия и скорость осаждения цинка.

Чтобы получить желаемый декоративный эффект, в электролит добавляют окрашивающие и блескообразующие компоненты.

Метод гальванического оцинкования предполагает использование нескольких групп электролитов, которые отличаются составом рецептуры:

  • Слабокислые и кислые – наиболее простые составы, при создании которых применяются сульфаты, хлориды, борфториды и их смеси;
  • Цинкатные и цианидные – это щелочные вещества, в составе которых присутствует цианид натрия и цинкат натрия, которые растворяют в едком натре;
  • Аммиакатные – нейтральные и щелочные составы, полученные посредством растворения оксида цинка в смеси хлорида или сульфата аммония.

Также технологи используют электролиты, создаваемые на основе аминосоединений. Однако такие растворы применяются крайне редко.

Вывод

Цинковый слой, нанесенный методом горячего оцинкования, способен сохранять эксплуатационные свойства на протяжении до 120 лет при использовании в обычных условиях. Это обусловлено толщиной слоя цинка, который составляет до 200 мкм.

В результате металл приобретает высокие защитные свойства и отличается стойкостью к механическим воздействиям. Более того, покрытие способно самостоятельно восстанавливаться при образовании трещин, что обусловлено особенным составом цинкового раствора.

В свою очередь толщина слой цинка при гальванике составляет не более 15 мкм. Поэтому срок службы изделий с такой толщиной покрытия в агрессивных условиях способно прослужить не более 1 года. Преимуществами данной методики выступают доступная стоимость, ровность и равномерность покрытия.

Очистка ржавчины электрохимическим способом и гальваническая оцинковка металла. Часть 2.

Здравствуйте.
Это продолжение предыдущей статьи:

ЧАСТЬ №2.
Этап 2. Оцинковка стальной пластины гальваническим способом.
——
В предыдущей части очищал металлическую пластину электролизом, с применением различных химикатов. Затем эту пластину попробовал оцинковать гальваническим методом.
——

К сожалению, из-за допущенных ошибок, не удалось сделать надёжное оцинкованное покрытие, и эксперимент оказался неудачным. Тем не менее отрицательный результат – это тоже результат.
Итак, была мет.пластина, некоторые участки очищены разными средствами, с разной степенью очистки. Часть вообще не очищалась:

[Принцип гальванической оцинковки металла: берём источник постоянного тока, минус подключаем к очищенной до голого металла (и от ржавчины) стали. Плюс подключаем на цинковый электрод. Макаем электрод (обёрнутый в ткань) в раствор с большим содержанием ионов цинка и прикладываем к стальной поверхности. Под действием тока, цинк содержащийся в растворе «прилипает» к стали, образовывая тем самым защитное цинковое покрытие. А цинк с электрода переходит в раствор.]

Поэтому для гальванической оцинковки металла нужны всего три вещи:
1.) Электрод
2.) Раствор
3.) Источник питания

1.) Электрод представляет собой кусок металла, весь состоящий из цинка. (т.е. оцинкованная сталь – не подойдёт). Где найти цинк? Например, из цинка делают аноды на корпус для различной водной техники, но проще достать цинк из соляных батареек.

[Батарейки бывают разных типов, например, известные Duracell – это алкалиновые (цинка почти нет), а нам в качестве источника цинка нужны соляные батарейки — это самые дешёвые, китайские. У них корпус (стакан) состоит из цинка.]

Я купил у Китайцев батарейку размера D (R20) за 0,5$ (35р.), снял обёртку с надписями, вынул все внутренности, промыл и обезжирил. Оставшийся цинковый стакан сплющил, просверлил и припаял провод. Далее этот стакан завернуть в ткань и электрод готов:

Вообще можно переплавить в удобную форму несколько таких батареек, с помощью горелки из бытового газового баллончика (на youtube есть видео). Получится электрод для многоразового использования.

2.) Раствор для цинкования. Из интернета узнал, что в качестве такого раствора народ использует паяльную кислоту на основе хлорида цинка, которую можно купить в магазине радиодеталей. Либо можно сделать самому, растворив кусочки цинка в кислоте.
Я купил в магазине химических реагентов хлористый цинк в виде порошка, 7,5$ (450р.) за килограмм.

Растворял определённое количество в воде, пока она не стала мутной (при этом нагреваясь из-за хим. реакции). Пока перемешивал вилкой из нержавейки — она покрылась слоем цинка))). Далее в раствор добавил немного электролита АКБ (его состав 35% серной кислоты и 65% воды) для сопутствующего разъедания ржавчины так, чтобы в готовом растворе содержалось только 8% серной кислоты. Больше не стал т.к. цинк хорошо растворяется в воде, и очень плохо в кислоте.
Раствор готов:

3.) Источник питания. Использовал лабораторный БП из предыдущей части.
При этом руководствовался следующими «постулатами», которые насобирал в различных интернет-источниках и своими словами обобщил ниже:

[Чем меньше ток/напряжение тем лучше «частицы» цинка прилипают к поверхности, и тем медленнее идёт процесс. Поэтому первый слой цинка покрываем на маленьком токе, чтобы он хорошо прилепился. Далее можно увеличить ток, но при этом смотреть на цвет образуемого покрытия – оно должно быть светло серое. Если цинковое покрытие получается белое – значит тока/напряжения недостаточно. Если тёмно-серое – значит наоборот, ток слишком большой и покрытие получается рыхлое и ненадёжное.
При оцинковке необходимо водить электродом по поверхности не останавливаясь, не задерживаясь на одном месте ни на секунду. Иначе покрытие получается тёмным, а значит ненадёжным (см.выше).]

Также приведу цитату из этой ( www.drive2.ru/c/2812067/ ) статьи пользователя Levsha1988 :

Я поступал согласно этой рекомендации. Взял мет.пластину, обезжирил и приступил. Первый слой нанёс с током 0,4А, визуально это работало — пластина покрывалась цинком. Далее увеличил ток до 0,8А и продолжил.
В итоге я оцинковал всю пластину, со всех сторон в т.ч. и рёбра. При этом на одних участках пластины (согласно Части 1 этой статьи) оставалась ржавчина, на других нет. Это сделано специально.

Далее, когда вся пластина была покрыта равномерным слоем цинка, я выбрал 3 участка, но которых ради эксперимента специально хотел нанести чрезмерно густое и рыхлое покрытие. На этих участках задержал электрод на несколько секунд (что делать нельзя) и нанёс дополнительные слои цинка. Эти участки получились белые (см. «постулаты» выше), но я на это не обратил внимание по какой-то непонятной причине.((( Это оказалось важно!

Читайте также  Как красить потолочный плинтус из пенопласта на натяжном потолке

После смыл всё раствором соды, для нейтрализации серной кислоты, протёр тряпкой и выставил на улицу на 24 часа. По прошествии этого времени прошёл дождь, я подождал ещё через 24 часа, пришёл за пластиной и тут…

А произошло вот что:
Цинковое покрытие где (как думал) я «передержал» электрод и нанёс больше слоёв цинка оказалось «белое». Это значит что тока было недостаточно и такой слой, хоть и слишком тонкий и ненадёжный, всё же на 48 часов немного задержал появление ржавчины. А вся остальная пластина хоть и визуально покрылась цинком, но по факту этот мизерный слой ничего не дал.
Надо было увеличить ток, либо увеличить число проходов! А может и то, и другое.

—————
В ИТОГЕ по результатам своего неудачного опыта я понял следующую вещь:
Т.к. сопротивление электрическому току у разных материалов разное, нет универсальных конкретных значений силы тока А и напряжения V для любого случая оцинковки. Эти значения нужно подбирать самому по визуальному состоянию цвета цинкового покрытия. Например установить небольшое напряжение и задержать электрод на одном месте на 2-5 секунды. Если покрытие белое (как у меня) значит напряжения недостаточно. Если же за 2-5 секунды покрытие тёмно-серое(или чёрное) значит, либо напряжения слишком большое, либо оно нормальное — просто не нужно задерживаться на одном месте! В общем нужно дальше экспериментировать!
———————

Гальваническое цинкование – эффективный способ защиты металла

Нанесение на железо слоя цинка – самый распространенный способ его защиты от коррозии. Гальваническое цинкование получило наиболее широкое распространение благодаря преимуществам технологии и получаемых защитных покрытий.

1 Особенности защитных цинковых покрытий

Цинкование – самый распространенный способ защиты железа поверхностной металлизацией от атмосферной коррозии. Для этих целей расходуется около 40 % от общего объема мировой годовой добычи цинка. Цинкование получило широкое распространение благодаря анодному характеру создаваемой из цинка защиты.

Значение электрохимического потенциала цинка составляет – 0,763 В, что меньше такого же параметра для черных металлов (железа, стали, чугуна), поэтому он защищает последние от коррозии электрохимическим способом. Причем защитные свойства покрытий из цинка проявляются даже в случае незначительной их толщины и при наличии обнаженных участков, пор. Известно много примеров протекторного характера защиты цинком непокрытых им, оголенных фрагментов стальных изделий (например, обрезанные проволока в поперечном сечении и края оцинкованного листового железа, резьба гайки без покрытия, навинченной на оцинкованный болт).

Анодный характер взаимодействия цинкового покрытия с сталью и внешней средой в ряде случаев может смениться на катодный и тогда коррозионные процессы в железе происходят очень интенсивно. Подобное наблюдается, например, при воздействии на оцинкованные изделия горячей воды, нагретой до 70 °С и выше (в автоклавах, котельных установках).

Сам цинк, принимая «удар» на себя от воздействия внешней среды, защищается следующим образом: при окислении этого металла на его поверхности образуется тонкая плотная оксидная пленка, препятствующая проникновению кислорода дальше вглубь цинка. Благодаря этому его окисление останавливается. У железа образующиеся при окислении оксиды имеют объем больший, чем первоначальный металл, и поэтому пленка из них сразу разрушается, становится рыхлой и пропускает кислород к неокисленному материалу. Так возникает ржавчина.

У цинковых покрытий химическая стойкость снижается при воздействии на них летучих продуктов, которые выделяются при старении следующих органических материалов:

  • олифы;
  • синтетических смол;
  • хлорированных углеводородов.

Покрытия подвержены легкому разрушению, если они контактируют или находятся в закрытом объеме с промасленными или свежеокрашенными деталями.

Большое влияние на быстроту корродирования цинка оказывает показатель рН среды. При рН 7–12 (щелочная среда) этот металл практически не растворяется. Отклонение от указанных величин приводит к возрастанию скорости его коррозии. Особенно высока скорость коррозии цинковых покрытий в атмосфере тропиков и промышленных городов.

2 Гальванический способ цинкования металлов

Защитное действие покрытий из цинка в первую очередь определяется их толщиной, устанавливаемой исходя из конкретных условий эксплуатации металлических изделий и равномерности их нанесения. Возможности различных способов цинкования неодинаковы и позволяют получать толщину покрытия от 5 мкм (гальваническое) до 1,5 мм. В случае гальванического способа металлизации качество защитного слоя во многом зависит от характера используемого электролита для цинкования.

Защитные свойства цинка можно значительно увеличить разными способами, самые распространенные из которых следующие:

  • пассивирование (хроматирование) – создание на его поверхности хроматных пленок химической обработкой изделий в растворах с хромовой кислотой либо ее солями;
  • фосфатирование — образование на его поверхности фосфатной пленки посредством обработки оцинкованных заготовок в растворах солей фосфорной кислоты;
  • покраска – нанесение лакокрасочных покрытий (лучшие результаты после предварительного фосфатирования).

Гальваническое цинкование представляет собой электролитический метод нанесения тонкого защитного слоя цинка на изделие, поверхность которого должна быть предварительно подготовлена. Этот способ позволяет получать покрытия толщиной 5–40 мкм.

В условиях масштабного производства полосы, листа, штрипса толщина может быть увеличена до 500 мкм (0,5 мм). Непосредственно сам процесс образования покрытия заключается в осаждении на катоде (изделие, которое покрывают) положительно заряженных частиц (ионов) цинка из водных растворов его соединений (электролитов) при пропускании постоянного электротока через раствор. Применяемые аноды должны быть из цинка, так как их основное назначение – восполнять в электролите разряжающиеся на изделиях ионы. В зависимости от выбранного режима ток имеет катодную плотность в диапазоне 1–5 А/дм 2 .

3 Преимущества и недостатки цинкования гальваническим методом

Электролитический способ нанесения цинка в сравнении с другими методами цинкования наиболее распространен и обладает следующими преимуществами:

  • высокой производительностью;
  • низкой себестоимостью;
  • получение достаточно высокого уровня защиты изделий;
  • равномерностью покрытия без потеков, капель, с сохранением формы и размеров изделия;
  • возможностью нанесения цинка на все участки изделий с любой сложной формой, включая различные поры;
  • получение декоративных защитных покрытий (гладких, блестящих), не требующих дополнительной обработки.

Основным недостатком является низкая адгезия (сцепление) образуемого покрытия с изделием, требующая особой тщательности подготовки (очистки) поверхности последнего. Еще следует отметить вероятность наводораживания защищаемого металла, особенно при несоблюдении режимов гальваники цинкования, что приводит к водородной хрупкости изделия и непривлекательному виду его поверхности. Существенным недостатком этого метода является образование ядовитых и вредных для окружающей среды отходов, которые необходимо подвергать тщательной очистке.

4 Технология и оборудование гальванического цинкования на производстве

На производстве электролитическое цинкование включает следующие технологические процессы, производимые с изделиями:

  1. Очистка их от окалины, ржавчины, смазочно-охлаждающих и лакокрасочных составов. Химическая обработка в обезжиривающих и щелочных растворах.
  2. Промывка водой в проточной ванне.
  3. Электролитическое обезжиривание.
  4. Промывка.
  5. Травление в растворе воды и соляной кислоты. Позволяет удалить оставшиеся окалину и ржавчину без растворения основного металла. При этом происходит декапирование поверхности – активация перед цинкованием.
  6. Промывка.
  7. Само цинкование.
  8. Промывка.
  9. Может проводиться осветление в растворе воды с азотной кислотой для снятия окисной пленки.
  10. Промывка.
  11. Может проводиться фосфатирование.
  12. Промывка.
  13. Может проводиться пассивация электролитическим хроматированием (и/или хроматирование распылением).
  14. Сушка.

В зависимости от типа изделия и соответствующей технологии некоторые этапы промывки могут проводиться щеточно-моечным способом. Могут быть дополнительные операции. Например, гальваническое цинкование полосы начинают с ее разматывания, сварки концов, а затем правки. Заканчивают – промасливанием и сматыванием.

В соответствии с типом покрываемых изделий и объемом производства применяют различные гальванические линии и сопутствующее им дополнительное оборудование. Эти линии представляют из себя определенную последовательность промывочных и технологических ванн, необходимых для создания однослойных либо многослойных цинковых покрытий с требуемыми функциональными свойствами. Все гальваническое оборудование по степени механизации классифицируется на:

  • механизированные линии с полностью автоматическим управлением;
  • с возможностью частичного ручного управления;
  • линии с полностью ручным обслуживанием;
  • мини-линии.

В комплект поставки линии, в зависимости от ее модели, помимо ванн входят:

  • транспортные системы (автооператоры, манипуляторы);
  • промышленное и локальное оборудование очищения сточных вод;
  • вспомогательное оборудование: приспособления для цинкования (подвески, колокола, барабаны), катодные и анодные штанги, теплообменники, ТЭНы, другое;
  • дополнительное оборудование: система вентиляции, выпрямительные агрегаты, компрессоры и воздуходувки, холодильное оборудование, сушильные камеры и шкафы, насосы, оборудование получения демиводы, фильтровальные установки;
  • и другое.

5 Электролиты, используемые при гальваническом цинковании

На гальваническом производстве, исходя из назначения изделия, применяют различные электролиты для цинкования. Их условно делят на 2 основные группы:

  • Простые кислые (хлоридные, сульфатные, борфтористоводородные) – в них цинк представляет собой гидротированные ионы.
  • Сложные комплексные (цинкатные, цианидные, пирофосфатные, аммиакатные и другие) – цинк присутствует в составе комплексных ионов, которые заряжены положительно или отрицательно. Эти электролиты для цинкования делятся на кислые и щелочные.

От состава и природы электролитов для цинкования зависят скорость осаждения и качество осадков цинка на катоде.

Самый востребованный метод металлизации – в слабокислых простых электролитах для цинкования. Они допускают использование тока большей плотности, чем комплексные, и, соответственно, отличаются более высокой скоростью процесса наращивания покрытий. Гальванике с этими электролитами для цинкования также характерны высокий уровень укрываемости и хороший внешний вид получаемых покрытий. Сталь при их использовании менее подвержена наводороживанию, приводящему к хрупкости деталей. Но эти электролиты пригодны только для заготовок простой конфигурации, проволоки, ленты. Качество покрытий не очень высокое.

Осаждение цинка из комплексных электролитов для цинкования протекает в условиях высокого рассеивания ионов, с снижением выхода металла и увеличением выделения водорода при возрастании плотности тока. Поэтому эти растворы используют с малой плотностью тока. Их применение позволяет получать мелкозернистые, равномерные, очень качественные покрытия на изделиях и простой, и сложной формы.

Читайте также  Сколько сохнет силиконовый герметик: особенности разных видов

Процесс цинкования.

Цинк является самым применяемым металлом для защиты от коррозии наиболее распространенного конструкционного металла – стали. Цинк защищают сталь как механически, экранируя от доступа окружающей среды, так и электрохимически в местах повреждения покрытий и в порах, образуя со сталью гальванопару. Цинк более отрицательный металл, чем железо, поэтому цинк относительно железа является анодом.

При возникновении очагов коррозии во влажной среде, прежде всего, растворяется цинк с образованием гидроксидов. На поверхности железа происходит выделение водорода (в кислой среде) или кислорода (в щелочной среде). Между анодными и катодными участками возникает ток коррозии.

Способность цинка защищать сталь от коррозии зависит от толщины покрытия, финишной обработки (хроматирования, фосфатирования), а также от структуры и равномерности осадков цинка, т.е., от способа и условий цинкования.

Более подробно процесс цинкования с последующей обработкой приводится в нашем обучающем курсе.

Нанесение цинка можно осуществлять различными методами:

  • Горячим цинкованием;
  • Термодиффузией;
  • Холодным цинкованием;
  • Гальваническим покрытием цинка.

Наибольшими защитными свойствами характеризуется метод горячего цинкования. Покрытие цинка наносится кратковременным погружением предварительно обезжиренных и протравленных изделий из черных металлов в ванну с расплавленным цинком (T=470 0 С). Получаемое покрытие неоднородно по составу и толщине. Этот способ применяется для изделий больших размеров, например, строительных металлоконструкций.

Как альтернатива горячему цинкованию используется метод термодиффузионного нанесения цинка, суть которого состоит в насыщении поверхности железа цинком при повышенных температурах в цинкосодержащей смеси порошков. Габариты покрываемых деталей определяются размерами и конструкцией нагревательной печи.

При холодном цинковании на подготовленную поверхность наносят специальный состав, содержащий порошок цинка. В качестве наполнителя используются органические связующие (уретановые, эпоксидные, акриловые или кремнийорганические смолы). Цинконаполненные покрытия приобретают достоинства цинковых металлических и лакокрасочных покрытий.

Наиболее широко распространенным способом нанесения цинка является электрохимический, т.е. осаждение цинка на поверхности металла из раствора цинкосодержащего электролита. Это наиболее рациональный и экономичный способ цинковния, позволяющий в широком диапазоне регулировать толщину и свойства осажденного слоя цинка.

Цинкование производят в простых и сложных электролитах. К первым относят сульфатные, хлоридные, борфторидные; ко вторым – цианистые, цинкатные, аммонийные.

Принципиальные различия между ними заключается в катодной поляризации: чем проще электролит, тем меньше поляризация и осадки цинка имеют более крупнокристаллическую структуру.

Наибольшей популярностью пользуются сульфатные электролиты цинкования. Оптимальная концентрация сернокислого цинка для работы при комнатной температуре 200 – 300 г/л. Для улучшения структуры в электролит вводят различные добавки: повышение электропроводности достигается введением солей сульфата натрия, для стабилизации рН — сульфата алюминия, который, кроме того, является коллоидом, вследствие чего осадки цинка улучшают структуру и цинковое покрытие приобретает красивый внешний вид. Введение ПАВ также позволяет улучшить поверхность. Эффективное действие при комнатных температурах оказывают ПАВ катионного типа, а также коллоиды: столярный клей и декстрин.

Рекомендуемый состав сульфатного электролита:

Сернокислый цинк 200 – 250 г/л
Сернокислый алюминий 20 – 30 г/л
Сернокислый натрий 50 – 100 г/л
Декстрин 8 – 10 г/л
ДЦУ 0,5 – 1,0 г/л
T = 15 – 30 0 С
ДК = 1 – 4 А/дм 2
рН = 3,6 – 4,4

Все гальванические покрытия требуют тщательной подготовки поверхности. (См. «Первые шаги в гальванике. Часть 2.») Процесс цинкования – не исключение, поэтому перед нанесением цинка необходимо провести очистку изделий от окалины, обезжиривание и травление.

При нанесении цинка на поверхность стальных деталей наблюдается сильное наводораживание поверхности из-за низкого выхода цинка по току, что ведет к ухудшению механических свойств. Для удаления водорода с поверхности цинка производят термическую обработку при температуре 180 – 200 0 С в течение 2 – 3 часов.

Для деталей, подлежащих нанесению лакокрасочных покрытий, поверхность цинка подвергают фосфатированию в растворе препарата Мажеф (30 – 40 г/л) с добавлением нитрата цинка (30 – 60 г/л) при температуре 20 – 35 0 С в течение 30 секунд.

Для повышения защитных свойств и улучшения товарного вида цинковые покрытия подвергают хроматированию в подкисленных растворах, содержащих хроматы и бихроматы. В результате на поверхности цинка образуется пассивная пленка, цвет которой зависит от состава раствора. Перед хроматированием поверхность цинка активируют в растворе серной кислоты (5 – 15 г/л) в течение 3 – 5 секунд, затем тщательно промывают.

Цинковое покрытие с пассивацией

Хроматирование цинка в растворе серной кислоты (3 – 5 г/л) и хромового ангидрида (80 – 100 г/л) в течение 3 – 6 секунд позволяет получить красивую радужную пленку, повышающую коррозионную стойкость цинка. Выбор раствора зависит от состава электролита, из которого производилось осаждение цинка.

Принципы проведения гальванического цинкования

Популярный способ защиты металлических изделий от появления ржавчины — оцинковка заготовки. На поверхность детали наносится слой цинка, который увеличивает ее эксплуатационные характеристики, срок службы. Существует несколько вариантов выполнения этого технологического процесса. Особо популярно гальваническое цинкование.

Ванны для гальванического цинкования (Фото: Instagram / pt_plast)

Общие сведения и назначение

Многие стальные изделия эксплуатируются в местах с высокой влажностью. Со временем это приводит к появлению ржавчины, разрушению металлоконструкций. Без дополнительной защиты детали придут в негодность.

Цинковый слой, нанесенный по определенной технологии, принимает негативное воздействие влаги, щелочей, кислот на себя. Антикоррозийные свойства сохраняются до полного разрушения цинковой пленки.

С развитием технологического прогресса появилось несколько способов нанесения цинкового слоя на разные металлы. Цинкование своими руками возможно, но для этого необходимо точно изучить выбранный метод, подготовить оборудование.

Методы

Существует несколько методов цинкования металлических конструкций. Они выбираются зависимо от того, какие технические характеристики защитного слоя необходимо получить. Виды обработки:

  1. Горячая оцинковка металла. Процедура проводится в ваннах, заполненных расплавленным цинком. Перед погружением в емкости металлические конструкции проходят несколько этапов подготовки. После подготовительных действий изделие покрывается флюсом, погружается в расплавленный металл. Последний этап — охлаждение.
  2. Холодная оцинковка металлических деталей. Для проведения этой процедуры используется специальный химический состав Цинконол. Его наносят кистью или валиком. После нанесения, на поверхности металла образуется прочная защитная пленка.
  3. Термодиффузионная оцинковка. Второе название метода — шерардизация. Металлоконструкцию помещают в контейнер, засыпают цинком. После этого внутреннее пространство нагревается до 2600 градусов. Цинк принимает газообразное состояние, проникает в верхние слои обрабатываемой детали.
  4. Гальваническое цинкование металла. На поверхность обрабатываемого изделия воздействует электричество. Образуется защитная пленка, толщиной 30 мкм.
  5. Газотермическое напыление. При обработке применяется сухая цинковая смесь, которая напыляется на поверхность металлического листа в газовой среде.

При гальваническом методе соединение защитной пленки с основой происходит на молекулярном уровне. Показатель адгезии изменяется зависимо от загрязнения детали масляными пятнами. Чем их меньше, тем лучше соединение.

Преимущества и недостатки

Преимущества электролитического метода покрытия цинком:

  • готовое покрытие не требует дополнительной обработки;
  • цинковая пленка ровная, без подтеков;
  • можно покрывать изделия разной формы, размеров.

У данной технологии есть два существенных минуса. Первый — низкий показатель адгезии. Второй недостаток — выделение ядовитых веществ при проведении работ.

Оборудование

Гальваника подразумевает применение механического или автоматического оборудования:

  • питания для гальванической ванны;
  • камеры для сушки;
  • каркаса из металла;
  • ванны для нанесения цинка;
  • труб, по которым будет поступать, отходить рабочая жидкость;
  • мощной вытяжки;
  • гальванических барабанов;
  • систем фильтрующих аппаратов;
  • центрифуги для ускорения процесса сушки.

Автоматические линии дополнительно оборудуются электроавтоматикой, панелью для настройки и задания алгоритмов.

Подготовка к выполнению процедуры

Цинкование металла в домашних условиях, как и на производстве, делится на два этапа:

  • подготовка поверхности;
  • проведение основных работ.

Подготовка состоит из нескольких действий:

  1. Стороны металлоконструкции очищаются от мусора щеткой по металлу.
  2. Заготовка обезжиривается, чтобы убрать подтеки масла.
  3. Очищающий состав смывается водой.

Для снятия слоя ржавчины используется соляная кислота. После использование кислоты железо, сталь или другой обрабатываемый металл необходимо промыть под проточной водой.

Щетка для металла (Фото: Instagram / hoz.magazin)

Как выполнить процедуру в домашних условиях?

Чтобы выполнить гальваническое цинкование в домашних условиях, необходимо подготовить оборудование, расходные материалы, изучить технологию обработки в теории.

Можно собрать аппарат для гальваники самостоятельно. Для этого нужен источник постоянного тока, приспособление для удерживания детали, электрод. Рабочей жидкостью будет выступать любой раствор на основе соли, которой содержит цинк.

Факторы, влияющие на толщину защитного слоя:

  • температура рабочего раствора;
  • форма металлоконструкции;
  • плотность воздействия напряжения на единицу обрабатываемой площади;
  • температура электролита.

Чтобы приготовить качественный рабочий раствор, необходимо вскрыть рабочий аккумулятор, слить из него электролита. Затем растворить в электролитической жидкости цинк. Перед использованием готовый раствор необходимо процедить.

Наносить цинкосодержащий состав нужно в два слоя, чтобы повысить антикоррозийные свойства. Способы получения цинка для приготовления рабочего раствора:

  • переплавка предохранителей, которые изготавливались во времена СССР;
  • купить в магазинах с химическими реактивами;
  • из солевых батареек.

При цинковании рабочий состав не должен сильно бурлить. Это указывает на большую силу тока, которую нужно снизить. Со временем на поверхности катода образуется защитный слой, который будет постепенно увеличиваться. Оцинкованная деталь остужается, очищается от остатков паяльной кислоты.

Гальваническое цинкование — метод повышения коррозионной стойкости металла. Он подразумевает применение напряжения, направленного на активизацию цинкосодержащего раствора. При желании можно обрабатывать металлические заготовки самостоятельно.

Смотрите видео о гальваническом цинковании в домашних условиях:

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: