Категории

Технология горячее цинкование

Особенности технологии горячего цинкования металлоконструкций

Горячее цинкование металлоконструкций благодаря особенностям технологии позволяет выполнять качественную защиту изделий от разрушительных коррозийных процессов. Полученный слой обладает отменными показателями прочности к механическим воздействиям. Представленный метод защиты является самым надежным и экономичным.

Что такое горячее цинкование металла и чем оно отличается от холодного? Перед использованием важно изучить особенности технологического процесса, а также ознакомиться с достоинствами и недостатками метода.

Для чего металлоконструкции подвергают оцинковке?

Метод предполагает покрытие слоем цинка металлического изделия, с толщиной в пределах 40-65 мкм. Такой тип покрытия обеспечивает высокий барьерный и электрохимический уровень защиты от коррозийных процессов.

Услуги горячего цинкования в Минске весьма доступны, цена приемлема, при этом на выходе получается прочный цинковый слой с высокими защитными показателями. Полученная поверхность изделия сохраняет свои свойства на протяжении 60-70 лет, независимо от условий эксплуатации. Специалисты, приходящее на предлагаемые вакансии, проходят специальное обучение, что помогает повысить качество и прочность продукции.

Обработанные представленным методом изделия применяются фактически в любых условиях, исключение составляют сильная кислотная и щелочная среда.

Основные преимущества:

Возможность обработки изделий любых форм и конфигураций.
Способность самостоятельного восстановления участка металлоконструкции при механических повреждениях.
Высокая степень устойчивости перед жидкостями.
Дефекты основы тщательно скрываются под слоем цинка.
Оборудование для горячего цинкования простое и понятное в эксплуатации.
Значительная экономия – изделия не требуют регулярной обработки и окрашивания.

Для наилучшей степени покрытия изделий, на производствах используется низкоуглеродистая сталь ГОСТ 380-94, 1050-88, 27772-88.

Единственным недостатком метода отмечают ограниченность размеров деталей, которые зависят от параметров емкости с расплавленным цинком. На предприятиях крупногабаритного производства изделия обрабатывают с использованием агрегатов непрерывной оцинковки, цена на такой процесс соответственно выше.

Метод горячего цинкования заключается в опускании изделий в ванну с цинком, температурный показатель которого достигает 450°С. В итоге на металлической поверхности образуется прочное покрытие из 4-х слойного железо-цинкового сплава, которое отличается исключительными антикоррозийными возможностями. Наружная плоскость обработанного изделия на 99,9% состоит из цинка.

Для получения качественных металлических покрытий, соответствующих необходимым стандартам, важно тщательно подготовить поверхность, которая будет подвергаться оцинковке. Современные заводы цинкования горячего используют ряд химических подготовок, которые состоят из ванн для горячего цинкования, заполненных определенными составляющими.

Технология горячего цинкования, в том числе и горячее цинкование труб, состоит из следующих этапов:

Навешивание изделий на траверсу – подвешиваются с помощью крюков и проволоки. Помимо крюков, применяется также прокат сортовой стальной горячекатаный круглый (ГОСТ 2590-2006).
Обезжиривание – поверхность тщательно очищается от масляной пленки и различного рода загрязнений.

Промывка – выполняется с целью удаления остатков травильных растворов с поверхности.
Флюсование хлористым аммонием – нанесение водного химического состава, необходимого для возможности получения желаемого покрытия. В качестве флюса используются хлориды аммония и цинка.
Сушка – после помещения в сушильную камеру, высушивается флюс и производится прогрев металла до 120°С.
Цинкование – конструкция окунается в расплавленный цинк, избыток которого стекает обратно в ванну. Применяется расплав цинка марки ЦВ или ЦВО (ГОСТ 3640-94).
Охлаждение – при горячем цинковании температура вытащенной из расплава конструкции 450°С. Охлаждается до температуры окружающей среды на свежем воздухе или с использованием ванны с чистой водой.
Снятие металлоизделий с траверсы – готовый продукт снимается с траверсы, при необходимости запаковывается и отвозится на склад.

Представленная технология отличается относительно невысокой сложностью. Процедура не требует подготовки сложных электротехнических растворов, которые на производстве готовят гальваники. Гальваническая линия горячего цинкования состоит из полного комплекса обработки, начиная с подготовки и заканчивая закреплением.

Таким же образом получаются лотки горячего цинкования, которые используются преимущественно для построения кабельных трасс с целью прокладки проводов и кабелей.

При использовании металлоконструкций для заземления, это лучший вариант защиты изделий от коррозии. Стальная полоса в качестве заземлителя может быть различных размеров, изготавливается согласно ГОСТу, что гарантирует высокое качество продукции и исключает погрешности в размерах. Заземляющая полоса не подвергается возникновению ржавчины и способна прослужить долгий срок.

Железные листы предварительно подвергаются протравливанию с применением серной и соляной кислоты (ГОСТ 857-95). После того как лист протравлен в первой ванне с кислотным раствором, его погружают в чан с чистой водой.

По завершении обмывки лист погружается в третью ванну, с таким же кислотным раствором, что и в первой. Затем изделие поступает в сушильную камеру и просушивается. Перед погрузкой в аппарат на поверхность листов наносят раствор из нашатыря, хлористого цинка и соляной кислоты. По завершении процедуры, изделие отправляется в чан с расплавленным цинком.

Обязательно определяется глубина обезуглероженного слоя. Измерения проводятся с использованием окуляра-микрометра. Глубина проверяется в готовой продукции и на промежуточных этапах. Полученные данные позволяют определить уровень обезуглероживание на каждой стадии и подобрать условия дальнейшей обработки, чтобы выполнить требования потребителя касательно приемлемой глубины обезуглероживания.

Видео: этапы горячего цинкования.

Процесс холодной оцинковки

Холодное цинкование позволяет получить прочный слой на металлической поверхности, обладающий высокими эксплуатационными характеристиками. Стоит отметить тот факт, что в данном случае не требуется применение специализированного оборудования, что позволяет осуществить цинкование своими руками в домашних условиях и значительно сэкономить в цене.

Принцип методики заключается в нанесении специальной цинкосодержащей смеси на обрабатываемое изделие. Полученный защитный слой содержит 89-93% цинка. Отличие от горячей технологии заключается в невозможности использования холодного метода для изделий, предназначенных для заземления.

Плюсы и минусы очевидны, к холодному оцинкованию прибегают в случаях, когда обеспечение защиты от коррозийных процессов невозможно по другим технологиям.

Услуги по обработке стали горячим цинкованием, как правило, заказываются совместно с работами по производству деталей. Это помогает значительно сэкономить в цене. Занятие вакансии технолога требует специального образования и дополнительной подготовки. Работы выполняются на современном оборудовании, с применением новейших технологий, что обеспечивает высокое качество и долговечность продукции.

Технология горячего цинкования металлоконструкций — подробное описание всех этапов

Для предохранения металлов от коррозии существует много способов, отличающихся и эффективностью, и себестоимостью. Один из них – анодное покрытие. Оно производится по различным методикам, которые предполагают использование соответствующего оборудования, характеризуются определенной сложностью процесса и необходимым временем на его проведение.

Пожалуй, самая известная из них (и наиболее широко распространенная) – горячее цинкование. По популярности уступает лишь способу электролитического покрытия металлоконструкций, но только в плане финансовых вложений, так как по долговечности намного его превосходит.

Поверхность заготовки покрывается слоем этого металла (как правило, толщиной 40 – 65 мкм). В результате исключается прямой контакт «основы» с жидкостями и обеспечивается надежная антикоррозийная защита. Применяется (в основном) для обработки железа или стали. Но делается это разными способами.

С точки зрения оптимального сочетания экономичности и высокого результата лучшим вариантом считается именно горячее цинкование. По оценкам специалистов, при эксплуатации металлоконструкций даже в самых неблагоприятных условиях эффективность такого покрытия не снижается на протяжении не менее 65 – 70 лет. Вот эту технологию и рассмотрим подробнее.

Преимущества горячего цинкования

Возможность обработки любых заготовок, независимо от сложности их формы.
Способность к «самовосстановлению». Если какой-либо участок металлоконструкции получил механическое повреждение, то дефект покрытия постепенно минимизируется и полностью устраняется без постороннего вмешательства.
Устойчивость перед жидкостями примерно в 6 раз выше аналогичного показателя «защищенности», обеспеченной другими методиками.
Все имеющиеся дефекты основы (раковины, поры и так далее) тщательно скрываются слоем цинка.
Надежное скрепление защитного слоя с поверхностью заготовки.
Низкие эксплуатационные затраты. Основной пункт экономии – отсутствие необходимости в регулярной обработке и окрашивании металлоконструкций.

Суть процесса коротко можно описать так – после предварительного «освежения» (этап подготовительных мероприятий) деталь погружается в резервуар с расплавленным цинком. Металл буквально «обволакивает» заготовку, проникая в самые труднодоступные места конструкции.

Подготовка металлоконструкции

Данная работа включает в себя несколько операций (технологических этапов).

Механическая обработка

Производится с целью удаления с поверхности заготовки грязи, окалины и тому подобное. То есть фракций инородных веществ. На производстве это делается пескоструйными аппаратами в специальных боксах.

Обезжиривание

Производится при средней температуре +75 ºС с целью повысить качество скрепления цинка с основой. Присутствие на ней в процессе дальнейшей обработки каких-либо химических соединений (к примеру, масляных пятен) не допускается, так как это может привести впоследствии или к отслоению покрытия, или к неравномерности его толщины (а то и образованию «голых» зон). Удаление посторонних веществ производится специальными средствами (реагентами).

Промывка

Смысл данной операции понятен – удалить с детали все использовавшиеся в процессе обезжиривания химикаты.

Травление

На поверхности металла, подлежащего цинкованию, всегда присутствуют в определенных долях различные окислы (в том числе и ржавчина). Вот от них и очищается заготовка. Это делается с использованием кислоты, преимущественно соляной, при комнатной температуре (порядка 22 – 24 ºС). Ориентировочная концентрация раствора – от 140 до 200 г/л (зависит от степени загрязнения металла).

Во-первых, если ранее заготовка подвергалась цинкованию, то сначала в отдельной емкости удаляется защитный слой.

Во-вторых, для минимизации воздействия кислоты на материал основы и исключения усиленного выделения водорода используются специальные вещества (ингибиторы), которые вводятся в раствор.

Горячее цинкование – самый популярный способ защиты от коррозии

В далеком для нас 1742 году французский химик Малуэн провел опыты по погружению изделий из стали в емкость с цинком, находящимся в расплавленном состоянии. Итогом таких процедур стало появление защитного слоя на поверхности обработанных деталей.

В середине 1830-х годов соотечественник Малуэна Сорель получил патент на использование расплавленного цинка с целью придания стальным конструкциям антикоррозионных свойств. А буквально через 10 лет в немецком городе Золингене начало работать первое предприятие, на котором выполнялось горячее цинкование изделий.

Всемирное признание описываемый способ горячего цинкования металла получил в середине прошлого столетия. Сейчас в сфере защиты металлов от коррозии нет более популярной и востребованной методики.

Изделия, обрабатываемые с ее помощью, могут использоваться практически в любых условиях эксплуатации, исключая лишь сильные кислотные и щелочные среды.

К несомненным преимуществам применения метода горячего цинкования относят:

высокий показатель производительности процесса;
превосходную стойкость против ржавления обработанных конструкций;
большую величину электропроводности цинкового слоя, а также его отличную теплопроводность;
простота оборудования для горячего цинкования и легкость реализации технологического процесса;
способность получаемого защитного слоя предохранять поверхность изделий от внешних воздействий даже в тех ситуациях, когда покрытие перестает быть сплошным в результате механических повреждений.

Отдельно стоит сказать и о том, что горячее цинкование эффективно противодействует процессу охрупчивания (водородного) оцинкованных поверхностей и непосредственно основного металла.

Недостатками данной методики антикоррозионной защиты признаются такие факторы:

сравнительно большие траты цинка на выполнение операции;
определенная неравномерность цинкового слоя;
возможность обрабатывать только те детали, чьи геометрические параметры не превышают размеров ванны, в которой производится цинкование;
нельзя получить покрытия ультрамалой толщины (менее 2–3 микрон);
трудности, возникающие при обработке конструкций, прошедших цинкование по горячей схеме (в частности, они очень плохо поддаются сварке).

В соответствии с ГОСТ 9.307–89 процедура горячего цинкования металлоконструкций, стальных труб и других изделий выполняют в несколько этапов. Сначала производится обезжиривание деталей. С них удаляют любые синтетические составы, а также масло. Причем данная процедура проводится при температуре около +70 °С. После этого деталь промывается, затем выполняется травление.

Под травлением в ГОСТ понимают тщательную очистку (при температуре около +25 градусов) металла от ржавчины и окалины в соляной кислоте. Далее производится еще одна промывка поверхности, цель которой заключается в удалении с изделий кислоты.

А затем осуществляется флюсование, необходимое, во-первых, для финишной очистки, а в-вторых, для того, чтобы на металлической поверхности сформировалась пассивная пленочная защита. Такая пленка позволяет расплавленному цинку более качественно смачивать обрабатываемую конструкцию и не дает развиваться процессам окисления.

Любая современная линия для осуществления горячего цинкования, кроме того, снабжается отсеком для сушки деталей и их одновременного нагрева до 100 градусов по Цельсию. Теперь изделие полностью готово к обработке, при которой его опускают в расплавленный цинк (его температура – около +450°), находящийся в керамической ванне (она может изготавливаться и из другого материала, но чаще применяется керамика). Заметим, что погружение деталей в расплав выполняется в специальном барабане, который вращается и дает возможность цинковой смеси проникать во все трещины и поры металла.

В ванне изделия находятся не более 10 минут (минимальная длительность процедуры составляет 3–4 минуты). За данный период времени на них создается шлаковый слой, который затем удаляют, используя металлический скребок. Оставлять шлак категорически запрещается, так как на обработанных деталях обязательно останутся его частицы.

При извлечении оцинкованных конструкций из расплавленной ванны следует обращать внимание на то, с какой скоростью они вынимаются. Слой цинка на изделиях будет тем тоньше, чем медленнее их достают из ванны. После извлечения барабан, в которых находятся детали, раскручивают, благодаря чему с изделий убирается лишний цинк. В тех случаях, когда горячее цинкование производится для антикоррозионной защиты крепежных элементов с внутренней резьбой (в частности для гаек), их резьбу ГОСТ рекомендует проточить.

Все описанные операции выполняются в автоматическом режиме. Производственная линия специально конструируется по такому принципу, когда от ошибок человека ничего не зависит. Даже низкая квалификация работника не может повлиять на эффективность, которой обладает горячее цинкование.

Добавим, что в составе автоматических линий имеются спецустановки, предназначенные для вытяжки вредных для человека испарений. Такие мощные вентиляционные системы делают метод и технологию горячего цинкования безопасными, удаляя любые потенциально вредные загрязнений и пары соляной кислоты.

Цинковый слой проверяется на прочность сцепления с основным металлом, на толщину, а также выполняют визуальную проверку его качества. Внешние показатели проверяются на всех без исключения изделиях, подвергшихся цинкованию. Визуальный анализ должен проводиться на дистанции не более 25 сантиметров от поверхности деталей при уровне освещенности от 300 люкс и более.

Толщину защитного слоя ГОСТ позволяет изучать по двум методикам:

Металлографическая. В этом случае обследованию под микроскопом металлографической группы подвергается слой на вырезанном из оцинкованной детали поперечном шлифе. Всего делается 3 и более замеров на разных участках образца. Затем из них высчитывают среднее арифметическое.
Магнитная. При такой методике применяются толщинометры, которые определяют при помощи изменений величин сопротивления (магнитного) реальную толщину защитного цинкового слоя. В общей сложности на образце проводится не менее пяти замеров сопротивления.

Толщину покрытия проверяют до того, как на конструкции были нанесены составы для консервации, выполнено хроматирование либо иные варианты специальной обработки. Если контролируется качество цинкового слоя на крепежных элементах, замеры производятся на их торцах и головках.

Прочность сцепления защитного слоя и основного металла контролируется по ГОСТ следующими способами:

Крацевание. Латунными либо металлическими щетками, вращающимися на скорости 1500–2800 оборотов в минуту, крацуют исследуемую поверхность (операция длится не менее 15–20 секунд). Затем проверяют изделие на наличие на нем явлений отслаивания или вздутия.
Нанесение царапин. Острием твердого стального приспособления под 30-градусным углом наносят на поверхность изделия от 4 до 6 линий параллельно друг другу, а затем еще столько же линий перпендикулярно предыдущим. В тех случаях, когда в проверяемой зоне покрытие не отслаивается, его качество признается удовлетворительным.
Удар молотком поворотной конструкции. Вес такого приспособления согласно ГОСТ должен равняться 212,5 граммам. Его монтируют над обезжиренной и очищенной от пыли поверхности детали, а затем вертикально опускают на нее (процедура выполняется дважды).
Нагрев. Горячеоцинкованные изделия нагревают до 180–200 градусов и выдерживают на протяжении 60 минут при такой температуре, после чего выносят на воздух и охлаждают. На качественных покрытиях после подобной проверке не должно образовываться отслаиваний и вздутий.

Напоследок добавим, что описанное цинкование по ГОСТ выполняется в ваннах, в которых цинк имеет массовую часть не меньше 98 процентов. А химсостав расплава для обработки должен соответствовать требованиям Государственных стандартов 19251 (1–5).

Технология горячего цинкования

Для обеспечения перемещения изделий при горячем цинковании они должны быть закреплены на специальных траверсах.

Перед горячим цинкованием изделия подвергаются химической обработке, т.к. поверхности изделий, предназначенных для горячего цинкования, должны быть чистыми. Стадии процесса:

Обезжиривание: перед травлением металлов (удаление окисей химическим способом, без которого невозможно цинкование) необходимо удалить маслянистые и смазочные вещества с их поверхности. Таким образом, цель обезжиривания – удаление с поверхности маслянистых и/или смазочных веществ с использованием кислотных растворов.

Травление: необходимо для удаления оксидов железа с поверхности материалов. Для травления используют кислоту с ингибитором коррозии, который необходим для остановки продолжения эффекта травления металла после удаления окиси.

Промывка: для полного удаления кислотного раствора после травления производится промывка изделий в ванной с водой.

Флюсование: производится в горячем жидком растворе хлористого цинка/аммония с целью подготовки поверхности металла для правильной «реакции» с расплавленным цинком и для предотвращения образования окиси при последующем процессе сушки.

Сушка: изделия помещают в камеру сушки, где циркулирует горячий воздух при температуре около 100° C. Таким образом, материал сушится и нагревается, что позволяет снизить термошок от высоких температур горячего цинкования.

Цинкование: производится погружением в цинк, содержание чистого цинка не менее 98,5 %, при температуре около 450° C. При горячем цинковании допускаются добавки алюминия или иных элементов в соответствии со спецификой требований цинкования.

Охлаждение: производится погружением в горячую воду только изделий такой конструкции, которые не деформируются и не разрушатся.

Пассивация: после горячего цинкования материал может быть обработан раствором из несодержащих хром органических солей, который предотвращает образование белой окиси, т.е. того налета оксидированного цинка, который образуется в результате хранения изделий во влажных и непроветриваемых помещениях. Пассивация производится путем погружения конструкций в специальный раствор и сушится при температуре 70°C перед его упаковкой.

Проверка: два свойства покрытия после горячего цинкования, которые тщательно рассматриваются после процесса цинкования, — толщина покрытия и внешний вид покрытия. Различные простые физические и лабораторные тесты выполняются для определения толщины, однородности, уровня прилипания и внешнего вида.

В конструкциях изделий, подлежащих горячему цинкованию, не должно быть карманов, закрытых полостей и воздушных мешков; все полости должны быть доступны для беспрепятственного поступления и выхода из них жидкостей, расплавленного цинка и газов. Полые изделия и изделия сложной формы подвергают пробному горячему цинкованию. Не допускается во избежание взрыва наносить покрытия на изделия, имеющие закрытые полости. Сварку элементов конструкций следует производить встык, либо двухсторонними швами, либо односторонним швом с подваркой. Не допускается цинковать изделия со сварными соединениями внахлест.

Требования к поверхности основного металла:

на поверхности основного металла не допускается: закатанная окалина, заусеница, поры, включения, сварочные шлаки, остатки формовочной массы, графита, смазки, металлической стружки, маркировочной краски;
на поверхности литых изделий не должно быть пор и усадочных раковин;
сварочные швы должны быть равномерными, плотными и сплошными по всей длине;
острые углы и кромки изделий, за исключением технически обоснованных случаев, должны быть скруглены радиусом не менее 0,3 мм;
поверхность изделий, подлежащих горячему цинкованию, должна быть очищена обезжириванием, последующим травлением, затем зафлюсована;
степень очистки поверхности от окалины и продуктов коррозии - 1 по ГОСТ 9.402-80.

Для наилучшего покрытия методом горячего цинкования используются заготовки из низкоуглеродистой стали ГОСТ 380-94, 1050-88, 27772-88. Сталь должна содержать кремния < 0,37% (предпочтительно < 0,25%); углерода < 0,25%. Желательно использовать сталь одной марки для получения лучшего внешнего вида. Цинкование конструкций из легированных сталей не допускается. Зависимость внешнего вида цинкового покрытия от химического состава стали приведена в таблице: