Основные отличия горячей оцинковки от других способов обработки

Черные металлы подходят для создания высоконагруженных конструкций. Из них делают элементы механизмов, постоянно подвергающиеся риску деформации, ударам, другому интенсивному воздействию, способному нарушить их целостность, изменить форму, ускорить износ. Сталь, другие черные металлы выдерживают вес в несколько раз больше, чем их собственный, не боятся воздействия открытого огня или высоких температур, хорошо сопротивляются механическим повреждениям. Конструкции из таких материалов могут сохранять прочность и несущие способности десятки лет. Однако злейшие враги металла – воздух, ток, вода, конденсат, грибок, другие биопленки – могут ускорить его разрушение в 10 раз.

При высокой влажности металлоизделия быстро становятся хрупкими, покрываются ржавчиной, разрушаются. Замедлить или предотвратить разрушение помогают несколько технологий защиты поверхности от контакта с влагой, другими агрессивными к металлу факторами внешней среды. Один из эффективных методов – горячее цинкование. Рассказываем, какие еще технологии существуют, а также какие преимущества имеет горячая оцинковка по сравнению с ними.

Основные способы защиты от коррозии

Проверенный временем способ защиты от ржавчины, провоцирующей быстрое разрушение металлоконструкций, – нанесение плотного покрытия. Оно предупреждает контакт основы с воздухом, осадками, влагой, а также блуждающими токами. Для создания барьера, не проницаемого для факторов окружающей среды, сталь обрабатывают одним из следующих способов:

• красят эмалью или порошковыми красками;
• оборачивают тонким слоем полимерного материала с водостойкостью, устойчивостью к разрывам, растяжениям, воздействию ультрафиолетовых лучей;
• покрывают тончайшим слоем цинка.

Метод защиты выбирают с учетом 5 факторов:

• размеры, форма изделия;
• область его применения;
• требования к стоимости производства;
• необходимый срок службы.

Для чего нужно горячее цинкование

В автомобильной промышленности, строительстве, производстве крепежа, который должен выдерживать высокие нагрузки, предпочитают цинкование металла, продлевающее срок его службы в несколько раз. Эксперты выделяют 7 плюсов этой технологии.

1. Прошла проверку временем, тщательно отработана на производстве. Покрывать металлоизделия цинком начали чуть меньше 2 веков назад. За это время специалисты разработали четыре способа нанесения защитного покрытия: термодиффузионное, газотермическое, холодное или горячее цинкование. Легко подобрать технологию, защищающую от коррозии изделия с разными габаритами, химическим составом, назначением. Если способ был выбран правильно, покрытие гарантирует надежную защиту металла от разрушения, а также продлевает срок его службы. Оцинкованные балки будут долго удерживать перекрытия, трубы – не допустят утечки жидкости или газа.
2. Отличается универсальностью. Цинк можно наносить на поверхность небольших болтов или огромных ферм выше 10 метров. Иногда процедуру проводят вручную, обрабатывая нужные участки кистью. Иногда – погружая изделия в специальные ванны или напыляя покрытие мощным потоком газообразного вещества. Цинковой оболочкой защищают детали из низкоуглеродистой стали разных марок, серого, других видов чугуна, железа. Ее используют для предотвращения коррозии разных изделий. Цинком покрывают трубы для систем водоснабжения, отопления, газопроводов, кузовы, другие части автомобилей, промышленное оборудование, элементы каркаса высотных зданий – жилых, общественных, производственных, а также части ручных инструментов.
3. Незначительно влияет на вес после обработки. Слой защитного покрытия на поверхности конструкции после холодной или горячей оцинковки по действующим в РФ государственным стандартам составляет от 40 до 200 микрон, или от 0,04 до 0,2 мм. Для эффективной профилактики коррозии, замедления износа детали покрывают металлом из расчета до 275 г на квадратный метр. Толщина по ГОСТу почти не влияет на вес или размеры после обработки.
4. Создает барьер, который медленно разрушается. Цинковое покрытие так же, как лакокрасочное или полимерное, рано или поздно истончается, поэтому теряет защитные свойства. Однако металлический барьер, нанесенный по государственным стандартам, делает это достаточно медленно. Плюс при температуре до 70 градусов Цельсия он приобретает способность к самовосстановлению. Средняя скорость истирания составляет от 2 до 6 мкм в год. Во многом зависит от условий эксплуатации. При непрерывной, под открытым небом или в горячем цеху, разрушение идет быстрее, чем в офисе или квартире со стабильным микроклиматом, средней влажностью и температурой. Правильно нанесенная, цельная, герметичная оболочка, полученная методом холодного или горячего цинкования, замедляет коррозию металла в несколько раз, продлевает срок его службы на 10-50 лет. Точные цифры зависят от качества, толщины готового покрытия, выбранной технологии. Важно доверять его нанесение проверенным производителям. Их цеха должны быть оснащены современным оборудованием, обеспечивающим равномерное распределение слоя по поверхности.
5. Обеспечивает покрытие, которое не боится воздействия агрессивных веществ, высоких или низких температур. Трубы, емкости из металла, прошедшего цинкование, можно использовать для транспортировки или хранения горячей или холодной воды, бензина, других нефтепродуктов, масел или смазочных материалов, лакокрасочной продукции. Агрессивные компоненты не разрушают барьер, не влияют на его защитные свойства.
6. Обеспечивает комплексную защиту от негативных факторов внешней среды. Для железа или других черных металлов опасен контакт не только с водой, но и с кислородом, содержащимся в атмосфере. Оксидирование – реакция между железом и кислородом – приводит к образованию ржавчины, постепенному разрушению конструкции. Вначале кислород воздействует только на поверхностный слой материала. Затем, когда ржавчина сделает его хрупким, тонким, проницаемым, распространяется вглубь изделия, тем самым способствует дальнейшему разрушению. Оболочка герметично запечатывает черный металл, не дает ему вступать во взаимодействие с кислородом, что сводит риск образования ржавчины на поверхности, а потом в глубоких слоях к минимуму. Она также защищает изделие от контакта с электрическими разрядами, провоцирующими быстрое разрушение.
7. Отличается относительной безопасностью для окружающей среды. Производители, которые задумываются о снижении выбросов, другого негативного влияния на природу, отдают предпочтение горячей оцинковке. Эксперты называют горячий метод защиты металлоконструкций экологичным и "зеленым". В процессе нанесения практически не образуются опасные отходы, выбросы токсичных веществ. Готовое изделие после окончания срока службы может быть полностью переработано, в отличие от элементов, покрытых полимерными пленками. Цинковая оболочка истирается медленнее, реже требует обновления, чем порошковые краски или эмаль, к тому же обладает способностью к самовосстановлению. Поэтому на поддержание ее целостности в итоге уходит меньше ресурсов.

Изделия, покрытые цинком, ценят и за красоту. Детали после цинкования приобретают приятный серебристый оттенок с матовым финишем. Матовый серебристый металл хорошо сочетается с натуральным деревом, пластиками, другими металлами различных оттенков. При необходимости оцинкованную сталь можно покрасить или покрыть полимерным материалом. На степени защиты, прочности, долговечности дополнительная обработка не скажется.

Способы цинкования металла

Горячее цинкование – лишь один из множества способов нанесения цинка на металлоконструкции. Кроме него существуют 4 распространенные технологии.

Газотермическая

Этот метод чаще используют для восстановления поврежденного в ходе механической обработки или эксплуатации защитного покрытия. Однако в некоторых случаях его также применяют для первоначальной защиты трубопроката, каркаса строительных конструкций, других металлоизделий. Одно из преимуществ способа – доступная цена и легкость инструментов, которые обеспечивают нагрев и распыление. Можно нанести цинковый слой на деталь уже после монтажа, в производственном цеху или под открытым небом. Монтировать автоматизированную производственную линию не придется.

Для создания прочной герметичной оболочки цинковую проволоку или порошок расплавляют при температуре до 200 градусов Цельсия с помощью газовой горелки, электрической дуги, иного оборудования, обеспечивающего достаточный нагрев. Когда твердый материал превращается в мельчайшие капли, их направляют на основу с помощью потока газов или плазмы. Если нужно повысить толщину оболочки, процедуру повторяют несколько раз.

К минусам газотермической технологии относят:

• невысокую скорость работы;
• наличие крупных пор, чешуек на поверхности после обработки – снижают защитные свойства, а также ухудшают внешний вид готового изделия;
• невозможность обработки мельчайших деталей сложной формы;
• попадание частиц металла в воздух в процессе расплавления, напыления.

Гальваническая

Цинк вместе с изделием, требующим дополнительной защиты, помещают в ванну со специально подобранным электролитом. При его выборе учитывают толщину металлоконструкции, марку стали или чугуна, их исходную прочность, требования к характеристикам готового изделия. Под воздействием электрического тока частицы цинка покрывают черный металл, обеспечивают равномерное, гладкое, герметичное покрытие. Дополнительная обработка позволяет придать ему нужный оттенок – с нотами голубого или белого цвета, повысить прочность, долговечность.

Минус технологии – сложный выбор электролита с учетом марки стали или чугуна. Кроме того, при гальваническом цинковании тонкие листы или другие изделия небольшой толщины могут стать хрупкими. Готовое покрытие не способно на 100% защитить основу от воздействия агрессивных факторов внешней среды. Этот метод больше подходит для защиты деталей инструментов или крепежа, которые будут эксплуатироваться без контакта с агрессивными средами, в среде с умеренной влажностью. Гальванический метод не позволяет покрывать изделия толстым слоем, а нанесенный тонкий может быстро разрушаться из-за недостаточного сцепления с основой.

Эта технология не подходит для обработки конструкций, эксплуатация которых ведется под открытым небом, в условиях высокой влажности или резких перепадов температур, под большим давлением или другими механическими нагрузками. Но ее выбирают, когда горячее цинкование недоступно, так как может привести к деформации или разрушению исходного изделия, не способного выдерживать высокие температуры. При гальваническом методе температура не превышает 20 градусов Цельсия, поэтому риск деформации из-за сильного нагрева отсутствует.

Термодиффузионная

Относительно молодой метод цинкования, используемый редко. Принцип основан на диффузии двух металлов. Конструкцию, нуждающуюся в герметичной оболочке, помещают в герметичную камеру, заполненную порошковым цинком. Внутри создают инертную среду, а также поддерживают температуру от 270 до 450 градусов Цельсия. Обработка в зависимости от требований к толщине, прочностным свойствам защитного барьера занимает от 1 до 4 часов. За это время под воздействием высокой температуры молекулы цинка "меняются местами" с частицами основного металла. Диффузия обеспечивает высокий уровень сцепления разных материалов, долговечность полученной защиты. Однако на этом преимущества метода заканчиваются. А минусов гораздо больше.

• Термодиффузионную технологию нельзя назвать универсальной: "искупать" в порошке можно только изделия, которые по размеру войдут в герметичный бокс.
• Такая обработка отличается высокой сложностью, очень трудозатратная. Она требует покупки дорогого оборудования, оплаты больших счетов за электричество, поэтому обходится почти в 2 раза дороже горячего цинкования.
• Еще один минус – непривлекательный внешний вид поверхности. После выхода из камеры и дополнительной очистки от частиц порошка она становится тускло-серой. Ее необходимо пассивировать для придания эффектного блеска или покрасить в нужный цвет.

Холодная

Холодную цинковку нельзя назвать самым надежным, эффективным, высокопроизводительным способом. Она больше напоминает окрашивание, чем создание герметичного покрытия. Цинк наносят на поверхность металлоконструкции кистью или иным ручным инструментом. О высокой скорости работы говорить не приходится. Качество сцепления тоже оставляет желать лучшего, особенно по сравнению с методами, где атомы покрытия взаимодействуют с атомами стали или железа на уровне кристаллической решетки.

При выборе этого метода есть риск получить неравномерную оболочку с непрокрашенными или слишком толстыми участками. Однако к его преимуществам относят сравнительную низкую цену, а также возможность провести процедуру вручную, не заказывая дорогое массивное оборудование. Для холодной цинковки не нужны специальные ванны, герметичные боксы, даже газовые или электродуговые горелки. Процедуру можно провести при любой температуре, что особенно важно для изделий, разрушающихся при сильном нагреве.

Виды горячего цинкования

Технология горячего цинкования, разработанная еще в конце 19 века, за это время разделилась на два вида. Подходящий выбирают с учетом формата, габаритов металлоизделия, а также требований к его прочности, легкости механической обработки, гибкости после нанесения слоя цинка.

Метод Кука-Нортмана

Один из самых распространенных и популярных. Подходит для конструкций сложной формы, составленных из множества разных элементов, крупных или тяжелых. Для проведения процедуры потребуются вместительная емкость, подъемное оборудование. Объем ванны должен позволять полностью погрузить изделие в жидкий расплавленный цинк. Подъемный механизм обеспечивает автоматическое погружение в емкость, а также выход из нее после процедуры.

Окунанием в расплав технология не ограничивается. Изделие проходит многоступенчатую обработку до и после этого. Так, перед погружением в ванну его очищают от загрязнений, жира, ржавчины, заусенцев, наплывов, отслаивающихся чешуек. Для этого используют специальные кислотные или щелочные растворы. После каждого этапа очистки проводят тщательную промывку, снимающую с поверхности остатки кислот или щелочей, способных замедлить или остановить реакцию стали или железа с цинком. Прошедшую многоступенчатую очистку, промытую деталь тщательно сушат струей воздуха, чтобы капли воды не помешали создать равномерную гладкую оболочку без пустот, вмятин, трещин.

Когда элемент достают после погружения, частицы цинка взаимодействуют с кислородом и углекислым газом в воздухе. В ходе реакции образуется особо прочный сплав, карбонат цинка, обеспечивающий максимальную защиту от коррозии. Его поврежденные участки могут без участия человека восстанавливаться при определенной температуре, уровне влажности. Но на естественной сушке процедура не заканчивается. Результат очищают от флюса с помощью специальных щеток, затем закаливают дополнительной сушкой воздухом или погружением в холодную воду.

Качество крепежа, элементов авто или промышленных машин, строительных каркасов, прошедших горячее цинкование, регулируют государственные стандарты. В цеху, предлагающем оцинковку, готовые заказы обязательно проходят проверку по ГОСТу. Контроль может включать поверхностный осмотр, ультразвуковые, магнитные неразрушающие исследования. Используют не только неразрушающие методы. Для проверки прочности, устойчивости к механическим повреждениям готовое изделие подвергают:

• нанесению сетки царапин;
• ударам поворотным молотком.

Его также могут нагреть или отшлифовать жесткими щетками. Покрытие после таких процедур должно сохранить целостность. Сталь или железо должны оставаться закрытыми от контакта с кислородом, атмосферными осадками, токами.

С учетом предварительной обработки, последующей чистки, закалки, многоступенчатой проверки процедура может занимать до 12 часов. Однако это все равно быстрее термодиффузионного, некоторых других процессов.

Согласно ГОСТам, готовое к сдаче заказчику покрытие должно иметь следующие характеристики.

• Цельность. Без крупных пропущенных участков, проплешин и пустот. Относительно нормальными считаются пропуски до 2 мм в диаметре, которые можно закрыть холодной или газотермической цинковкой.
• Равномерность. Одинаковая толщина на всем протяжении.
• Гладкость. Без крупных наплывов и вмятин, но допускается легкая шероховатость.
• Серебристо-серый, темный или светлый цвет. Допускаются небольшие пятна более темного или светлого оттенка.

По ГОСТу толщина покрытия должна составлять от 40 до 200 мкм. Однако возможно нанесение нестандартной оболочки большей толщины. Итоговые размерные характеристики указывают в сопроводительных документах для заказчика.

Оцинковка по Сендзимиру

Менее популярна. Ее используют только для предварительного цинкования листового металла. Раскатанные стальные полосы проходят через жидкий расплав. Затем система воздушных ножей срезает лишнее, оставляя ровную гладкую поверхность. Технология достаточно простая, эффективная, не требует больших расходов. Но имеет два минуса. Оборудование для обработки по Сендзимиру рассчитано только на рулонную сталь. После процедуры она становится гораздо прочнее, что может усложнять резание, сверление, другие производственные процессы.

Горячее цинкование по технологии Кука-Нортмана получило гораздо большее распространение за счет следующих преимуществ.

• Высокая скорость работы. Металлоконструкции достаточно провести в ванне с расплавом всего несколько минут, чтобы стать в несколько раз устойчивее к воздействию воды, грибка, кислорода из атмосферного воздуха, электрического тока. В крупных цехах с современным высокотехнологичным оборудованием объемы производства оцинкованных металлоизделий достигают десятков тысяч тонн в месяц. Высокая скорость позволяет быстро отгружать даже объемные заказы.
• Надежное сцепление разных материалов друг с другом. Соединение с железом или сталью происходит на уровне кристаллической решетки. Готовое покрытие прочное, долговечное, медленно истирается, не требует частого обновления.
• Цинк покрывает поверхность ровным слоем, без проплешин, незащищенных участков. Это позволяет отказаться от дополнительного окрашивания, ручного холодного цинкования. Он также позволяет закрыть небольшие дефекты на поверхности – трещины, выбоины, крупные поры.
• Толщину покрытия можно регулировать, контролируя время в емкости, скорость подъема, опускания в ванну.
• Относительно доступная цена. Горячее цинкование дороже обычного окрашивания эмалью или порошковой краской. Но готовое покрытие реже требует обновления или восстановления, поэтому в итоге рентабельнее слоя краски.

Минусом горячего цинкования иногда считают тусклый серый оттенок металла. Он может не устраивать производителей мебели, украшений для квартир, офисов, садовых участков. Но детали после оцинковки можно покрасить, пассировать или иным образом обработать, чтобы придать глянцевый блеск, изменить окраску.

Где используют оцинкованные металлоизделия?

Горячее цинкование – универсальный способ профилактики коррозии. Технологию ценят застройщики, автозаводы, производители ручных инструментов или массивного промышленного оборудования.

Из оцинкованных железа, стали или чугуна получают детали для строительства, ЖКХ, промышленности.

• Трубопроводы. Для промышленных предприятий, жилых или общественных зданий, подачи питьевой или технической воды, газов или жидкостей с агрессивным составом.
• Каркасы, несущие балки, опоры. Для монтажа линий электропередач под открытым небом, сети уличного освещения, строительства быстровозводимых ангаров, складов, госпиталей или общежитий.
• Крепежные элементы. Болты, гайки, другие метизы дольше сохраняют прочность нагруженных соединений в оборудовании, мебели, бытовой технике. Их можно использовать в квартирах или офисах при комнатной температуре или в агрессивных климатических условиях.
• Элементы массивных конструкций, мебели, постоянно контактирующие с атмосферными осадками, соленой или пресной водой, влажным воздухом. В эту группу входят детали яхт, лодок или кораблей, крепления садовой мебели, перила и ступени уличных лестниц, заборы для частных или общественных участков.

Нужно защитить металлоизделия от коррозии? Ищете недорогую технологию цинкования для балок или крепежа? Обратитесь за консультацией к менеджерам международного концерна DoorHan. Они расскажут об оборудовании в цехе горячего цинкования, рассчитают стоимость и сроки оказания услуги с учетом доставки.