Горячее цинкование: секрет долговечности металлоконструкций, который стоит знать каждому

Защита изделий из металла от коррозии трудоемкий и дорогостоящий процесс. Качественное покрытие требует применения специального оборудования и отработанной технологии. Горячее цинкование объемных металлоконструкций является одним из наиболее надежных способов защиты металла от влияния атмосферы и агрессивных сред.

Для чего применяется — особенности покрытия

Основная цель оцинковывания — создание разделительно барьера для защиты от физических и химических воздействий среды на металл. Горячее цинкование любых металлоконструкций подразумевает нанесение на сталь слоя металла в диапазоне 40-65 мкм.

За счет доступности в цене и длительном сроке эксплуатации готовой конструкции, метод очень популярен в современном производстве.

Твердость цинка

За счет малой толщины защитного слоя и высокой плотность покрывающего металла детали и конструкции не теряют прочности. Твердость готовой конструкции в итоге становится равной твердости основного материала – стали. Если оценивать сталь и цинк по ювелирной шкале, то:

Сталь – 5 единиц;

Цинк – 2.5 -3.

Прочность соединения двух материалов исключает расслоение в процессе эксплуатации.

Прочие свойства покрытия

Ввиду свойств Zn, на защитной поверхности при воздействии кислорода из атмосферы формируется оксидная пленка. У нее высокий показатель плотности, а это:

• блокирует доступ кислорода основной части конструкции;
• оцинковка сохраняет целостность даже при механических действиях на деталь.

Если все таки происходит разрушение покрытия до стали, в пораженной зоне формируется гальваническая пара. Цинк, как более активный, начинает реагировать быстрее и не дает разрушаться стальному элементу.

Как выполняется процесс — технология горячего цинкования

Покрытие цинком технологически разделяется на 2 стадии:

1. Многоэтапная подготовка поверхности металлоконструкции.
2. Погружение в технологическую емкость с цинком.

Технология регламентирована государственным стандартом 9.307-89.

Подготовка изделия

Процедуры подготовки, за которыми следует процесс качественного горячего цинкования, заключается в поэтапной работе. Когда выполнено перемещение деталей и навеска на траверсы, производятся следующие действия:

• механическая зачистка — удаление загрязнений, снятие острых кромок, обычно выполняется пескоструйным аппаратом;
• удаление жиров — реализуется при температуре +75, в дальнейшем способствует улучшенной адгезии защитного металла;
• мойке — удаляются остатки обезжириватели;
• травление и очистка от остатков кислот — процесс производится раствором соляной кислоты с удалением остатка водой;
• нанесение флюса — используются прописанные в гостах хлориды аммония и цинка, температура выполнения работ – 60 градусов;
• сушка позволяет решить два вопроса: удаление остатка технических жидкостей и разогрев перед погружением в металл. Специальные печи позволяют нагреть металл до 100 градусов.

Подготовленная и предварительно прогретая сталь может быть перемещена на следующую часть технологической линии.

Погружение поверхности в ванну

Метод промышленного горячего цинкования подразумевает смещение траверсы с конструкцией в зону печи. Здесь располагается емкость с расплавленным цинком. Металл нагрет до температуры в 450 градусов за счет применения газовых горелок или индуктивных элементов. Процедура происходит в изолированной камере.

Это необходимо для защиты персонала от вредных испарений, выделяющихся при разогреве цинка. Важна скорость погружения детали. Так как флюс при попадании в среду начинает активно плавиться.

Если опускать конструкцию медленно, поверхность детали покроется окислами, если сделать все быстро, расплава флюса не произойдет и адгезия защитного слоя к основанию будет недостаточной.

Время выдержки

Для качественной оцинковки конструкции выдерживаются в ванне с металлом от 3 до 10 минут. При расплавлении флюса на поверхности цинка будет образовываться шлак.

Он должен быть убран из ванны до момента подъема всей конструкции. В противном случае масса отходов прилипнет к поверхности, и оцинкованная деталь будет иметь признаки брака.

Извлечение

Этап подъема деталей важен не меньше стадии опускания — от него зависит слой покрытия. На него влияет скорость кристаллизации цинка. Чем плавнее и медленнее изымается конструкция из ванны, тем верхний защитный слой будет толще. Для расчета скорости применяются технологические карты. Учитываются габариты изделий, назначение и среда, в которой они будут функционировать.

Охлаждение

Процедура охлаждения может проведена двумя методами:

1. Естественным способом — горячий металл после извлечения траверсы из печи перемещается далее по линии в цеху и теряет градусы за счет разницы собственной температуры и помещения.
2. Принудительный — готовая конструкция может быть погружена в жидкостную среду, чаще всего это масло или вода. Методика более требовательная, так как в процессе остывания металл может изменить свои свойства, что скажется как на качестве покрытия, так и на итоговых параметрах конструкции в целом.

Готовые охлажденные изделия хранятся в складских помещениях с учетом требований технологических карт производителя.

Оборудование

Рабочая линия, на которой может выполняться горячее цинкование черного металла, включает в себя следующие виды оборудования:

• ванная обезжиривания, устойчивая к щелочам;
• ванная с водой для промывки;
• ванна для травления;
• ванна флюсования;
• ванная цинкования;
• сушильная печь.

Дополнительно применяются системы перемещения конструкций (траверсы) между элементами производственной цепочки, а так же узлы контроля качества.

Участок химической подготовки

К зоне химической подготовки относятся ванны травления, флюсования, обезжиривания. Процедуры выполняются с учетом защиты персонала от вредных испарений. Подогрев рабочих растворов позволяет произвести каждый этап быстрее и качественнее.

Печь горячего цинкования

Печь выполнена в формате металлической конструкции с изолирующей кладкой. Внутри размещается ванна. Пространство между рабочей емкостью и кладкой — камера сгорания. Температура расплавленного металла контролируется термопарами и согласуется с регуляторами для управления нагревающими элементами.

Так как в процессе нагрева цинк выделяет горячий пар, в печи имеется вытяжка и блок-фильтр для отсеивания вредных веществ.

Преимущества и недостатки

Горячее цинкование находит применения в производстве за счет ряда преимуществ:

• относительно бюджетная стоимость запуска линии цинкования;
• объем автоматизированных производств может достигать 30 000 тонн за год;
• защитным слоям могут быть покрыты большие и тяжелые конструкции – ограничения по весу 6 000 кг, габариты – 13*2*3.1 м);
• вариативная толщина цинка на деталях – от 45 до 200 мкм. При необходимости слой может быть увеличен.
• благодаря высокой адгезии защитный слой держится очень прочно;
• сложно удалить металлический слой с конструкции механическим путем;
• стойкость к коррозии.

Несмотря на все плюсы, оцинкование любых металлоконструкций имеет несколько недостатков:

• не получится создать цинковое покрытие меньше 45 мкм;
• защитный слой может ложиться неравномерно.

Сопоставление плюсов и минусов дает вывод о высокой рентабельность и оптимальности применения цинкования для защиты стальных конструкций.

Контроль качества

Для анализа соблюдения технологических нормативов обязателен контроль качества. На основе ГОСТ 9.307-89 оцениваются такие характеристики и показатели:

• однородность защитного слоя на всей конструкции;
• слой оксида может быть темно серый или иметь глянцевый отлив серебряного оттенка;
• должны отсутствовать наплывы, максимальный допуск вкраплений по осадку до 2 мм;
• покрытие может иметь небольшую шероховатость.

Стандарт не относит к дефектам:

• рябь и малые волны защитного покрытия;
• небольшие перепады в оттенках цинка;
• царапины, в которых основной металл конструкции невозможно разглядеть.

При наличии пробелов в пределах 2% от расчетного объема обработки ГОСТ допускает обработку таких зон холодным цинкованием.

Толщина слоя от 40 до 200 мкм проверяется до дополнительных защитных покрытий с помощью:

• толщиномеров на магнитной основе;
• на основе металлографического анализа с помощью эталонных образцов.

Последним этап проверки по ГОСТ – уровень адгезии защитного слоя к конструкции, выполняется с помощью:

• ударов;
• царапин;
• нагрева;
• кварцевания.

Особое внимание к адгезии в местах с повышенным трением и нагрузкой — резьбы, сварка.

Стоимость

Конечная расценка формируется на основе сложности конструкции (ее обрабатываемой площади), дополнительных услуг, связанных с очисткой металла. Толщина слоя цинка напрямую влияет на стоимость работы, плюс — срочность выполнения заказа.

В первом квартале 2023 года расценки начинаются от 30 000 рублей за тонну конструкции. До 50 000 могут стоить объемные пространственные фермы со сложными дополнительными элементами.

Сравнение с другими методами

Для сравнения можно привести в пример несколько других способов нанесения защитного слоя на металл.

Гальванический метод. Чаще всего применяется для мелких изделий, четко устанавливается толщина покрытия. Стойкость к корродированию ниже. Гальваника дороже горячего цинкования.

Термодиффузионный метод. Стоимость работ возрастает двукратно при равном качестве защитного слоя. Качественнее получается слой цинка на резьбах, снижен выброс вредных веществ в атмосферу.

Дакромет. Применяется в автомобильном кластере промышленности. В целом по показателям метод схож с горячим цинкованием, но адгезия хуже.

Газотермическое покрытие. Дает возможность увеличить покрытие цинка более 200 мкм даже в процессе сборки. Не получится выполнить, если есть резьбы и похожие элементы на конструкции.

Цинк-ламельная защита. Схоже с порошковой окраской, но в основе лежит цинк и смола. Имеет декоративную природу и хорошо колируется.

В сравнении с прочими методами нанесения защитных слоев, горячее цинкование — наиболее востребованный метод в современной промышленности.