Как защитить металл от коррозии, если он постоянно контактирует с влагой, воздухом и агрессивной средой? Один из самых эффективных способов — нанесение цинкового покрытия. Оно продлевает срок службы изделий, снижает затраты на ремонт и обслуживание. В этой статье рассказываем, какие бывают методы цинкования, в чем их особенности и как выбрать подходящий вариант для конкретной задачи.
Что такое цинкование?
Определение и принцип технологии
Цинкование — это один из видов гальванической обработки, при котором металл покрывают тонким слоем цинка.
При контакте цинкового покрытия с воздухом на его поверхности образуется оксидная пленка. Она предотвращает контакт основного материала с влагой, кислородом, солями и другими агрессивными веществами. В результате изделие становится устойчивым к коррозии.
Даже если покрытие повреждено, цинк продолжает защищать металл: он принимает коррозию на себя и разрушается первым, а сама деталь остается целой, пока есть хотя бы часть цинкового слоя.
Для чего проводят цинкование
Ключевые задачи цинкования — снизить риск разрушения металлических изделий, продлить срок их службы и увеличить межремонтные интервалы. В первую очередь такую обработку применяют для конструкций, которые используются на открытом воздухе, под землей или регулярно контактируют с влагой.
Цинковое покрытие защищает металл от дождя, снега, солей, кислотных и щелочных паров, перепадов температур — всего, что ускоряет коррозию в окружающей среде.
А еще, если изделие планируют окрашивать, цинкование помогает подготовить поверхность: она становится ровной, светлой, и краска лучше сцепляется с ней.
Основные виды цинкования металла
Существует несколько способов нанести цинковое покрытие на металл. Выбор метода зависит от формы детали и условий ее использования, а также от требований к толщине слоя. Рассмотрим наиболее распространенные виды цинкования.
Горячее цинкование
Изделие полностью погружают в ванну с расплавленным цинком, нагретым до 450 ℃. Высокая температура запускает процесс диффузии: цинк проникает в верхний слой основного материала и формирует на его поверхности прочное покрытие толщиной от 50 до 200 мкм.
Горячее цинкование используют для защиты изделий, которые эксплуатируются в сложных условиях — в агрессивной среде, при высокой влажности и перепадах температур. Это самый востребованный метод в строительстве, энергетике, промышленности и инфраструктуре.
Холодное цинкование
На металл вручную наносят жидкий цинковый состав. После высыхания образуется плотная матовая пленка, которая защищает металл от влаги и окисления. Толщина покрытия при таком способе — от 20 до 40 мкм.
Метод не требует специального оборудования и подходит для точечной обработки: защиты сварных швов, ремонта поврежденного слоя или антикоррозионной обработки в труднодоступных местах. Дает быстрый результат, но по долговечности уступает горячему цинкованию.
Электрохимическое цинкование
Металлическую деталь помещают в ванну с раствором солей цинка, где поддерживается температура 15–50 ℃, и соединяют с источником электрического тока. Под действием тока ионы цинка оседают на поверхности детали и образуют ровный, тонкий слой — 5–25 мкм.
Этот метод цинкования используют, когда важна точность размеров и аккуратный внешний вид деталей: для обработки крепежа, приборных корпусов, элементов электроники и бытовой техники.
Газотермическое цинкование
Цинковый порошок подают в струю раскаленного газа — например, от ацетиленовой или пропановой горелки. В этом потоке частицы цинка плавятся и под давлением воздуха прилипают к поверхности детали. Толщина покрытия достигает 80–120 мкм. Готовый слой получается шероховатым, но плотным и надежным.
Газотермическое цинкование применяют для обработки крупных конструкций: мостов, резервуаров, опор, сварных узлов.
Горячее цинкование металла — самый надежный метод?
Среди всех способов нанесения защитного покрытия горячее цинкование — наиболее универсальное. Оно обеспечивает прочный, равномерный слой, который надежно защищает металл в агрессивной среде, устойчив к механическим повреждениям и не требует частого обновления. Ниже — подробнее о том, как проходит обработка и какие есть преимущества и ограничения у этого метода.
Технология горячего цинкования: этапы процесса
Технологический процесс горячего цинкования состоит из нескольких этапов. От того, насколько правильно выполнен каждый, зависит качество защитного слоя:
- Обезжиривание. С поверхности изделия удаляют масла, пыль, остатки краски и другие загрязнения.
- Промывка. Заготовку очищают от остатков жирных пятен и пены, которая образуется в ваннах для обезжиривания.
- Травление. Очищенный металл обрабатывают раствором соляной кислоты, чтобы убрать ржавчину и окалину.
- Повторная промывка. Изделие снова промывают, чтобы удалить остатки соляной кислоты.
- Флюсование. На заготовку наносят флюс — специальный состав, который предотвращает окисление основного металла и улучшает его сцепление с цинком.
- Сушка поверхности. Изделие отправляют в сушильную печь, разогретую до 100–120 ℃, чтобы удалить влагу и предотвратить деформацию детали во время цинкования.
- Погружение в расплав. Заготовку опускают в ванну с расплавленным цинком. Время выдержки в ванне зависит от размеров, массы и формы детали. Как правило, это 3–10 мин.
- Охлаждение и контроль. После того как изделие извлекли из ванны, его остужают. Далее проверяют качество покрытия: равномерность, толщину, отсутствие подтеков.
Плюсы и минусы горячего цинкования
У метода есть очевидные преимущества, благодаря которым его считают самым надежным способом защиты металла. Но есть и недостатки, которые важно учитывать.
Преимущества:
- Долговечное покрытие. Срок службы цинкового слоя достигает 20–50 лет.
- Высокая степень защиты. Толстый слой цинка надежно защищает металл от коррозии в условиях высокой влажности, агрессивной среды и высоких механических нагрузок.
- Обработка труднодоступных зон. Покрытие формируется по всей поверхности, включая внутренние полости и сварные швы.
Недостатки:
- Увеличение массы и размера изделия. Из-за толщины слоя возможны отклонения от заданных параметров.
- Ограниченный выбор материалов. Не все виды металлов и сплавов можно обрабатывать таким способом. Например, легированные стали с кремнием и фосфором вступят в слишком активную реакцию с цинком, и покрытие получится хрупким.
- Трудоемкая подготовка. Перед нанесением покрытия нужно провести много других операций.
- Высокая стоимость. Горячий способ требует дорогостоящего, габаритного оборудования и может проводиться только в условиях производства.
Холодное цинкование: альтернатива традиционным методам
Холодное цинкование — второй по популярности метод. Это быстрый и доступный способ локальной антикоррозионной защиты. Подходит как временное решение или в тех случаях, когда невозможно нанести покрытие другими методами — например, для ремонта уже установленных конструкций.
Как работает холодное цинкование
Для холодного цинкования используют жидкие составы, которые состоят из цинкового порошка, связующего вещества и растворителя. Визуально такие растворы напоминают краску. Их продают в розничных магазинах и на маркетплейсах в жестяных банках или баллонах с распылителем.
Перед цинкованием таким способом металл тоже нужно подготовить: обезжирить, очистить от ржавчины, промыть и просушить. Далее наносят само цинковое покрытие в несколько слоев. Это можно делать вручную с помощью кисти, валика, пневмораспылителя, а также можно разбрызгивать прямо из баллона.
После нанесения каждого слоя покрытие должно полностью высохнуть. В среднем составы для жидкого цинкования сохнут 20 мин при комнатной температуре и 40 мин, если температура ниже 0 ℃. Изделие можно нагреть, чтобы ускорить сушку, но это не обязательно.
Преимущества и недостатки метода
Как и у предыдущего метода, у холодного цинкования есть свои плюсы и минусы.
Преимущества:
- Простое нанесение. Для того чтобы нанести покрытие, достаточно простых инструментов.
- Возможность обработки уже смонтированных конструкций. Проводить цинкование можно прямо на объекте, без демонтажа и транспортировки.
- Доступность метода. Не нужны промышленные ванны, печи для нагрева, электрохимические установки и другое дорогое оборудование.
Недостатки:
- Низкая коррозийная стойкость покрытия. При таком способе получается тонкий слой, который быстро разрушается под действием влаги, солей и перепадов температур.
- Ограниченный срок службы защитного слоя. Он требует регулярного обновления и не подходит для агрессивной среды.
- Риск неравномерного покрытия. При ручном нанесении сложно контролировать толщину и качество слоя. Кроме того, бывает проблематично обработать внутренние полости и труднодоступные места.
Сравнение методов цинкования: какой выбрать?
На выбор способа цинкования влияют не только особенности детали и желаемая стойкость покрытия, но и производственные условия: где будет проводиться обработка, можно ли погрузить изделие в ванну, насколько критичны габариты и точность размеров. Сравним методы, между которыми часто выбирают на практике.
Горячее и электрохимическое цинкование
Для обоих методов нужны заводские условия и специальное оборудование. Они обеспечивают высокое качество покрытия, но используются в разных ситуациях.
Горячее цинкование дает прочный и стойкий защитный слой, но требует полного погружения детали в расплав и подходит только для изделий, которые выдерживают сильный нагрев. Этот промышленный способ рассчитан на крупные партии деталей с простой геометрией.
Электрохимическое цинкование используют для мелких и высокоточных деталей, когда важно сохранить форму и внешний вид изделия. Обработка проводится при низкой температуре, не вызывает деформаций и позволяет получить ровный защитный слой. Однако покрытие получается менее прочным. Кроме того, метод не подойдет для крупногабаритных деталей: ванны для электрохимического цинкования обычно меньше, чем ванны для горячего.
Холодное и газотермическое цинкование
Эти методы применяют, когда обработку нужно провести на месте, без демонтажа конструкции. Но между ними также есть разница.
Холодное цинкование удобно для профилактической защиты и локальных доработок, например в местах резки или на участках с поврежденным покрытием. Метод не требует специального оборудования и позволяет быстро провести обработку. Подходит для ситуаций, когда важна скорость и простота нанесения, а срок службы покрытия не критичен.
Газотермическое цинкование используют для обработки массивных объектов, которые невозможно разобрать и погрузить в ванну. При газотермической обработке уже нужно дополнительное оборудование, зато покрытие получается более устойчивым, чем после холодного цинкования.
Где применяют цинкование
Нанесение цинкового покрытия широко используют в отраслях, где риск коррозии металлических деталей особенно велик: в строительстве, промышленности, автомобилестроении и при производстве бытовых изделий.
Строительство и промышленность
В строительстве цинкование используют для защиты металлоконструкций, которые находятся на открытом воздухе: каркасов зданий, ограждений, мостов, опор, кровельных элементов.
В промышленности цинком обрабатывают элементы инженерных коммуникаций: трубы, лотки, кабельные трассы. А также с помощью такого покрытия защищают оборудование, которое работает в агрессивной среде, например на химических и энергетических объектах.
И там и там наиболее востребованы горячее цинкование и газотермическая обработка, которые обеспечивает долговечную защиту.
Автомобилестроение и производство бытовых изделий
В автомобильной промышленности цинкование применяют для защиты кузовных деталей, крепежа, шасси и элементов подвески. Здесь важны точность размеров, внешний вид и устойчивость к воздействию внешней среды, поэтому чаще используют электрохимический способ с последующей окраской.
В бытовом сегменте цинковое покрытие используют, чтобы защитить металлические предметы, которые часто подвергаются воздействию влаги и перепадов температур. Например, дверные ручки, элементы мебели, садовый инвентарь. Цинкование продлевает срок их службы и помогает избежать коррозии без дополнительного ухода. Для обработки таких изделий обычно применяют недорогие виды цинкования, например холодный метод.
Универсального способа цинкования не существует: каждый метод решает свою задачу и применяется в определенных условиях. Для серийных партий и заготовок простой формы стоит рассмотреть горячее цинкование. Если важна точность размеров и внешний вид детали, подойдет электрохимический метод, а когда нужно обработать конструкцию на месте — холодное или газотермическое цинкование. Главное — выбрать технологию, которая соответствует требованиям к изделию и возможностям производства. Тогда защита будет надежной и долговечной.
