Технология холодного цинкования: процесс, ГОСТ, 6 составов для цинкования

С помощью холодного цинкования поверхности металлических изделий эффективно защищают от коррозии. Технология холодного цинкования металла заключается в нанесении на металл специальной смеси, в химическом составе которой много цинка. Железо ржавеет, взаимодействуя с кислородом. Для предотвращения этого и продления срока службы изделия принимаются защитные меры. Обычно используют состав для холодного цинкования. Методы нанесения цинка существуют разные.

Большинство специалистов считает оцинковку одним из наилучших способов защиты металлических конструкций от коррозии. Применяются гальваническое и горячее цинкование, на десятилетия обеспечивающие металлу антикоррозионную защиту (до 50 лет). Между тем не всегда можно применить эти методы, поскольку требуются значительные финансовые вложения в технологическую оснастку и специальное оборудование.

Технология холодного цинкования

Обработка поверхности металлоконструкций осуществляться с использованием разных антикоррозийных композиций, особенности состава, свойства и характеристики которых устанавливаются профильным стандартом – ГОСТ 9.305-84.

Настоящий стандарт определяет требования к металлическим и неметаллическим основаниям, производство которых выполнялось по электрохимической и химической методике.

Согласно требованиям ГОСТ 9.305-84, смеси для проведения холодного цинкования допускается использовать на разных конструкциях, за исключением деталей, выполненных из высокопрочных сталей и магниевых сплавов. Перед нанесением антикоррозийных составов металлическая поверхность проходит определенную подготовку.

Работы по подготовке включают:

удаление загрязнений и солей путем обмыва поверхности;
очистка металла абразивоструйным, гидроабразивным или гидродинамическим методом, что позволяет удалить ржавчину и окалину, а также придать поверхности нужный уровень шероховатости;
высушивание детали, если очистка проводилась гидроабразивным или гидродинамическим методом;
удаление заусенец, острых кромок и варочных брызг (эти работы выполняются вручную);
очистка от пыли путем использования воздушных потоков, которые направляют на поверхность под высоким давлением.

Подготовка металлоконструкций предполагает полную очистку поверхности, на которой не должно оставаться жира и следов масел (для этого применяются растворители).

По завершению подготовительных работ проводятся мероприятия по нанесению выбранного состава на поверхность изделия. Холодный способ обработки предполагает поддержание в помещении, где наносится цинковый состав, температурного режима в диапазоне от -20°C до +40°C.

При этом, согласно рекомендациям производителей таких составов, поверхность обрабатываемой детали должна быть минимум на 3°C больше точки росы. Если это условие будет нарушено, то на изделии образуется влага, которая снижает качество нанесенного защитного слоя.

Рассчитывают точку росы при помощи психрометра, термометра, гигрометра или другого устройства. Полученные показания сравнивают с параметрами, которые приведены в таблице.

Почему именно цинк?

Прежде всего потому, что цинк достаточно распространен и недорог, сам по себе коррозии практически не поддается, плавится при не очень высокой температуре (около 420 градусов, что гораздо ниже температуры плавления железа), обладает приемлемой прочностью. И при этом — что важно! — имеет стационарный электрический потенциал -0,76 В., то есть гораздо более отрицательный, чем у железа.

Благодаря этому своему свойству, цинк, даже при нарушении целостности покрытия и под воздействием электролитов, будет в возникающих электрохимических реакциях играть роль анода. То есть станет медленно растворяться, защищая этим от электрохимической коррозии стальную основу конструкции. В общем — даешь цинковые покрытия! Вот только какими способами их наносить? Это достаточно интересный вопрос, поскольку способов таких несколько — и у каждого из них есть свои плюсы и минусы. Рассмотрим их…

Зависимость точки росы от температуры и относительной влажности

Важно отметить, что наносить каждый последующий слой покрытия можно только после полного высыхания предыдущего слоя.

На очищенную поверхность наносят антикоррозийную композицию, в составе которой присутствует цинк. Чтобы исключить образование конденсата, наносить составы следует с учетом рекомендаций производителей в отношении рабочих температур.

Нанесение краски с цинком осуществляется в несколько слоев. При этом каждый последующий слой наносят только после полного высыхания предыдущего. Ускорить высыхания краски позволяет безвоздушная технология или применение пневмокраскопультов.

Качество нанесенного защитного покрытия, а также уровень адгезии проверяют с помощью специальных измерительных устройств. Также проводится визуальный осмотр для выявления участков, которые необходимо доработать, и других дефектов покрытия.

Основные операции

Погружение.
«Выдержка» в емкости (порядка 4 – 10 минут). Если образуется шлак, то он удаляется механическим способом.
Выемка заготовки из ванны. Толщина слоя защитного покрытия во многом определяется скоростью извлечения детали из емкости, поэтому рассчитывается индивидуально для каждого образца.

Охлаждение

Может проводиться или принудительно, или протекать естественно, в условиях помещения.

Вот, собственно, и весь смысл технологических операций, которые позволяют обеспечить качественное цинкование материалов. Для общего понимания сути всех процессов вполне достаточно.

Требования нормативных актов и стандартов

Материалы, используемые при холодной оцинковке металла, в обязательном порядке должны отвечать нормам, которые определяет ГОСТ 9.305-84. Отдельные характеристики регламентируются рядом нормативно-правовой документации и стандартами: ISO 8502-3, ГОСТ 12.2.052 и ISO 8503-1.

Так, проверка качества удаления пыли с поверхностей металлоконструкций осуществляется путем определения объема и размера частиц пыли, что прописано в положениях стандарта ISO 8502-3.

Проверка качества обезжиривания проводится с помощью люминесцентного метода, согласно требованиям ГОСТа 12.2.052, а степень шероховатости определяют с использованием классического профилометра или специального компаратора – согласно требованиям 8503-1.

Гальваническое

Любое цинкование требует большой аккуратности и точности, тем более в домашних условиях. Источником тока при таком методе может служить автомобильный аккумулятор или любое зарядное устройство с мощностью до 12 В.

В качестве электролита подойдет соль. Но лучше, если она будет именно цинковая. Для ее изготовления нужно:

— сернокислый цинк — 200 г;

— магний или аммоний сернокислый — 50 г;

— натрий уксуснокислый — 15 г;

— литр воды.

Можно сделать соль другим методом, поместив цинк в аккумуляторный электролит и подождав окончания реакции, после нее кислота будет преобразована в соль. При этом концентрация ее может быть высокой. Тогда соль разбавляют водой.

Важно! Электролит – это яд, работы с ним надо производить с крайней осторожностью. Помещение при работе необходимо хорошо проветривать.

Посуда для обработки должна быть стеклянная или из специального пластика. К ней крепится электрод из цинка. При небольшом объеме детали подойдет простая хозяйственная банка. Деталь должна быть хорошо очищена и обезжирена. Ее следует опустить в подготовленный раствор не дольше чем на 10 секунд. Затем вытащить и тщательно промыть водой. После этого нужно провести анодирование детали. Для этого изготавливают цинковый электрод, подсоединяют к источнику питания. Образование цинковой пленки происходит в течение 10-40 минут.

Чем отличаются технологии горячего и холодного цинкования

На данный момент существует два вида цинкования – это горячий и холодный метод. Технологию горячего цинкования разработали 160 лет назад. После открытия этот метод обработки металла был признан стандартом. Это обусловлено высокой степенью защиты обрабатываемых поверхностей от процессов коррозии. После открытия данный метод не изменился с технической точки зрения.

Технология предполагает опускание металлоконструкции в ванну с цинковым составом, разогретым до температуры 400°C. После этого изделие подвешивают до полного высыхания покрытия.

Благодаря полному погружению конструкции в антикоррозийный состав удается получить однородное покрытие, поскольку так цинк заполняет все имеющиеся трещины и труднодоступные участки. Защитное покрытие способно прослужить до 60 лет, период службы напрямую зависит от условий эксплуатации.

Метод холодного цинкования изобрели в 40-х годах прошлого столетия. Благодаря практичности и относительной простоте нанесения антикоррозийных составов популярность данной технологии стремительно растет.

Красноречивым доказательством надежности и долговечности покрытий, наносимых при помощи данной технологии, выступает самый крупный водопровод мира (протяженностью 460 км), расположенный в Австралии.

Конструкция была обработана в 1942 – 1944 гг. притом, что покрытие с того времени не обновлялось. Учитывайте, что в те времена использовалось старое оборудование, а толщина одного слоя покрытия составляла только 75 мкм.

Холодная оцинковка металла предполагает нанесение на металлоповерхности смесей, в которых присутствует цинк в объеме 92 – 96%. Перед тем, как защитное покрытие будет нанесено, важно правильно подготовить поверхность путем ее тщательной очистки от различных загрязнений.

Наносить цинкосодержащие составы можно путем окунания детали или, используя кисть, валик и краскопульт.

Инструкция по нанесению

1. Подготовка поверхности. Очистить поверхность, обезжирить растворителем (уайт-спиритом, не использовать ацетон), удалить масляные загрязнения, старую краску. 2. Тщательно перемешать состав перед нанесением и во время окрашивания до образования однородной массы. В процессе нанесения периодически перемешивать через 15-20 минут. 3. Состав готов к нанесению кистью, валиком или окунанием. Нанесение методом безвоздушного распыления: разбавление производится ксилолом, Р-4 в соотношении до 2-4% по весу. Давление 8-12 MРa (bar). Диаметр сопла 0,015-0,025 дюйма (0,38-0,63 мм). Сварные швы, труднодоступные места для нанесения состава окрасочным оборудованием следует вначале прокрасить кистью. 4. Повторное нанесение слоев допускается через 40-60 минут. Общая толщина покрытия должна быть min — 40 мкм, max — 200 мкм.

Когда применяется холодное цинкование?

Холодное цинкование получило широкое применение при обработке автомобильных и судовых деталей, арматуры и труб, мостовых конструкций, цистерн и резервуаров, нефтепроводов и других металлоконструкций.

Широкая сфера применения обусловлена следующими преимуществами технологии:

Цинковые составы характеризуются высоким уровнем адгезии;
Для подготовки поверхности не требуются большие финансовые вложения;
Можно обрабатывать конструкции и детали разной формы и размеров;
Нанесение защитного покрытия допускается в бытовых условиях;
После обработки конструкции хорошо поддаются свариванию;
Детали допускается обрабатывать в следующих температурных условиях: от -20 до +40°C;
Отсутствие необходимости в демонтаже, транспортировке и повторном монтаже конструкций.

Области применения оцинкованных конструкций

Строительные работы разного профиля: дорожное, мостовое, строительство зданий и сооружений.
Нефтедобыча и нефтепереработка.
Газодобывающая и газоперерабатывающая промышленность.
Энергетическая сфера.
Связь.
Автомобилестроение.
Сельское хозяйство и другие направления.

Метод применим для конструкций, которые эксплуатируются в разных условиях

Опоры высоковольтных линий передач.
Опорные металлические конструкции мостов, трубопроводов.
Различное оборудование.
Задвижки и запоры гидротехнических систем.
Каркасы домов и заграждений.
Сваи, поддерживающие перекрытия различного типа.
Лестничные ступени и пролеты.
Трубы различных систем, в том числе вентиляционных.
Корпуса кораблей.
Памятники и архитектурные сооружения.

Коррозия металла – что это такое?

Коррозия – это естественная реакция металла на контакт с кислородом, который содержится в атмосфере или воде. То есть перед нами классическое окисление, трансформирующее поверхностные слои металла в его же оксиды – ржавчину.

Но оксиды различных металлов обладают совершенно непохожими свойствами. Например, оксид железа («классическая» ржавчина) несет только деструктивные последствия, нивелируя и поверхностную прочность, и саму целостность металлоконструкции. В свою очередь, оксиды алюминия и цинка приносят только пользу, образуя на поверхности данных металлов тонкую и прочную пленку, защищающую и от дальнейшего (глубинного) окисления, и от прочих «неприятностей».

Именно поэтому цинк, алюминий, титан, хром и ряд других металлов считаются «нержавеющими». То есть тонкая оксидная пленка, появляющаяся после контакта «чистого» вещества из этой группы с кислородом, способна защитить металл от дальнейшей коррозии.

Причем подобное качество можно трансплантировать и «черным» металлам – чугунам и сталям. Для этого нужно либо «подмешать» некоторую долю стойкого к коррозии вещества в плавящийся «черный» металл (так получают знаменитую «нержавейку», добавляя в железоуглеродистый сплав 20-25 процентов хрома), либо «покрыть» ржавеющий материал слоем цинка или хрома.

Холодное цинкование металлоконструкций – нюансы процесса

Существует около шести технологических процессов, итогом которых будет образование на поверхности «черной» металлоконструкции антикоррозийного барьера, создаваемого на базе цинка. Причем холодное цинкование – это наименее энергозатратный и наиболее дешевый способ защитить металл от ржавления.

Ведь холодная обработка – это, по большому счету, обычное окрашивание металла, проводимое несколько необычными составами, содержащими цинк и летучую связку.

Причем благодаря необычным свойствам «красящего» состава пористое защитное покрытие, со временем, трансформируется в непроницаемый барьер, защищающий железо от большинства угроз извне. Ведь после нанесения современные составы не только закрепляются на поверхности черного металла, но и образуют электрохимическую пару «железо-цинк», уплотняющую структуру покрытия.

В итоге современные составы обеспечивают технологии холодной обработки самую высокую результативность, сравнимую с электрохимическим или горячим оцинкованием металлоконструкции.

Как правильно выбрать

При покупке необходимого средства лучше обратить внимание заранее на его состав и заявленные свойства. Цветовые оттенки не отличаются многообразием, в основном это матовый серый. Расход при нанесении практически одинаков – не более 300 г/м2.

Поэтому эти критерии не могут считаться ключевыми при выборе, а вот что действительно имеет значение:

— срок службы;

— стоимость;

— время высыхания;

— содержание цинка;

— срок хранения;

— условия нанесения.