Цинковое покрытие

Цинк — самое распространенное антикоррозийное покрытие. Широкое применение для защиты стальных и чугунных изделий обусловлено 2 причинами:

Высокая природная стойкость самого цинка вследствие образования на цинке в коррозийной среде защитных пленок из продуктов коррозии;
Высокая анодность защиты стали в атмосферных условиях и в пресной воде при температурах до 70^oC, но при высоких температурах, в агрессивных средах защищает сталь только механически, превращаясь из анодного в катодное покрытие.

Защитные свойства цинковых покрытий определяются как их толщиной, так и методом их нанесения.

Методы нанесения цинка:

Электролитический (гальванический) метод нанесения цинка (холодное оцинкование)

Холодное оцинкование — это нанесение на подготовленную поверхность приемами, используемыми в работе с обычными красками, специального цинксодержащего состава, в результате чего образуется покрытие, обладающее теми же антикоррозийными свойствами, что и полученное методом горячего оцинкования.

Преимуществами данного метода оцинкования по сравнению с горячим оцинкованием являются:

Отсутствие ограничений по размерам крепежа;
Высокая адгезия цинкового покрытия с ЛКМ, в т. ч. с порошковыми красками;
Высокая степень чистоты осажденного цинка обеспечивает повышенную химическую стойкость.

Недостатки метода холодного оцинкования:

А. По сравнению с методом горячего оцинкования и термодиффузионным оцинкованием, низкая толщина покрытия (5-35мкм), что снижает коррозийную устойчивость покрытия, полученного электролитическим методом.

Б. По сравнению с термодиффузным оцинкованием, существует возможность наводораживания и как следствие охрупчивание основного защищаемого материала (водородное охрупчивание)

Горячий метод оцинкования

Горячий способ оцинкования заключается в погружении предварительно подготовленных изделий, после обезжиривания, промывки, травления, в расплавленный цинк при температуре 450 – 480۫C. Образование покрытия основано на хорошем смачивании железа и его сплавов цинком.

Основным преимуществом данного метода оцинкования по сравнению с электролитическим заключается в более высокой коррозийной устойчивости покрытия, поскольку горячий способ позволяет получить покрытие большой толщины (от 40 – 150 мкм).

Недостатки метода горячего оцинкования:

А. По сравнению с методом электролитического оцинкования и термодиффузионным оцинкованием, толщина покрытия на отдельных участках из-за наплывов колеблется в значительных пределах (40 – 150 мкм) и точная регулировка толщины этого покрытия невозможна. Горячий способ не может быть применен для покрытия изделий с точными допусками и в тех случаях, когда высокая температура может изменить свойства крепежа.

В. Низкая адгезия горячеоцинкованного покрытия с ЛКМ, в т. ч. с порошковыми красками.

Водородное охрупчивание

Как горячее оцинкование, так и электролитическое оцинкование может привести к значительному снижению прочности креплений. Такая ситуация получается при проникновении водорода в металл, что и приводит к водородному охрупчиванию. Это проявляется в образовании внутри стали растрескивания и пористости. Вследствие опасности водородного охрупчивания крепления класса прочности 10.9 и выше не рекомендуется подвергать электролитическому оцинкованию. Прочные крепления следует подвергать температурной обработке сразу же после электролитического оцинкования с целью удаления водорода.

Тем не менее, гарантировать полное удаление водорода с помощью температурной обработки нельзя.

Травление, выполняемое перед горячим оцинкованием, также может привести к проникновению в сталь водорода.

Метод термодиффузионного оцинкования

Термодиффузионное цинковое покрытие является анодным по отношению к стали, обеспечивая электрохимическую защиту стали. Покрытию подвергаются изделия из углеродистой стали стандартного качества, качественной конструкционной углеродистой, низколегированной стали и чугуна.

Суть технологии термодиффузионного оцинкования состоит в том, что антикоррозийное покрытие формируется в результате насыщения цинком поверхности металлических изделий в порошковой среде при температуре 290-450 ^oC, причем выбор температурного режима зависит от типа стальных изделий от типа стальных изделий и марки стали. Такая технология позволяет получить любую толщину покрытия в диапазоне от 6 до 110 микрон по требованию заказчика без изменения технологического процесса. Процесс происходит в закрытом контейнере с добавлением к обрабатываемым деталям специальной насыщающей смеси. Пассивация (финишная обработка деталей) является обязательной частью процесса термодиффузионного оцинкования. Пассивация предназначена для предотвращения образования белых продуктов коррозии на поверхностях, подвергаемым воздействию атмосфер с высокой влажностью, соленой воды, морских атмосфер или циклам конденсации и высыхания.

Преимущества метода термодиффузионного оцинкования по сравнению с методом горячего оцинкования:

Возможность получения покрытия на резьбовых деталях и деталях сложной формы равномерного по толщине и точно повторяющего конфигурацию изделия. Плюсом также является отсутствие каких-либо наплывов цинка в местах углублений или соединений. Данное преимущество исключает необходимость снимать покрытие с внутренней резьбовых частей(гайка), как это делается после обработки горячим цинком.
Антикоррозийная стойкость в 1,5-2 раза выше, чем при электролитическом оцинковании.
Отсутствие водородного охрупчивания позволяет использовать термодиффузионное покрытие для оцинковывания крепежа с высоким классом прочности 10.9 и выше без риска снижения качественных характеристик изделия, что важно, когда изделие используется в ответственных конструкциях.
Высокая адгезия цинкового покрытия с ЛКМ, в т. ч. с порошковыми красками.
Высокая точность нанесения покрытия позволяет применять термодиффузионное оцинкование для покрытия изделий с точными допусками, например с мелкими диаметрами.
Высокая износостойкость покрытия позволяет сохранять качество изделия, подвергаемого частой сборке-разборке.

Преимущества метода термодиффузионного оцинкования по сравнению с электролитическим (гальваническим) методом:

Антикоррозийная стойкость в 3-5 раз выше, чем при горячем оцинковании.
Отсутствие водородного охрупчивания.

	Цинкламельное покрытие (тип 1)	Цинкламельное покрытие (тип 2)	Электролитическое оцинкование + пассивирование	Горячее оцинкование
Электрическая защита	Проводящий	Изолирующий	Проводящий	Проводящий
Опасность водородного охрупчивания	Нет	Нет	Да	Да
Хром (6-валентный)	Нет	Нет	Да	Да
Коэффициент трения 0,08-0,14	Да	Да	Нет	Нет
Устойчивость к кислотным щелочам	Нет	Да	Нет	Нет

Механическое оцинкование

Химико-механический метод нанесения покрытия. Детали, на которые наносится покрытие, помещаются вместе с гранулами и цинковым порошком в специальный барабан, в котором цинк наносится на поверхность деталей с помощью холодной сварки.

В результате механического оцинковывания деталь приобретает свойства аналогичный как при электролитическом оцинковании. Преимущество данного метода в сравнении с электролитическим заключается в отсутствии опасности водородного охрупчивания при его применении.

Эксплуатация крепежа с цинковым покрытием

Практический опыт использования крепежа с покрытием позволяет определить средние ежегодные объемы разрушения цинкового покрытия в зависимости от условий эксплуатации, которые справочно представлены в таблице.

Таблица

Среда эксплуатации стального крепежа с цинковым покрытием может быть классифицирована в зависимости от толщины цинкового покрытия.

Таблица Классификация цинкового покрытия в зависимости от толщины цинкового покрытия

Классификация цинкового покрытия (среда эксплуатации)	Толщина цинкового покрытия, в мкм
0 «Крайне легкие» (Используется в качестве декоративного покрытия в условиях отсутствия нагрузки)	3-5
1 «Легкие» (Эксплуатация в теплом сухом помещении)	5-8
2 «Средние» (Эксплуатация в помещении в условиях возникновения конденсата)	8-12
3 «Жесткие» (Эксплуатация в умеренном климате)	12-25
4 «Очень жесткие» (Эксплуатация в агрессивной окружающей среде (промышленные районы, морское побережье)	25