Цинкование металла

Простой способ цинкования в домашних условиях

Подготовка электролита

Электролитом может стать любой раствор, в котором содержится цинк:

• хлорид цинка (ZnCl);
• соляная кислота (HCL);
• ZnSO4 (результат травления серной кислоты H2SO4).

Получение цинкового состава

Чтобы осуществить гальваническое цинкование металла дома, необходимо иметь цинк. Если говорить о подручных средствах, то цинк можно найти:

• в солевых батарейках (индекс L);
• в металлических оцинкованных деталях;
• в советских предохранителях.

А можно купить чистый цинк в радиомагазинах или на авторынках.

Подготовка к нанесению покрытия

1. Нужно взять пластиковую или стеклянную тару, которая выступит в качестве ванны с электролитом, и установить держатели для анода и катода.
2. Если в электролите заметны кристаллы соли, то использовать его нельзя. Растворить их можно, добавив дистиллированной воды.
3. Анодом может выступить пластинка из цинка с подключенным к ней «+» зарядом. Чем больше площадь пластины, тем равномернее будет ложиться цинк на катоде. Чем больше анодов, тем больший участок покроется цинком за раз.
4. Катод – это деталь, которая требует обработки (отрицательный заряд). На нее будут укладываться молекулы цинка. Необходимо подготовить металл к процедуре цинкования: очистить от коррозии, обезжирить и активировать, поместив в раствор кислоты. Необходимо расположить катод равно удаленно от всех источников положительного заряда.
5. Источником электрического питания может выступать любой аккумулятор или блок питания. Чем выше будет напряжение, тем более ускоренно пройдет процесс гальванизации. Если используется автомобильный аккумулятор, в схему необходимо добавить другие потребители тока (например, лампочку накаливания).

Нанесение цинковой пленки

https://youtube.com/watch?v=JQwjn0TQB10

После всех подготовительных процедур останется только включить источник электрического питания и поместить катод в электролит. Не стоит допускать бурного кипения электролита: необходимо снизить силу тока, добавив в схему потребители электроэнергии. Чем дольше происходит процесс гальванизации, тем толще будет защитный слой цинка на поверхности обрабатываемой детали (катода).

Выбор метода нанесения цинкового покрытия

Сравнив перечисленные выше методы, можно прийти к выводу, что газотермическое цинковое напыление более выгодно для металлических поверхностей большой площади, так как этот процесс можно выполнять в процессе строительства, для него не требуется высокотемпературный режим, нет влияния покрытия на основной металл.

Преимущества газотермического напыления цинка:

• можно осуществлять цинкование строительных металлоконструкций на месте эксплуатации, ничего не нужно демонтировать и перемещать;
• Толщина слоя, формируемого при напылении цинка, может достигать 300 и более микрон, что практически недостижимо при гальваническом или горячем цинковании. Больший слой покрытия требуется по СП 28.13330, т. к. обеспечивает более долговременную защиту от коррозии;
• можно быстро обработать большие площади металлических деталей;
• после горячего цинкования на поверхности образуется слой цинковых соединений с большой примесью ферритов, то есть соединений железа, что делает содержание цинка в покрытии минимальным (около 40%). Напыление лишено этого недостатка;
• метод напыления более экологичен, чем гальванический, в некоторых странах линии для горячего цинкования больше не используются по причине опасности для здоровья и окружающей среды;
• процесс напыления не требует трудоемкой и опасной подготовки поверхности, ведь для гальванического цинкования требуется предварительное травление обрабатываемых деталей кислотой. При напылении достаточна абразивно-струйная чистка;
• Напыленные цинковые покрытия отлично окрашиваются, и лакокрасочный слой обладает существенно более высокой адгезией, чем при окраске непокрытого или оцинкованного металла.

Очевидно, что в случае, если требуется покрыть цинком большие стальные конструкции, газотермическое напыление является самым верным решением, так как простое покрытие цинконаполненным составом не обеспечивает достаточной защиты от коррозии по причине своей нестойкости к механическим воздействиям.

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.

Свойства и преимущества оцинкованных покрытий

• износостойкость и длительность службы окрашиваемого покрытия;
• низкая себестоимость в сравнении с ценой на окрашивание без предварительного цинкования за срок до 25 лет;
• простые требования к изделиям из металла.

Цинкование металла осуществляет не только барьерную и защитную, но и электрохимическую защиту верхних слоев обработанных изделий.

Цинкование с фосфатированием

Цинкование с фосфатированием принято использовать для обработки цветных металлов. В результате процедуры на верхнем слое детали из металла образуются фосфаты цинка, марганца или железа, которые являются малорастворимыми элементами, что усиливает барьерные и электроизоляционные качества обрабатываемых поверхностей.

Цинкование с фосфатированием можно применять в отношении следующих видов металлов:

• чугуна;
• кадмия;
• низколегированных углеродистых сталей;
• меди;
• цинка;
• алюминия.

Металлические предметы, оцинкованные посредством фосфатирования, могут использоваться даже в условиях тропиков. Они не подвержены воздействию нагретых материалов, смазочной органики (масел), бензола, толуола и всех газов за исключением сероводорода.

Особенности покрытия горячим цинком

На сталях с высоким содержанием кремния и/или фосфора (из-за неоднородности химического состава стали), (слоя у поверхности, структуры поверхности, чужеродных вкраплений), а также на толстостенных изделиях наблюдается разнооттеночность покрытия. Серая поверхность состоит из сплава цинк-железо, выходящего на поверхность, а более светлые места – это чистый цинк. В случае стали с неблагоприятным содержанием кремния и фосфора может появиться значительное утолщение покрытия и ухудшение его адгезии, видимым эффектом этого явления, может быть шероховатая поверхность с серой и тёмно-серой окраской, переходящей со временем даже в коричневый оттенок.

Цинковая поверхность на том же изделии может быть неоднородной; могут появиться пятна разной степени глянца, серой матовости и шероховатости. Так как поверхностная локализация примесей в низколегированной стали приводит к тому, что при прокате изделий из неё, появляется значительное различие в содержании кремния и фосфора в разных частях изделия.

Однако это не может являться браковочным признаком, поскольку, кроме внешнего вида, отрицательных моментов нет – он не влияет на срок службы покрытия, а через какое-то время (в течение 1-1,5 года) цвет конструкции станет одинаковым).

Белая коррозия (бело-серые пятна, возникающие под влиянием атмосферных факторов), а также так называемые «кровавые потёки» (остатки флюса и кислоты в местах неплотной сварки) не являются основанием для претензий на качество оцинкованной поверхности.

Вышеуказанные проблемы являются наиболее характерными для сталей марки 09Г2С, что обусловлено особенностями их химсостава.

Наиболее часто проявляются  дефекты цинкового покрытия для сталей 09Г2С, которые не являются основанием для предъявления претензий:

1. Повышенная толщина образующегося цинкового покрытия.

2. Разная толщина цинкового покрытия.

3. Повышенное образование гард-цинка.

4. Пониженная адгезия цинкового покрытия к металлу.

5. Пониженная плотность цинкового слоя.

6. Внешний вид покрытия (отсутствие блеска, неровности, потеки, серый цвет).

Зачем нужно цинкование

Покрытие цинком или цинкование — популярный способ защиты стали от коррозии. Наряду с иными анодными покрытиями (никелем, хромом) метод наиболее часто применяется для нанесения на:

• конструкции из железа, иных металлов,
• опоры ЛЭП,
• оборудование на судах, в портах,
• дорожные ограждения.

Оцинковка используется в автомобильной промышленности: при помощи тонкого слоя цинка производят защиту деталей мото-, автотехники, кузова легкового автомобиля. Применяется цинкование и в нефтедобывающей, газодобывающей промышленности — для обработки труб, в том числе самых крупных трубопроводов. Технология используется в производстве метизов, проволоки, сетки, батареек, закладных, арматуры, металлопроката, прочих стальных изделий.

Коррозия меняет структуру металла, приводит его в непригодность. Созданная цинковая серебристо-белая пленка работает не только на поверхности, а и насыщает верхние слои металла, что усиливает антикоррозионную защиту.

Особенности и преимущества

Смысл проведения цинкования заключается в создании так называемой гальванической пары со сталью или иным основным металлом. У цинка высокая степень отрицательного заряда (у стали намного ниже). При воздействии агрессивной среды на поверхностный слой цинка химические реакции практически исключены — изделие оказывается надежно защищенным от повреждения.

Эффективная защита металлоконструкций и деталей сохраняется, пока толщина слоя цинка достаточная. После истончения оцинковки результативность покрытия снижается, так как на месте покрытия формируется слой гидроксида цинка, а его протективные свойства низкие.

Основное свойство цинкового слоя — барьерная защита металлических изделий. Но оцинковывать детали рекомендуется и ради электрохимической протекции, для улучшения внешнего вида конструкций. Метод цинкования имеет преимущества и недостатки.

Достоинства технологии:

• возможность провести процесс в домашних условиях,
• низкая стоимость цинка,
• возрастание прочности изделия,
• стойкость к перепадам температур, действию химии, физическим факторам,
• повышение срока службы конструкции,
• неподверженность окислению.

К минусам относится необходимость наличия специального оборудования, приспособления для проведения цинкования. При цинковании поверхности своими руками нельзя в будущем подвергать ее механической обработке — слой цинка будет стираться.

Процесс цинкования металла

Цинкование металла представляет собой процедуру нанесения на поверхность металлического изделия тонкого слоя цинка. Данный металл отлично подходит для создания растворов, которые предназначены для защиты от коррозии. Он относится к разряду устойчивых к влиянию агрессивной среды. Данный метод защиты металлических поверхностей от налета ржавчины придает обработанной поверхности:

• прочность и твердость,
•  устойчивость к перепадам температур,
• устойчивость к влиянию агрессивной среды,
• более продолжительный срок эксплуатации,
• способность не подвергаться процессу окисления.

Цена цинкования металла

Сегодня цинкование является достаточно востребованной процедурой. Ее действие основано на то, что на поверхности металла под воздействием цинкового сплава появляется тонкая пленка, которая полностью покрывает поверхность. Она предотвращает образование на металле кррозии, которая разрушает структуру металла и приводит в негодность металлические изделия.

По действием кислорода и жидких субстанций на поверхности металла появляется коррозийная пленка. Металла становится более пористым и кислород проникает в его глубокие слои, что приводит к разрастанию коррозии. На поверхности железа появляется налет ржавчины, который делает структуру металла более восприимчивой к пропусканию воздуха. Процесс окисления происходит на протяжении длительного времени. Пленка из цинкового сплава не дает возможности кислороду пробраться в глубокие слои металлов. Благодаря этому процесс их окисления становится невозможным.

https://youtube.com/watch?v=LJtbZPXMc5U

Гальваническая ванна цинкования

В современном мире для гальванической обработки металлов в растворе цинкового сплава необходимо специализированное оборудование. На производственных предприятиях используются производственные линии, которые состоят из элементов, позволяющих в промышленных масштабах осуществлять гальваническую обработку металлических изделий.

Оборудование для гальванического цинкования представлено специализированными ваннами. Они производятся из материалов, которые не разрушаются под воздействием агрессивной среды.

Гальванические ванны цинкования могут быть нескольких видов:

• мелкогабаритная ванна. Она предназначена для обработки небольших металлических изделий.
• Среднегабаритная ванна. В ней может с легкостью поместиться один предмет из металла, который состоит из металлических деталей. Для полной обработки изделия их нет необходимости отсоединять.
• Крупногабаритная ванна. Она используется для обработки цинковым сплавом крупных предметов. В ней даже размещаются трубы небольшой длины.

Основным недостатком гальванического оборудования является то, что оно не подходит для обработки изделий нестандартных изделий.

Также к оборудованию для проведения данного процесса обработки металлических изделий является приспособление для подведения электрического тока. Без него оседание частиц цинка на поверхность металлов практически невозможно. Оно должно иметь электроды для подключения к металлу и сплаву цинка.

Гальваническое цинкование металла — технология

Данный метод применяется в том случае, когда необходима обработка гладкой поверхности. Технология цинкования металла гальваническим способом основана на закреплении вещества на поверхности изделия за счет электрохимического воздействия. Такой способ подходит абсолютно для всех типов металла. Изделие получает равномерное блестящее покрытие. Это происходит благодаря слиянию покрытия металла и цинка.

На данное взаимодействие влияет наличие на поверхности различного мусора или других пленок. Поэтому перед началом процедуры следует заняться очисткой. При массовом производстве за этим тяжело следить, поэтому цинкование может быть некачественным.

Гальванический способ основан на погружении металлического изделия в ванну, где находится раствор электролита. К детали подсоединяется источник тока. В этом случае возникает процесс электролиза. Ему подвергается цинк, который и покрывает металлическую деталь.

Основные способы цинкования

Если вам необходимо защитить металлические изделия, стоит применить один из вариантов цинкования. Если в точности следовать технологии, у вас получится стойкая к коррозии поверхность. Выделяют следующие виды цинкования:

• горячее цинкование;
• холодное цинкование;
• газо-термическое напыление;
• термодиффузионный метод;
• гальванический метод.

Подбирая метод цинкования металла, важно руководствоваться желаемым эффектом. Не менее важно учитывать, в каких условиях планируется применять полученное изделие. Для одной детали можно использовать различные варианты обработки

Для одной детали можно использовать различные варианты обработки.

Горячее

Подобный вариант покрытия металла цинком предполагает погружение детали в емкость, в которой находится расплавленный цинк

При этом важно поддерживать температурный режим на уровне 460-480 градусов. По долговечности и качеству это один из самых оптимальных вариантов. Данный метод находится на втором месте по получаемому объему производства

Данный метод находится на втором месте по получаемому объему производства.

Холодное

Холодное цинкование представляет собой окраску металлических изделий при помощи грунтов, насыщенных цинком в порошкообразной форме. Когда покрытие будет готово, содержание в нем цинка дойдет до 89-93%. Данный вариант оцинкования связан с использованием высокотехнологичного процесса. Он широко используется благодаря своей простоте. Холодное цинкование создает поверхность, которая будет служить в несколько раз дольше по сравнению с предыдущим методом.

На видео: как получить цинковый порошок.

Газо-термическое

В данном случае расплавляют цинк, имеющий порошкообразную или проволочную форму. Затем его наплавляют на металлический элемент в газовом потоке. Данный способ часто применяется, чтобы защитить большую конструкцию, не помещающуюся в специальной ванне с раствором цинка. Полученное покрытие не теряет своих свойств в течение 30 лет и имеет высокий класс.

Термодиффузионное

Такая технология цинкования металла позволяет получить прочное покрытие благодаря тому, что в железную подложку проникают атомы цинка. В результате получается сплав со сложной структурой. Эффект получается благодаря высокой температуре, которая превышает 2600 градусов. Это экологически безопасный метод, имеющий высокий класс устойчивости.

Гальваническое

Гальваническое цинкование создает не только прочное, но и гладкое гальваническое покрытие. Гладкие и блестящие металлические изделия не требуют в большинстве случаев дополнительной обработки. Кроме того, при данном методе есть возможность после обработки подвергать металл сварке.

Все представленные методы широко используются в заводских условиях. Для цинкования металла своими руками применяется холодный или гальванический способ. При соблюдении технологии получается качественное покрытие с высокими защитными свойствами.

Особенности гальванического метода

При самостоятельной работе часто используется электрохимический метод или холодное цинкование. Это связанно с тем, что данные способы просты в использовании. Электрохимическое цинкование требует тщательной подготовки поверхности. Она заключается в предварительной очистке поверхности и ее обезжиривании. Предмет протравливают кислотой и промывают водой.

Электролитом может выступать раствор любой соли, в которой есть цинк. Подобное электролитическое цинкование создает надежную и долговечную защиту. Полученный раствор перед применением необходимо процедить.

Осуществляя цинкование в домашних условиях, необходимо учитывать, что качество и толщина покрываемого изделия окажут влияние на такие факторы:

• геометрические параметры изделия;
• сложность представленной формы;
• плотность и температуру используемого раствора с электролитом;
• плотность тока, которая приходится на единицу покрытия обрабатываемой детали.

Цинкование металла своими руками

Методы цинкования в своем большинстве — это производственные способы, требующие промышленного оборудования и специальной обработки металла.

Некоторые из них доступны умельцам в мастерских. Чаще всего говорят о «гаражном цинковании, поскольку именно они нуждаются в восстановлении деталей и узлов автомобилей.

Наиболее доступный метод – холодная оцинковка.

Существует возможность гальванической обработки деталей. Она позволяет формировать на поверхности изделий узоры и декоративные элементы.

Гальваническое цинкование своими руками

Для работы с таким методом необходим электролит. Это может быть хлорид цинка (ZnCl), соляная кислота (HCl), Сульфат цинка (ZnSo4)

Составы требуют максимума осторожности, химические компоненты имеют тенденцию взрываться или вступать в непредвиденные реакции

Цинковый состав предполагает добычу цинка из солевых батареек, металлических оцинкованных предметов, предохранителях советского производства, или покупку на авто- или радиорынке.

Как работать:

Ванной может стать пластиковая или стеклянная ёмкость.
Анод – пластина из цинка с подведенным плюсовым зарядом.
Обрабатываемая деталь играет роль катода. Она должна быть подготовлена – очищена, обезжирена, активирована. Её располагают равноудаленно от анода.
Источник питания- аккумулятор, блок питания

Предосторожность заключается в том, чтобы не допускать активного кипения. При спокойном процесс длительная гальванизация обеспечит толстый защитный слой цинка.

Холодное цинкование своими руками

Для работы методом холодной оцинковки пригодятся:

• Шлифовальная машинка или металлическая щетка.
• Растворитель.
• Строительный миксер или дрель с насадкой
• Инструмент для покрытия: краскопульт, кисть или что-то подобное.
• Состав для цинкования.
• Защитный костюм.

Последовательность работы:

1. Очистка поверхности или удаление прежнего покрытия механически или химическим способом, удаление пыли сжатым воздухом. Обезжиривание.
2. Рабочий состав готовят к работе: перемешивают, при необходимости разбавляют.
3. Нанесение состава на открытом воздухе в несколько слоев, давая высохнуть в течение 1-2 часов.
4. Когда покрытие высохнет окончательно можно наносить финишную краску, лак или эмаль.

Ряд препаратов для холодного цинкования продается в соответствующих магазинах.

Часть из них устойчива к нефтепродуктам, растворителям, агрессивным средам.

Некоторые варианты специально «заточены» на защиту автодеталей от коррозии, другие направлены на повышение защиты легированной стали.

При выборе обращают внимание на диапазон температур и прочностные свойства

• ЗАЩИТНЫЕ ЦИНКОВЫЕ ПОКРЫТИЯ: СОПОСТАВИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СВОЙСТВ, РАЦИОНАЛЬНЫЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ. Е. Проскуркин ГП «НИТИ», Украина журнал «Национальная металлургия» сентябрь, октябрь 2005 г.
• Ф.Ф. Ажогин и гр. авторов. Гальванотехника; Спр. издание / Под редакцией А.М. Гринберга. — Москва: Металлургия, 1987.
• Хасуй А. Техника напыления. Перевод с японского Масленникова С. Л.. М. Изд-во Машиностроение. 1975 г.
• Статья на Википедии про цинкование

Как отличить оцинкованный металл от обычного

Оцинкованная и обычная нержавеющая сталь имеют разную себестоимость, поэтому стоит знать, как их различить в условиях не всегда честного современного рынка.

1. На глаз. Оцинкованная сталь, как правило, имеет характерные радужные разводы. Также обычный металл имеет более матовую поверхность. Если на металле нет кристаллических декоративных узоров, то цинковое покрытие имеет зеркальный блеск.
2. Магнит. Оцинкованные поверхности обладают более сильными электромагнитными свойствами, что можно проверить с помощью обычного магнита.
3. Спектральный анализ. Требуется специальное оборудование, определяющее химический состав стали, но данный способ считается наиболее точным и надежным.
4. Химический метод. Соляная кислота вступает с цинком в химическую реакцию, при которой начинается выделяться водород. Достаточно небольшого количества соляной кислоты.

Технология цинкования газотермическим методом

Мы используем для нанесения цинковых покрытий специальное оборудование – газопламенный металлизатор, куда подается смесь горючего газа и кислорода.

Проволочное газопламенное напыление цинка по ГОСТ 9.304 происходит следующим образом: цинковая проволока подается через центральное отверстие горелки металлизатора, где под воздействием пламени расплавляется и распыляется на подготовленную поверхность.

Температура факела горелки металлизатора зависит, прежде всего, от состава горючей смеси – самую высокую температуру дает смесь кислород-ацетилен в соотношении 1:1. Проволочные металлизаторы дают более низкую температуру факела газовой струи, чем порошковые, за счет подачи в горелку струи холодного воздуха.

Помимо газопламенного метода, нагревание частиц цинка может осуществляться и при помощи электрической дуги. Данный метод напыления называется электродуговой металлизацией.

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

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.