Обернуть пагубные процессы во благо – эта человеческая способность не перестает удивлять. Так образование гальванических пар, главных виновников коррозийности, с пользой применяют для создания батарей и аккумуляторов. Вот только саму коррозию при этом еще никто не отменял. Самопроизвольное разрушение металлов приводит ежегодно к миллиардным убыткам. Не удивительно, что светлейшие умы человечества на протяжении многих десятилетий работали над этой проблемой. Что мы имеем на сегодняшний день?
Основным методом борьбы с коррозией является покрытие изделий всевозможными защитными напылениями. Из металлических покрытий пальму первенства уверенно удерживает цинк. Невысокая стоимость в комплексе с большим химическим потенциалом обезопасили цинковые покрытия от конкуренции намного лет вперед.
К истории вопроса
Идея покрывать металлические изделия расплавленным цинком пришла в голову французскому химику Мелуину в далеком 1742 г. После успешной презентации изобретения во Французской Королевской Академии, метод оцинкования взяли на вооружение.Уже к 1850 г. только в одной Великобритании для защиты от коррозии использовалось более 10 000 т цинка в год.
Термодиффузионное оцинкование известно с 1742 года, однако признание методу пришло на сто лет позже
Со временем метод оцинкования металлоконструкций получил множество вариаций, на сегодняшний день широко используется 4 из них: термодиффузионное, холодное, горячее и гальваническое оцинкование. Самым надежным из них, с полной уверенностью, можно назвать термодиффузионное оцинкование. Металлоконструкции, обработанные по данной технологии, наиболее стойки и долговечны даже в очень агрессивной среде. Применяется она с начала ХХ века с легкой подачи английского ученого Шерарда Каупер-Колса. Но первые испытания показали, что метод хорош, но малопроизводителен. Поэтому на протяжении многих десятилетий он находился в тени гальваники и горячего цинка. Исправить подобную несправедливость пытались немцы, а затем и русские, но начало Второй мировой войны положило конец их исследовательской деятельности. Новая эра термодиффузионного оцинкования наступила в начале 90 –х годов прошлого столетия и длиться по сей день.
Суть метода
Данный метод борьбы с коррозией основывается на способности диффузии цинка (переход атомов) в металлическую подложку под воздействием высоких температур. При этом поверхностные слои подложки превращаются в железно-цинковый сплав сложной фазовой структуры. В последствии, благодаря высокому электроотрицательному потенциалу, при негативном воздействии среды, сплав медленно растворяется и защищает, тем самым, всю конструкцию.
Термодиффузионное оцинкование применяется для:
- оцинкования автодеталей, мебельной фурнитуры;
- оцинкования метизов;
- оцинкования труб, деталей трубопроводной и нефтяной арматуры;
- оцинкования арматуры линий электропередач, элементов железнодорожных путей и контактной сети;
- оцинкования дорожных и мостовых ограждений.
Процесс оцинкования
Процесс нанесения термодиффузионного покрытия – это определенный технологический цикл, разбитый на 4 этапа:
1 этап
Подготовка поверхности цинкуемой детали – один из важнейших факторов, влияющих на качество термодиффузионного покрытия. Мероприятия по устранению дефектов поверхности в большинстве случаев реализовываются еще на стадии изготовления изделий. Что касается удаления масляных и жировых загрязнений, то оно осуществляется путем обработки металлической поверхности органическими растворителями и специальными моющими средствами. В борьбе с ржавчиной и окалиной оптимальна абразивоструйная обработка.
2 этап
Процесс оцинкования осуществляется в специализированной печи. Термодиффузионная печь представляет собой цилиндрический контейнер (длина от 900 до1500 мм, диаметр 300—500 мм), совершающей обороты вокруг своей оси (2—10 об./мин) и ТЭНов- нагревательных составляющих (15—30 кВт), расположенных вокруг контейнера. Продолжительность процедуры оцинкования составляет 90-180 мин. Первоначально детали вместе с насыщающей смесью разогреваются до заданной температуры, после чего собственно и происходит диффузия атомов цинка на поверхность деталей.
Стоит отметить, что толщина термодиффузионного покрытия может варьироваться в зависимости от продолжительности процесса, температуры, а так же процентного содержания цинка в насыщающей смеси. Как показывает практика, в большинстве случаев применяется два варианта толщин: так называемые «малые» (15—40 мкм) и «большие» (40—150 мкм). Первые применяются для оцинкования резьбовых соединений и крепежа, а вторые – для защиты деталей машиностроения и элементов железнодорожных путей.
3 этап
Третий этап представляет собой совокупность мер, способствующих дополнительному укреплению конструкций, приданию им декоративных качеств. Так добавление пластификаторов улучшает огне-, свето- и термостойкость конструкции. Окрашивание является не только декоративной мерой, но очередным средством защиты от коррозии. Пассивационный слой так же выполняет антикоррозийную функцию. А вот вибровыглаживание оцинкованных изделий носит исключительно «украшательную» функцию. Шлифовка деталей с абразивом в специальных вибраторах осуществляется ради придания изделиям благородного полуматового блеска.
4 этап
Оцинкованные предметы подлежат сушке. Ее правильный процесс – завершает антикоррозийные мероприятия.
Преимущества и недостатки термодиффузионного оцинкования
Преимущества метода:
- высокие показатели препятствия коррозии (до1500 часов в камере соляного тумана, что в 3—5 раз выше, чем у гальванических покрытий);
- покрытие воссоздает профиль поверхности конструкции в полном объеме;
- покрытие отличается более высокой твердостью, в отличие от прочих цинковых покрытий;
- температура процесса сравнительно невысока, что позволяет применять термодиффузионное оцинкование для обработки пружинных деталей и пористых изделий;
- минимальные затраты на подготовку поверхности к оцинкованию;
- возможность варьирования толщины покрытия от 15 до 150 мкм;
- процесс экологически безопасен и не требует обустройства специальных очистных сооружений.
Недостатки метода:
- сравнительно невысокий уровень производительности, ограниченный объемами реторт;
- при открытии печи происходит незначительный выброс вредной цинковой пыли;
- диффузионное цинковое покрытие лишено декоративных качеств.
Область применения
Согласно существующим Строительным нормам и правилам, термодиффузионные цинковые покрытия являются наиболее надежными в области предохранения металлических конструкций от коррозии. Объекты, прошедшие процесс термодиффузионного оцинкования, успешно используются при строительстве крупных, металлоёмких сооружений, а так же в автомобильной, автотракторной промышленности, машиностроении и станкостроении.
Диана Джаноян, специально для www.Equipnet.ru
Фотографии с сайта businessoffers.ru, vipdoski.ru, metaprom.ru.