• Главная
• Статьи
• Технологии
• Покрытие гаек слоем цинка для защиты от коррозии

Покрытие гаек слоем цинка для защиты от коррозии

В последнее время наблюдается тенденция возрастания требований к показателям устойчивости к воздействию коррозии возводимых строительных объектов и производственного оборудования. Данный фактор обусловил появление усовершенствованных технологий и способов, обеспечивающих защиту стальных поверхностей от сложных условий эксплуатации, а также от воздействия агрессивной окружающей среды. Практически во всех строительных конструкциях, промышленных агрегатах и технологических линиях имеются соединения, сформированные посредством крепежных деталей, и гаек в том числе. Все эти элементы также должны удовлетворять требованиям к коррозионной стойкости, и, кроме того, долговечности. Один из возможных вариантов, обеспечивающих их выполнение – это применение крепежа, произведенного из сплавов с легирующими добавками, нержавеющих сталей, а также из цветных металлов. Однако использование подобных материалов не всегда технически реализуемо и экономически оправдано. Поэтому особое внимание уделяется возможности нанесения на крепежные изделия покрытий, имеющих металлическую либо неметаллическую основу.

Типы антикоррозионных покрытий

По критерию «тип соединения защитного слоя с металлом основы» различают два вида покрытия.

• Адгезионное. Принцип формирования покрытия данного типа – механическое сцепление шероховатой поверхности основы с частицами наносимого слоя. По-научному это называется «адгезия». Во многом именно данное явление определяет устойчивость таких покрытий к негативному воздействию коррозии.

• Диффузионное. Формирование такого покрытия является результатом процесса химического взаимодействия совместно с диффузией материалов защитного слоя и основы на участке их раздела. Таким образом, оно отличается сложной структурой. Диффузионная зона представляет собой комбинацию молекул обоих материалов – и основы, и покрытия.

Применяется еще такой критерий: «тип создаваемой антикоррозионной защиты». Согласно ему, покрытия подразделяются на реализующие:

• барьерную защиту. Покрытие данного типа препятствует доступу атмосферного воздуха к материалу, из которого изготовлена основа. Выступая в роли своего рода барьера, оно весьма чувствительно к механическим нагрузкам, из-за чего может часто повреждаться;

• электрохимическую защиту. В данном случае речь идет о сопряжении разнородных материалов, имеющих различные электродные потенциалы в конкретной рабочей среде. Надежная защита от коррозии обеспечивается использованием покрытия, выполняющего при контакте с металлическим основанием крепежа функцию анода. В качестве такового для стальных деталей выступает слой, содержащий цинк (элемент Zn), кадмий (элемент Cd) либо алюминий (элемент Аl). При проникновении в его поры либо поврежденные участки влаги, что вызовет протекание коррозионного процесса, растворяться начнет металл покрытия, а не крепежного элемента, в нашем случае – гайки.

По результатам многолетней практики борьбы с коррозией наибольшую популярность обрело покрытие изделий цинковым слоем. Обусловлено это оптимальным соотношением «уровень затрат на проведение техпроцесса/защитные качества». Стационарный электродный потенциал элемента Zn на 2-3 десятых милливольта более отрицателен по сравнению с этим параметром элемента Fе (железо) – основного компонента стали.

При контакте цинка с электролитической агрессивной средой протекают электрохимические реакции. Они сопровождаются медленным растворением этого металла с одновременным непрерывным восстановлением пассивных пленок. В результате основной материал гайки оказывается защищенным от воздействия коррозионных процессов. С учетом вышесказанного делаем вывод: слой цинка выполняет функцию защиты не только барьерного типа, но и электрохимического. Рассмотрим наиболее часто применяемые методы нанесения покрытия, содержащего этот металл.

Гальваническое покрытие

Сегодня гальваническое оцинкование получило наибольшее распространение из всех технологий формирования защитного слоя, содержащего элемент Zn.

Суть процесса

Нанесение гальванического покрытия представляет собой процесс осаждения цинка при электролизе водного раствора соли этого металла. При этом гайка выступает в качестве катода, а цинковая пластина играет роль анода.

В ванне их размещают так, чтобы была обеспечена равномерность потока частиц, известных под названием анионы, к обрабатываемой поверхности. Электролит обычно состоит из следующих реагентов:

• тетрафторбората гидрата цинка – формула В₂F₈Н₂ОZn;

• хлористого цинка – формула ZnСl₂;

• сернокислого цинка – формула ZnSО₄.

Улучшение характеристик гальванического оцинкования осуществляется введением в раствор солей элементов алюминий (Аl), калий (К) и натрий (Nа). Показатели максимальной толщины слоя металла Zn и интенсивности осаждения регулируются силой тока. Значение последнего параметра определяется составом гальванического раствора и его температурными характеристиками.

Анодные пластины подлежат регулярному контролю на степень истощения. Ведь при протекании процесса гальванизации происходит явление электрохимического растворения цинка и его перемещение на обрабатываемые метизы. Также очень важно периодически очищать пластины от оксидов солей.

Плюсы и минусы

К преимуществам гальванического оцинкования эксперты относят:

• специальная подготовка резьбовой накатки гаек не требуется;

• приемлемая точность регулировки толщины защитного слоя;

• привлекательный внешний вид конечной продукции;

• обеспечение электрохимической либо барьерной защиты;

• высокая химическая чистота покрытия.

Из недостатков стоит выделить:

• относительно невысокий уровень сцепления – адгезии – сформированного покрытия с основным металлом. Таким образом, его износостойкость оставляет желать лучшего;

• возможно наводораживание обрабатываемого металла. Из-за этого он становится хрупким;

• при проведении гальванического оцинкования образуются ядовитые пары и вредные для экологии окружающей среды отходы, утилизация которых – очень непростой процесс.

Горячее оцинкование

В данном методе защитный слой формируется путем погружения стальных заготовок в ванну с расплавом цинка, разогретым до температуры около 450ºС. На участке раздела твердой и жидкой фаз протекают такие процессы, как смачивание и взаимная диффузия, а после извлечения из расплава метиза – финишная кристаллизация. Созданное покрытие характеризуется сложным строением. В частности, слой, который непосредственно примыкает к стали, включает интерметаллические соединения основного сплава и металла защитного слоя, а приповерхностный слой – это затвердевший цинк.

Горячее оцинкование предусматривает прохождение следующей последовательности этапов:

1. Обезжиривание гаек в гидроксидах щелочных элементов, например, NаОН.

2. Управляемое удаление с поверхности заготовок слоя, препятствующего взаимодействию металлов покрытия и основы – травление. Проводится в травящих кислотосодержащих растворах.

3. Покрытие поверхности тонким слоем флюса – хлорида цинка (ZnСl₂) и аммония (NН₄Сl).

4. Сушка изделий.

5. Заготовки помещают в перфорированный барабан и погружают в керамическую ванну с цинком, находящемся в жидком агрегатном состоянии.

6. Барабану придается вращательное движение. Так обеспечивается заполнение потоком цинка всех имеющихся на поверхности микротрещин и сферических полостей – пор.

7. Извлечение барабана из ванны с его последующим центрифугированием. Последняя операция выполняется с целью удаления излишков элемента Zn. Однако внутренняя резьба гаек от них полностью не освобождается (см. рис.). Поэтому она подвергается повторной проточке. В результате резьба остается без защитного покрытия. Однако данный фактор не оказывает влияние на устойчивость к воздействию коррозии всего соединения, если ответный стержневой элемент (шпилька, винт либо болт) прошел процедуру оцинкования. Участок гайки с поврежденным покрытием резьбы обеспечивается электрохимической защитой. Объясняется это высокой анодностью элемента Zn относительно элемента Fе (железа) при температуре, не превышающей отметку +70 ºС. Проявляется данное качество перенесением цинка с поверхности стержневого крепежа на участки резьбы гайки, оставшиеся без покрытия после повторной проточки насечки.

Плюсы и минусы

К основным преимуществам можно отнести:

• двойная защита, как барьерная, так и электрохимическая;

• высокий уровень коррозионной стойкости. По сравнению с гальванической технологией этот показатель горячей оцинковки больше в пять-семь раз.

Значимых недостатков больше:

• сложность процесса утилизации отходов;

• высокий уровень токсичности производства;

• воздействие повышенных температур может ухудшить механические качества гаек;

• резьбовой участок требует специальной подготовки;

• неудовлетворительный внешний вид;

• пористость структуры.

Термодиффузионное оцинкование

Покрытие, сформированное этим методом, обеспечивает защиту стали электрохимически. Относительно черных металлов оно является анодным. Термодиффузионный защитный слой характеризуется высокой адгезией с металлической основой метизов. Объясняется это взаимной диффузией элементов Zn и Fе в приповерхностных интерметаллидных фазах. Благодаря этому покрытие не скалывается и не отслаивается под воздействием ударов, механических нагрузок, а также при деформации обработанного крепежа.

Отечественные заводы, выпускающие гайки, оцинкованные термодиффузионным способом, руководствуются положениями ГОСТа P 9.316-2006.

Последовательность этапов

Технологический цикл термодиффузионного оцинкования разбит на следующие этапы:

• осуществление предварительной очистки деталей;

• размещение гаек в специальный технологический контейнер;

• наполнение технологического контейнера определенным количеством циннкнасыщенной смеси. В ее состав входит порошок элемента Zn и инертный разбавитель;

• технологический контейнер перемещается в печь. Там он непрерывно вращается с прописанной в технологической карте скоростью;

• на поверхности гаек образуется интерметаллический слой;

• детали перемещаются на участок, где подвергаются 2-стадийной пассивации.

Рабочая температура (обозначение Т) изменяется в пределах 290℃≤Т≤470℃. Ее конкретное значение определяется химическим составом и степенью сложности конструкции обрабатываемых метизов.

Термодиффузионное оцинкование актуально для гаек, в качестве сырья для производства которых использовались малолегированные и углеродистые сплавы, а также для подобных метизов, характеризующихся повышенной прочностью.

Цинкламельное покрытие

Данное покрытие является неэлектролитическим. Для его реализации используется мелкодисперсный цинк и электропроводящий связующий состав. Название такого защитного слоя связано с его наполнителем. Мелкодисперсный элемент Zn представляет собой ламели – чешуйки, длина которых составляет двадцать-тридцать микрон, а толщина – несколько десятых (n×0,1) микрометра.

Этапы

Реализуется данное покрытие следующим образом:

подготовительный этап: промывка изделий, после которой осуществляется их дробеструйная обработка. Цель этих действий – активация поверхности метизов;

формирование защитного слоя. Данный этап предусматривает:

• погружение изделий с установленной цикличностью в подготовленный раствор;

• центрифугирование. Выполняется с целью удаления лишнего раствора, оставшегося на поверхности гаек;

термообработка:

• предварительный разогрев до температуры, изменяющейся в диапазоне 60℃≤Т≤80℃;

• выдержка гаек с нанесенным покрытием в проходной промышленной печи с поддержанием температуры в пределах180℃≤Т≤250℃;

принудительное охлаждение с последующей выгрузкой.

Чтобы получить покрытие необходимой толщины, описанный технологический цикл может выполняться неоднократно.

Плюсы и минусы

Цинкламельное покрытие характеризуется такими преимуществами:

• высокоустойчиво к воздействию растворителей, имеющих органическую природу, и химических веществ;

• не используются вредные для здоровья человека тяжелые металлы, 6-валентный хром в том числе;

• коэффициент трения резьбы гаек соответствует гостовским требованиям для болтовых соединений;

• конечная продукция обладает привлекательным внешним видом. Крепеж можно интегрировать по цвету в декорируемую поверхность;

• небольшая толщина (обозначение W). Обычно находится в пределах 4,0 мкм ≤W≤12,0 мкм;

• обеспечиваются защита обоих видов – как барьерная, так и электрохимическая.

Что же касается недостатков, то, по крайней мере значимые, по мнению даже экспертов, отсутствуют.

Заключение

Существует еще один метод формирования защитного покрытия, получивший название газо-термическое цинкование. Он предусматривает подачу цинкового порошка либо проволоки, изготовленной из этого металла, к соплу горелки. Под воздействием раскаленного газа элемент Zn плавится и его капли падают на стальную поверхность. От удара они деформируются и в итоге образуется чешуйчатое покрытие с порами. Последний фактор является основным отличием газо-термического оцинкования от горячего. Очевидно, что такой защитный слой требует финишной обработки, в частности, окрашивания. Так будут заполнены микропоры в этом покрытии.

 

Твитнуть

comments powered by Disqus