Особенности технологии термодиффузионного цинкования
Для металла важно быть защищенным от коррозии, которая приносит колоссальные убытки во всем мире. Ведь согласно исследованиям не менее десяти процентов металла приходит в негодность именно из-за нее. Разработано много способов, как препятствовать такому деструктивному процессу. Большинство из них сводится к тому, чтобы блокировать доступ окисляющей среды к поверхности металла. Термодиффузионное цинкование как раз один из таких методов.
Термодиффузионный процесс нанесения цинковой оболочки примечателен еще тем, что позволяет замедлить и так называемую электрохимическую коррозию. Это связано со структурой металла цинка, который имеет более отрицательный потенциал, чем сталь. Поэтому в первую очередь разрушается он, локализуя и останавливая все очаги возникновения коррозии в любой точке покрытия.
Оглавление
Суть и назначение термодиффузионного цинкования
Человеком, благодаря которому технология термодиффузионного цинкования познала мир, был инженер-изобретатель из Англии по имени Шерард Коупер-Колс. Он предлагал насыщать поверхность изделий из стали цинком путем диффузии в искусственно созданной среде, где присутствуют высокие температуры. По прошествии более 100 лет эта технология получила развитие.
С химической точки зрения, прохождение процесса, при котором на стальной поверхности образуется слой цинкового покрытия, сопровождается переносом молекул цинка, вступлением их в связь с молекулами стали и образованием общей кристаллической решетки. Все это происходит при температуре около 450 °C (точнее, 400–450 градусов).
При проведении термодиффузионного цинкования не следует повышать температуру внутри бокса до 470 °C: это приводит к образованию более хрупкого отслаивающегося покрытия с плохими антикоррозионными свойствами.
Как упоминалось выше, термодиффузионное цинкование нацелено на достижение следующих результатов:
- Защита механического характера. Образованное цинковое покрытие не допускает внешнюю среду к физическому контакту с защищаемым металлом.
- Защита электрохимического характера. Цинк со сталью образуют пару гальваническую, где первый металл будет анодом, второй – катодом, то есть анод разрушается, за счет чего катод восстанавливается.
Как происходит процесс обработки
Современный процесс получения цинкового покрытия термодиффузионным методом претерпел некоторые изменения, доработки и включает следующие этапы:
- Обработка изделий на предварительном этапе путем химического, механического или ультразвукового воздействия.
- Помещение деталей, прошедших предварительную обработку, в специальный рабочий бокс, куда также добавляется цинксодержащий порошок.
- Герметизация бокса и создание внутри него необходимой повышенной рабочей температуры.
- Выдержка изделий в течение определенного времени, извлечение их из камеры и проведение дополнительных мероприятий по обработке.
Процесс будет проходить более интенсивно, если такую камеру подвергать вращению.
Первый этап необходим для того, чтобы избавиться от раковин, отслоений, трещин, ржавчины и жировой пленки, которые могут образовываться на поверхности изделия и препятствовать осаждению цинка. Эффективно с этим справляться можно, подвергая детали обработке абразивными материалами в установках типа пескоструйных, далее следует обезжиривание химическими жидкостями и очистка ультразвуком, хотя диффузионный процесс менее требователен к чистоте поверхности, чем, к примеру, гальванический.
Бокс, или камера для проведения термодиффузионного цинкования, представляет собой конструкцию из нержавейки, у которой есть плотно закрывающаяся крышка. Помещая туда заготовку и цинковый порошок, температуру внутри поддерживают на уровне около 450 °C в течение 1–4 часов, все зависит от того, какова необходимая площадь покрытия и какой толщины слой цинка должен образоваться. За это время произойдет испарение молекул цинка и проникновение их в кристаллическую решетку металла.
Когда термодиффузионное цинкование окончено, заготовки вынимают из камеры и подвергают ряду очисток. Первое, что удаляют, это оставшиеся частицы порошка, далее моют изделия и на последнем этапе проводят пассивацию – улучшение внешнего вида изделий, придание им декоративного товарного вида.
Достоинства и недостатки технологии
Термодиффузионное цинкование не зря считается одним из лучших способов получения оцинкованного покрытия, у него много положительных сторон:
- Слой получается однородным, в нем отсутствуют поры, можно получить толщину с очень высокой точностью до 5 микрон при возможных диапазонах толщины 15–150 микрон.
- Из всех имеющихся способов цинкования слой, полученный термодиффузионным методом, самый стойкий к коррозии, что дает возможность экономить на толщине покрытия, не жертвуя при этом качеством.
- Цинковое покрытие устойчиво к изнашиванию за счет высокой прочности слоя и хорошей адгезии к поверхности основного металла. В числовом выражении его микротвердость доходит до 5000 МПа, слой цинка такой же толщины при гальваническом покрытии не превышает по твердости 400 МПа.
- При помощи термодиффузионного цинкования можно получить слой цинка на поверхности любой конфигурации, при этом не нарушая контуров изделия. Это особенно актуально при обработке резьбовых соединений.
- Технологический процесс получения оцинкованного слоя этим методом является чистым с точки зрения экологии.
- При термодиффузионном цинковании не наблюдается процесса водородного охрупчивания.
Термодиффузионное цинкование обладает и некоторыми недостатками:
- Это в первую очередь невысокие декоративные качества покрытия, которое имеет серый матовый оттенок.
- Также сложно создать большую камеру для проведения операций, в результате чего размеры деталей все же ограничены. Самая большая камера на сегодня имеет размер 1.5 метра длиной и 0.5 метра в диаметре.
- Цинкование термодиффузионным методом не отличается быстротой.
Чтобы избежать процесса спекания порошка с цинком при высоких температурах, что иногда наблюдается, в последний вводят инертные частицы, то есть наполнитель, который не дает соприкасаться частичкам цинка в порошке.
Область применения
Основные области, где эффективно применяют изделия, обработанные термодиффузионным цинкованием:
- покрытие арматуры для газовой отрасли и нефтяной промышленности;
- дорожная сфера – металлические конструкции для ограждения мостовых и дорожных покрытий;
- строительная сфера и трубные сети – цинкование крепежной арматуры и элементов конструкций;
- мебельная отрасль – обработка фурнитуры;
- железнодорожные коммуникации – соединительные элементы и крепежные детали полотна железной дороги;
- запчасти автомобилей и общественного транспорта;
- энергетическая отрасль – обработка конструктивных составляющих электропередающих линий.
Оборудование для термодиффузионного цинкования
Стандартная линия организации покрытия металла слоем цинка должна иметь следующий перечень оборудования для термодиффузионного цинкования:
- оборудование печное в виде камеры или бокса с плотно закрывающейся крышкой, ретортами сменного типа или стационарными с объемом пространства для загрузки до 600 килограммов;
- оборудование отсыпное для реторт;
- установка для фосфатной пассивации;
- шкафы сушильные или печи сушильные проходные;
- электронные контроллеры толщины слоя цинка, раствора пассивационного;
- оснастка вспомогательного назначения.
Уважаемые посетители сайта, кто имеет представление о технологическом процессе термодиффузионного цинкования, поделитесь своим опытом в комментариях, поддержите тему.