Гальванизация: полное руководство по процессу, применению и недостаткам

Гальванизация представляет собой покрытие стали или железа слоем цинка для предотвращения образования ржавчины. Этот процесс появился ещё в начале XIX века, когда Станислас Сорель запатентовал его в 1837 году. Сегодня он широко используется во многих отраслях промышленности благодаря долговечности и надёжной защите от коррозии.

Что такое гальванизация — обзор

Цинкование защищает сталь и железо различными способами:

• Барьерная защита: Во-первых, цинк действует как барьер или физический экран, защищающий материал от влаги и воздуха.
• Жертвенная защита: Он также действует как жертвенный анод, то есть подвергается коррозии в первую очередь, защищая сталь.
• Образование карбоната цинка: Наконец, цинк реагирует с кислородом, влагой и, в конечном итоге, с течением времени с образованием твердого покрытия, называемого карбонатом цинка (или, точнее, основным карбонатом цинка).

Цинкование — это не просто покрытие материала краской, как некоторые могут подумать. Хотя цинк обеспечивает более широкий спектр защиты, он не полностью невосприимчив к коррозии: он медленно и эффективно корродирует, защищая стальную основу. Некоторые факторы окружающей среды всё же могут ухудшить её эксплуатационные характеристики.

Методы гальванизации

Горячее цинкование (HDG)

Этот метод предполагает погружение железа или стали в расплавленный цинк, который связывается с поверхностью и образует защитный слой. Процесс включает следующие этапы:

• Очистка: Это необходимо для удаления всех видов масла и грязи с помощью едкого раствора.
• Маринование: Следующий шаг предполагает помещение металла в кислоту для удаления ржавчины.
• Флюсование: После завершения травления металл помещают в раствор флюса, чтобы предотвратить его окисление перед погружением.
• Окунание: Затем сталь погружают в ванну с расплавленным цинком до тех пор, пока ее температура не станет такой же, как температура ванны, что составляет около 450 °C.
• Охлаждение: Затем материал извлекают и дают ему остыть, обычно на воздухе, что приводит к затвердеванию покрытия. (Иногда применяется закалка в воде, но это не стандартный этап; обычно используется охлаждение.)

В результате этого процесса создается металлургический слой цинково-железного сплава, соединенный со сталью и покрытый внешним слоем чистого цинка, который по мере затвердевания может приобретать блестящий вид снежинки, называемый «блестками».

Электрогальванизация

При этом методе железо или сталь помещают в цинковый раствор и пропускают через него электрический ток. Это позволяет получить точное и равномерное покрытие, которое обычно тоньше, чем при горячем погружении.

Его широко используют в автомобильной промышленности, особенно для кузовных панелей (например, дверей), где для покраски требуется гладкое, тонкое покрытие.

Шерардизация (термодиффузия)

Здесь материал помещают в барабан с цинковой пылью. Затем барабан герметизируют и нагревают до очень высоких температур. По мере повышения температуры цинк испаряется и проникает в поверхность стали или железа, образуя прочный слой. Этот метод лучше всего подходит для небольших сложных деталей, таких как крепёжные элементы и трубы.

Металлическое напыление (металлизация)

Этот метод включает плавление цинковой проволоки и распыление расплавленного цинка на материал сжатым воздухом. Он применяется в основном для крупногабаритных конструкций и ремонта на месте.

Цинкование

Этот процесс состоит из двух этапов. Сначала материал подвергается горячему цинкованию, а затем отжигу, в результате которого цинк проникает в материал, образуя матовое железо-цинковое покрытие. Благодаря этому материал легко окрашивается и широко используется в автомобильной промышленности.

Применимые металлы и подложки

Железо и сталь

Оцинковка в основном используется для защиты железа и стали, поскольку они более подвержены ржавчине.

Специальные покрытия

Цинк также может использоваться для создания специальных покрытий, таких как сплавы цинка, алюминия и магния, для повышения долговечности. Оцинкованная сталь используется при необходимости покраски. Бетанизация — запатентованный метод электрогальванизации, применяемый для защиты стали цинком.

Основные области применения и отрасли

Строительство

Оцинкованная сталь используется в зданиях для поддержки крыш, лестниц и балок. Её также можно использовать в таких конструкциях, как перила, уличные знаки и фонарные столбы.

Инфраструктура

Линии электропередач, дорожные ограждения и барьеры на автомагистралях также используют оцинкованные материалы для обеспечения безопасности.

Автомобильный

Многие детали автомобиля, такие как топливные баки, выхлопные трубы и другие элементы днища, оцинковываются методом горячего цинкования для защиты от дорожной соли. Для кузовных панелей обычно используются более тонкие электрооцинкованные покрытия.

Другие секторы

Гальванизация используется и в других областях, например, в сельском хозяйстве, для строительства загонов и амбаров для животных. Она также применяется в бытовой технике, например, в стиральных машинах, воздуховодах и сушилках.

Преимущества оцинкования

Защита от коррозии и жертвенная безопасность

Цинк создаёт прочный внешний барьер, препятствующий доступу воздуха и воды к стали или железу. Даже если поверхность поцарапана, цинк корродирует первым. Это жертвенное действие помогает стали сохранять прочность даже при повреждении покрытия.

Долгая продолжительность жизни

Оцинкованные покрытия могут служить десятилетиями. В экологически чистых сельских районах они могут прослужить до 50–75 лет. Даже в промышленных условиях они служат 20–50 лет.

Низкие эксплуатационные расходы

Эти покрытия требуют простой периодической очистки и не требуют перекраски. Инструменты также не требуются, поскольку их состояние легко проверить визуально.

Экономичность

С точки зрения долгосрочного использования это более доступный вариант, чем нержавеющая сталь. Вам не придётся часто ремонтировать его, что, в свою очередь, экономит деньги на рабочей силе и материалах.

Экологичный

Гальванизация значительно продлевает срок службы стальных изделий и сокращает количество стальных отходов, образующихся в результате коррозии. Кроме того, этот процесс потребляет меньше энергии, поскольку цинк подлежит вторичной переработке.

Эстетическая отделка

Покрытия могут быть блестящими, матовыми или даже окрашенными, чтобы детали выглядели очень красиво и соответствовали любым декоративным потребностям.

Недостатки и ограничения

Первоначальные затраты и требования к оборудованию

Создание гальванического цеха обходится недёшево. Оборудование, такое как ванны для горячего цинкования и системы нагрева, требует более высоких первоначальных затрат.

Проблемы окружающей среды и здоровья

Некоторые процессы гальванизации выделяют токсичные газы, которые вредны не только для окружающей среды, но и для рабочих. В некоторых процессах также образуются шлам и отходы тяжёлых металлов, требующие надлежащей утилизации. Поскольку эти процессы требуют систем вентиляции и оборудования для очистки отходов, их сложно реализовать в небольших помещениях. FDA также ограничивает использование оцинкованной стали в некоторых изделиях, поскольку цинк может вступать в реакцию с кислыми продуктами, такими как помидоры и апельсины.

Образование белой ржавчины

Во влажных или плохо проветриваемых помещениях может образовываться белая ржавчина, которая повреждает покрытие материала. Для предотвращения этого следует использовать хроматирование или пассивацию.

Температурная чувствительность

При высокой температуре, около 200 °C, цинк размягчается, и его коррозионная стойкость значительно снижается. При сварке оцинкованной стали необходимо соблюдать осторожность, поскольку под действием тепла цинковое покрытие испаряется, образуя вредные пары оксида цинка, которые могут вызывать литейную лихорадку. Необходима достаточная вентиляция и защита органов дыхания.

Низкая производительность в суровых условиях

Оцинкованные металлы плохо переносят кислую или соленую среду, что ускоряет появление ржавчины. Электрохимическая коррозия также может возникать при контакте с разнородными металлами, такими как медь или латунь.

Проблемы процесса

Некоторые стали, особенно с высоким содержанием кремния и фосфора, могут привести к образованию неравномерного покрытия или образованию слишком толстого слоя при горячем цинковании.

Лучшие практики и обслуживание

Правильная подготовка поверхности и выбор стали

Всегда используйте подходящую сталь и проверяйте содержание кремния и фосфора, чтобы обеспечить наилучшие результаты при горячем цинковании. Перед нанесением покрытия поверхность материала также следует тщательно очистить. Это способствует лучшему сцеплению цинка.

Дуплексные системы

Процесс цинкования можно совмещать с покраской, что позволяет продлить срок службы материала в 1,5–2,3 раза.

Пассивационная обработка

Пассивированные детали лучше переносят кратковременное воздействие влаги, а обработка помогает предотвратить появление белой ржавчины. Процесс образует тонкий, невидимый слой, защищающий цинк, и может использоваться на складах или при транспортировке.

Вывод

Гальванизация — это долгосрочная инвестиция, которая обеспечит прочность на десятилетия при минимальном уходе. Защита всегда важна — от конструктивных элементов до повседневного оборудования. Если вам нужна производительность без стресса, доверьтесь нашим экспертам и получите консультацию по вашему следующему проекту.