Термодиффузионное цинковое покрытие является анодом для черных металлов и электрохимически защищает сталь. Оно обладает прочной адгезией к основному материалу благодаря взаимной диффузии железа и цинка в поверхностной интерметаллической фазе Zn-Fe, поэтому покрытие устойчиво к ударам, механическим нагрузкам и деформации заготовки.
Преимуществом технологии термодиффузионного нанесения покрытий по сравнению с гальванопокрытием является не только отличная коррозионная стойкость, но и отсутствие водородного охрупчивания металла.
Термодиффузионное цинковое покрытие точно повторяет контуры изделия и имеет одинаковую толщину по всей поверхности, включая изделия сложной формы и резьбовые соединения (в пределах допустимых отклонений в 30-80 микрон из-за отсутствия отработанной технологии нанесения на данный момент).
Суть технологии термодиффузионного цинкования заключается в том, что антикоррозийное покрытие образуется в результате насыщения поверхности металлических изделий цинком в порошковой среде при температуре 400-500°С, а выбор температуры зависит от типа стального материала, марки стали и требований производителя из частей. Теоретически эта технология позволяет получить покрытие любой толщины на небольшой площади (максимум до нескольких квадратных метров). Толщина изделий составляет от 5 до 150 микрон в зависимости от выбора температуры и изменения времени обработки. Для изделий со сложными поверхностями (например, теплообменников, изделий с резьбовыми деталями, изделий с внутренними открытыми полостями), изделий большой площади (например, труб длиной более 50 см) этот процесс после обработки проводят в закрытом контейнере с добавлением смесь мелкодисперсного цинкового порошка и влагопоглощающего агента, такого как измельченный древесный уголь (технология Neocinc), наносится на обрабатываемые детали. Пассивация (финишная обработка деталей) предназначена для предотвращения образования желтых или белых продуктов коррозии на поверхностях, подверженных воздействию атмосфер с высокой влажностью, соленой воды, морской среды или циклам конденсации и высыхания.
Защита металлов от коррозии обеспечивает долгосрочное функционирование различных деталей, конструкций и сооружений. Около 10% годового объема производства стали и металлопродукции ежегодно теряют свои технические характеристики из-за коррозии, что оценивается в десятки миллиардов долларов. 1. Одним из наиболее распространенных способов защиты металлов от коррозии является цинковое покрытие. Выбор цинка не случаен, он объясняется высоким отрицательным значением окислительно-восстановительного потенциала пары Zn2+/Zn. Этот металл является анодом, защищающим основной материал (железо), то есть цинк растворяется в гальванической паре Fe-Zn. Кадмий является электрохимической альтернативой цинку, но его использование запрещено во многих странах из-за его высокой токсичности. В Российской Федерации применение кадмиевого покрытия ограничено и, как правило, возможно только по специальному разрешению. Толщина защитного цинкового покрытия выбирается в зависимости от назначения изделия и условий его эксплуатации. Анализ условий эксплуатации различных металлических изделий показывает, что защитные (антикоррозионные) покрытия для этих условий должны не только обладать повышенной коррозионной стойкостью, но и быть устойчивыми к абразивному износу и обладать высокой степенью адгезии к поверхности защищаемого изделия.
Гальваническое (электролитическое) покрытие. Покрытие на поверхность изделия наносится в растворе электролита под действием электрического тока. Основным компонентом этих электролитов являются соли цинка. Гальванический метод защиты металлических изделий обладает низкой коррозионной стойкостью (около 140 часов в камере с нейтральным солевым туманом) и не позволяет наносить покрытия на изделия сложной конфигурации.При подготовке поверхности под оцинковку для высокопрочных изделий она имеет низкую степень адгезии к поверхности, что вызывает водородное охрупчивание и не позволяет демонтировать металлические изделия. Этот вид защиты выполняет скорее декоративную функцию.
Металлизационное покрытие. Покрытие наносится путем распыления расплавленного цинка струей воздуха или горячего газа. В зависимости от способа распыления используется цинковая проволока (пруток) или цинковый порошок. В промышленности применяется газопламенное напыление и электродуговая металлизация.
Покрытие заполнено цинком. Эти покрытия представляют собой композиции, состоящие из связующего и цинкового порошка. В качестве связующего используются различные синтетические смолы (эпоксидные, фенольные, полиуретановые и т.д.), лаки, краски, полимеры. Они проявляют свойства лакокрасочных покрытий, а не металлических покрытий.
Как правило, горячее цинкование применяется для защиты крупных металлических конструкций от коррозии. Цинкование мелких деталей и деталей с резьбой не обеспечивает необходимого качества оцинкованной поверхности. После обезжиривания, промывки, травления и повторной промывки детали в барабане погружаются в ванну (обычно керамическую), содержащую цинк для горячего цинкования. Вращение барабана обеспечивает подачу цинковой массы относительно детали для заполнения всех пор и микротрещин. Затем барабан вынимают из ванны и вращают, чтобы удалить излишки цинка путем центрифугирования. На детали образуется наплыв, излишки цинка остаются на внутренней резьбе, и резьбу необходимо просверлить, что приведет к удалению защитного слоя цинка и дальнейшей коррозии. Этот метод неприменим к мелким деталям, например, к метрическим крепежным элементам. Он неприменим к деталям из высокопрочной и легированной стали.
Термодиффузионное цинковое покрытие. Они позволяют защитить от коррозии свойства основного металла, детали сложной конфигурации с отверстиями, сборные детали, детали из любой марки стали, в том числе высокопрочной, и чугуна без сварки и нарезания резьбы. Ограничьте размер детали размером контейнера.
Технология низкотемпературного термодиффузионного цинкования обладает многими основными преимуществами перед альтернативными технологиями защиты металлических изделий от коррозии и износа, обеспечивая соответствие современным техническим стандартам и экологическим требованиям. Технологический процесс низкотемпературной термодиффузии обеспечивает глубокую модификацию поверхностного слоя металлических изделий, помимо антикоррозионных свойств, новые свойства пластичности и одновременно стойкость к абразивному износу, что позволяет увеличить срок службы металлических изделий в различных отраслях промышленности (строительной, нефтегазовой и др.). газ, сельское хозяйство, энергетика и транспорт) от 2 до 10 раз. Инновационность технологии низкотемпературного термодиффузионного цинкования заключается в том, что цинк диффундирует с металлом при температуре на 100°C ниже температуры плавления, не нарушая особых свойств высокопрочной стали и улучшая механические свойства детали.
Композитное покрытие представляет собой комбинацию цинкового покрытия, лакокрасочного покрытия или полимерного покрытия. В мировой практике такое покрытие известно как "двойная система". В таком покрытии электрохимический защитный эффект цинкового покрытия сочетается с водонепроницаемым защитным эффектом лакокрасочного или полимерного покрытия. Следует отметить, что гальваническое и металлизированное цинковое покрытие не содержит интерметаллических соединений (фаз) и состоит из цинка соответствующего химического состава. Горячее цинковое покрытие, полученное методом горячего цинкования (из расплава цинка), и диффузионное покрытие, нанесенное из порошковой смеси на основе цинка, имеют сходные механизмы формирования. Однако диффузия цинка в металл происходит по〜разному: при использовании горячего цинкового покрытия диффузия составляет 0,1-3%, а при термодиффузионном цинковании - 50-70%. Согласно фазовой диаграмме на основе Fe-Zn, в структуре этих покрытий имеется много схожих фаз (интерметаллических соединений). Тем не менее, общая структура этих покрытий, а также их свойства по-прежнему различаются.
Процесс нанесения покрытия представляет собой замкнутый технический цикл и делится на несколько операций:
Этап 1: Предварительная механическая очистка с использованием дробеструйной машины; Этап 2: Загрузка очищенных деталей в контейнер; добавление насыщенной смеси, состоящей из мелкодисперсного цинкового порошка и измельченного древесного угля в качестве абсорбента; Этап 3: Продувка закрытого контейнера азотом для максимального снижения влажности в контейнере. этап 4: Нагрев контейнера до заданной температуры для проведения процесса термодиффузии и нанесения слоя цинка на покрытую поверхность.; Этап 4: Выгрузка деталей из контейнера с одновременной очисткой их от остатков и пассивацией насыщенной смеси. Этап 5: Охлаждение готовых изделий. Детали, предназначенные для нанесения следующих типов покрытий (краска, склеивание, пластификация и т.д.). Обычно пассивируют 1 раз. Во всех остальных случаях проводят 2 операции пассивации и промежуточную очистку деталей. Для получения высококачественного антикоррозийного покрытия все технологические этапы одинаково важны и являются равноправными составляющими технологического процесса. Единственное, что следует учитывать, - это то, что изделие с резьбовой частью не изменяет натяжение и профиль из-за наложения на профиль дополнительного слоя металла неконтролируемой толщины. (Допуск 30-80 мкм указан выше). Цинкование обеих резьбовых деталей усугубляет проблему, требуя внесения изменений в стандарты резьбовых моментов готового изделия, дополнительной регистрации и утверждения в действующих нормативных документах и т.д.