Авторы: Дмитриева Кристина Олеговна, Матвеев Дмитрий Валентинович
В статье представлен систематизированный анализ применения легирующих элементов в расплаве цинка при горячем цинковании. Рассмотрены как положительные, так и негативные последствия использования различных элементов с акцентом на фазообразование, структуру покрытия, экологические аспекты и технологическую целесообразность. Особое внимание уделено промышленному опыту, а также различиям в подходах к легированию в разных странах.
Важным направлением совершенствования процесса горячего цинкования является химическая модификация расплава цинка, позволяющая управлять толщиной, структурой и свойствами цинкового покрытия. Наиболее эффективным считается введение легирующих элементов в микроконцентрациях (от ppm до долей процента).
Для удобства восприятия материал представлен в трех частях:
- Прошлое — элементы, которые когда-то применялись в производстве широко и повсеместно, но постепенно от них отказываются, об этом сегодня.
- Настоящее — легирующие элементы, сохраняющие актуальность в современной практике.
- Будущее — элементы и комбинации, находящиеся в стадии исследований и испытаний.
Период промышленного использования: с начала XX века по настоящее время.
Цель применения: улучшение морфологии и качественных характеристик цинкового покрытия.
Подтвержденные эффекты:
- Замедление реакции между железом и цинком, что приводит к уменьшению толщины интерметаллического слоя Fe-Zn, снижая расход цинка и общую толщину покрытия;
- Улучшение текучести расплава, снижение образования капель и наплывов на поверхности;
- Повышение адгезии покрытия при оптимальной дозировке;
- Формирование характерного кристаллического рисунка на поверхности покрытия.
Негативные факторы:
- При превышении концентрации наблюдается снижение адгезии покрытия к металлу.
- Необходим строгий контроль технологического процесса и учет совместимости с другими легирующими элементами.
- Относительная токсичность элемента требует соблюдения мер безопасности.
Современный статус: применение сурьмы в настоящее время носит ограниченный и нишевый характер. Используется отдельными предприятиями в странах Восточной Европы, СНГ и России.
Период промышленного использования: с 1940-х годов по настоящее время
Цель применения: улучшение текучести расплава, формирование «защитной подушки».
Подтвержденные эффекты:
- Снижение поверхностного натяжения расплава (γ ≈ 0.75 Н/м → 0.65 Н/м при 0.5% Pb), что улучшает стекание и смачивание поверхности.
- Облегчение удаления гартцинка и снижение износа ванны горячего цинкования.
- Стабилизация температурного распределения в ванне.
Негативные факторы:
- Высокая токсичность и вред для окружающей среды и здоровья человека.
- При превышении оптимальной концентрации увеличивает склонность к образованию микротрещин и пор на покрытии.
Современный статус: свинец запрещен в странах Евросоюза. В России и ряде стран СНГ его применение сохраняется, хотя часть предприятий уже исключила этот элемент из технологического процесса.
В целом, исторический опыт применения свинца и сурьмы показал, что хотя эти элементы и обеспечивают улучшение некоторых технологических характеристик покрытия и самого процесса, однако их токсичность и негативное воздействие заставили промышленность искать альтернативные решения.
#ЦинкПлюс #Цинкование #ЗащитаМеталла #Металлоконструкции #Строительство #ЭлементыЛегирования