Цинковать металл. Гальваническое цинкование в домашних условиях. Как выбрать метод защиты продукта

Цинкование металла – это технологический процесс, суть которого заключается в нанесении на поверхность металлических деталей специального цинксодержащего состава. Данная процедура призвана предупредить образование окислов и ржавчин, что благоприятно влияет на срок службы металлоконструкций любого типа. Цинкование можно осуществить не только в производственных условиях, но и своими руками. В статье подобно изложены различные методики цинкования металла.

Цинк является основным компонентом специальной химической смеси, которой принято покрывать изделия из металла во избежание развития коррозионных процессов. Повышенная влажность, воздействия механического характера, химические реакции – все это может спровоцировать окисление поверхности металла, однако оцинкованные изделия гораздо меньше подвержены коррозии.

Цинк и металл в симбиозе образуют гальваническую пару, где цинк принимает на себя все барьерные функции и, следовательно, вступает в различные формы взаимодействия с факторами окружающей среды.

Поверхность изделия будет сохранять свой первоначальный вид до тех пор, пока не разрушится полностью верхний цинковый слой. В местах, где цинк подвергается наиболее сильному воздействию, под влиянием молекул воды и кислорода образуется защитный слой гидроксида, который также сохраняет целостность металла.

Цинкование алюминия и других видов металлов происходит с использованием разных методов, однако наибольшее влияние на эффективность результата данной процедуры оказывает класс толщины цинкового слоя, который определен по ГОСТ 14918-80.

Классы цинкового покрытия П и 1 чаще всего используются в условиях сложной климатической обстановки повышенной влажности и перепадов температур.

Свойства и преимущества оцинкованных покрытий

Существенным преимуществом оцинкованных покрытий является длительность срока их службы. Если говорить о различных технологиях оцинковывания как об этапе подготовки деталей к окрашиванию, то сразу можно отметить следующие достоинства процедуры:

• износостойкость и длительность службы окрашиваемого покрытия;
• низкая себестоимость в сравнении с ценой на окрашивание без предварительного цинкования за срок до 25 лет;
• простые требования к изделиям из металла.

Цинкование металла осуществляет не только барьерную и защитную, но и электрохимическую защиту верхних слоев обработанных изделий.

Цинкование с фосфатированием

Цинкование с фосфатированием принято использовать для обработки цветных металлов. В результате процедуры на верхнем слое детали из металла образуются фосфаты цинка, марганца или железа, которые являются малорастворимыми элементами, что усиливает барьерные и электроизоляционные качества обрабатываемых поверхностей.

Цинкование с фосфатированием можно применять в отношении следующих видов металлов:

• чугуна;
• кадмия;
• низколегированных углеродистых сталей;
• меди;
• цинка;
• алюминия.

Металлические предметы, оцинкованные посредством фосфатирования, могут использоваться даже в условиях тропиков. Они не подвержены воздействию нагретых материалов, смазочной органики (масел), бензола, толуола и всех газов за исключением сероводорода.

Способы и методы цинкования

Для укрепления металлических поверхностей широко распространены такие виды цинкования:

• горячее;
• холодное;
• гальванизация;
• термодиффузионное цинковое покрытие;
• напыление под воздействием термических газов.

При выборе технологии цинкования металла нужно отталкиваться от предназначения изделия и способов его эксплуатации. Заранее необходимо определить класс толщины цинкового слоя, так как от этого зависит весь технологический процесс, включая настройку производных температур.

Изделия из металла, на которых уже присутствует цинк, не стоит подвергать механическим воздействиям, так как можно нарушить целостность защитного покрытия.

Горячее цинкование

Горячее цинкование стали имеет широкую известность, но применяется несколько реже, чем другие способы распределения цинка по поверхности металлоконструкций. Несмотря на эффективность горячей технологии, она является крайне опасной для окружающей среды и живых организмов. Горячий способ подразумевает использование агрессивных химикатов для подготовительных процедур и горячего жидкого цинка для дальнейшего покрытия.

Сталь цинкуется горячим методом в 2 этапа:

1. Подготовительные меры.
2. Процесс цинкования.

Подготовка изделий также делится на следующие друг за другом производственные стадии:

1. Зачистка и обезжиривание поверхности.
2. Травление с помощью кислот.
3. Промывание деталей.
4. Флюсование (вычленение из металла солей и оксидов).
5. Просушка.

После завершения этапа 1 деталь погружают в специальный резервуар с расплавленным цинком, после чего начинает формироваться тонкий защитный слой из железа и цинка. Далее изделие подвергается продуванию, которое призвано обеспечить полное высыхание изделия, а также удаление лишних образований.

Недостаток данного метода оцинковывания металла заключается в ограничении габаритов обрабатываемых изделий размерами резервуара.

Метод холодного цинкования заслуженно считается самым применяемым. Причинами тому являются высокая результативность и простота применения. Способ не требует наличия профессионального оборудования, что позволяет осуществлять цинкование у себя дома.

Холодный метод цинкования не имеет аналогов, если речь идет о нанесении или восстановлении защитного слоя металлоконструкций, в отношении которых невозможно применить иные способы цинкования (например, уже смонтированное оборудование, леса или трубы). Также такой метод является лучшим решением для проведения ремонтных работ.

Холодный способ цинкования можно производить в широком температурном диапазоне, при этом защитный покров сохраняет гибкость и устойчивость к различным повреждениям.

Главный недостаток процедуры – высокая стоимость, которая складывается из цен на электроэнергию, состав электролита, оборудование и другие производственные элементы.

Суть термодиффузионной технологии (ТТ) в том, что объект цинкования и сухой цинксодержащий порошок кладутся в специальный контейнер, который герметизируется и подвергается воздействию очень высокой температуры (до 2 500 градусов по Цельсию). Атомы цинка, содержащиеся в сухой смеси, преобразуются в газ, что упрощает их диффузионное проникновение в верхний слой деталей из металла.

Как правило, данную технологию применяют в случае необходимости создания защитного слоя свыше 15 мкм.

Подготовка самих деталей происходит по стандарту. Термодиффузионный метод, как и другие технологии, обладает рядом положительных и отрицательных черт.

Преимущества:

• безопасность и экологичность;
• возможность контролировать толщину цинковой наслойки;
• высокое качество защитного покрытия без образования пор;
• после процедуры не остается специфических отходов, нуждающихся в особом виде утилизации;
• можно осуществить цинкование изделий даже со сложной геометрической конструкцией.

Недостатки:

• наличие налета на оцинкованных деталях, отсутствие зеркального блеска;
• образование цинковой пыли в окружающей среде;
• средний уровень производительности;
• цинкование может получиться неравномерным.

Напыление подходит для металлических крупногабаритных пластин или металлоконструкций, в отношении которых очень тяжело применять другие технологии.
Процесс цинкования напылением: в условиях газовой среды цинк в виде сухого порошка распыляют по всей поверхности металлоконструкции. На фоне высоких температур молекулы цинка и металла при столкновении образуют чешуйки, поры и неровности, поэтому обрабатываемая деталь нуждается в дальнейшей покраске.

Как отличить оцинкованный металл от обычного

Оцинкованная и обычная нержавеющая сталь имеют разную себестоимость, поэтому стоит знать, как их различить в условиях не всегда честного современного рынка.

1. На глаз. Оцинкованная сталь, как правило, имеет характерные радужные разводы. Также обычный металл имеет более матовую поверхность. Если на металле нет кристаллических декоративных узоров, то цинковое покрытие имеет зеркальный блеск.
2. Магнит. Оцинкованные поверхности обладают более сильными электромагнитными свойствами, что можно проверить с помощью обычного магнита.
3. Спектральный анализ. Требуется специальное оборудование, определяющее химический состав стали, но данный способ считается наиболее точным и надежным.
4. Химический метод. Соляная кислота вступает с цинком в химическую реакцию, при которой начинается выделяться водород. Достаточно небольшого количества соляной кислоты.

Простой способ цинкования в домашних условиях

Самым легким способом самостоятельного цинкования металла является холодный метод. Однако многих интересует именно гальванический способ из-за формирования декоративных узоров на верхних слоях детали.

Подготовка электролита

Электролитом может стать любой раствор, в котором содержится цинк:

• хлорид цинка (ZnCl);
• соляная кислота (HCL);
• ZnSO4 (результат травления серной кислоты H2SO4).

При травлении необходимо быть максимально осторожным, так как во время химической реакции выделяется взрывоопасный газ Н2.

Получение цинкового состава

Чтобы осуществить гальваническое цинкование металла дома, необходимо иметь цинк. Если говорить о подручных средствах, то цинк можно найти:

• в солевых батарейках (индекс L);
• в металлических оцинкованных деталях;
• в советских предохранителях.

А можно купить чистый цинк в радиомагазинах или на авторынках.

Подготовка к нанесению покрытия

Чтобы качественно оцинковать стальные детали, необходимо грамотно подготовить материалы:

1. Нужно взять пластиковую или стеклянную тару, которая выступит в качестве ванны с электролитом, и установить держатели для анода и катода.
2. Если в электролите заметны кристаллы соли, то использовать его нельзя. Растворить их можно, добавив дистиллированной воды.
3. Анодом может выступить пластинка из цинка с подключенным к ней «+» зарядом. Чем больше площадь пластины, тем равномернее будет ложиться цинк на катоде. Чем больше анодов, тем больший участок покроется цинком за раз.
4. Катод – это деталь, которая требует обработки (отрицательный заряд). На нее будут укладываться молекулы цинка. Необходимо подготовить металл к процедуре цинкования: очистить от коррозии, обезжирить и активировать, поместив в раствор кислоты. Необходимо расположить катод равно удаленно от всех источников положительного заряда.
5. Источником электрического питания может выступать любой аккумулятор или блок питания. Чем выше будет напряжение, тем более ускоренно пройдет процесс гальванизации. Если используется автомобильный аккумулятор, в схему необходимо добавить другие потребители тока (например, лампочку накаливания).

Нанесение цинковой пленки

После всех подготовительных процедур останется только включить источник электрического питания и поместить катод в электролит. Не стоит допускать бурного кипения электролита: необходимо снизить силу тока, добавив в схему потребители электроэнергии. Чем дольше происходит процесс гальванизации, тем толще будет защитный слой цинка на поверхности обрабатываемой детали (катода).

Для защиты от коррозии сегодня создано большое количество методов. Они направлены на то, чтобы с помощью специальных растворов или веществ на поверхности металлических изделий появлялась тонкая защитная пленка, которая препятствует попаданию на металл кислорода и продуктов, имеющихся в агрессивной среде. Цинкование металлических поверхностей относится к разряду одних из самых действенных методов предотвращения появления коррозийного налета.

Процесс цинкования металла

Цинкование металла представляет собой процедуру нанесения на поверхность металлического изделия тонкого слоя цинка. Данный металл отлично подходит для создания растворов, которые предназначены для защиты от коррозии. Он относится к разряду устойчивых к влиянию агрессивной среды. Данный метод защиты металлических поверхностей от налета ржавчины придает обработанной поверхности:

• прочность и твердость,
• устойчивость к перепадам температур,
• устойчивость к влиянию агрессивной среды,
• более продолжительный срок эксплуатации,
• способность не подвергаться процессу окисления.

Цена цинкования металла

Внимание: Цинкование металлических поверхностей является недорогой процедурой. Цена цинкования металла в нашей стране зависит от его вида и от количества обрабатываемого материала. В среднем цена составляет от 16000 рублей за пять тонн. Эта сумма может достигать 30000 рублей.

Сегодня цинкование является достаточно востребованной процедурой. Ее действие основано на то, что на поверхности металла под воздействием цинкового сплава появляется тонкая пленка, которая полностью покрывает поверхность. Она предотвращает образование на металле кррозии, которая разрушает структуру металла и приводит в негодность металлические изделия.

По действием кислорода и жидких субстанций на поверхности металла появляется коррозийная пленка. Металла становится более пористым и кислород проникает в его глубокие слои, что приводит к разрастанию коррозии. На поверхности железа появляется налет ржавчины, который делает структуру металла более восприимчивой к пропусканию воздуха. Процесс окисления происходит на протяжении длительного времени. Пленка из цинкового сплава не дает возможности кислороду пробраться в глубокие слои металлов. Благодаря этому процесс их окисления становится невозможным.

Технология цинкования металла

Технология цинкования металлов подразумевает полное покрытие пленкой из цинка любых видов металлических изделий. Для данной процедуры требуется специальное оборудование, сделанное из материалов, которые способны противостоять агрессивной среде.

Цинкование металлических поверхностей осуществляется в несколько этапов:

• Подготовительный

На данном этапе происходит работа с материалом. Для этого его сначала обезжиривают и удаляют с поверхности различные загрязнения. После этого осуществляется травление металла при помощи кисло среды. Чаще всего применяется раствор серной кислоты. В результате на металле появляется оксидная пленка. Она необходима для наилучшего сцепления цинка и обрабатываемого металла. После этого устраняются все остатки кислоты, и поверхность тщательно просушивается.

• Процесс нанесения цинкового сплава.

Данный этап подразумевает нанесение на высушенную поверхность металла цинковой пленки. Для этого в ванне расплавляют цинк под действием температуры не менее 450 градусов Цельсия. Только после этого туда погружают металлическое изделие, которое необходимо обработать. Процедура длится несколько минут.

• Просушивание металла.

На этом этапе готовое изделие сушится при комнатной температуре.

В результате процедуры на поверхности металла образуется плотная пленка. Она делает его более прочным и твердым.

Цинкование металлических изделий осуществляется в специализированных ваннах. Они должны быть оснащены устройством для подключения электрического тока при необходимости. Их объем может быть разным. Однако в любой такой ванне может поместиться большое количество мелких металлических изделий для обработки.

Ванны для цинкования делятся на:

• малогабаритные конструкции,
• среднегабаритные конструкции,
• крупногабаритные конструкции.

Виды цинкования металла

В современном мире для обработки металлических поверхностей применяется ци нкование. Оно служит прежде всего для защиты от коррозии. Для разных металлов необходимо использовать разные методы этого процесса. Это обусловлено тем, что не все металлы способны адгезироваться с цинком при определенных условиях.

Основные методы цинкования металла представлены такими способами, как:

• Холодное цинкование металла

Этот метод отличается от всех остальных тем, что для него не требуется специальная ванна. Раствор цинкового сплава наносится так же, как и любое лакокрасочное покрытие.

• Горячее цинкование металла

Данная процедура заключается в том, что в ванну со сплавом цинка опускается металлическое изделий для обработки. Процесс цинкования при этом происходит под воздействием небольшого нагревания. Это позволяет наносить раствор на поверхность более равномерно.

• Гальваническое цинкование металла

Это метод характеризуется тем, что вся процедура происходит под воздействием электрического тока. В раствор электролита опускается металла и подключается электрический ток, подающий небольшое напряжение.

• Термодиффузионное цинкование металла

Оно заключается в нанесении на поверхность металла цинкового сплава любой толщины. Она определяется заказчиком. Для процедуру используются специализированные контейнеры.

Таблица 1. Сравнение цинка с другими металлами.

Таблица 2. Сравнение цинка с цветными металлами.

Вполне осуществимо. Прежде всего, оно необходимо для защиты металла от коррозии, которая является наиболее разрушительной «болезнью».

Некоторые виды металлов, контактируя с воздухом, начинают окисляться.

В результате этого процесса на поверхности появляется пленка, способная защищать поверхность от вредных воздействий.

Что касается железа, то здесь также образуется пленка, но она не отличается то же плотностью, поэтому не дает материалу нужной защиты. В итоге воздух со временем проникает все глубже, поражая большую поверхность.

Для сохранения металлических изделий от ржавчины, помимо цинкования, можно выполнить хромирование, покрыть металл медью, оловом или свинцом. Специальные заводы выпускают сегодня много вариантов различного покрытия.

Технология покрытия металла цинком довольно-таки проста, поэтому ее можно выполнить своими руками.

Оцинковка металла может осуществляться различными методами:

• Горячее цинкование.
• Холодная краска.
• Гальваническое.
• Газо-термическое напыление.
• Термодиффузионное.

Независимо от того, какие классы цинкования используются, необходимо правильно выбирать толщину этого покрытия, на которую влияет время и температура технологического процесса.

Горячая оцинковка металлических изделий считается наиболее эффективным и долговечным методом борьбы с коррозией.

Однако, с экологической точки зрения данный метод нельзя называть безвредным и безопасным, поскольку цинк подвергается плавлению, металлическая поверхность обрабатывается химическим путем.

Технология данного метода предполагает наличие двух этапов: подготовительного и непосредственной оцинковки.

Подготовка заключается в том, что металлическая поверхность сначала обезжиривается, затем необходимо выполнить травление.

После этого поверхность промывается, осуществляется флюсование и все тщательно просушивается.

Горячее цинкование производится, используя специальное оборудование.

После того как изделие высохнет, осуществляется процесс оцинковки: просушенный материал опускается в специальную емкость, где располагается горячий цинк.

Горячая оцинковка, несмотря на то, что является наиболее эффективным методом защиты железа от ржавчины, имеет свои недостатки.

Во-первых, необходимо иметь специальное оборудование – ванны, сушильную камеру, печь.

Во-вторых, ее размеры часто бывают ограничены, в результате чего становится невозможным обрабатывать материал больших размеров.

Хотя, нужно отметить, что современное промышленное оборудование позволяет делать горячее цинкование ЛЭП, строительных лесов и пр.

Метод холодного цинкования

Холодное цинкование металла становится наиболее популярным методом оцинковки. Технологический процесс подразумевает покрытие железа краской, содержащей порошковый цинк.

Поверхность оцинкованного изделия содержит 89-93% Zn. Технология является более простой в сравнении с предыдущим методом горячей оцинковки.

Металлическая поверхность изделия покрывается распыленным цинком таким же способом, как наносится обычная краска, то есть при помощи валика или кисти.

Если использовать распылители, то можно не только экономить время на обработку изделия, но и прокрашивать труднодоступные места.

Холодная краска цинком металлических поверхностей удобна в тех случаях, когда другие методы обработки применить трудно или невозможно, специальное оборудование для этого не используется.

Этот способ обработки металла цинком используется также для ранее оцинкованных изделий. Данная технология может осуществляться при различных температурах.

Гальваническое цинкование

Гальваническое цинкование осуществляется с помощью электрохимического воздействия.

Используя гальваническое цинкование, вид оцинкованного покрытия гладкий, равномерный, блестящий и привлекательный с декоративной точки зрения.

Технологический процесс таков: чтобы покрасить, обрабатываемая деталь опускается в емкость, в которой находится электролит (цинковая пластина).

Подводится ток, в результате анод цинка растворяется и оседает на поверхности материала.

Нужно отметить, что цена данного метода достаточна высока.

Технологический процесс влечет образование опасных отходов, который сопровождается большими затратами на очистку сточных вод.

Газо-термическое напыление

Данная технология применяется в тех случаях, когда габариты обрабатываемых конструкций не дают возможность покрасить, используя оборудование в виде ванн, как при выше описанных методах.

Используются такие виды цинка, как проволочный или порошковый.

Цинк сначала подвергается плавлению, после чего происходит напыление на обрабатываемую поверхность посредством газового потока.

Поверхность оцинкованного материала приобретает чешуйчатый, пористый вид. Из-за полученной структуры материал необходимо дополнительно покрасить, чтобы заполнить образовавшиеся поры.

Газо-термическое напыление цинка обладает высокой степенью защиты материала даже в таких условиях, как в воде (пресной и морской), а также в различных атмосферных условиях.

Термодиффузионное цинкование

Данная разновидность оцинковки известна еще как шерардизация.

Технологический процесс заключается в следующем: атомы цинка преобразуются в пар при очень высокой температуре (более 2600°), благодаря чему происходит проникновение в железо.

Данная технология применима в тех случаях, когда необходимо создать оцинкованный слой толщиной, превышающей 15 мкм.

Для данного метода используется специальное оборудование.

Процесс протекает при высоких температурах и в замкнутом пространстве муфелей (реторт), объемы которых заполняются обрабатываемым изделием и порошком, содержащим цинк.

Покрасить металл данным методом экологически безопасно, а также такая оцинковка характеризуется хорошей адгезией, покрытие из цинка повторяет контур деталей, защитные способности находятся на высоком уровне. Однако цена такого варианта весьма существенна.

Гальваническая оцинковка в домашних условиях

Гальваническое цинкование материала своими руками требует наличие аккумулятора от автомобиля или зарядного устройства, отвечающее следующим требованиям: 2-6А, 6-12В.

Электролит можно сделать из любой соли, но лучше воспользоваться раствором соли цинка.

Чтобы его сделать, потребуется сернокислотный цинк (200г), сернокислотный аммоний или магний (50г), уксуснокислый натрий (15г), вода (1л).

Также для цинкования своими руками можно использовать аккумуляторный электролит (разведенная серная кислота), в который помещают цинк.

В результате реакции цинк остается на поверхности изделия, а кислота преобразовывается в соль.

Если на дне выпадет осадок, то это говорит о высокой концентрации кислотного раствора. В этом случае раствор разбавляется небольшим количеством воды.

В качестве емкости используется стеклянная банка, если обрабатываемая деталь небольших размеров, либо винипласт или любая другая стеклянная емкость.

Емкость необходимо подобрать так, чтобы на ней можно было закрепить электрод с деталью.

Сам процесс покрытия металла цинком своими руками необходимо начинать с очистки и обезжиривания детали.

После этого ее помещают в раствор серной кислоты на несколько секунд (до 10 сек), таким образом металлическая деталь активируется.

Затем ее необходимо промыть обычной водой. Далее осуществляется анодирование материала.

Электрод делают из небольшого кусочка цинка, в котором просверливают отверстие и продевают медную проволоку.

При этом, сделанный своими руками электрод, должен быть сопоставимым по площади, как и обрабатываемый материал, форму брать лучше плоскую для удобства размещения в емкости.

Подручное оборудование присоединяют минусом к материалу, а плюсом – к цинку. Процесс будет протекать в течение 40 минут, в результате которого цинк растворится и осядет на поверхности изделия.

Следует отметить, что оцинковка своими руками должна осуществляться в проветриваемом помещении, а также в перчатках и специальной одежде. Цена домашнего метода остается невысокой.

Холодное цинкование дома

В домашних условиях можно выполнить холодное цинкование металла, для которого используется краска. Следует отметить, что это не просто краска с добавлением цинка, а скорее цинк в таком виде.

Для создания оцинкованного изделия используют специальные материалы (продаются в магазинах) с двумя составляющими: порошок цинка и связующий компонент в жидком виде.

Краска в виде двух веществ находится в отдельных емкостях. Они смешиваются согласно инструкциям, имеющимся на упаковках.

Пропорции, в которых они смешиваются между собой, могут быть 1:1, либо 3:1 (цинк и связующий компонент соответственно).

Краска наносится при положительной температуре (5-40 градусов) в проветриваемом помещении.

Хорошим средством, которым можно покрасить металлическое изделие, считается краска «Гальванол». Он прост в применении даже в домашних условиях, может наносится на ржавчину, быстро сохнет, а цена остается доступной для простых обывателей.

Методы домашнего цинкования отличаются своей простотой, доступностью и эффективностью внешнего вида оцинкованного материала.

Также следует отметить, что специальное оборудование для данного процесса в домашних условиях использовать не надо.

Защита металла от возникновения и развития коррозии является очень актуальным вопросом, решение которого позволяет значительно продлить срок службы металлических изделий, а также сделать их эксплуатацию более надежной. Самым распространенным способом, позволяющим обеспечить такую защиту, является цинкование, подразумевающее нанесение на поверхность металла покрытия, в химическом составе которого может содержаться до 95% цинка. Цинкование металла можно выполнять по различным технологиям, каждая из которых применяется в определенных ситуациях и имеет как достоинства, так и недостатки.

Для чего на сталь наносят слой цинка

Хорошо известно, что изделия, изготовленные из стали, очень подвержены коррозионным процессам, особенно при эксплуатации в условиях повышенной влажности. Между тем, если оцинковать стальную деталь, можно обеспечить ей надежную защиту от коррозии. Объясняется это тем, что цинковое покрытие образует с основным металлом гальваническую пару, в которой цинк имеет большую степень электроотрицательного заряда, чем сталь.

В такой гальванической паре при воздействии на ее составляющие агрессивных факторов внешней среды подвергается воздействию коррозии именно цинк, а химические реакции стали практически исключаются. Таким образом, коррозионная защита стали будет обеспечена до тех пор, пока покрытие, состоящее из цинка, полностью не разрушится. При этом на тех участках стального изделия, где покрытие из цинка по каким-либо причинам разрушается, под воздействием кислорода и влаги формируется гидрооксид цинка, который также обладает хорошими защитными свойствами.

Цинкование изделий из стали позволяет обеспечить им не только барьерную, но и электрохимическую защиту. Цинкование металла может выполняться по разным технологиям, для реализации которых применяется различное оборудование. Используя отдельные виды таких технологий, можно выполнить цинкование в домашних условиях и при этом добиться отличного результата.

Методы цинкования

На сегодняшний день цинкование металла осуществляется с помощью следующих методов:

• горячего;
• холодного;
• гальванического;
• газотермического;
• термодиффузионного.

Выбор метода, который будет использоваться для цинкования деталей и конструкций, изготовленных из стали, зависит от условий их эксплуатации, а также от характеристик, которым должен соответствовать защитный слой. Вне зависимости от используемой технологии цинкования необходимо заранее определиться с толщиной формируемого защитного слоя, которая зависит от таких параметров технологического процесса, как время воздействия на металл рабочей среды, а также от температуры выполнения обработки. При использовании стальных деталей и конструкций, на поверхность которых нанесен слой цинкового покрытия, следует иметь в виду, что они не должны подвергаться значительным механическим воздействиям, так как защитное покрытие из данного металла отличается высокой хрупкостью и может легко разрушиться.

Чтобы разбираться в том, какие виды цинкования следует использовать в той или иной ситуации, надо хорошо изучить каждый из них.

Горячее цинкование

Горячее цинкование металлоконструкций, хотя и позволяет добиться наилучшего качества и долговечности обработанных изделий, занимает среди подобных технологий только второе место по распространенности. При использовании этого метода возникает проблема экологической безопасности, так как его реализация требует применения сильных химических реагентов для подготовки обрабатываемой поверхности, а сама процедура выполняется в расплавленном цинке.

В процессе оцинкования стали с использованием горячего метода выделяются два этапа:

1. подготовка поверхности изделия к обработке;
2. сама процедура покрытия металла цинком.

В свою очередь подготовка обрабатываемой поверхности также выполняется в несколько этапов:

1. очистка и обезжиривание;
2. травление с использованием кислотных растворов;
3. промывка после травления и флюсование;
4. тщательная просушка.

После того как изделие прошло все этапы предварительной подготовки и полностью просохло, его помещают в специальную ванну, наполненную расплавленным цинком. В результате на поверхности стального изделия формируется тонкий слой, состоящий из железа и цинка (Fe-Zn), который и обеспечивает надежную защиту от коррозии. После извлечения из ванны изделие обдувают сжатым воздухом, за счет чего обеспечивается не только его просушка, но и удаление с обработанной поверхности лишнего цинка. Большим недостатком данного метода цинкования металла является то, что размеры изделий, которые могут быть ему подвергнуты, ограничены габаритами ванны с расплавленным цинком. Между тем на крупных производственных предприятиях процесс оцинкования стали – строительных лесов, мачт освещения, опор ЛЭП (линий электропередачи) – осуществляется именно таким способом.

Поскольку данный метод связан с большими трудозатратами и необходимостью применения сложного технологического оборудования, для цинкования металла в домашних условиях он не применяется.

Холодное цинкование

Широкая популярность, которую метод холодного цинкования стали приобрел в последние годы, объясняется рядом причин. Самая главная из них состоит в том, что при своей высокой технологичности и простоте реализации такой метод цинкования позволяет создавать на поверхности металла слой, отличающийся высокими защитными свойствами. Немаловажным является и то, что при этом не требуется оборудование для цинкования металла, поэтому такую оцинковку можно выполнить своими руками даже в домашних условиях.

Суть технологии холодного цинкования заключается в том, что на поверхность обрабатываемого изделия наносится специальная цинкосодержащая смесь, в качестве которой может быть использован цинконол или любой другой состав. Наносить цинконол или другую смесь можно при помощи обычной кисточки или валика. В тех случаях, когда покрыть такой смесью необходимо изделия сложной конфигурации или труднодоступные места, для ее нанесения можно использовать краскопульт. Цинконол и другие составы, используемые для выполнения холодного цинкования, позволяют получить на поверхности металла защитный слой, содержащий 89–93% цинка.

Оцинковка металла с помощью холодного метода является безальтернативной в тех случаях, когда требуется обеспечить защиту от коррозии конструкциям, которые не могут быть покрыты слоем цинка по другим технологиям. К таким конструкциям, в частности, относятся уже смонтированные трубы, опоры линий электропередач, элементы железнодорожных путей, а также другие металлические элементы, которые находятся в смонтированном (стационарном) состоянии.

Цинконол и другие составы для выполнения холодного цинкования широко используются и при ремонтных работах, когда необходимо восстановить поврежденный цинковый слой на металлическом изделии или конструкции. В частности, при помощи данного метода может быть выполнена восстановительная оцинковка кузова автомобиля (более того, использовать цинконол и другие смеси можно и для начального, полного цинкования кузова своими руками).

Составы для холодного цинкования представляют собой полимерные растворы с добавлением высокодисперсионного цинкового порошка

Выполнять холодное цинкование изделий из стали можно в достаточно широком температурном интервале, при этом сформированное покрытие отличается не только высокими защитными свойствами, но и хорошей эластичностью, устойчивостью к механическим повреждениям и температурным расширениям.

Если говорить о недостатках метода холодного цинкования, то к ним можно отнести недостаточно высокую устойчивость сформированного покрытия к механическим воздействиям, а также необходимость в строгом соблюдении техники безопасности при осуществлении такой процедуры, требующей использования органических растворителей.

Гальванический метод

Гальваническое цинкование, при выполнении которого на поверхность обрабатываемого изделия оказывается электрохимическое воздействие, позволяет получать покрытия, не только отличающиеся высокой точностью по толщине, но и обладающие исключительной гладкостью. Такое электрохимическое цинкование обеспечивает формирование на поверхности металла защитного слоя, толщина которого находится в интервале 20–30 мкм.

Гальваническое цинкование позволяет регулировать толщину формируемого защитного слоя, при этом он отличается равномерностью и высокой декоративностью. За счет того, что при выполнении гальванической оцинковки металл и цинк, который наносится на его поверхность, соединяются на молекулярном уровне, готовое покрытие отличается исключительно высокой адгезией с основным металлом. Между тем на степень адгезии оказывает влияние наличие на поверхности обрабатываемого изделия жировых и окисных пленок, удалить которые полностью (особенно в условиях массового производства) практически невозможно.

Гальваническое цинкование выполняют следующим образом. Обрабатываемая конструкция и цинковые пластины помещаются в электролитический раствор, а затем подключаются к положительному и отрицательному контактам источника электрического тока. За счет сформированной таким образом разности электрических потенциалов пластины начинают растворяться в электролите, и молекулы цинка устремляются к поверхности обрабатываемого изделия, оседая на ней и формируя однородный защитный слой.

Большим преимуществом, которым гальваническое цинкование отличается от других технологий, является то, что оно позволяет сформировать на поверхности изделия защитный слой, отличающийся исключительными декоративными характеристиками. Гальваник при этом может регулировать толщину такого слоя.

К наиболее значимому недостатку данного метода можно отнести его достаточно высокую себестоимость, которая складывается не только из стоимости цинковых пластин и электролита. Например, использованный электролит, который содержит достаточно большое количество опасных отходов, необходимо тщательно очищать перед отправкой в канализацию, что также серьезно отражается на себестоимости метода.

Термодиффузионное цинкование

Термодиффузионная технология цинкования металла (ТДЦ), которую часто называют шерардизацией, была разработана еще в 20-х годах прошлого столетия, но долгое время применялась недостаточно активно. С конца прошлого века оцинковывание металла по данной технологии вновь обрело популярность.

Суть данного метода покрытия металлического изделия цинком заключается в том, что обрабатываемую деталь вместе с цинкосодержащей сухой смесью помещают в герметичный контейнер, в котором создается высокая температура – порядка 2600°. Под воздействием такой высокой температуры атомы цинка переходят в газообразное состояние, что значительно облегчает их диффузионное проникновение в поверхностный слой обрабатываемого изделия. Используют такую технологию цинкования преимущественно в тех случаях, когда на поверхности обрабатываемого металла необходимо сформировать защитный слой, толщина которого превышает 15 мкм.

Термодиффузионное покрытие изделий из металла цинком, подготовка к которому выполняется так же, как и при горячем цинковании, отличается рядом преимуществ, к которым следует отнести:

• полную экологическую безопасность процесса, так как он выполняется в герметичном контейнере;
• практически полное отсутствие пор на готовом защитном покрытии, отличающемся высокой адгезией к обрабатываемой поверхности;
• высокую защитную способность покрытия, полученного по данной технологии (в 5 раз выше, чем у цинкового слоя, сформированного гальваническим способом);
• возможность регулировать толщину цинкового слоя в достаточно большом диапазоне;
• сохранение даже сложной формы и геометрических параметров покрытого цинком изделия;
• отсутствие необходимости в специальной утилизации образующихся отходов.

Есть у данного метода покрытия металлических изделий цинком и свои недостатки, к которым следует отнести:

• не слишком привлекательный грязно-серый цвет готового покрытия и отсутствие металлического блеска;
• невысокую производительность;
• наличие включений цинковой пыли в окружающем воздухе при выполнении такого процесса, что наносит вред человеческому здоровью;
• неоднородность цинкового покрытия по толщине.

Газотермическое напыление цинка

Чтобы покрыть слоем цинка металлический лист или объемную деталь, можно использовать газотермический метод цинкования. Суть такого метода заключается в том, что цинк, присутствующий изначально в составе сухой смеси или проволоки, напыляется на поверхность обрабатываемого изделия в составе газовой среды. Использовать такую технологию оптимально в тех ситуациях, когда цинковый слой надо нанести на крупногабаритные изделия, которые нельзя подвергнуть обработке другими способами.

Покрытие металлического изделия цинком при использовании такого метода происходит следующим образом. Частички расплавленного металла, ударяясь об обрабатываемую поверхность, формируют тонкий слой, напоминающий по своей структуре чешую. Такое покрытие, которое характеризуется наличием большого количества пор, дополняется нанесением лакокрасочных материалов. Созданный в результате такого комбинирования слой обладает защитными свойствами, позволяющими металлическому изделию, на которое он нанесен, длительное время успешно эксплуатироваться в достаточно агрессивных средах (высокая влажность, постоянное воздействие морской и пресной воды и др.).

Параметры цинковых покрытий, наносимых всеми вышеперечисленными способами, регламентирует соответствующий ГОСТ, на который и следует ориентироваться специалистам.

Как выполнить процедуру в домашних условиях

Оцинковка в домашних условиях выполняется преимущественно электрохимическим методом или по технологии холодного цинкования, что объясняется простотой данных способов. Чтобы выполнить цинкование своими руками с помощью электрохимического метода, необходимо тщательно подготовить поверхность обрабатываемого изделия. Такая подготовка заключается в очистке и обезжиривании, а также в протравливании кислотой и последующей промывке водой.

Свой аппарат для выполнения гальванического цинкования можно изготовить из источника постоянного тока, выдающего напряжение порядка 6–12 В с силой тока 2–6 А, емкости из диэлектрического материала и устройства, при помощи которого будут фиксироваться электрод и обрабатываемое изделие. Электролитом в данном случае может выступать раствор любой соли, содержащей в своем составе цинк. Приготовить такой раствор можно из аккумуляторного электролита, поместив в него на некоторое время цинк и дождавшись окончания реакции растворения. Полученный состав перед использованием для цинкования следует процедить.

Выполняя оцинковку своими руками, следует иметь в виду, что на толщину и качество формируемого покрытия оказывают влияние следующие факторы:

• плотность тока, приходящаяся на единицу площади обрабатываемого изделия;

Покрытие изделий из металла цинком – наиболее простой, распространенный и дешевый метод защиты от коррозии. Цинкование в домашних условиях характеризуется легкой и доступной технологией.

1 Цинкование как способ коррозийной защиты металлов

В мировой практике из антикоррозийных металлических покрытий наиболее широко применяют цинковые. Это обусловлено относительно небольшой стоимостью цинка и достаточно высокой эффективностью получаемой защиты от внешней среды. В тоже время, технологический процесс нанесения покрытия, называемый цинкование, характеризуется низкими затратами. В атмосфере цинк взаимодействует с кислородом, в результате чего на его поверхности образуется тонкая оксидная пленка, предохраняющая защищаемый металл от губительных воздействий внешней среды. Способов цинкования металлических деталей несколько:

• горячий;
• газо-термическое напыление;
• термодиффузионный;
• холодный;
• гальванический.

Выбирают метод цинкования, исходя из условий последующего использования изделия и желаемых свойств защитного слоя. Для одной детали может применяться несколько видов покрытия. Чтобы результат был качественным во всех случаях, важен правильный подбор толщины покрытия из цинка, зависящий от температуры и времени процесса. Следует помнить, что оцинкованная металлическая деталь не должна подвергаться каким-либо механическим воздействиям.

2 Технологии различных методов цинкования

Горячее – покрытия наносят погружением в емкость с расплавленным цинком, температуру которого поддерживают в интервале 460–4800 °С. Горячецинковые покрытия по долговечности, качеству – одни из лучших, а по объему производства находятся на 2 месте. Технологический процесс энергозатратен и сложен в плане обеспечения экологической безопасности, что обусловлено использованием химических способов подготовки поверхности и наличием расплавленного цинка.

Газо-термическое напыление – порошкообразный или проволочный цинк расплавляют и напыляют в газовом потоке на металл обрабатываемой детали. Этот метод оптимален для антикоррозионной защиты крупногабаритных металлических конструкций, которые не умещаются в гальваническую или с расплавом цинка ванну. Частицы расплавленного цинка ударяются о поверхность изделия и, деформируясь, образуют пористое ("чешуйчатое") покрытие, которое, как правило, требует обработки порозаполнителем (лакокрасочным материалом). Комбинированное покрытие не теряет защитных качеств в различных средах (атмосфера, вода морская и пресная) 30 лет и более.

Термодиффузионное (шерардизация) – цинковое покрытие получают за счет проникновения атомов цинка в железную подложку с образованием железноцинкового сплава, имеющего сложную структуру. Эффект достигается благодаря тому, что атомы цинка при температурах свыше 2600 °С переходят в паровую фазу. Процесс проводят в замкнутом объеме муфелей или реторт, заполненных обрабатываемыми деталями и порошковой цинкосодержащей смесью. Технологию используют, когда необходимо получить слой цинка толще 15 мкм (обычно 25–110 мкм). Метод экологически безопасен. Покрытие беспористое, с высокой адгезией, защитная способность выше, чем у полученного гальваническим методом в 3–5 раз, и сопоставима со стойкостью горячецинкового.

Гальваническое – обеспечивает создание очень гладкого и точного покрытия, которое наносят при электрохимическом воздействии. Метод применим не только для электропроводящих материалов, но также и для неэлектропроводящих. Получаемое покрытие равномерное, точного размера, декоративного вида, блестящее, толщина, как правило, не превышает 20–30 мкм. Технология – цинковые пластины и обрабатываемую конструкцию погружают в резервуар с электролитом, а затем подключают к источнику постоянного тока. В процессе электролиза анод из цинка растворяется, а его молекулы оседают на поверхности изделия. Электрохимический метод связан с образованием опасных отходов.

Холодное – окраска изделий из металла грунтами, насыщенными высокодисперсным порошкообразным цинком (в готовом покрытии содержится 89–93 % цинка). Метод отличается высокой технологичностью, является самым простым, в настоящее время широко распространен. Очень эффективен для изделий, конструкций, которые нельзя обработать иным способом – закрепленные линии передач, трубы, элементы нефтяной аппаратуры, железнодорожных путей, дорожных ограждений, фурнитуры для мебели и прочие стационарные, неподвижные, труднодоступные объекты. "Холодное" покрытие может прослужить дольше, чем "горячее", в 3–4 раза. Недостатки – относительно низкая стойкость к различным механическим воздействиям и высокие требования к санитарно-гигиеническим условиям работы маляров из-за применения органических растворителей.

Все приведенные методы применяются в промышленных масштабах. Последние 2 можно реализовать самостоятельно с соблюдением необходимых мер безопасности.

3 Гальваническое цинкование в домашних условиях

Цинкование в домашних условиях – процедура, требующая большой точности и аккуратности. Источником тока может служить зарядное устройство на 2–6 А, 6–12 В или автомобильный аккумулятор. Для изготовления электролита, теоретически, можно использовать любую соль, способную растворяться в воде. Однако на практике проще сделать раствор соли цинка. Его состав:

• 200 г сернокислого цинка;
• 50 г сернокислого аммония или магния;
• 15 г уксуснокислого натрия;
• 1 л воды.

Можно воспользоваться аккумуляторным электролитом (водный раствор серной кислоты), в который необходимо поместить цинк. Когда реакция прекратится, кислота преобразуется в соль, а цинк останется. Если раствор кислоты окажется чрезмерно концентрированным, то на дне появится осадок (кристаллический сульфат цинка). Раствор в этом случае слегка разбавляют водой. Важно помнить, что электролит – опасный яд, с которым следует работать крайне осторожно и в защитной одежде. Помещение, где ведутся работы, должно хорошо проветриваться.

Подбирают посуду из винипласта или стекла. Когда деталь небольшая, то подойдет даже литровая банка. Предусматривают возможность прикрепления на ней изделия и электрода из цинка. Электролит процеживают и заливают в емкость. Деталь, предназначенную для цинкования, необходимо тщательно очистить и обезжирить. Сделать это надо как можно лучше, чтобы цинк лег ровно и прочно. Затем деталь на 2–10 секунд опускают в раствор, после чего сразу промывают под проточной водой. Эту процедуру называют химическим активированием. После этого приступают к анодированию изделия.

Цинковый электрод изготавливают из куска цинка, для чего в нем просверливают отверстие и подвешивают его на медной проволоке. Электрод должен соответствовать следующим требованиям:

• площадь поверхности сопоставима с площадью изделия;
• форма плоская и удобная для размещения в емкости.

Для подключения к источнику питания используют медные провода. Минус подводят к детали, а плюс к цинковому электроду, который "растворится", а на изделии образуется слой цинка. Время обработки – 10–40 минут.

4 Параметры домашнего гальванического цинкования

Самым сложным в работе является подбор режима цинкования. От него зависит качество покрытия детали. На нее либо осядет цинковый порошок, беспрепятственно удаляемый тряпкой, или прочный слой, который долго прослужит.

Факторы, определяющие добротность покрытия:

1. Плотность тока – величина силы тока, поделенная на площадь поверхности изделия. Должна быть 0,5–10 А на 1 квадратный дециметр (оптимально 1,5 А/дм 2). Регулятором напряжения добиваются не слишком бурного протекания реакции. Если с поверхности изделия пузырьки будут идти чрезмерно активно, то покрытие получится неровным и слабым.
2. Температура электролита должна быть комнатной (18–25 °С).
3. Плотность электролита – варьируется в широком диапазоне (от нуля и до величины растворимости солей цинка).
4. Геометрия изделия – у детали сложной формы, в зависимости от удаления различных ее фрагментов от цинкового электрода, может быть существенная разница в толщине покрытия разных участков (слабое покрытие в углублениях, а на острой кромке образуются наросты).

Исходя из выше описанного, целесообразно расстояние до электрода увеличить, использовать 2 цинковых анода, деталь покрутить, поэкспериментировать. Цинкование возможно проводить в 2 или 3 слоя с сопутствующим удалением образовавшихся наростов.

5 Холодное цинкование своими руками

Холодное цинкование – нанесение покрытия в виде краски. В этой формулировке заложен основной смысл используемого материала – это не краска, содержащая цинк, а именно этот металл в виде краски.

Для холодного цинкования на рынке можно найти большое множество материалов от различных производителей. У многих составов иногда основные характеристики (содержание цинка, к примеру) варьируются в широких пределах. Соответственно, эффективность их применения тоже может меняться. Некоторые составы очень требовательны к качеству подготовки поверхности металла, у других недостаточная сила адгезии с деталью, и они легко отслаиваются, какие-то обладают низкой эластичностью и покрываются паутиной трещин, есть такие, которым нужен фирменный растворитель, для нанесения ряда материалов требуется специальное оборудование, бывают не совместимые с финишными покрытиями.

Все предлагаемые материалы включают два компонента, поставляемых в отдельных упаковках – цинковый порошок и связующий жидкий компонент. Перед применением оба вещества смешивают согласно нормативам, указанным в документах на краску. Пропорции "порошок"-"связующее" бывают от 1:1 до 3:1. Средство наносят при температуре 5–40 °С и влажности воздуха 30–98 %. Во время работ и после их проведения помещение тщательно проветривают. Необходимо использовать средства индивидуальной защиты.

• содержание мелкодисперсной химически чистой цинковой пудры 96 %;
• быстро сохнет – до нанесения следующего слоя требуется выждать 30 минут;
• можно наносить любым способом (погружением, валиком, кистью, краскопультом и так далее);
• можно окрашивать любыми ЛКМ, возможно нанесение полимерных покрытий;
• допустимо нанесение на ржавчину;
• возможно наносить на влажный металл и при отрицательных (до -35 °С) температурах;
• растворим доступными растворителями (ксилол, сольвент).

Гальванол настолько технологичен и прост в нанесении, что позволяет высокоэффективно защищать чугун, сталь и железо даже в обычных домашних условиях.

6 Основные требования к холодному цинкованию дома

Важная составляющая холодного цинкования металла – жидкий цинк предварительно перемешивают. Из-за большой плотности составы сильно раcслаиваются и непосредственно перед использованием их необходимо тщательно перемешать до получения однородной массы, жидкости. Кроме того, чем качественней подготовлен к нанесению покрытия металл, тем долговечней будет защитный цинковый слой. Поэтому лучше всего произвести механическую зачистку детали с последующим обезжириванием.

Оцинковка, нанесенная на такое изделие в 2 слоя, прослужит минимум 10 лет. Очередной слой делают всего через 30 минут после предыдущего. Перед нанесением финишных покрытий и ЛКМ необходимо выдержать 24 часа (чтобы остатки растворителя полностью улетучились). Холодное цинкование, своими руками проведенное с соблюдением технологии и инструкции по применению состава, по качеству и надежности не уступает фабричному исполнению.