Гальванічне цинкування металу: технологія, обладнання
Гальванічне цинкування - ефективний і недорогий, а тому поширений спосіб захисту чорних металів від корозії. Найчастіше його використовують при виробництві метизів і кріпильних виробів, а також сталевої сітки.
Способи нанесення цинкового покриття
Антикорозійне цинкування виконується різними способами, а термін служби покриття залежить від товщини захисного шару.
Спосіб нанесення покриття залежить від його необхідних властивостей, розмірів виробу, умов його подальшої експлуатації.
Найпростіший і технологічний, але недостатньо забезпечує стійкість до механічних впливів захисного шару, - це холодне цинкування за допомогою грунтів, в яких у великій кількості міститься високодисперсний цинковий порошок.
За обсягом цінковальних виробництв друге місце займає гаряче цинкування. Покриття, що отримується таким способом, якісне і довговічне, але екологічно небезпечне, так як використовується розплав цинку, та ще на підтримку його температури трохи менше 500 ° С необхідна велика кількість електроенергії, хімічні методи підготовки поверхні.
Дуже схожий на гаряче цинкування більш технологічний, але менш продуктивний метод термодиффузионного нанесення захисного шару. Він використовується, коли задаються високі вимоги до товщини і зовнішнім виглядом покриття.
Ще один спосіб цинкування - це газо-термічне напилення, яке використовується для захисту великогабаритних виробів і конструкцій, які в ванну просто неможливо помістити.
Гальванічне цинкування позбавлене багатьох недоліків інших способів нанесення покриття і має свої позитивні сторони.
Переваги гальванічного цинкування
Спосіб нанесення цинкового покриття шляхом електролізу найбільш поширений.
Основною перевагою, через якого застосовується саме гальваническое цинкування металу, є високий ступінь захищеності поверхні матеріалу від корозії. Тонкий шар цинку збільшує термін служби виробів в кілька разів, а значить, і знижує витрати на їх технічне обслуговування та заміну.
Покриття виходить рівним, без патьоків і крапель, зберігається і форма, і розмір виробу. Нанести його можна на предмети будь-хто, навіть найскладнішої форми.
Гладенькі декоративні покриття не вимагають в більшості випадків додаткової обробки.
Крім того, сам процес нанесення цинкового покриття вимагає незначних витрат, а гальванічні агрегати мають високу продуктивність.
Недоліки гальванічного цинкування
Спосіб нанесення захисного покриття електролізом не позбавлений недоліків.
Основний недолік - низька адгезія цинку з металом, через яку поверхню виробу необхідно ретельно зачищати.
Мінусом також є утворення в процесі нанесення покриття отруйних відходів, що вимагають серйозного очищення.
Недотримання режимів може привести до наповнення воднем основного металу, що призводить до крихкості самого виробу і до порушення якості покриття.
Принцип дії
Гальванічне цинкування засноване на принципі захисної дії, який визначається різницею електрохімічних потенціалів цинку і заліза. Оскільки цинк має менший електрохімічний потенціал, покриття з нього є протекторної захистом для чорних металів. Тобто у вологому середовищі електрохімічної корозії піддається саме він.
При окисленні заліза утворюються оксиди, які мають більший обсяг, ніж первинний метал. Оксидна плівка стає пухкої і пропускає до ще не окисленого металу кисень. А на цинку при окисленні плівка утворюється тонка і щільна, вона не пропускає кисень вглиб металу, захищаючи не тільки покриття, але і основний метал під ним.
Види гальванічного цинкування
Цинкування гальваническое - технологія, що представляє собою електроліз, т. Е. Електрохімічні окислювально-відновні процеси в електроліті під дією постійного електричного струму.
За складом електроліту цинкування ділиться на три види: кислотне, Цианидное і лужне.
Найчастіше використовується метод нанесення цинкового покриття в слабокислих електролітах, особливо для чавунних і сталевих деталей складної конфігурації. Вироби з вуглецевих і легованих сталей при цьому виді цинкування менше піддаються виникненню водневої крихкості, та й зовнішній вигляд виходить чудовий, з чудовим декоративним ефектом в широкій колірній гамі.
Додатковий захист при цинкування
Захисна дія покриттів з цинку залежить від його товщини, яка при гальванічному нанесенні всього 5 мкм, і характеру електроліту.
У деяких випадках захисні властивості цинкового покриття збільшуються пассивированием, фосфатуванням або фарбуванням.
Пасивування (хроматирование) - хімічна обробка виробів в розчинах з хромової кислотою або її солями, в результаті якої на поверхні утворюються хроматних плівки. Це процес посилює не тільки захисні властивості, скільки декоративні, тому що в результаті посилюється блиск покриття, і воно може бути забарвлене в різні кольори.
При фосфатировании (обробці в солях фосфорної кислоти) оцинкованих виробів на поверхні плівка утворюється фосфатная. Після фосфатирования може ще наноситися лакофарбове покриття.
Етапи гальванічного цинкування
На виробництві гальванічне цинкування складається з декількох технологічних процесів, кожен з яких завершується промиванням водою в проточній ванні або щітково-мийним способом.
Спочатку вироби ретельно очищаються від іржі, окалини, технологічного мастила, залишків охолоджуючої рідини або фарби і обезжирюються в лужних розчинах. Потім відбувається знежирення електролітичне.
Після нього протравливаются у водному розчині соляної кислоти, при якому поверхня остаточно очищається без порушення поверхневого шару і відбувається її декапирование - активація перед нанесенням цинкового покриття. Тільки потім проводиться власне цинкування.
Після нього, при необхідності, вироби освітлюються і очищаються від окисної плівки в водному розчині азотної кислоти, потім фосфатирование, пасивація і сушка.
При цинкування різних виробів можуть виконуватися додаткові операції. Наприклад, смугу перед цинкуванням розмотують, зварюють кінці, правлять, а після нього промаслюється і змотують.
Устаткування гальванічного цинкування
Гальванічна лінія - це певна послідовність промивних і технологічних ванн, в яких створюються одно- або багатошарове цинкове покриття з необхідними функціональними властивостями.
Відповідно до обсягів виробництва використовується обладнання з різним ступенем механізації. На великих підприємствах встановлюються механізовані лінії з автоматичним управлінням. Існують лінії з частковим або повним ручним керуванням, а також міні-лінії.
Лінія гальванічного цинкування складається не тільки з ванн. У неї входять транспортні системи різної конструкції, обов`язково обладнання для очищення стічних вод, допоміжне обладнання, до якого відносяться пристосування для цинкування, ТЕНи, теплообмінники, катодні і анодні штанги.
У додаткове обладнання входять системи вентиляції, сушильні камери і шафи, холодильне обладнання, фільтрувальні установки, устаткування отримання демиводою, насоси.
Електроліти для цинкування
Для гальванічного цинкування в залежності від призначення виробу застосовують електроліти, які діляться на дві основні групи.
Електроліти, в яких цинк знаходиться у вигляді простих гідратованих іонів, називають простими кислими. Це борфтористоводородной, сульфатні і хлоридні розчини.
Складні комплексні кислі і лужні електроліти містять цинк в комплексних іонах з позитивним і негативним зарядом. Це Амміакатние, пірофосфатних, ціанідні і інші розчини.
Від того, який електроліт застосовується, залежить в першу чергу швидкість осадження, а потім якість опадів цинку на виробі (катоді).
З комплексних електролітів цинк осідає на катоді при високому розсіюванні іонів. При збільшенні щільності струму вихід металу знижується і збільшується вихід водню.
Тому цинкування в складних електролітах проводиться при малій щільності струму, а покриття виходить дуже якісне, дрібнозернистий і рівномірний.
У слабокислих простих електролітах гальванічне цинкування, в домашніх умовах в тому числі, проходить при великій щільності струму, з більшою, ніж при використанні складних розчинів, швидкістю. Зовнішній вигляд виробів виходить хороший, але покриття не дуже якісне і підходить тільки для виробів досить простої форми.
гальванічне цинкування
Технологічний процес безпосередньо цинкування відбувається у ванні з електролітом. У неї опускаються вироби з чорного металу, до яких через спеціальні електроди підводиться електричний струм (катод), і чистий цинк у вигляді куль або пластин, покладених в спеціальні сітчасті секції (анод).
В процесі електрохімічної реакції під впливом електричного струму щільністю від 1 до 5 А / дм цинк розчиняється в електроліті, потім його іони осідають на катоді, утворюючи гальванічне покриття товщиною 4-25 мкм.
Саме з використанням такої технології одержують кріпильні вироби (болти і гайки) з рівномірним і блискучим покриттям.
Автоматизована лінія для гальванічного цинкування
Сучасна лінія гальванічного цинкування - це повністю автоматизована лінія, на якій здійснюються всі етапи нанесення покриття, включаючи зварювання і якісне знежирення виробів різного призначення і конфігурації.
Автоматична лінія в загальному випадку складається з комплекту технологічних гальванічних ванн, модульних випрямлячів, стенду завантаження / розвантаження, транспортного устаткування, обладнання для витяжної вентиляції, підведення води і відведення каналізаційних стоків, металоконструкцій з трапом обслуговування.
Гальванічні ванни можуть виготовлятися з нержавіючої сталі, стали, футерованной полімерними матеріалами або гумою. Сучасні ванни, зварені з листових полімерів, все більше витісняють металеві ємності. Вибір матеріалу ванн залежить від складу і концентрації електроліту і робочої температури.
Комунікації систем водопостачання та каналізації, і в більшості випадків вентиляції розташовуються під ваннами і також виготовляються з поліпропілену.
Розміри лінії визначаються її продуктивністю і габаритами гальванічних ванн.
Гальванічне цинкування відбувається з утворенням стічних вод з високою концентрацією іонів важких металів. Тому їх відстоюють, фільтрують, нейтралізують, використовують хімічне осадження, сорбцію і інші процеси в ємностях з інженерних полімерів.
Електролітичне цинкування в домашніх умовах
Гальванічне цинкування, своїми руками вироблене, починається з підбору матеріалів. Електролітом може служити розчин хлориду цинку і соляної кислоти в дистильованої воді. Це так звана паяльна кислота, яка найчастіше використовується в домашніх умовах. Умільці протруюють цинк в акумуляторної сірчаної кислоти і отримують електроліт ZnSO4, але цей процес небезпечний, оскільки при реакції виділяється вибухонебезпечний водень і теплота. В електроліті ні в якому разі не повинно бути осаду з нерозчинених кристалів солі.
Чистий цинк можна купити в магазині хімреактивів або на радіоринку, а можна отримати з сольових батарейок або плавких запобіжників, що збереглися з часів Радянського Союзу.
Гальванічної ванній може служити скляна або пластикова ємність. У неї встановлюються штативи для анода і катода. Анод - це пластина цинку, до якої від джерела живлення приєднується «плюс». Чим більше анод, тим більш рівномірним вийде покриття на катоді, виробі, на яке буде наноситися захисне покриття. Анодів може бути кілька, їх можна розташовувати навколо катода на однаковій відстані, щоб його поверхня покривалася цинком рівномірно і одночасно з усіх боків. До катода приєднується «мінус» джерела живлення.
Навіть коли в домашніх умовах проводиться цинкування гальванічне, технологія обов`язково включає ретельне очищення та знежирення деталі, а також її активацію в розчині кислоти.
Джерело живлення - це автомобільний акумулятор з лампою розжарювання невеликої потужності або іншого споживача в схемі, щоб сила струму в ланцюзі була нижче, або блок живлення з постійною напругою на виході. Головне, щоб не було бурхливого кипіння електроліту в процесі цинкування.
Власне цинкування відбувається, коли аноди і катод опущені в електроліт і замкнута електрична ланцюг. Чим довше триває процес, тим товщі шар цинку виходить на виробі.
За допомогою гальванічного цинкування захисне покриття на виробах стає точним, рівномірним і гладким, з декоративним ефектом. Його використовують і в промисловості, і в домашніх умовах, не дивлячись на те що потрібно очищення стічних вод від екологічно небезпечних відходів.
