Цинкование — это основной метод защиты стали от ржавчины. По сути, этогальваническая ваннаЦинкование — это процесс, происходящий в большом котле с расплавленным цинком, используемым для покрытия металлических деталей. Когда чистая сталь погружается в эту ванну, цинк быстро связывается с поверхностью, образуя прочное, коррозионностойкое покрытие. Цинкование существует уже более 150 лет, но при этом остается удивительно эффективным и экологически чистым методом. Фактически, его часто называют одним из самых экологичных процессов предотвращения коррозии. В результате получается сталь, которая может десятилетиями служить на открытом воздухе с минимальным уходом. Ниже мы пошагово расскажем, как стальная деталь превращается из пыльного старого металла в покрытую цинком внутри ванны для гальванизации.
Что такое гальваническая ванна?
Ванна для гальванизации — это просто емкость с расплавленным цинком, нагретым примерно до 450°C (842°F). Стальные детали опускаются в этот горячий цинк, который выглядит как серебристый жидкий металл. Во время погружения цинк реагирует с железом в стали, создавая металлургическую связь между цинком и сталью. На практике компании часто называют это гальванизацией.горячее цинкованиепроцесс – буквально погружение стали в «раскаленный» (расплавленный) цинк.
Этот метод очень эффективен. В цинковой ванне обычно поддерживается содержание цинка более 98%, а конвейерные или крановые системы аккуратно перемещают стальные детали под таким углом, чтобы цинк заполнил каждый уголок детали. Даже полые детали или трубы заполняются цинком, поэтому покрывается как внутренняя, так и внешняя поверхность. Как говорится в одном из отраслевых руководств, горячее цинкование — это процесс «полного погружения»: сталь полностью погружается в цинк, и на нее наносится покрытие из цинка.всеВнутренние и внешние поверхности. Через несколько минут сталь поднимается, покрываясь новым блестящим металлическим слоем.
Процесс горячего цинкования (от начала до конца)
Процесс цинкования включает несколько ключевых этапов. Каждый из них необходимо выполнять тщательно, поскольку цинк прилипает только к идеально чистой поверхности. В целом, этапы следующие:
Очистка (обезжиривание и травление):Сначала сталь тщательно очищают от масел, смазки и рыхлой ржавчины. Обычно это делается с помощью горячего щелочного (каустического) раствора, обезжиривающего сталь. Затем сталь помещают в кислотную травильную ванну (часто с разбавленной серной или соляной кислотой) для удаления окалины и ржавчины. После травления любые стойкие загрязнения, краска или шлак удаляются вручную или пескоструйной обработкой. Короче говоря, все загрязнения должны быть удалены, поскольку цинк не связывается с загрязненной сталью.
Флюсование:Непосредственно перед цинкованием чистую сталь погружают в раствор флюса, обычно представляющий собой смесь хлорида цинка и аммония. Флюс удаляет последние следы оксида и предотвращает новое окисление перед погружением. На некоторых заводах даже на поверхность цинковой ванны накладывают тонкий «флюсовый слой», чтобы помочь обезжирить сталь при ее поступлении. Этап нанесения флюса имеет решающее значение: он обеспечивает возможность плавления расплавленного цинка.влажныйравномерно распределить сталь.
Погружение в цинковую ванну:Теперь переходим к сути процесса. Подготовленная сталь медленно опускается (часто под углом) в ванну с расплавленным цинком, обычно нагретым до ~450°C. На изображении ниже показаны стальные балки, входящие в горячую цинковую ванну. Как только сталь соприкасается с жидким металлом, начинается реакция. Цинк начинает сплавляться с поверхностью железа, и жидкий цинк обволакивает всю деталь. Внутри ванны цинк и железо образуют несколько слоев сплава в результате металлургической реакции. В течение этого времени (обычно несколько минут) покрытие наращивается до необходимой толщины. СлойрасплавленныйЦинк прилипает к поверхности стали, а затем охлаждается, образуя твердую внешнюю оболочку.
Рисунок: Стальные детали погружают в ванну горячего цинкования. Расплавленный цинк (жидкое серебро) быстро покрывает сталь.
Операторы завода тщательно рассчитывают время погружения. Для большинства деталей достаточно 4–5 минут. Более крупным или изолированным деталям может потребоваться больше времени для достижения полной температуры. После полного нагрева деталь медленно извлекают. По мере подъема излишки цинка стекают – иногда этому способствуют вибрация или вращение детали. Тонкая оболочка из цинка, которая остается, остывает и затвердевает, часто приобретая яркое серебристое покрытие снаружи. На самом деле, свежеоцинкованная сталь часто блестит; характерный «блестящий» или снежинкообразный узор кристаллизованного цинка может появиться на поверхности по мере его затвердевания.
Охлаждение (пассивация/закалка):После извлечения сталь с покрытием охлаждают. Это можно сделать простым воздушным охлаждением или закалкой горячей стали в воде или ванне для химической пассивации. Специальная обработка не требуется – связь цинка со сталью уже прочная. Любой тонкий внешний слой оксида цинка (белая ржавчина), который может образоваться, часто просто оставляют или слегка обрабатывают. В отличие от окрашенных деталей, оцинкованная сталь обычно требуетдальнейшая отделка не требуется.для долговечности.
Проверка:Заключительный этап — быстрая визуальная и техническая проверка. Инспекторы проверяют, покрыт ли каждый участок, и измеряют толщину покрытия. Поскольку цинк связывается только с чистым металлом, дефекты легко обнаружить (голая сталь выглядит блестящей). Стандартные измерительные приборы измеряют толщину покрытия, чтобы убедиться, что оно соответствует техническим требованиям. На этом этапе оцинкованная сталь готова к использованию, гарантируя защиту от коррозии на долгие годы.
Внутри ванны: металлургия и защита
То, что на самом деле происходит со сталью внутри расплавленного цинка, — это сложный химический процесс, и одно из удивительных преимуществ гальванизации. Пока горячая сталь находится в ванне, атомы цинка диффундируют в железо, образуя несколько интерметаллических соединений. Американская ассоциация гальванизаторов иллюстрирует это поперечным сечением: есть внешний слой почти чистого цинка (называемый слоем эта), а под ним — 3 твердых легированных слоя (называемых гамма, дельта, дзета) прямо на границе раздела стали. Примечательно, что эти цинково-железные легированные слои представляют собойТверже, чем низкоуглеродистая сталь.Например, мельчайшие царапины с трудом проникают сквозь это многослойное покрытие. На практике оцинкованное покрытие чрезвычайно прочное и износостойкое.
Еще одно ключевое преимущество — катодная (жертвенная) защита. Цинк более электрохимически активен, чем сталь. Проще говоря, если покрытие поцарапать до голой стали, окружающий цинк начнет корродировать первым, защищая сталь. На самом деле, горячее цинкование славится этим: один источник отмечает, что даже если в царапине обнажится голая сталь (размером до ¼ дюйма), «коррозия не начнется, пока не будет израсходован весь окружающий цинк». Это означает, что небольшие царапины не требуют перекраски; цинк со временем жертвует собой.
С годами воздействие воздуха и дождя превращает цинк в безвредные побочные продукты (оксиды, гидроксиды, карбонаты) – серую патину, которую можно увидеть на старом оцинкованном металле. цинковая патина Постепенно образуется защитная внешняя корка, которая дополнительно замедляет коррозию. Фактически, полностью выветренная оцинкованная сталь корродирует примерно в 30 раз медленнее, чем необработанная сталь. На практике это означает, что оцинкованное покрытие часто служит 50–60 лет и более без необходимости технического обслуживания, в зависимости от условий окружающей среды.
Удивительные преимуществаГальванизация
Цинкование обладает рядом впечатляющих свойств, которых вы, возможно, не ожидаете от простого металлического покрытия:
1. Полное покрытие:Поскольку горячее цинкование предполагает погружение детали в жидкость, цинк покрывает даже внутренние поверхности полых секций и труб. В отличие от красок, наносимых кистью, цинком покрываются резьба и скрытые углы. Полное погружение исключает проникновение ржавчины из неожиданных мест.
2. Встроенная прочность:Цинково-железные слои по своей природе твердые и износостойкие. В некоторых испытаниях покрытие из оцинкованной стали было повреждено.десять разОбладает большей износостойкостью, чем обычная краска. Внешний слой из чистого цинка (эта) мягче и пластичнее, что обеспечивает ударопрочность, а внутренние слои из сплава тверже стали. Такое многослойное соединение означает, что оцинкованные детали выдерживают грубое обращение и износ.
3. Самовосстанавливающаяся (катотическая) защита:Как уже отмечалось, цинк «жертвует собой», чтобы защитить сталь. Небольшие царапины на оцинкованной стали не заржавеют, потому что цинк корродирует первым (это также называется катодной защитой). Существует даже название «боковое распространение» для того, что происходит с окрашенной сталью (ржавчина проникает под краску) – и оцинковка, по сути, предотвращает это.
4. Быстрое выполнение заказа:Несмотря на тяжелое оборудование, сам процесс цинкования занимает мало времени. Подвешивание детали и погружение в цинк занимает всего несколько минут. Подготовка в основном сводится к химической очистке, и хорошо организованный завод может обработать заказ за несколько дней. Фактически, современные цеха цинкования предлагают круглосуточное обслуживание для небольших заказов.
5. Длительный срок службы:Оцинкованное покрытие может защищать сталь в течение десятилетий без повторной покраски. В типичных условиях эксплуатации на открытом воздухе (в промышленности или сельской местности) срок службы до первого технического обслуживания обычно составляет более 50 лет. Такая долговечность часто делает оцинковку более экономичной, чем периодическая покраска в долгосрочной перспективе.
6. Экологичность:Процесс цинкования относительно экологически чистый. Отработанный цинк перерабатывается, и в нем отсутствуют летучие органические растворители, как в краске. Оцинкованная сталь на 100% подлежит вторичной переработке по окончании срока службы. Отраслевые группы даже отмечают цинкование как «вероятно, наиболее экологически чистую» защиту от коррозии из доступных на рынке.
7. Узнаваемая отделка:Оцинкованная сталь часто обладает характерными особенностями.блестящийили узор, напоминающий снежинки, на его поверхности. Эти серебристые кристаллы — это затвердевшие зерна цинка, и они придают оцинкованным поверхностям характерный вид. Это визуальный признак наличия настоящего горячего цинкования.
Высококачественное оборудование: Завод по цинкованию труб компании Bonan Tech.
Крупные цеха гальванизации используют мощное оборудование для непрерывного выполнения этих процессов. Например, компания Bonan Technology Co., Ltd., производитель оборудования, делает акцент на своем оборудовании.«Завод по цинкованию труб высшего качества»Изготовленные из высококачественной стали и комплектующих, их автоматизированные линии выполняют все необходимые операции: от приспособлений для подвешивания труб до емкостей для щелочной обезжиривания, кислотного травления, станций нанесения флюса, конвейера, проходящего через цинковый котел, и емкостей для закалки. Компания Bonan отмечает, что ее заводы по цинкованию труб спроектированы для непрерывного производства труб всех диаметров.
Рисунок: Работающая линия непрерывного цинкования труб. Такие автоматизированные установки перемещают секции труб через зоны очистки, нанесения флюса и ванну с расплавленным цинком.
На производственной линии Bonan Tech каждый этап тщательно контролируется. Фактически, оцинковка труб обычно проходит следующие конкретные этапы:
Очистка едким раствором:Трубы попадают в горячую ванну с гидроксидом натрия для удаления масла и окалины.
Кислотное травление:Затем их обрабатывают в кислотной ванне (обычно HCl или H₂SO₄), чтобы растворить ржавчину и оставшиеся оксиды.
Промывка и удаление излишков жидкости:После промывки трубы погружают в раствор флюса на основе хлорида цинка и аммония, что обеспечивает отсутствие оксидов на стали перед цинкованием.
Сушка:Вся влага на стали удаляется или испаряется с помощью осушителя воздуха.
Погружение (цинковая ванна):Трубы подаются в ванну с расплавленным цинком. Горячее цинкование обеспечивает их тщательное покрытие цинком.
Закалка:Наконец, оцинкованные трубы в горячем состоянии быстро охлаждаются в воде или закалочной ванне для закрепления покрытия.
Каждая из выходящих на поверхность труб имеет равномерное цинковое покрытие для предотвращения коррозии. Согласно описанию Бонана, их«Автоматический станок для цинкования труб»способно обрабатывать «весь спектр труб, подлежащих оцинковке», обеспечивая нанесение необходимого слоя цинка даже на очень большие или очень маленькие трубы.
Заключение
Ванна для цинкования — это не просто емкость с металлом, это центр проверенного, научно обоснованного процесса, который придает стали практически самовосстанавливающийся защитный слой. От этапов очистки до погружения в горячий цинк, каждый шаг оптимизирован для получения прочного, металлургически связанного покрытия. Мы видели, как оцинкованная сталь не только противостоит ржавчине, но и делает это удивительно хорошо — благодаря многослойным сплавам, исключительной прочности и десятилетиям службы.
Будь вы инженер, проектирующий мост, или домовладелец, выбирающий столбы для забора, понимание процесса цинкования помогает объяснить, почему оцинкованная сталь так эффективна. Короче говоря, внутри этой скромной ванны с расплавленным цинком скрывается мощная и удивительно сложная система защиты, которая обеспечит безопасность стальных конструкций на протяжении многих поколений.
Дата публикации: 21 мая 2025 г.