Файл: Соголовская А.Г. Прогрессивные методы горячего цинкования.pdf

В тех случаях, когда облагораживание металла легирова­ нием неэкономично, а применение протекторной или катод­ ной защиты невозможно, приходится обращаться ко второ­ му способу — к обработке коррозионной среды. Для этой цели служат вещества, известные под названием ингибито­ ров (замедлителей) коррозии.

Находясь в коррозионной среде, ингибиторы могут тор­ мозить анодный или катодный процессы при работе микрогальванических элементов или связывать активный кисло­ род, а также образовывать нерастворимые пленки на метал­ ле, защищающие его от дальнейшего окисления.

Ингибиторы атмосферной коррозии чаще всего применя­ ются при хранении или длительной транспортировке ме­ таллических изделий.

Замедлители коррозии в жидких коррозионных средах служат для предохранения различных металлических емко­ стей от разрушающего действия рабочих жидкостей.

Но облагораживание металлов легированием, протек­ торная и ингибиторная защита могут применяться лишь в определенных условиях эксплуатации и хранения из­ делий.

Третий способ защиты — полная изоляция металла от коррозионной среды — является наиболее универсальным. В этом случае на защищаемый металл наносятся самые разнообразные по своей природе и внешнему виду пле­ ночные покрытия, прочно сцепленные с металлической основой.

Защита металлов покрытиями делает их не только стой­ кими в самых различных коррозионных средах, но прида­ ет металлическим изделиям красивый вид. Наиболее широ­ ко для защитно-декоративных и специальных покрытий применяются такие металлы как цинк, кадмий, хром, же­ лезо, никель, олово, свинец, медь, серебро и золото.

12

В последние годы у нас и за рубежом появился большой,, интерес к покрытиям из двойных и даже тройных сплавов. Эти покрытия обладают новыми ценными свойствами.

Рис. б. Иллюстрация процесса коррозионного разрушения в зависимо­ сти от свойств металла основы и покрытия:

/ — покрытие (никель); 2 — покрытие (цинк); 3 — основной металл (сталь); 4 — продукты коррозии.

олово, цинк — олово, олово — никель, цинк — кадмий, се- ребро—свинец, железо — цинк и др.

По характеру защиты от коррозии все покрытия можно разделить на катодные, анодные и механические.

Предположим, что одна стальная пластинка покрыта никелем (рис. 6,а), а другая — цинком (рис. 6,6).

Допустим, что на обеих пластинках .образовалось ло­ кальное нарушение покрытий. Цинк, растворяясь, защищает стальную пластинку от коррозии. В паре никель — сталь покрытие служит катодом и лишь усиливает коррозионное разрушение основы.

13

Таким образом, более благородный металл может слу­ жить надежной защитой для менее благородного только при отсутствии царапин и пор, доходящих до основы.

Кмеханическим покрытиям можно отнести те, которые

вэлектрохимическом отношении инертны и не могут об­ разовать более или менее сильной гальванопары с метал­ лом основы.

Такими покрытиями являются, например, непигментированные лаковые пленки.

Наиболее надежными являются анодные покрытия, поэтому они широко применяются для защиты черных металлов. Существует несколько способов нанесения метал­ лических покрытий, каждый из которых имеет свою спе­ цифику и область применения. В частности, цинкование может производиться одним из следующих способов: элект­ ролитическим, металлизационным, диффузионным и горячим.

Электролитическое цинкование осуществляется путем электролиза водных растворов, содержащих простые или комплексные’ ионы цинка. Процесс ведут при комнатной или повышенной температуре, используя постоянный ток низкого напряжения. При этом катодами являются цин­ куемые детали, в качестве анодов используются цин­ ковые пластины. Электролитическое цинкование более или менее крупных деталей осуществляется на специальных катодных подвесках, а массовое покрытие мелких изделий, типа крепежа и фурнитуры,— в барабанных и колокольных устройствах.

емые кислые электролиты, интенсифицируют процесс цин­

14

кования. При этом скорость осаждения цинка увеличива­ ется до нескольких микрон в минуту. Однако покрытия из этих электролитов имеют крупнокристаллическую струк­ туру, пористы и недостаточно равномерны по толщине на деталях сложного профиля.

Комплексные электролиты менее производительны, чем кислые, но дают плотные беспористые и равномерные по­ крытия, очень прочно сцепленные с основой.

При помощи специальной обработки электролитиче­ ским цинковым покрытиям можно придавать блеск, сохра­ няющийся длительное время на объектах, эксплуатируе­ мых в сухих, не загрязненных промышленными газами, помещениях.

Электролитическое цинкование является универсаль­ ным, так как оно применяется для покрытия деталей самых разнообразных размеров и форм при значительной степени автоматизации,причем покрытия получаются равномерными, расход цинка — более экономичный по сравнению с горя­ чим цинкованием.

К недостаткам электролитического цинкования следует отнести невозможность покрытия изделий, имеющих негер­ метичные швы, а также недостаточно высокую производи­ тельность по сравнению, например, с горячим цинкованием. Кроме того, при цинковании этим способом тонкостенных деталей или пружин повышается хрупкость последних за счет поглощения основным металлом водорода, выделяю­ щегося на катоде вместе с цинком.

Цинкование методом металлизации распылением за­ ключается в том, что при помощи струи сжатого газа рас­ плавленный цинк в капельножидком состоянии наносится на покрываемый объект. Механизм образования покрытия состоит в том, что частицы жидкого металла, имеющие раз­ мер 10—20 мк, выбрасываются из специального аппарата-

15

распылителя. Попадая на покрываемую поверхность, они расплющиваются, наслаиваются друг на друга и образуют чешуйчатое покрытие.

Металлизируемая поверхность должна быть сухой и ше­ роховатой. В противном случае сцепление покрытия с ос­ новой будет недостаточным. Наилучшей подготовкой перед металлизацией считается пескоструйная или дробеструй­ ная обработка.

Металлизационные аппараты, или пистолеты-распыли­ тели по принципу работы и конструктивным особенностям делятся на тигельные, работающие с расплавленным ме­ таллом, газовые, распыляющие проволоку с помощью кис­ лородно-ацетиленового или водородного пламени, и элек­ трические, распыляющие проволоку с помощью переменного электрического тока.

Наиболее распространены электрические аппараты. Прин­ цип работы их следующий. Две цинковые проволоки, находя­ щиеся под напряжением переменного тока промышленной частоты, соединяясь, образуют вблизи воздушного сопла вольтову дугу, расплавляющую цинк. Концы проволоки непрерывно подаются специальным механизмом к месту возникновения вольтовой дуги.

Основным преимуществом металлизационного способа следует считать транспортабельность металлизационной аппаратуры и возможность покрывать цинком готовые конструкции любых габаритов и форм.

К недостаткам нужно отнести слабое сцепление цинка с основой, недостаточную плотность и компактность покры­ тия, а также значительные потери цинка при распылении его на ажурные (несплошные) поверхности.

Диффузионное цинкование заключается в том, что цинк в виде мелкодисперсного порошка, находящегося в непосред­ ственном контакте с покрываемым объектом, при определен-

16

ных условиях внедряется в кристаллическую решетку ста­ ли. При этом, в отличие от описанных выше способов, меж­ ду покрытием и основой нет резкой физической границы раздела. Диффузионное покрытие представляет собой ряд химических соединений железа с цинком, которые по своим свойствам резко отличаются от свойств образующих его чистых металлов.

Практически процесс осуществляется следующим обра­ зом. Детали, очищенные от жиров и окислов, погружаются в порошкообразную смесь, состоящую из металлического цинка и окиси цинка или алюминия. Последняя предотвра­ щает цинковый порошок от спекания. Детали, засыпанные порошком, в специальных контейнерах загружаются в му­ фельные печи и при температуре 400 ± 50° С выдерживают­ ся в течение нескольких часов. С увеличением температуры и времени процесса слой диффузионного покрытия стано­ вится более толстым. Однако получение диффузионных покрытий остается еще весьма трудоемким процессом, меха­ низация и автоматизация которого затруднены. Этим, по-видимому, и объясняется его ограниченное применение.

Горячее цинкование является самым старым, наиболее распространенным и, вместе с тем, самым высокопроизводи­ тельным способом покрытия цинком кровельной жести, про­ волоки, ленты, различных бытовых и специальных емкостей. Для цинкования различной сшивной посуды (ведер, корыт, баков и т. п.) горячий способ является единственно возмож­ ным. Поэтому при описании особенностей и технологии го­ рячего цинкования основное внимание в книге уделено цинкованию сшивных бытовых емкостей.

2 1652

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И ФИЗИКО­ ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГОРЯЧЕГО ЦИНКОВАНИЯ

Горячее цинкование стали и изделий из нее состоит из очистки поверхности от окалины и жировых загрязнений, нанесения слоя цинка погружением стали в цинковый ра­ сплав и обработки цинкового покрытия. Технологическая схема процесса горячего цинкования выглядит так: обез­ жиривание * -> травление -> промывка -* декапирование -> ->■ флюсование цинкование -> охлаждение.

Подготовка поверхности металла

Расплавленный цинк хорошо смачивает только совер­ шенно чистую сталь. Но обычно поверхность стали покры­ та слоем окалины, которая образуется при прокатке и отжи­ ге листов. Листовая сталь в зависимости от способа произ­ водства делится на холоднокатаную и горячекатаную. Для получения холоднокатаных листов сталь прокатывают в горячем состоянии лишь до толщины 2—2,5 мм и дальней­ шую прокатку до нужной толщины ведут уже в холодном состоянии. Холоднокатаные листы затем отжигают в ней­ тральной атмосфере при температуре 680—700° С. Этот от­ жиг приводит к получению мелкозернистой стали, поверх-

*.Обезжиривание применяется в тех случаях, когда на деталях или изделиях имеются заметные жировые загрязнения.

18

ность которой получается гладкой и имеет небольшой по толщине слой окалины.

Горячекатаная сталь делится на декапированную и кро­ вельное железо. В обоих случаях прокатка этой стали про­ изводится в горячем состоянии до нужной толщины листов. В зависимости от условий производства (температуры кон­ ца прокатки, механизации процесса) структура и качество листов получаются различные. Отжиг кровельного железа производится при температуре 800—850° С. При изготовле­ нии декапированной стали горячекатаные листы подвер­ гают травлению для снятия прокатной окалины, которая легко растворяется в кислоте. После травления следует отжиг при температуре 800—850° С. В результате получа­ ют декапированную сталь светло-серого цвета с небольшим слоем окислов. Листы кровельного железа подвергаются более длительному отжигу, поэтому на поверхности их об­ разуется плотный слой окалины, которая впоследствии уда­ ляется с большим трудом. Из-за большого количества окали­ ны поверхность листов кровельного железа получается шероховатой и имеет темный цвет. Толщина слоя окалины на листовой стали колеблется от 0,018 до 0,052 мм. Образование окалины при отжиге зависит от качества поверхности листа. Для одной и той же стали, отжигаемой в одинаковых усло­ виях, при гладкой поверхности получается окалины 50 г/м2, при глубоко шероховатой — 400 г/м2 [29].

Таким образом, качество поверхности листовой стали одной и той же марки при одинаковом химическом составе может быть различным в зависимости от технологии про­