Гальваническое цинкование – это один из эффективных способов защитить поверхности стальных конструкций от развития коррозионных процессов. Технология основана на осаживании цинка на поверхности металлов с помощью электролитической реакции. Поэтому для определения гальванизации металлов также используется другое название - электрохимическое цинкование. Благодаря такому виду оцинковки, обработанная поверхность увеличивает защиту от электрохимической коррозии и приобретает эстетичный внешний вид.
Протекция металлоизделий цинком с помощью технологии гальванизации основана на химических свойствах этого металла. Цинк является элементом с отрицательным зарядом, в то время как железо является положительно заряженным металлом. В случае покрытия черного металла Zn возникает связь катода, которым выступает железо, и анода - цинка. Такое соединение называется гальванической парой. Пока катод находится в связи с анодом, основной металл не способен окисляться. Это значит, что при гальваническом цинковании на поверхности металла не будет развиваться коррозия.
Защитные свойства цинка
Почти половина цинка, добываемая на нашей планете, используется для создания протекции от коррозии металлоизделий. Электрохимический потенциал (ECP) цинка достаточно невысок и составляет 0.76 Дж/моль. Он гораздо ниже, чем аналогичный показатель у черных металлов.
В отличие от металлоизделий из сталей, имеющих толстую и непрочную оксидную пленку, защитный цинковый слой очень тонкий, на молекулярном уровне связан с основным металлом и его сложно разрушить. При образовании трещин и других дефектов на его поверхности расположенный ниже цинк немедленно вступает в реакцию с основным металлом, восстанавливая защитную пленку. Такое замещение будет происходить до тех пор, пока цинковый слой не истончится и исчезнет. В обычных условиях протекция длится от 20 до 50 лет, в зависимости от толщины слоя и примененной технологии цинкования.
Что происходит в процессе гальванизации
Технология анодного оксидирования (гальванического цинкования) направлена на создание самовосстанавливающегося защитного покрытия, которое исключает взаимодействие металла с окислителями, находящимися в окружающей среде. Для этого:
- металлические поверхности тщательно очищаются от загрязнителей (пыль, масла, жиры), отрицательно влияющие на уровень адгезии цинка к основному материалу;
- детали помещают в гальваническую ванную с раствором электролитов, в которую также устанавливают цинковые пластины. К обрабатываемым деталям и цинковым донорам подается напряжение;
- в результате прохождения электрического тока через гальваническую ванну отрицательно-заряженные частицы цинка отделяются от доноров и, двигаясь к металлическому изделию-катоду, оседают на его поверхности, образуя тонкий, но прочный защитный слой.
Контроль параметров электрохимической реакции позволяет регулировать толщину цинкового покрытия. Особенностью технологии является возможность создания защитного покрытия на деталях с самой сложной конфигурацией. Погружение в гальваническую ванну и контакт металла с электролитом позволяет, независимо от формы и геометрии поверхности, создавать ровный защитный слой толщиной от 6 до 40 микрометров. Все процессы гальванического цинкования стандартизированы и ведутся в соответствии с требованиями ГОСТ ISO 4042-2015.
Достоинства технологии
Технология гальванического цинкования позволяет создать качественную протекцию металлических деталей от действия разрушительных факторов из внешней среды. Защитная технология с использованием гальваники обеспечивает:
- создание равномерного защитного покрытия с одинаковыми показателями толщины слоя на всех участках поверхности;
- хороший уровень протекции;
- возможность создавать покрытие с минимальной толщиной, что важно при производстве инструментов и механизмов, имеющими ограниченные допуски в размерах;
- самовосстановление защитного цинкового слоя;
- высокие показатели удержания цинка на поверхности металлоизделия;
- возможность качественной обработки деталей со сложными поверхностями;
- отличная эстетика обработанных изделий, что позволяет использовать черный металл в интерьерном, архитектурном декоре;
- высокая производительности процесса – процесс цинковой гальванизации обработать большое количество металлоизделий за короткий промежуток времени;
- низкая себестоимость рабочего процесса – гальванизацию цинком можно производить многократно с применением одних и тех же ингредиентов, что уменьшает производственные расходы и удешевляет технологию.
Метод гальванического цинкования может сочетаться с другими технологиями по усилению защитного слоя способом хромирования, фосфатирования, окрашивания поверхности полимерными составами.
Недостатки технологии
Несмотря на большое количество преимуществ, гальваническое цинкование металла обладает рядом особенностей, затрудняющих создание протекции. К недостаткам технологии можно отнести:
- использование в работе стационарного оборудования – гальваническое цинкование можно осуществлять только в заводских условиях;
- размеры обрабатываемых деталей ограничены габаритами гальванической емкости (ванны);
- неустойчивость цинкового слоя к механическим нагрузкам (удары, вибрация, трение);
- высокие требования к предварительной обработке поверхности – недостаточная очистка металла может привести к снижению качества защитного цинкового слоя;
- необходимость в применении специальных средств защиты – технология не относится в экологичным, в результате гальванизации в воздух проникают пары кислот и щелочей. Поэтому производственное помещение должно быть обеспечено надежной приточно-вытяжной вентиляцией.
Процесс гальванического цинкования требует точного соблюдения технологических режимов. В результате отклонений от технологии может возникнуть брак в виде:
- неэстетичных полос и каверн, указывающих на присутствие в электролите органических загрязнителей;
- внешние отличия среди деталей одной серии – возникает из-за нарушений в рецептуре электролита или неправильно выбранных рабочих режимах (температура раствора, сила тока и пр.);
- образование на оцинкованной поверхности шероховатостей, вызванных присутствием в электролитических растворах примесей гидроксидов и сульфатов;
- приобретение обработанной поверхностью грязно-коричневого цвета из-за присутствия органических примесей или снижения плотности тока на катоде.
Также при гальванизационных процессах имеется риск наводораживания сталей. Избыток водорода приводит к повышенной хрупкости металла и придает готовому изделию неаккуратный вид.
Область применения
Гальванический метод цинкования является одним из самых надежных и эффективных технологий по созданию защиты металлов от коррозии. Гальванизированные цинком металлоизделия применяются практически повсеместно. Технология участвует в производстве:
- денежных монет;
- комплектующих автомобилей, мототехники и велосипедов;
- строительного крепежа и инструмента;
- оборудования нефтяной, химической, горнодобывающей отрасли;
- компьютерного оборудования, радиодеталей, электроники;
- канцелярских принадлежностей;
- предметов быта, элементов мебели;
- спортивного инвентаря, рыболовных снастей и пр.
Высокая стойкость к воздействию агрессивных сред позволяет применять цинковые гальванические покрытия на металле, имеющим контакты с морской водой. Кроме того, технология гальванизации, в отличие от горячего метода цинковой протекции, позволяет в дальнейшем проводить на поверхности сварку и пайку.
