Гальваническое цинкование технология

Гальваническое цинкование

В современном мире используется большое количество методов для защиты металлических поверхностей от образования слоя коррозии, который приводит к тому, что металлическое покрытие начинает становиться более хрупким и разрушается. На сегодняшний день для эффективной защиты от коррозии используется гальванический метод обработки металлов цинком.

Гальваническое цинкование металла

Гальваническое цинкование представляет собой процесс нанесения на поверхность металла цинка в растворе электролита. Данный метод относится к разряду наиболее эффективных для борьбы с появлением каррозии на металлических изделиях. Цинковый сплав покрывает металла тонкой пленкой, которая обладает отличными защитными свойствами. Она дает возможность после обработки использовать металлы в агрессивной среде. Она не дает различным веществам проникнуть в структуру металла для изменения его свойств. В результате использования цинка и электролита металлы становятся более прочными и устойчивыми к условиям окружающей среды.

Цинк является подходящим металлом для обработки других видов металлических материалов. После проведения процедуры гальванического цинкования на поверхности обработанного металла появляется слой пленки, которая придает ему серебристый оттенок, который имеет голубоватый подтон. Благодаря изделие из такого материала приобретает более эстетический внешний вид.

Гальваническое цинкование металла обладает достоинствами и недостатками.

К достоинствам данной процедуры относятся:

высокий уровень производительности. За короткое время раствором из цинкового сплава и электролита покрывается большое количество металлических изделий.
Аккуратность проведения процедуры. После обработки таким образом металлических изделий образуется равномерное покрытие, которое охватывает все изделий целиком. Практически не образуется ни подтеков, ни сколов.
Улучшение внешних качеств отдельных металлических предметов. данный метод отлично подходит не только для защиты от коррозии, но и для придания изделиям из разных металлов эстетического внешнего вида. Поверхность покрывается тонким слоем пленки серебристого оттенка. Изделие приобретает блеск.

Главным недостатком проведения данной процедуры является низкий уровень сцепления с разными видами металлов. В результате защитный эффект от коррозии длится не долго. К тому же в результате анодирования может образоваться хрупкость металла, что приводит к разрушению конструкции.

Сегодня гальваническое цинкование используется для покрытия отдельных элементов цинковым сплавом для защиты их от коррозии и для придания им эстетического внешнего вида. Таким методом обрабатываются гвозди, метизы и крепежные инструменты.

Таблица 1. Гальваническая совместимость металлов

Металл	Сталь	Алюминий	Дюраль	Медь	Латунь	Бронза	Хром	Никель	Цинк	Олово	Припой ПОС
Сталь	+	+	+	—	—	—	+	+	+	+	+
Алюминий	+	+	+	—	—	—	+	—	+	П	П
Дюраль	+	+	+	—	—	—	+	—	+	П	П
Медь	—	—	—	+	+	+	+	+	—	П	П
Латунь	—	—	—	+	+	+	+	+	—	П	П
Бронза	—	—	—	+	+	+	+	+	—	П	П
Хром	+	+	+	+	+	+	+	+	+	П	П
Никель	+	—	—	+	+	+	+	+	+	П	П
Цинк	+	+	+	—	—	—	+	+	+	+	+
Олово	+	П	П	П	П	П	П	П	+	+	+
Припой ПОС	+	П	П	П	П	П	П	П	+	+	+

Гальваническое покрытие металла

Цинкование гальваническое технология представляет собой электролитический химический процесс, который заключается в следующем:

К двум металлам, которые находятся в ванне для гальванической обработки подводится электрический ток. Для этого применяются специальные электроды.
Такой металл, как цинк может быть использован в любой своей форме. Его помещают в специальные контейнеры сетчатого типа.
В процессе электролиза заряженные частицы цинк распадаются на ионы и оседают на обрабатываемой поверхности. При этом слой покрытия является достаточно небольшим.
Под действием электрического тока происходит расщепление цинковых анодных частиц.
Для обработки металлов в производственных условиях таким методом используются три вида раствора: кислотный, щелочной, цианидный. Их выбор зависит от того, какой металл подвергается обработке цинковым сплавом.

Внимание: Гальваническую обработку металлов цинком лучше всего осуществлять в слабой кислой среде. Благодаря этому есть возможность получить более плотное покрытие и ровный защитный слой.

Гальваническая ванна цинкования

В современном мире для гальванической обработки металлов в растворе цинкового сплава необходимо специализированное оборудование. На производственных предприятиях используются производственные линии, которые состоят из элементов, позволяющих в промышленных масштабах осуществлять гальваническую обработку металлических изделий.

Оборудование для гальванического цинкования представлено специализированными ваннами. Они производятся из материалов, которые не разрушаются под воздействием агрессивной среды.

Гальванические ванны цинкования могут быть нескольких видов:

мелкогабаритная ванна. Она предназначена для обработки небольших металлических изделий.
Среднегабаритная ванна. В ней может с легкостью поместиться один предмет из металла, который состоит из металлических деталей. Для полной обработки изделия их нет необходимости отсоединять.
Крупногабаритная ванна. Она используется для обработки цинковым сплавом крупных предметов. В ней даже размещаются трубы небольшой длины.

Основным недостатком гальванического оборудования является то, что оно не подходит для обработки изделий нестандартных изделий.

Также к оборудованию для проведения данного процесса обработки металлических изделий является приспособление для подведения электрического тока. Без него оседание частиц цинка на поверхность металлов практически невозможно. Оно должно иметь электроды для подключения к металлу и сплаву цинка.

Линия гальванического цинкования

Видео. Гальваническое покрытие металлов.

Статьи по теме

Цинкование металла

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.

Гальванические ванны

На современных промышленных объектах не редко осуществляется обработка металлов и металлических изделий для защиты их от образования коррозии. Данную процедуру невозможно осуществить без специализированного оборудования.

Холодное цинкование и его основные отличия от горячего

Практически все металл подвергаются образованию коррозии. Этот процесс является необратимым. Однако с его появлением на сегодняшний день можно бороться при помощи отдельных видов обработки металлических изделий и материалов.

Горячее цинкование

В современном мире для покрытия металлов защитным раствором применяются различные вещества. одним из самых распространенных является цинк, который покрывает слой тонким слоем и выполняет помимо декоративной функции еще и защитную.

Химгранд цпс

Изделия из металла необходимо защищать от коррозии. Ржавчина образуется путем окисления железа при взаимодействии с кислородом. Во избежание этого процесса металлические конструкции необходимо оцинковывать.

Гальваническое цинкование

Цинк – светло-серый металл, в холодном состоянии хрупкий, при нагреве до температуры 100–150°С становится пластичным, легко гнется, не образует микротрещин. При нагреве более +250°С пластичность нивелируется, металл становится хрупким. Цинк легко паяется с использованием активных флюсов, твердость покрытий в зависимости от способа нанесения цинкового покрытий колеблется в пределах 0,4–2,0 ГПа.

При комнатной температуре цинк почти не реагирует с химическими элементами, при нагреве более +225°С скорость окисления критически возрастает. По мере увеличения толщины коррозионной пленки окислительные процессы замедляются. Гальваническое цинкование защищает от коррозии изделия из железа, никеля, меди и прочих металлов.

Виды и технологии цинкования

В настоящее время антикоррозионное цинкование производится несколькими способами. Конкретный метод выбирается с учетом назначения и размеров деталей и технологических возможностей предприятия и наличия оборудования.

Холодное цинкование. Процесс покрытия осуществляется в результате электрохимических реакций, адгезия обеспечивается за счет молекулярного притяжения. Для защиты от коррозии поверхности покрываются специальными красками большим процентным содержанием высокодисперсного цинка. Наиболее простотой и доступный метод, имеет широкое распространение во время изготовления товаров народного потребления и металлоконструкций быстровозводимых зданий.
Горячее цинкование. По частоте использования располагается на втором месте среди всех способов, а по качеству покрытия занимает лидирующие позиции. Недостатки – большие энергетические потери, вредное влияние на окружающую среду. Подготовленные детали погружаются в специальные ванны с расплавленным цинком, после выдержки вынимаются и оставляются в подвешенном состоянии для удаления излишков и остывания.
Гальваническое цинкование. Технические параметры отвечают требованиям ГОСТ301-86, толщина покрытия до 30 мкм. Во время процесса цинк переходит из анода на поверхность изделия, для придания заданных свойств для покрытия применяются различные по химическому составу электролиты. Недостаток метода – сложность очистки технологических составов.
Газо-термическое цинкование. Один из сложных методов, цинк расплавляется в нагретом газовом потоке и направляется на поверхность обрабатываемых деталей. Используется для обработки элементов промышленного назначения с большими линейными размерами. Осадки пористые, для увеличения защиты от коррозионных процессов требуется дополнительное покрытие слоя цинка.
Термодиффузионное цинкование. Один из разновидностей горячего цинкования. Покрытие происходит за счет проникновения атомов цинка в сталь, образуется сложная структура железоцинкового сплава. Преимущества: детали обрабатываются в замкнутых пространствах, что минимизирует вредное воздействие на окружающую среду, покрытие ровное без микропор, толщина нанесения цинкового покрытия колеблется в широких пределах.

Скорость коррозии гальванического цинкования и кадмирования

На сегодняшний день для цинкования используется до 40% общей добычи металла, это наиболее используемый метод антикоррозионной защиты металлических поверхностей. В связи с тем, что потенциал цинка отрицательнее, чем имеет сталь, чугун и железо, защита происходит электрохимическим путем. При воздействии летучих продуктов синтетических смол, олиф и хлоридсодержащих углеводородов покрытия гальванического цинкования быстро разрушаются.

Используемая толщина цинкования

Для увеличения коррозионной стойкости после цинкования изделий выполняется специальная химическая дополнительная обработка в растворах хромовой или фосфорной кислоты.

Сравнительная характеристика применяемых электролитов

Для гальванического цинкования применяются простые и сложные электролиты. К первым относятся хлоридные, сульфатные, борфторидные и прочие. Ко вторым относятся аммонийные, цианидные, аминонокомплексные и цинкатные электролиты, для улучшения могут добавляться различные добавки и присадки. Цинкование гальваническое в простых электролитах происходит при довольно низкой поляризации катода, в сложных электролитах поляризация имеет значительные величины. Осадки цинкования в кислых растворах с крупнокристаллической структурой. Качество улучшается после введения различных добавок. В сложных электролитах покрытие мелкокристаллическое, плотное, имеет повышенные эксплуатационные показатели. Конкретный способ цинкования подбирается с учетом условий эксплуатации изделий и технических возможностей предприятия.

Низкие показатели рассеивающей способности простых электролитов ограничивают цинкование деталей со сложными геометрическими формами. Осаждение цинка из сложных растворов происходит при высокой рассеивающей способности, они дают равномерное покрытие на сложных поверхностях.
Кислые (простые) электролиты Для процесса требуется специальное оборудование гальванического цинкования, ванны изготавливаются из устойчивых пластиков, размеры ванн регламентируются государственными стандартами, при желании заказчика могут корректироваться с учетом особенностей производственных помещений. В зависимости от того, какие размеры и планировку имеет цех гальваники, предусматривается возможность монтажа линий или отдельных рабочих зон для гальванического цинкования.

Сульфатные электролиты. Главный компонент – сульфат цинка, оптимальная концентрация не менее 200 мг/л. Для непрерывно двигающихся деталей цинкования концентрация может повышаться до 700 мг/л. Сульфатные растворы просты в работе, нетоксичны, отличаются высоким выходом по току. За счет этих показателей цинкование гальваническое в сульфатных электролитах получило широкое распространение во время обработки деталей простой конструкции. Для стабилизации кислотности в состав добавляются специальные добавки.

Режим цинкования и состав хлоридных электролитов

Первый электролит применяется для цинкования во вращающихся установках, второй для гальванического цинкования с блестящими покрытиями, третий для покрытия цинком листового проката и проволоки.

Хлоридные электролиты для гальванического цинкования. Несмотря на высокую проводимость по току применяются намного реже. Причина – получить химически чистый хлорид цинка технологически трудно, а в остальных марках соли присутствует большое количество недопустимых примесей.

Борфторидные электролиты цинкования. Главный компонент – борфторид свинца, для повышения показателей электропроводности добавляются соли натрия, структура поверхности улучшается за счет добавок состав ПВА. На выход по току большое влияние оказывает режим работы оборудования. Нанесение цинкового покрытия должно производиться при температуре +20°С. Масса цинка зависит от времени осаждения и концентрации раствора.

Цианидные электролиты для гальванического цинкования
Большое влияние на качество осадков оказывает режим работы гальванических ванн. Температурные параметры электрохимических процессов контролируются автоматических, процентное содержание цинка проверяется по окончании каждой рабочей смены. Добавление в растворы органических веществ позволяет получать блестящее гальваническое цинкование. Работы на оборудовании разбиваются на отдельные этапы, соблюдение рекомендованных параметров каждого из них обеспечивает надлежащее качество покрытий.

Раствор цианида натрия готовится отдельно при обязательном соблюдении правил техники безопасности производства работ на промышленном оборудовании. После подготовки цианида натрия в раствор небольшими порциями при постоянном перемешивании вводится гидроксид натрия. На завершающем этапе приготовления электролит разводится дистиллированной водой до получения расчетной концентрации цинка. Цинкование гальваническое в растворе производит значительно меньше примесей, при необходимости они удаляются электрохимическим путем по мере накопления.
Цинкатные электролиты Принципы гальванического цинкования в цинкатных электролитах отличаются по показателям плотности тока. Диссоциация компонентов происходит ступенчато, для осаждения необходимы высокие значения катодной поляризации. Поверхность изделия имеет губчатую структуру и темный цвет из-за микрочастиц, появляющихся за счет электрохимического растворения в щелочной среде цинковых анодов. Для устранения проблемы в раствор добавляются соединения четырехвалентного олова. Допускается в тех же целях использовать трилон Б, полиэтиленполиамин и др. Добавки дают возможность получать более полное цинкование гальваническое при увеличенных параметрах плотности тока.

Состав и режим цинкатных электролитов

Хлораммонийные электролиты. За счет высокой катодной поляризации и электропроводности достигается оптимальная рассеивающая способность. Цинкование гальваническое получается гладким и блестящим, покрытия равномерные на сложных профилях. Оборудование не требует дополнительных механизмов перемешивания раствора, для стабилизации показателей кислотности используются буферные добавки. Для получения блеска во время гальванического цинкования применяются блескообразователи. В промышленности широко применяются хлораммонийно-уротропные электролиты, для депассивации анодов добавляется ацетат аммония.

Состав и режимы хлораммонийных электролитов для гальванического цинкования

Аминокомплексные электролиты для гальванического цинкования. Получают за счет добавки к хлораммонийным различных органических соединений, имеют высокую поляризацию цинка. Осадки мелкокристаллические, при использовании специальных дополнительных компонентов блестящие. Оборудование для производства работ обыкновенное,

Состав электролитов для гальванического цинкования с использованием аминокомплексных соединений

Пирофосфатные электролиты для гальванического цинкования. Для оборудования технологических линий применяются емкости из пластиков, подготовка деталей производится в отдельных ваннах. В результате химического взаимодействия исходных компонентов выпадает осадок пирофосфата цинка, в дальнейшем он растворяется с образованием комплексных соединений цинка.

Состав пирофосфатных электролитов для гальванического цинкования

Для повышения качества и устойчивости цинковых покрытий дополнительно может выполняться финишное осаждение верхнего слоя. Чаще всего в промышленности в этих целях используется хроматирование.

Цинкование в домашних условиях своими руками

Небольшие по размерам изделия можно цинковать своими руками. Для гальванического цинкования применяется простой кислый электролит, приготавливаемый из 200 г сернокислого цинка, 50 г сернокислого аммония, 15 г уксуснокислого натрия. Компоненты растворяются в одном литре воды, температура электролита во время нанесения цинкового покрытия 18 ÷ 25°С, плотность по току 1,5 А/дм 2 .

Оборудование своими руками для цинкования

1 – емкость под электролит. Можно изготовить своими руками из пластиков.

2 – аноды из цинка. Размеры должны отвечать размерам емкости, количество подбирается в зависимости от размещения обрабатываемых деталей.

3 – изделия цинкования. Размеры и количество должны учитывать технические характеристики ванны.

4 – электролит. Раствор приготавливается согласно существующих рекомендаций по химическому составу.

Толщина цинкового покрытия своими руками регулируется временем выдержки, плотностью тока и концентрацией электролита. Цинкование гальваническое должно производиться с соблюдением техники безопасности, размеры оборудования обеспечивать благоприятные параметры процесса.

Гальваническое цинкование – эффективный способ защиты металла

Нанесение на железо слоя цинка – самый распространенный способ его защиты от коррозии. Гальваническое цинкование получило наиболее широкое распространение благодаря преимуществам технологии и получаемых защитных покрытий.

1 Особенности защитных цинковых покрытий

Цинкование – самый распространенный способ защиты железа поверхностной металлизацией от атмосферной коррозии. Для этих целей расходуется около 40 % от общего объема мировой годовой добычи цинка. Цинкование получило широкое распространение благодаря анодному характеру создаваемой из цинка защиты.

Значение электрохимического потенциала цинка составляет – 0,763 В, что меньше такого же параметра для черных металлов (железа, стали, чугуна), поэтому он защищает последние от коррозии электрохимическим способом. Причем защитные свойства покрытий из цинка проявляются даже в случае незначительной их толщины и при наличии обнаженных участков, пор. Известно много примеров протекторного характера защиты цинком непокрытых им, оголенных фрагментов стальных изделий (например, обрезанные проволока в поперечном сечении и края оцинкованного листового железа, резьба гайки без покрытия, навинченной на оцинкованный болт).

Анодный характер взаимодействия цинкового покрытия с сталью и внешней средой в ряде случаев может смениться на катодный и тогда коррозионные процессы в железе происходят очень интенсивно. Подобное наблюдается, например, при воздействии на оцинкованные изделия горячей воды, нагретой до 70 °С и выше (в автоклавах, котельных установках).

Сам цинк, принимая «удар» на себя от воздействия внешней среды, защищается следующим образом: при окислении этого металла на его поверхности образуется тонкая плотная оксидная пленка, препятствующая проникновению кислорода дальше вглубь цинка. Благодаря этому его окисление останавливается. У железа образующиеся при окислении оксиды имеют объем больший, чем первоначальный металл, и поэтому пленка из них сразу разрушается, становится рыхлой и пропускает кислород к неокисленному материалу. Так возникает ржавчина.

У цинковых покрытий химическая стойкость снижается при воздействии на них летучих продуктов, которые выделяются при старении следующих органических материалов:

олифы;
синтетических смол;
хлорированных углеводородов.

Покрытия подвержены легкому разрушению, если они контактируют или находятся в закрытом объеме с промасленными или свежеокрашенными деталями.

Большое влияние на быстроту корродирования цинка оказывает показатель рН среды. При рН 7–12 (щелочная среда) этот металл практически не растворяется. Отклонение от указанных величин приводит к возрастанию скорости его коррозии. Особенно высока скорость коррозии цинковых покрытий в атмосфере тропиков и промышленных городов.

2 Гальванический способ цинкования металлов

Защитное действие покрытий из цинка в первую очередь определяется их толщиной, устанавливаемой исходя из конкретных условий эксплуатации металлических изделий и равномерности их нанесения. Возможности различных способов цинкования неодинаковы и позволяют получать толщину покрытия от 5 мкм (гальваническое) до 1,5 мм. В случае гальванического способа металлизации качество защитного слоя во многом зависит от характера используемого электролита для цинкования.

Защитные свойства цинка можно значительно увеличить разными способами, самые распространенные из которых следующие:

пассивирование (хроматирование) – создание на его поверхности хроматных пленок химической обработкой изделий в растворах с хромовой кислотой либо ее солями;
фосфатирование — образование на его поверхности фосфатной пленки посредством обработки оцинкованных заготовок в растворах солей фосфорной кислоты;
покраска – нанесение лакокрасочных покрытий (лучшие результаты после предварительного фосфатирования).

Гальваническое цинкование представляет собой электролитический метод нанесения тонкого защитного слоя цинка на изделие, поверхность которого должна быть предварительно подготовлена. Этот способ позволяет получать покрытия толщиной 5–40 мкм.

В условиях масштабного производства полосы, листа, штрипса толщина может быть увеличена до 500 мкм (0,5 мм). Непосредственно сам процесс образования покрытия заключается в осаждении на катоде (изделие, которое покрывают) положительно заряженных частиц (ионов) цинка из водных растворов его соединений (электролитов) при пропускании постоянного электротока через раствор. Применяемые аноды должны быть из цинка, так как их основное назначение – восполнять в электролите разряжающиеся на изделиях ионы. В зависимости от выбранного режима ток имеет катодную плотность в диапазоне 1–5 А/дм 2 .

3 Преимущества и недостатки цинкования гальваническим методом

Электролитический способ нанесения цинка в сравнении с другими методами цинкования наиболее распространен и обладает следующими преимуществами:

высокой производительностью;
низкой себестоимостью;
получение достаточно высокого уровня защиты изделий;
равномерностью покрытия без потеков, капель, с сохранением формы и размеров изделия;
возможностью нанесения цинка на все участки изделий с любой сложной формой, включая различные поры;
получение декоративных защитных покрытий (гладких, блестящих), не требующих дополнительной обработки.

Основным недостатком является низкая адгезия (сцепление) образуемого покрытия с изделием, требующая особой тщательности подготовки (очистки) поверхности последнего. Еще следует отметить вероятность наводораживания защищаемого металла, особенно при несоблюдении режимов гальваники цинкования, что приводит к водородной хрупкости изделия и непривлекательному виду его поверхности. Существенным недостатком этого метода является образование ядовитых и вредных для окружающей среды отходов, которые необходимо подвергать тщательной очистке.

4 Технология и оборудование гальванического цинкования на производстве

На производстве электролитическое цинкование включает следующие технологические процессы, производимые с изделиями:

Очистка их от окалины, ржавчины, смазочно-охлаждающих и лакокрасочных составов. Химическая обработка в обезжиривающих и щелочных растворах.
Промывка водой в проточной ванне.
Электролитическое обезжиривание.
Промывка.
Травление в растворе воды и соляной кислоты. Позволяет удалить оставшиеся окалину и ржавчину без растворения основного металла. При этом происходит декапирование поверхности – активация перед цинкованием.
Промывка.
Само цинкование.
Промывка.
Может проводиться осветление в растворе воды с азотной кислотой для снятия окисной пленки.
Промывка.
Может проводиться фосфатирование.
Промывка.
Может проводиться пассивация электролитическим хроматированием (и/или хроматирование распылением).
Сушка.

В зависимости от типа изделия и соответствующей технологии некоторые этапы промывки могут проводиться щеточно-моечным способом. Могут быть дополнительные операции. Например, гальваническое цинкование полосы начинают с ее разматывания, сварки концов, а затем правки. Заканчивают – промасливанием и сматыванием.

В соответствии с типом покрываемых изделий и объемом производства применяют различные гальванические линии и сопутствующее им дополнительное оборудование. Эти линии представляют из себя определенную последовательность промывочных и технологических ванн, необходимых для создания однослойных либо многослойных цинковых покрытий с требуемыми функциональными свойствами. Все гальваническое оборудование по степени механизации классифицируется на:

механизированные линии с полностью автоматическим управлением;
с возможностью частичного ручного управления;
линии с полностью ручным обслуживанием;
мини-линии.

В комплект поставки линии, в зависимости от ее модели, помимо ванн входят:

транспортные системы (автооператоры, манипуляторы);
промышленное и локальное оборудование очищения сточных вод;
вспомогательное оборудование: приспособления для цинкования (подвески, колокола, барабаны), катодные и анодные штанги, теплообменники, ТЭНы, другое;
дополнительное оборудование: система вентиляции, выпрямительные агрегаты, компрессоры и воздуходувки, холодильное оборудование, сушильные камеры и шкафы, насосы, оборудование получения демиводы, фильтровальные установки;
и другое.

5 Электролиты, используемые при гальваническом цинковании

На гальваническом производстве, исходя из назначения изделия, применяют различные электролиты для цинкования. Их условно делят на 2 основные группы:

Простые кислые (хлоридные, сульфатные, борфтористоводородные) – в них цинк представляет собой гидротированные ионы.
Сложные комплексные (цинкатные, цианидные, пирофосфатные, аммиакатные и другие) – цинк присутствует в составе комплексных ионов, которые заряжены положительно или отрицательно. Эти электролиты для цинкования делятся на кислые и щелочные.

От состава и природы электролитов для цинкования зависят скорость осаждения и качество осадков цинка на катоде.

Самый востребованный метод металлизации – в слабокислых простых электролитах для цинкования. Они допускают использование тока большей плотности, чем комплексные, и, соответственно, отличаются более высокой скоростью процесса наращивания покрытий. Гальванике с этими электролитами для цинкования также характерны высокий уровень укрываемости и хороший внешний вид получаемых покрытий. Сталь при их использовании менее подвержена наводороживанию, приводящему к хрупкости деталей. Но эти электролиты пригодны только для заготовок простой конфигурации, проволоки, ленты. Качество покрытий не очень высокое.

Осаждение цинка из комплексных электролитов для цинкования протекает в условиях высокого рассеивания ионов, с снижением выхода металла и увеличением выделения водорода при возрастании плотности тока. Поэтому эти растворы используют с малой плотностью тока. Их применение позволяет получать мелкозернистые, равномерные, очень качественные покрытия на изделиях и простой, и сложной формы.

Технология гальванического цинкования металла

Гальваническое цинкование: основы, преимущества и краткое описание техпроцесса. Виды электролитов и применяемого оборудования. Дефекты гальваники и их причины.

Гальваническое цинкование — это один из самых распространенных методов создания антикоррозионных и декоративных цинковых покрытий. Оно дешевле и проще горячего цинкования, но имеет некоторые ограничения по применению, поскольку не позволяет создавать защитных слоев толще 40 микрон. Основой этой технологии является электрохимический процесс осаждения цинка из электролитического раствора на деталь, подключенную к отрицательному полюсу источника питания. Для повышения коррозионной и механической стойкости, а также в декоративных целях цинковые покрытия подвергают кадмированию, хроматированию и обработке фосфатными соединениями.

Обычно гальваническим способом цинк наносят на поверхности изделий из углеродистых сталей и различных видов чугуна. Помимо этого существуют технологии электролитического цинкования алюминия и ряда других металлов, но они используются гораздо реже. Основная номенклатура цинковой гальваники — это разнообразные крепежные элементы, инструмент, кронштейны, опоры, подвески, внешние детали машин и оборудования, а также холоднокатаный тонколистовой прокат. Сегодня среди народных умельцев электролитическое цинкование является самой популярной гальванической технологией. Это связано с тем, что цинк и его соединения практически безвредны, недороги и их свободно может приобрести любой желающий. А для работы с этими реагентами требуются минимальные знания и простейшее оборудование.

Преимущества цинковых покрытий

В настоящее время оцинковка является самым массовым покрытием, используемым для антикоррозионной защиты черных металлов. Это связано с тем, что по совокупности экономических, экологических, технологических и физико-химических факторов у горячего и гальванического цинкования попросту нет конкурентов. К примеру, цинк дешевле никеля в четыре раза, а олова — в восемь раз. Сопоставимый с ним по цене кадмий и его соединения высокотоксичны и канцерогенны, а технология их применения гораздо сложнее.

Цинк прекрасно адгезируется к поверхности стали и чугуна. Кроме того, он является более активным металлом, поэтому легче окисляется и в паре с цинком не дает вступать железу в окислительные реакции. Эта его особенность проявляется даже в тех случаях, когда непрерывность покрытия нарушена, т. е. на поверхности металла имеются царапины, задиры, трещины или потертости. Гальванические цинковые покрытия пластичны и сохраняют непрерывность на деталях, работающих в режиме циклической деформации. К примеру, кадмированный цинк используется в качестве коррозионной защиты стальных пружин, работающих в режиме периодического сжатия и растяжения.

Описание процесса

В процессе гальванизации происходит электрохимическое растворение цинка в объеме электролита и перемещение его на катод (покрываемое изделие). Поэтому анодные пластины должны периодически контролироваться на истощение, а при необходимости очищаться от окислов солей.

Способы цинкования металлов

Горячее. При использовании этой технологии нанесение цинка на поверхность изделия проводится путем погружения его в расплавленный металл. Таким способом можно получить самые толстые защитные слои. По сравнению с гальваническим горячее цинкование является более затратным, но обеспечивает самую высокую скорость нанесения цинкового покрытия.

Холодное. Холодным цинкованием в обиходе называют покрытие металлических изделий и больших металлоконструкций с помощью кистей и пульверизаторов композитами, содержащими не менее 80% цинка (в сухой пленке). Это самая простая по нанесению технология цинкования, но она менее долговечна, чем горячая и гальваническая.

Термодиффузионное. Для цинкования этим методом применяют вращающиеся барабанные печи, в которые загружают обрабатываемые детали и специальные порошки, содержащие цинк и вспомогательные компоненты. При вращении в течение нескольких часов при температуре 350÷450 °C происходит диффузионное насыщение поверхностных слоев железа атомами цинка, в результате чего образуется устойчивое защитное покрытие.

Используемые материалы и оборудование

Оборудование для цинковой гальванотехники такое же, как и для других гальванических процессов. В его состав входят ванны для гальванического цинкования, а также емкости для химической подготовки изделий. Их объем зависит от вида производства и может варьировать от десяти литров до нескольких кубометров. К ваннам подведены трубопроводы для подачи и отвода воды и реагентов и электрические контакты для подвода напряжения к анодам и катодам.

В общем виде технологический процесс гальванического цинкования состоит из следующих этапов:

Механическая зачистка.
Травление изделия.
Промывка в проточной воде.
Обезжиривание.
Промывка, аналогичная п. 3.
Гальваническое цинкование.
Промывка, сушка и контроль.

Современные ванны для гальванического цинкования изготавливают из кислотостойких пластмасс. Безопасность при работе с компонентами электролита аналогична правилам промышленного использования растворов кислот и щелочей. Никаких специальных требований, связанных с токсичностью или агрессивностью электролита, к гальваническому цинкованию не предъявляется.

Применяемые электролиты

Кислые и слабокислые. Традиционные простые электролитические растворы на основе сульфатов, хлоридов, борфторидов или их смесей.
Аммиакатные. Нейтральные и щелочные гальванические растворы, которые получают путем растворения оксида цинка в растворе сульфата (или хлорида) аммония.
Цианидные и цинкатные. Щелочные электролиты, в которых применяют цианид и цинкат натрия, растворенные в едком натре.

Кроме того, существуют электролиты для гальванического цинкования на основе аминосоединений, но они имеют гораздо меньшее распространение.

Дефекты гальваники

Недостаточная адгезия. Отслаивание и непрочность присоединения защитного слоя цинка после гальванического цинкования, как правило, связаны с нарушениями техпроцесса при очистке, травлении и обезжиривании поверхности изделия. Кроме того, причиной этого явления может быть засорение электролита солями других металлов и органическими соединениями.

Питтинг. Питтингом в гальванике называют образование на поверхности осаждаемого металла небольших точечных каверн или углубленных полосок. В гальваническом цинковании этот дефект может проявляться вследствие отсутствия или недостаточной интенсивности перемешивания, а также из-за наличия в электролите органических или гидрокисных примесей.

Шероховатость. Излишняя шероховатость защитного цинкового слоя обычно указывает на присутствие в гальваническом растворе избыточного количества сульфата цинка, различных гидроксидов и механических примесей. Это явление также может быть следствием слишком высокой плотности тока и недостаточной концентрации в электролите анионов цинка.

Хрупкость покрытия. Если покрытие, полученное гальваническим цинкованием, имеет повышенную хрупкость, то в большинстве случаев это указывает на слишком высокую плотность тока в катодном пространстве. Другая причина этого дефекта — избыточное присутствие в электролите органических примесей.

Темный цвет. Причинами различных оттенков темных цветов (в основном, коричневого) обычно являются наличие органических загрязнений в гальванической ванне, завышенная температура электролитического раствора, а также снижение плотности тока в области катода.

В Интернете можно встретить описания и даже видеоролики с демонстрацией «наружного» гальванического цинкования без использования ванны. А что вы думаете по поводу этой технологии? Поделитесь, пожалуйста, своим мнением в комментариях к данной статье.

Принципы проведения гальванического цинкования

Популярный способ защиты металлических изделий от появления ржавчины — оцинковка заготовки. На поверхность детали наносится слой цинка, который увеличивает ее эксплуатационные характеристики, срок службы. Существует несколько вариантов выполнения этого технологического процесса. Особо популярно гальваническое цинкование.

Ванны для гальванического цинкования (Фото: Instagram / pt_plast)

Общие сведения и назначение

Многие стальные изделия эксплуатируются в местах с высокой влажностью. Со временем это приводит к появлению ржавчины, разрушению металлоконструкций. Без дополнительной защиты детали придут в негодность.

Цинковый слой, нанесенный по определенной технологии, принимает негативное воздействие влаги, щелочей, кислот на себя. Антикоррозийные свойства сохраняются до полного разрушения цинковой пленки.

С развитием технологического прогресса появилось несколько способов нанесения цинкового слоя на разные металлы. Цинкование своими руками возможно, но для этого необходимо точно изучить выбранный метод, подготовить оборудование.

Методы

Существует несколько методов цинкования металлических конструкций. Они выбираются зависимо от того, какие технические характеристики защитного слоя необходимо получить. Виды обработки:

Горячая оцинковка металла. Процедура проводится в ваннах, заполненных расплавленным цинком. Перед погружением в емкости металлические конструкции проходят несколько этапов подготовки. После подготовительных действий изделие покрывается флюсом, погружается в расплавленный металл. Последний этап — охлаждение.
Холодная оцинковка металлических деталей. Для проведения этой процедуры используется специальный химический состав Цинконол. Его наносят кистью или валиком. После нанесения, на поверхности металла образуется прочная защитная пленка.
Термодиффузионная оцинковка. Второе название метода — шерардизация. Металлоконструкцию помещают в контейнер, засыпают цинком. После этого внутреннее пространство нагревается до 2600 градусов. Цинк принимает газообразное состояние, проникает в верхние слои обрабатываемой детали.
Гальваническое цинкование металла. На поверхность обрабатываемого изделия воздействует электричество. Образуется защитная пленка, толщиной 30 мкм.
Газотермическое напыление. При обработке применяется сухая цинковая смесь, которая напыляется на поверхность металлического листа в газовой среде.

При гальваническом методе соединение защитной пленки с основой происходит на молекулярном уровне. Показатель адгезии изменяется зависимо от загрязнения детали масляными пятнами. Чем их меньше, тем лучше соединение.

Преимущества и недостатки

Преимущества электролитического метода покрытия цинком:

готовое покрытие не требует дополнительной обработки;
цинковая пленка ровная, без подтеков;
можно покрывать изделия разной формы, размеров.

У данной технологии есть два существенных минуса. Первый — низкий показатель адгезии. Второй недостаток — выделение ядовитых веществ при проведении работ.

Оборудование

Гальваника подразумевает применение механического или автоматического оборудования:

питания для гальванической ванны;
камеры для сушки;
каркаса из металла;
ванны для нанесения цинка;
труб, по которым будет поступать, отходить рабочая жидкость;
мощной вытяжки;
гальванических барабанов;
систем фильтрующих аппаратов;
центрифуги для ускорения процесса сушки.

Автоматические линии дополнительно оборудуются электроавтоматикой, панелью для настройки и задания алгоритмов.

Подготовка к выполнению процедуры

Цинкование металла в домашних условиях, как и на производстве, делится на два этапа:

подготовка поверхности;
проведение основных работ.

Подготовка состоит из нескольких действий:

Стороны металлоконструкции очищаются от мусора щеткой по металлу.
Заготовка обезжиривается, чтобы убрать подтеки масла.
Очищающий состав смывается водой.

Для снятия слоя ржавчины используется соляная кислота. После использование кислоты железо, сталь или другой обрабатываемый металл необходимо промыть под проточной водой.

Щетка для металла (Фото: Instagram / hoz.magazin)

Как выполнить процедуру в домашних условиях?

Чтобы выполнить гальваническое цинкование в домашних условиях, необходимо подготовить оборудование, расходные материалы, изучить технологию обработки в теории.

Можно собрать аппарат для гальваники самостоятельно. Для этого нужен источник постоянного тока, приспособление для удерживания детали, электрод. Рабочей жидкостью будет выступать любой раствор на основе соли, которой содержит цинк.

Факторы, влияющие на толщину защитного слоя:

температура рабочего раствора;
форма металлоконструкции;
плотность воздействия напряжения на единицу обрабатываемой площади;
температура электролита.

Чтобы приготовить качественный рабочий раствор, необходимо вскрыть рабочий аккумулятор, слить из него электролита. Затем растворить в электролитической жидкости цинк. Перед использованием готовый раствор необходимо процедить.

Наносить цинкосодержащий состав нужно в два слоя, чтобы повысить антикоррозийные свойства. Способы получения цинка для приготовления рабочего раствора:

переплавка предохранителей, которые изготавливались во времена СССР;
купить в магазинах с химическими реактивами;
из солевых батареек.

При цинковании рабочий состав не должен сильно бурлить. Это указывает на большую силу тока, которую нужно снизить. Со временем на поверхности катода образуется защитный слой, который будет постепенно увеличиваться. Оцинкованная деталь остужается, очищается от остатков паяльной кислоты.

Гальваническое цинкование — метод повышения коррозионной стойкости металла. Он подразумевает применение напряжения, направленного на активизацию цинкосодержащего раствора. При желании можно обрабатывать металлические заготовки самостоятельно.

Смотрите видео о гальваническом цинковании в домашних условиях:

Читать еще: Технология обшивки сайдингом деревянного дома