Гальваническое цинкование как способ защиты металла

Гальваническое цинкование – это нанесение цинка на железо, производимое с помощью электрохимического процесса. Благодаря цинкованию, обработанная поверхность становится способна противостоять коррозийным процессам.

• Антикоррозийные свойства цинка
• Гальваническая обработка поверхности
• Достоинства и недостатки гальванической методики
• Цинкование в промышленных условиях
• Электролиты для гальванического цинкования
• Гальваника в домашних условиях
• Технические характеристики гальваники

Антикоррозийные свойства цинка

Почти половина производимого на планете цинка используется именно для создания оцинкованной стали. Показатель электрохимического потенциала цинка равен 0,76 В, что выгодно отличает этот материал от черных металлов, у которых этот показатель выше.

Механизм защиты цинка от коррозии действует таким образом: в результате окисления на оцинкованной поверхности появляется тонкая, но прочная оксидная пленка. Именно эта пленка и мешает кислороду продвигаться вглубь материала. В результате процесс тормозится. У черных же металлов оксиды характеризуются большими объемами и непрочной пленкой, которая в ходе реакции разрыхляется и разрушается. Вследствие разрушения пленки происходит проникновение кислорода в неокисленную поверхность, результатом чего становится развитие коррозии.

Однако в некоторых случаях анодный тип взаимодействия цинка с черными металлами может измениться на катодный, что приводит к стремительному развитию коррозии. Это может произойти, к примеру, в случае, когда оцинкованный материал оказывается в горячей воде (более 70 градусов).

Кроме того, на скорость развития коррозии влияет характер pH среды. Комфортный для металла показатель pH находится в рамках 7-12 (щелочная среда). При отклонении этого показателя в любую сторону, коррозийные процессы развиваются быстрее.

Также следует отметить ухудшение химической устойчивости цинка при контакте с летучими элементами, выделяемыми из некоторых продуктов органического происхождения:

• синтетических смол;
• олифы;
• углеводородов с содержанием хлора.

Отрицательно влияют на оцинкованные поверхности пропитанные маслом и недавно окрашенные детали, если они расположены в одном закрытом пространстве. В таких случаях происходит разрушение защитной пленки.

Гальваническая обработка поверхности

Немаловажным достоинством цинка является и то, что даже самый тонкий его слой способен защищать металл от коррозии. Хотя толщина и равномерность покрытия, безусловно, имеют немалое значение для эффективной защиты поверхности. Гальваническое цинкование позволяет добиться толщины покрытия в пределах от 5 до 40 микрометров. В условиях широкомасштабного промышленного производства толщина защитного слоя может быть доведена до 500 микрометров (1/2 миллиметра).

На качество покрытия определяющее влияние оказывают характеристика применяемого электролита. Защитные особенности цинка можно усилить с помощью специальных методик, в числе которых можно выделить следующие:

При гальванической оцинковке осуществляется осаждение положительно заряженных частиц цинка на поверхности (катоде). При этом используются водные растворы электролитов, через которые направляется постоянный ток. Аноды, применяемые в процессе, должны быть цинковыми, поскольку их предназначение состоит в восполнении разряжающихся на деталях ионов. В разных случаях может использоваться ток с катодной плотностью от 1 до 5 Ампер на квадратный дециметр.

Достоинства и недостатки гальванической методики

По сравнению с другими способами цинкования, гальванический способ характеризуется такими достоинствами:

• повышенной производительностью;
• невысокой себестоимостью;
• оптимальным уровнем защиты металла;
• равномерностью нанесения покрытия (отсутствием подтеков, капель и других дефектов);
• возможностью нанесения цинкового покрытия на изделие вне зависимости от его конструктивной сложности, даже если речь идет о мелких порах;
• декоративностью получаемых покрытий (гладкостью и блеском), в результате чего детали не нужно дополнительно обрабатывать.

Главный минус гальванической технологии – невысокие адгезивные качества (способность к сцеплению) цинкового покрытия с защищаемым металлом. Чтобы повысить адгезию, необходимо особенно тщательно готовить металл к цинкованию. Подготовка заключается в очищении поверхности, подлежащей обработке.

Также существует риск наводороживания черных металлов, в особенности при нарушении правил гальваники. В результате возникает так называемая водородная хрупкость детали. К тому же и выглядит такое изделие непривлекательно.

Нельзя не отметить и экологическую вредность производств, где применяется гальваническая методика. Для таких процессов характерно выделение ядовитых загрязняющих веществ, которые перед утилизацией нужно подвергать глубокой очистке.

Цинкование в промышленных условиях

Электролитическое цинкование в производственных целях состоит из множества последовательных технологических этапов:

• очистки черного металла от следов коррозии, окалин, лаков, красок и смазок (процесс завершается обезжириванием в щелочном растворе);
• промывания проточной водой в специальной емкости;
• электролитического обезжиривания;
• промывания;
• травления в растворе соляной кислоты, чтобы удалить остатки следов коррозии;
• промывания
• самого цинкования – окунания детали в ванную с разогретым цинком, в результате чего на поверхности образуется защитный слой;
• промывания;
• возможного осветления поверхности за счет погружения в раствор азотной кислоты;
• промывания;
• затем возможного фосфатирования;
• промывания;
• также возможного хроматирования (электролитического или распылением);
• высушивания изделия.

Промывание может осуществляться не только под проточной водой, но и с помощью щетки. Иногда необходимы дополнительные процедуры, к примеру, гальваническое цинкование может начаться с размотки металлической полосы, сварки ее концов и правки. Оканчивается процесс нанесением масла и сматыванием полосы.

В зависимости от вида деталей и масштабов производства используется разное оборудование, которое представляет собой набор технологических и промывочных емкостей. Ванны применяются для проведения как однослойного, так и многослойного цинкования с заданными параметрами.

Гальваническое оборудование классифицируется по уровню механизации работ:

• автоматическое управление;
• частично автоматизированное управление;
• ручное управление;
• мини-линии.

Кроме ванн в комплектацию технологической линии включаются:

• транспортные механизмы (операторы, манипуляторы);
• аппараты для очистки стоков;
• вспомогательные устройства (колокола, подвески, штанги, теплообменники и т.д.);
• дополнительное оборудование (вентиляционные системы, компрессоры, холодильники, сушильные камеры, насосные агрегаты, выпрямители фильтры и т.д.).

Электролиты для гальванического цинкования

В гальванике используются два типа электролитов:

Скорость и качество осаждения цинка на катоде определяется составом и происхождением электролитов. Наиболее популярный способ металлизации осуществляется с помощью простых слабокислых электролитов. В данном случае применяется более плотный ток, чем в случае с комплексными электролитами. В результате темпы нанесения покрытий более высокие.

Применение этого типа электролитов дает хорошую укрываемость и внешний вид обработанных изделий, а также позволяет избежать наводороживания. Однако у простых слабокислых электролитов имеется и недостаток – они дают непрочные покрытия, подходящие лишь для деталей в несложной конфигурации.

При использовании комплексных электролитов наблюдается повышенное рассеивание ионов, рост выделения водорода и плотности электротока. Использование таких электролитов дает возможности получения равномерных и высококачественных покрытий на деталях любого уровня сложности.

Гальваника в домашних условиях

В качестве источника электротока будет использовать зарядное устройство (2-6 А, 6-12 В) или обычный аккумулятор. Электролитом послужит раствор соли цинка. Для его изготовления понадобятся такие компоненты:

• сернокислый цинк – 200 граммов;
• сернокислый магний – 50 граммов;
• уксуснокислый натрий – 15 граммов;
• вода – 1 литр.

Также можно применить электролит из аккумулятора, в котором и будет размещаться цинк. После окончания реакции кислота трансформируется в соль, останется лишь цинк. При слишком высокой концентрации раствора на дне образуется осадок. В этом случае просто добавляем в емкость больше воды.

Процеженный электролит заливаем в стеклянную емкость. Тщательно очищенную и обезжиренную деталь окунаем в раствор. После 5-10 секунд достаем изделие и сразу промываем под проточной водой. Таким образом, химическое активирование завершено. Начинаем процесс анодирования.

Делаем из цинка электрод. Для этого высверливаем в цинковом куске отверстие, а затем подвешиваем электрод на проволоке из меди.

Электрод должен отвечать таким характеристикам:

• площадь поверхности сравнима с площадью детали;
• плоская форма, удобная для установки в емкости.

Чтобы подключиться к электропитанию, используем медные провода. Минусом соединяемся с изделием, а плюсом – с электродом. После растворения последнего на детали появится цинковый слой. Время операции – от 15 до 40 минут.

Технические характеристики гальваники

Факторы, которые влияют на качество покрытия:

Таким образом, рекомендуется увеличить дистанцию до электрода, а также применять 2 цинковых анода и прокручивать изделие. Цинкование можно осуществлять не только в один слой, но и многослойно. При этом перед нанесением новых слоев необходимо удалять появившиеся наросты.