Автор: Семергей Д. В., Пасечник С. Ю.
Источник: Металлургия XXI века глазами молодых / Материалы II международной научно-практической конференции студентов. – Донецк, ДонНТУ, 2016. – В печати.
Семергей Д. В., Пасечник С. Ю. Проблемы горячего цинкования. В данной работе рассмотрены особенности процесса горячего цинкования. А также приведены основные проблемы горячего цинкования и проанализированы пути их решения.
Горячее цинкование является одним из основных способов антикоррозийной защиты металлоконструкций. Обычный срок службы оцинкованных изделий составляет 50–70 лет. Цинковые покрытия нашли широкое применение в областях, где требуется надежность и долговечность металлоконструкций.
Под термином «горячее цинкование» понимают нанесение цинкового покрытия на поверхность металлических изделий, преимущественно из стали, ковкого, а также серого чугуна, путем погружения изделия в расплав цинка [1].
Как любая обработка поверхности, горячее цинкование требует правильной подготовки поверхности для того, чтобы во время погружения деталей в ванну цинкования реакция железа и цинка была однородной. Подготовка включает в себя кислотное обезжиривание, травление, промывку, флюсование, сушку. Именно после такой тщательной подготовки поверхности адгезия (прочность сцепления) цинкового покрытия с основным металлом очень высока, а, значит, оцинкованный металл будет на долгие годы защищен от воздействия коррозии [2].
После всех предварительно описанных операций, можно считать, что контакт между сталью и жидким цинком будет обеспечен наилучшим образом. Затем только металлоконструкцию помещают в ванну горячего цинкования.
Во время горячего цинкования сталь полностью погружается в расплавленный цинк, все ее поверхности остаются покрытыми, включая внутренние части, углы, щели и мелкие детали, труднодоступные с помощью других техник покрытия. Становится возможным защитить полностью, включая внутреннюю поверхность, трубы и полые элементы или, при необходимости, только их наружную часть.
Основные параметры успешной операции:
Присутствие в стали отдельных элементов может существенно изменять характер взаимодействия между расплавленным цинком и сталью, вызывая изменение строения, толщины и свойств цинкового покрытия. Это все в результате приводит к отслаиванию защитного покрытия.
Известно, что кремний, марганец и фосфор значительно повышают скорость взаимодействия между сталью и расплавленным цинком, в результате чего усиливается рост слоя сплава в покрытии.
Определенное влияние – увеличение скорости роста железоцинковых фаз – оказывают металлы, входящие в состав малолегированных, высокопрочных сталей, все шире применяемых в строительстве.
Изделия из горячекатаной стали являются более предпочтительными, при выполнении требований по химическому составу, покрытие получается блестящим и гладким, при нарушении этого соотношения покрытие будет матовым, иногда с изменением оттенка по длине изделия, но это никак не скажется на защитных свойствах покрытия [2].
Температура цинкового расплава составляет 419 C, цинкование выполняется в классических пределах от 445 до 460 C, что позволяет сократить образование штейна, оксидов, гартцинка.
Скорость погружения тоже является важным фактором. Слишком медленная скорость приведет к риску повторного окисления, а слишком высокая скорость погружения приведет к захвату с поверхности остатков солей, флюс не успеет расплавиться и, как следствие, это вызывает образование дефектов.
Технологические нарушения в процессе нанесения цинкового покрытия могут стать причиной множества дефектов, проявляющихся на поверхности металлоконструкций.
Отслаивание защитных покрытий является одной из наиболее актуальных проблем горячего цинкования.
В большинстве случаев отслоения сами по себе плоские, располагаются на верхней поверхности прокатного изделия. После горячего цинкования края отслоений становятся более заметными на верхней поверхности цинкуемого изделия. Такие отслоения возникают во время проката материала. Во время горячего цинкования жидкий цинк проникает в края между покрытием и основным материалом и образование слоя железо-цинкового сплава ведет к тому, что эти края начинают подниматься от основного материала.
Отслоения представляют собой повреждения на цинковом покрытии, на которых само цинковое покрытие, включая также железо-цинковый сплав, отделяется от нижнего основания. Они возникают, главным образом, на оцинкованной поверхности с толстым слоем железо-цинкового сплава, на цинкуемом изделии с очень ровной поверхностью или по краям самого изделия [3].
Отслоения образуются в результате ударов или вследствие упругой или пластичной необратимой деформации обрабатываемой детали. При этом слой железо-цинкового сплава может надорваться и отделиться от нижнего основания, если между ними образовывается напряжение сдвига достаточной величины. Локальная упругая деформация стальной конструкции под трещинами в слое железо-цинкового сплава также способствует отделению цинкового покрытия.
Отслоения могут наблюдаться так же в форме шелушения. Они представляют собой повреждения на цинковом покрытии, на котором внешний слой цинка отделяется от слоя железо-цинкового сплава, находящегося под ним. Причина такого отслаивания цинкового слоя состоит в том, что реакция между цинком и сталью продолжается еще и при температуре ниже точки плавления цинка. При этом цинк диффундирует из внешнего слоя покрытия в слой железо-цинкового сплава, при этом на границе между двумя слоями возникают поры, которые ведут к тому, что слой цинка отделяется и отпадает.
Отслаивания могут встречаться также тогда, когда оцинкованное изделие после горячего цинкования слишком медленно охлаждается. Это часто встречается, когда горячие оцинкованные изделия складывают друг на друга. Отслаивания внешнего слоя цинка возникает, если оцинкованная конструкция длительное время используется при температуре около 200 С. На отдельных стальных конструкциях такое явление может проявляться с разной силой. Небольшое содержание свинца в цинке способствует возникновению этого дефекта.
Кроме того, на поверхности металлоконструкций могут также проявляться образования в виде пузырей. Пузыри представляют собой небольшие возвышения на оцинкованной поверхности, образовавшиеся в результате отслоения покрытия от стальной поверхности. Это дефект материала, который появляется на поверхности оцинкованного изделия в качестве вздутий из-за расслаивания материала под влиянием водорода. Пузыри встречаются только в стальных изделиях с низкой прочностью. Избежать появления пузырей можно быстрым и сильным травлением.
Таким образом, можно сделать вывод, что для защиты цинкового покрытия от отслаивания необходимо соблюдать все предъявляемые процессу требования: поверхность металлоконструкций не должна иметь изъянов, трещин, шероховатостей, должны быть исключены структурные изменения. На поверхности основного металла не допускаются закатанная окалина, заусенцы, поры, включения, сварочные шлаки, остатки формовочной массы, графита, смазки, металлической стружки, маркировочной краски. Кроме того существует необходимость контролировать состав примесей в стали, подвергающейся горячему цинкованию. Важным условием также является правильная подготовка металлических конструкций к процессу нанесения антикоррозионных покрытий.
1. Лайнер В. И. Защитные покрытия металлов. – М.: Металлургия, 1974. – 559 с.
2.Радионова Л. В., Субботина Ю. М. Преимущества и недостатки способа горячего оцинкования стальной полосы. Проблемы цинкования // Машиностроение: сетевой электронный научный журнал, 2013. № 2. – С. 3–8.
3. Организация горячего цинкования. POLYGONAL system engineering [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://polygonal.com.ua