Галванично поцинковане на метал: технология, оборудване

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-02 13:50

Поцинковането е ефективен и евтин и следователно често срещан начин за защита на черните метали от корозия. Най-често се използва при производството на обков и крепежни елементи, както и стоманена мрежа.

Методи за цинково покритие

Антикорозионното поцинковане се извършва по различни начини, като експлоатационният живот на покритието зависи от дебелината на защитния слой.

Методът на нанасяне на покритие зависи от необходимите му свойства, размера на продукта, условията за по-нататъшната му експлоатация.

Най-простият и технологично напреднал, но недостатъчно осигуряващ устойчивост на механично натоварване на защитния слой, е студено поцинковане с помощта на грундове, които съдържат големи количества високо диспергиран цинков прах.

По обем на производството на поцинковане горещото поцинковане заема второ място. Покритието, получено по този начин, е висококачествено и издръжливо, но екологично опасно, тъй като се използва цинкова стопилка и е необходимо голямо количество електричество за поддържане на температурата му малко по-малко от 500 ° C, химически методи за подготовка на повърхността.

Много подобно на горещо поцинкованетехнологичен, но по-малко продуктивен метод за термично дифузионно отлагане на защитен слой. Използва се, когато се поставят високи изисквания към дебелината и външния вид на покритието.

Друг метод за поцинковане е газотермичното пръскане, което се използва за защита на големи продукти и конструкции, които просто не могат да се поставят във вана.

Поцинкованото поцинковане е лишено от много от недостатъците на другите методи за нанасяне на покритие и има своите положителни аспекти.

Предимства на цинковото покритие

Поцинковането чрез електролиза е най-разпространеният метод.

Основното предимство, поради което се използва галванично поцинковане на метала, е високата степен на защита на повърхността на материала от корозия. Тънкият слой цинк увеличава експлоатационния живот на продуктите няколко пъти и следователно намалява разходите за тяхната поддръжка и подмяна.

Покритието е равномерно, без ивици и капки, като формата и размерът на продукта са запазени. Можете да го приложите към обекти с всякаква, дори и най-сложна форма.

Гладките и блестящи декоративни покрития не изискват допълнителна обработка в повечето случаи.

Освен това самият процес на нанасяне на цинково покритие изисква малко разходи, а агрегатите за поцинковане са с висока производителност.

Недостатъци на цинковото покритие

Методът за нанасяне на защитно покритие чрез електролиза не е без недостатъци.

Основният недостатък ениска адхезия на цинк към метал, поради което повърхността на продукта трябва да бъде внимателно почистена.

Недостатъкът е също образуването на токсични отпадъци по време на процеса на нанасяне на покритие, което изисква сериозно почистване.

Неспазването на режимите може да доведе до водородно запълване на основния метал, което води до чупливост на самия продукт и до нарушаване на качеството на покритието.

Принцип на действие

Поцинковането се основава на принципа на защитния ефект, който се определя от разликата в електрохимичните потенциали на цинка и желязото. Тъй като цинкът има по-нисък електрохимичен потенциал, неговото покритие е жертвена защита за черните метали. Тоест във влажна среда именно той претърпява електрохимична корозия.

Когато желязото се окислява, се образуват оксиди, които имат по-голям обем от оригиналния метал. Оксидният филм се разхлабва и предава кислород към все още неокисления метал. А върху цинка, по време на окисляването, филмът се образува тънък и плътен, той не пропуска кислород дълбоко в метала, защитавайки не само покритието, но и основния метал отдолу.

Видове поцинковане

Галваничното поцинковане е технология, която е електролиза, т.е. електрохимични окислително-редукционни процеси в електролит под действието на постоянен електрически ток.

Според състава на електролита, цинковото покритие се разделя на три вида: киселинно, цианидно и алкално.

Най-често използваният метод за цинково покритие в леко киселиелектролити, особено за части от чугун и стомана със сложна конфигурация. Продуктите от въглеродни и легирани стомани с този вид поцинковане са по-малко подложени на възникване на водородно крехкост, а външният вид е отличен, с прекрасен декоративен ефект в широка гама от цветове.

Допълнителна защита от поцинковане

Защитният ефект на цинковите покрития зависи от неговата дебелина, която е само 5 микрона при галванично покритие, и естеството на електролита.

В някои случаи защитните свойства на цинковите покрития се подобряват чрез пасивиране, фосфатиране или боядисване.

Пасивиране (хромиране) - химическа обработка на продукти в разтвори с хромова киселина или нейни соли, в резултат на което се образуват хроматни филми на повърхността. Този процес подобрява не толкова защитните свойства, колкото декоративните, тъй като в резултат на това се засилва блясъкът на покритието и може да се боядисва в различни цветове.

При фосфатиране (обработка в соли на фосфорна киселина) на поцинковани продукти, върху повърхността се образува фосфатен филм. След фосфатиране, боята все още може да се нанесе.

Етапи на поцинковане

В производството поцинковането се състои от няколко технологични процеса, всеки от които завършва чрез измиване с вода в течаща вана или метод на измиване с четка.

Първо, продуктите се почистват старателно от ръжда, котлен камък, технологична грес, остатъци от охлаждаща течносттечности или бои и обезмаслени в алкални разтвори. След това се извършва електролитно обезмасляване.

След него се мариновават във воден разтвор на солна киселина, в който повърхността се почиства окончателно, без да се нарушава повърхностния слой и се обезглавява - активира се преди нанасяне на цинковото покритие. Само тогава е действителното поцинковане.

След това, ако е необходимо, продуктите се избистрят и почистват от оксидния филм във воден разтвор на азотна киселина, след което се фосфатират, пасивират и изсушават.

При поцинковане на различни продукти могат да се извършат допълнителни операции. Например една лента се развива преди поцинковане, краищата се заваряват, изправят и след това се смазват и навиват.

Оборудване за поцинковане

Линията за поцинковане е специфична последователност от изплакващи и технологични бани, при които се създава еднослойно или многослойно цинково покритие с необходимите функционални свойства.

Съгласно производствените обеми се използва оборудване с различна степен на механизация. В големите предприятия са инсталирани механизирани линии с автоматично управление. Има линии с частично или пълно ръчно управление, както и мини-линии.

Линията за поцинковане се състои от нещо повече от вани. Включва транспортни системи с различни конструкции, оборудване за пречистване на отпадни води,спомагателно оборудване, което включва устройства за поцинковане, нагревателни елементи, топлообменници, катодни и анодни пръти.

Допълнителното оборудване включва вентилационни системи, сушилни камери и шкафове, хладилно оборудване, филтриращи агрегати, оборудване за производство на полуводни, помпи.

Електролити за поцинковане

За галванично поцинковане, в зависимост от предназначението на продукта, се използват електролити, които се разделят на две основни групи.

Електролитите, в които цинкът е под формата на прости хидратирани йони, се наричат прости киселинни. Това са хидроборни, сулфатни и хлоридни разтвори.

Сложните комплексни киселинни и алкални електролити съдържат цинк в комплексни йони с положителен и отрицателен заряд. Това са амоняк, пирофосфат, цианид и други разтвори.

Видът на използвания електролит основно определя скоростта на отлагане и след това качеството на цинковите отлагания върху продукта (катод).

От сложни електролити, цинкът се утаява на катода с голямо разсейване на йони. С увеличаване на плътността на тока добивът на метал намалява и добивът на водород се увеличава.

Следователно поцинковането в сложни електролити се извършва при ниска плътност на тока, а покритието е с много високо качество, фино зърнесто и равномерно..

При леко киселинни прости електролити, поцинковането, включително и в домашни условия, се извършва при висока плътност на тока, с по-висока скорост, отколкото при използване на сложни разтвори. Външният вид на продуктите е добър, нопокритието не е с много високо качество и е подходящо само за продукти с доста проста форма.

Поцинковано покритие

Технологичният процес на директно поцинковане се извършва във вана с електролит. В него се спускат продукти от черен метал, към които чрез специални електроди се подава електрически ток (катод) и чист цинк под формата на топчета или плочи, положени в специални мрежести секции (анод).

По време на електрохимична реакция, под въздействието на електрически ток с плътност от 1 до 5 A/dm, цинкът се разтваря в електролита, след което йоните му се утаяват на катода, образувайки галваничен слой с дебелина 4-25 микрона покритие.

Именно с използването на тази технология се получават крепежни елементи (болтове и гайки) с равномерно и лъскаво покритие.

Автоматизирана линия за поцинковане

Модерната линия за поцинковане е напълно автоматизирана линия, която извършва всички етапи на покритие, включително заваряване и висококачествено обезмасляване на продукти за различни цели и конфигурации.

Автоматичната линия обикновено се състои от набор от технологични галванични вани, модулни токоизправители, стенд за товарене/разтоварване, транспортно оборудване, оборудване за смукателна вентилация, водоснабдяване и канализация, метална рамка със сервизна стълба.

Ваните за галванично покритие могат да бъдат направени от неръждаема стомана, стомана с пластмасова облицовка или гума. Съвременните вани, заварени от листови полимери, все повече заменят метални контейнери. Изборът на материал за баня зависи от състава и концентрацията на електролита и работната температура.

Комуникациите на водоснабдителните и канализационни системи, а в повечето случаи и вентилацията са разположени под баните и също са от полипропилен.

Размерите на линията се определят от нейната производителност и размерите на ваните за галванично покритие.

Галваничното поцинковане протича с образуването на отпадни води с висока концентрация на йони на тежки метали. Следователно те се защитават, филтрират, неутрализират, химическо утаяване, сорбция и други процеси се използват в контейнери, изработени от инженерни полимери.

Електролитно цинково покритие у дома

Галваничното поцинковане, произведено от собствени ръце, започва с избора на материали. Електролитът може да бъде разтвор на цинков хлорид и солна киселина в дестилирана вода. Това е така наречената киселина за запояване, която най-често се използва у дома. Майсторите маринират цинк в сярна киселина на акумулатора и получават електролит ZnSO_{4, но този процес е опасен, тъй като по време на реакцията се отделят експлозивен водород и топлина. В никакъв случай не трябва да има утайка от неразтворени солни кристали в електролита.}

Чистият цинк може да се купи в химически магазин или радиопазара или може да бъде получен от солни батерии или предпазители от Съветския съюз.

Галваничнованата може да бъде стъклен или пластмасов съд. В него са монтирани стойки за анода и катода. Анодът е цинкова плоча, към която е свързан "плюс" от източника на захранване. Колкото по-голям е анодът, толкова по-равномерно ще бъде покритието върху катода, продуктът, върху който ще бъде нанесено защитното покритие. Анодите могат да бъдат няколко, те могат да бъдат поставени около катода на едно и също разстояние, така че повърхността му да е покрита с цинк равномерно и едновременно от всички страни. "Минусът" на източника на захранване е свързан към катода.

Дори когато поцинковането се извършва у дома, технологията задължително включва цялостно почистване и обезмасляване на детайла, както и активирането му в киселинен разтвор.

Източникът на захранване е автомобилен акумулатор с лампа с нажежаема жичка с ниска мощност или друг консуматор във веригата, така че токът във веригата да е по-нисък, или захранване с постоянно изходно напрежение. Основното е, че не трябва да има бързо кипене на електролита по време на процеса на поцинковане.

Всъщност поцинковането се случва, когато анодите и катодът се спуснат в електролита и електрическата верига е затворена. Колкото по-дълго отнема процесът, толкова по-дебел е цинковият слой върху продукта.

С помощта на поцинковане защитното покритие върху продуктите става прецизно, равномерно и гладко, с декоративен ефект. Използва се както в промишлеността, така и у дома, въпреки факта, че е необходимо пречистване на отпадъчни води от опасни за околната среда отпадъци.