Что такое гальваническая оцинковка
Elton-zoloto.ru

Драгоценные металлы

Что такое гальваническая оцинковка

Сообщества › Кузовной Ремонт › Блог › Очистка ржавчины электрохимическим способом и гальваническая оцинковка металла. Часть 2.

Здравствуйте.
Это продолжение предыдущей статьи:

ЧАСТЬ №2.
Этап 2. Оцинковка стальной пластины гальваническим способом.
—–
В предыдущей части очищал металлическую пластину электролизом, с применением различных химикатов. Затем эту пластину попробовал оцинковать гальваническим методом.
——

К сожалению, из-за допущенных ошибок, не удалось сделать надёжное оцинкованное покрытие, и эксперимент оказался неудачным. Тем не менее отрицательный результат – это тоже результат.
Итак, была мет.пластина, некоторые участки очищены разными средствами, с разной степенью очистки. Часть вообще не очищалась:

[Принцип гальванической оцинковки металла: берём источник постоянного тока, минус подключаем к очищенной до голого металла (и от ржавчины) стали. Плюс подключаем на цинковый электрод. Макаем электрод (обёрнутый в ткань) в раствор с большим содержанием ионов цинка и прикладываем к стальной поверхности. Под действием тока, цинк содержащийся в растворе «прилипает» к стали, образовывая тем самым защитное цинковое покрытие. А цинк с электрода переходит в раствор.]

Поэтому для гальванической оцинковки металла нужны всего три вещи:
1.) Электрод
2.) Раствор
3.) Источник питания

1.) Электрод представляет собой кусок металла, весь состоящий из цинка. (т.е. оцинкованная сталь – не подойдёт). Где найти цинк? Например, из цинка делают аноды на корпус для различной водной техники, но проще достать цинк из соляных батареек.

[Батарейки бывают разных типов, например, известные Duracell – это алкалиновые (цинка почти нет), а нам в качестве источника цинка нужны соляные батарейки — это самые дешёвые, китайские. У них корпус (стакан) состоит из цинка.]

Я купил у Китайцев батарейку размера D (R20) за 0,5$ (35р.), снял обёртку с надписями, вынул все внутренности, промыл и обезжирил. Оставшийся цинковый стакан сплющил, просверлил и припаял провод. Далее этот стакан завернуть в ткань и электрод готов:

Вообще можно переплавить в удобную форму несколько таких батареек, с помощью горелки из бытового газового баллончика (на youtube есть видео). Получится электрод для многоразового использования.

2.) Раствор для цинкования. Из интернета узнал, что в качестве такого раствора народ использует паяльную кислоту на основе хлорида цинка, которую можно купить в магазине радиодеталей. Либо можно сделать самому, растворив кусочки цинка в кислоте.
Я купил в магазине химических реагентов хлористый цинк в виде порошка, 7,5$ (450р.) за килограмм.

Растворял определённое количество в воде, пока она не стала мутной (при этом нагреваясь из-за хим. реакции). Пока перемешивал вилкой из нержавейки — она покрылась слоем цинка))). Далее в раствор добавил немного электролита АКБ (его состав 35% серной кислоты и 65% воды) для сопутствующего разъедания ржавчины так, чтобы в готовом растворе содержалось только 8% серной кислоты. Больше не стал т.к. цинк хорошо растворяется в воде, и очень плохо в кислоте.
Раствор готов:

3.) Источник питания. Использовал лабораторный БП из предыдущей части.
При этом руководствовался следующими «постулатами», которые насобирал в различных интернет-источниках и своими словами обобщил ниже:

[Чем меньше ток/напряжение тем лучше «частицы» цинка прилипают к поверхности, и тем медленнее идёт процесс. Поэтому первый слой цинка покрываем на маленьком токе, чтобы он хорошо прилепился. Далее можно увеличить ток, но при этом смотреть на цвет образуемого покрытия – оно должно быть светло серое. Если цинковое покрытие получается белое – значит тока/напряжения недостаточно. Если тёмно-серое – значит наоборот, ток слишком большой и покрытие получается рыхлое и ненадёжное.
При оцинковке необходимо водить электродом по поверхности не останавливаясь, не задерживаясь на одном месте ни на секунду. Иначе покрытие получается тёмным, а значит ненадёжным (см.выше).]

Также приведу цитату из этой ( www.drive2.ru/c/2812067/ ) статьи пользователя Levsha1988 :

Я поступал согласно этой рекомендации. Взял мет.пластину, обезжирил и приступил. Первый слой нанёс с током 0,4А, визуально это работало — пластина покрывалась цинком. Далее увеличил ток до 0,8А и продолжил.
В итоге я оцинковал всю пластину, со всех сторон в т.ч. и рёбра. При этом на одних участках пластины (согласно Части 1 этой статьи) оставалась ржавчина, на других нет. Это сделано специально.

Далее, когда вся пластина была покрыта равномерным слоем цинка, я выбрал 3 участка, но которых ради эксперимента специально хотел нанести чрезмерно густое и рыхлое покрытие. На этих участках задержал электрод на несколько секунд (что делать нельзя) и нанёс дополнительные слои цинка. Эти участки получились белые (см. «постулаты» выше), но я на это не обратил внимание по какой-то непонятной причине.((( Это оказалось важно!

После смыл всё раствором соды, для нейтрализации серной кислоты, протёр тряпкой и выставил на улицу на 24 часа. По прошествии этого времени прошёл дождь, я подождал ещё через 24 часа, пришёл за пластиной и тут…

Гальваническое цинкование металла: технология, оборудование

Гальваническое цинкование – эффективный и недорогой, а потому распространенный способ защиты черных металлов от коррозии. Чаще всего его используют при производстве метизов и крепежных изделий, а также стальной сетки.

Способы нанесения цинкового покрытия

Антикоррозионное цинкование выполняется различными способами, а срок службы покрытия зависит от толщины защитного слоя.

Способ нанесения покрытия зависит от его необходимых свойств, размеров изделия, условий его дальнейшей эксплуатации.

Самый простой и технологичный, но недостаточно обеспечивающий стойкость к механическим воздействиям защитного слоя, – это холодное цинкование с помощью грунтов, в которых в большом количестве содержится высокодисперсный цинковый порошок.

По объему цинковальных производств второе место занимает горячее цинкование. Покрытие, получаемое таким способом, качественное и долговечное, но экологически небезопасное, так как используется расплав цинка, да еще на поддержание его температуры немногим меньше 500 °С необходимо большое количество электроэнергии, химические методы подготовки поверхности.

Очень похож на горячее цинкование более технологичный, но менее производительный метод термодиффузионного нанесения защитного слоя. Он используется, когда задаются высокие требования к толщине и внешнему виду покрытия.

Еще один способ цинкования – это газо-термическое напыление, которое используется для защиты крупногабаритных изделий и конструкций, которые в ванну просто невозможно поместить.

Гальваническое цинкование лишено многих недостатков других способов нанесения покрытия и имеет свои положительные стороны.

Преимущества гальванического цинкования

Способ нанесения цинкового покрытия путем электролиза наиболее распространен.

Основным достоинством, из-за которого применяется именно гальваническое цинкование металла, является высокая степень защищенности поверхности материала от коррозии. Тонкий слой цинка увеличивает срок службы изделий в несколько раз, а значит, и снижает затраты на их техническое обслуживание и замену.

Покрытие получается ровным, без потеков и капель, сохраняется и форма, и размер изделия. Нанести его можно на предметы любой, даже самой сложной формы.

Гладкие и блестящие декоративные покрытия не требуют в большинстве случаев дополнительной обработки.

Кроме того, сам процесс нанесения цинкового покрытия требует незначительных расходов, а гальванические агрегаты обладают высокой производительностью.

Недостатки гальванического цинкования

Способ нанесения защитного покрытия электролизом не лишен недостатков.

Основной недостаток – низкая адгезия цинка с металлом, из-за которой поверхность изделия необходимо тщательно зачищать.

Минусом также является образование в процессе нанесения покрытия ядовитых отходов, требующих серьезной очистки.

Несоблюдение режимов может привести к наполнению водородом основного металла, что приводит к хрупкости самого изделия и к нарушению качества покрытия.

Принцип действия

Гальваническое цинкование основано на принципе защитного действия, который определяется разностью электрохимических потенциалов цинка и железа. Поскольку цинк имеет меньший электрохимический потенциал, покрытие из него является протекторной защитой для черных металлов. То есть во влажной среде электрохимической коррозии подвергается именно он.

При окислении железа образуются оксиды, имеющие больший объем, чем первоначальный металл. Оксидная пленка становится рыхлой и пропускает к еще не окисленному металлу кислород. А на цинке при окислении пленка образуется тонкая и плотная, она не пропускает кислород вглубь металла, защищая не только покрытие, но и основной металл под ним.

Виды гальванического цинкования

Цинкование гальваническое – технология, представляющая собой электролиз, т. е. электрохимические окислительно-восстановительные процессы в электролите под действием постоянного электрического тока.

По составу электролита цинкование делится на три вида: кислотное, цианидное и щелочное.

Чаще всего используется метод нанесения цинкового покрытия в слабокислых электролитах, особенно для чугунных и стальных деталей сложной конфигурации. Изделия из углеродистых и легированных сталей при этом виде цинкования меньше подвергаются возникновению водородной хрупкости, да и внешний вид получается превосходный, с замечательным декоративным эффектом в широкой цветовой гамме.

Дополнительная защита при цинковании

Защитное действие покрытий из цинка зависит от его толщины, которая при гальваническом нанесении всего 5 мкм, и характера электролита.

В некоторых случаях защитные свойства цинкового покрытия увеличиваются пассивированием, фосфатированием или покраской.

Пассивирование (хроматирование) – химическая обработка изделий в растворах с хромовой кислотой либо ее солями, в результате которой на поверхности образуются хроматные пленки. Это процесс усиливает не столько защитные свойства, сколько декоративные, потому что в результате усиливается блеск покрытия, и оно может быть окрашено в различные цвета.

Читать еще:  Какой вес у швеллера

При фосфатировании (обработке в солях фосфорной кислоты) оцинкованных изделий на поверхности пленка образуется фосфатная. После фосфатирования может еще наноситься лакокрасочное покрытие.

Этапы гальванического цинкования

На производстве гальваническое цинкование состоит из нескольких технологических процессов, каждый из которых завершается промывкой водой в проточной ванне или щеточно-моечным способом.

Сначала изделия тщательно очищаются от ржавчины, окалины, технологической смазки, остатков охлаждающей жидкости или краски и обезжириваются в щелочных растворах. Затем происходит обезжиривание электролитическое.

После него протравливаются в водном растворе соляной кислоты, при котором поверхность окончательно очищается без нарушения поверхностного слоя и происходит ее декапирование – активация перед нанесением цинкового покрытия. Только потом производится собственно цинкование.

После него, при необходимости, изделия осветляются и очищаются от окисной пленки в водном растворе азотной кислоты, затем фосфатирование, пассивация и сушка.

При цинковании различных изделий могут выполняться дополнительные операции. Например, полосу перед цинкованием разматывают, сваривают концы, правят, а после него промасливают и сматывают.

Оборудование гальванического цинкования

Гальваническая линия – это определенная последовательность промывочных и технологических ванн, в которых создаются одно- или многослойное цинковое покрытие с требуемыми функциональными свойствами.

В соответствии с объемами производства используется оборудование с различной степенью механизации. На крупных предприятиях устанавливаются механизированные линии с автоматическим управлением. Существуют линии с частичным или полным ручным управлением, а также мини-линии.

Линия гальванического цинкования состоит не только из ванн. В нее входят транспортные системы различной конструкции, обязательно оборудование для очистки сточных вод, вспомогательное оборудование, к которому относятся приспособления для цинкования, ТЭНы, теплообменники, катодные и анодные штанги.

В дополнительное оборудование входят системы вентиляции, сушильные камеры и шкафы, холодильное оборудование, фильтровальные установки, оборудование получения демиводы, насосы.

Электролиты для цинкования

Для гальванического цинкования в зависимости от назначения изделия применяют электролиты, которые делятся на две основные группы.

Электролиты, в которых цинк находится в виде простых гидратированных ионов, называют простыми кислыми. Это борфтористоводородные, сульфатные и хлоридные растворы.

Сложные комплексные кислые и щелочные электролиты содержат цинк в комплексных ионах с положительным и отрицательным зарядом. Это аммиакатные, пирофосфатные, цианидные и другие растворы.

От того, какой электролит применяется, зависит в первую очередь скорость осаждения, а затем качество осадков цинка на изделии (катоде).

Из комплексных электролитов цинк оседает на катоде при высоком рассеивании ионов. При увеличении плотности тока выход металла снижается и увеличивается выход водорода.

Поэтому цинкование в сложных электролитах производится при малой плотности тока, а покрытие получается очень качественное, мелкозернистое и равномерное.

В слабокислых простых электролитах гальваническое цинкование, в домашних условиях в том числе, проходит при большой плотности тока, с большей, чем при использовании сложных растворов, скоростью. Внешний вид изделий получается хороший, но покрытие не очень качественное и подходит только для изделий достаточно простой формы.

Гальваническое цинкование

Технологический процесс непосредственно цинкования происходит в ванне с электролитом. В нее опускаются изделия из черного металла, к которым через специальные электроды подводится электрический ток (катод), и чистый цинк в виде шаров или пластин, уложенных в специальные сетчатые секции (анод).

В процессе электрохимической реакции под воздействием электрического тока плотностью от 1 до 5 А/дм цинк растворяется в электролите, затем его ионы оседают на катоде, образуя гальваническое покрытие толщиной 4-25 мкм.

Именно с использованием такой технологии получают крепежные изделия (болты и гайки) с равномерным и блестящим покрытием.

Автоматизированная линия для гальванического цинкования

Современная линия гальванического цинкования – это полностью автоматизированная линия, на которой осуществляются все этапы нанесения покрытия, включая сварку и качественное обезжиривание изделий разного назначения и конфигурации.

Автоматическая линия в общем случае состоит из комплекта технологических гальванических ванн, модульных выпрямителей, стенда загрузки/разгрузки, транспортного оборудования, оборудования для вытяжной вентиляции, подвода воды и отвода канализационных стоков, металлокаркаса с трапом обслуживания.

Гальванические ванны могут изготавливаться из нержавеющей стали, стали, футерованной полимерными материалами или резиной. Современные ванны, сваренные из листовых полимеров, все больше вытесняют металлические емкости. Выбор материала ванн зависит от состава и концентрации электролита и рабочей температуры.

Коммуникации систем водоснабжения и канализации, и в большинстве случаев вентиляции располагаются под ваннами и также изготавливаются из полипропилена.

Размеры линии определяются ее производительностью и габаритами гальванических ванн.

Гальваническое цинкование происходит с образованием сточных вод с высокой концентрацией ионов тяжелых металлов. Поэтому их отстаивают, фильтруют, нейтрализуют, используют химическое осаждение, сорбцию и другие процессы в емкостях из инженерных полимеров.

Электролитическое цинкование в домашних условиях

Гальваническое цинкование, своими руками производимое, начинается с подбора материалов. Электролитом может служить раствор хлорида цинка и соляной кислоты в дистиллированной воде. Это так называемая паяльная кислота, которая чаще всего используется в домашних условиях. Умельцы протравливают цинк в аккумуляторной серной кислоте и получают электролит ZnSO4, но этот процесс опасен, поскольку при реакции выделяется взрывоопасный водород и теплота. В электролите ни в коем случае не должно быть осадка из нерастворенных кристаллов соли.

Чистый цинк можно купить в магазине химреактивов или на радиорынке, а можно получить из солевых батареек или плавких предохранителей, сохранившихся со времен Советского Союза.

Гальванической ванной может служить стеклянная или пластиковая емкость. В нее устанавливаются штативы для анода и катода. Анод – это пластина цинка, к которой от источника питания подсоединяется «плюс». Чем больше анод, тем более равномерным получится покрытие на катоде, изделии, на которое будет наноситься защитное покрытие. Анодов может быть несколько, их можно располагать вокруг катода на одинаковом расстоянии, чтобы его поверхность покрывалась цинком равномерно и одновременно со всех сторон. К катоду подсоединяется «минус» источника питания.

Даже когда в домашних условиях производится цинкование гальваническое, технология обязательно включает тщательную очистку и обезжиривание детали, а также ее активацию в растворе кислоты.

Источник питания – это автомобильный аккумулятор с лампой накаливания небольшой мощности или другого потребителя в схеме, чтобы сила тока в цепи была ниже, или блок питания с постоянным напряжением на выходе. Главное, чтобы не было бурного кипения электролита в процессе цинкования.

Собственно цинкование происходит, когда аноды и катод опущены в электролит и замкнута электрическая цепь. Чем дольше длится процесс, тем толще слой цинка получается на изделии.

С помощью гальванического цинкования защитное покрытие на изделиях становится точным, равномерным и гладким, с декоративным эффектом. Его используют и в промышленности, и в домашних условиях, несмотря на то что требуется очистка сточных вод от экологически опасных отходов.

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.

Читать еще:  Что такое Родированное золото

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:

  1. Очистка их от окалины, ржавчины, смазочно-охлаждающих и лакокрасочных составов. Химическая обработка в обезжиривающих и щелочных растворах.
  2. Промывка водой в проточной ванне.
  3. Электролитическое обезжиривание.
  4. Промывка.
  5. 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.
  6. Промывка.
  7. Само цинкование.
  8. Промывка.
  9. Может проводиться осветление в растворе воды с азотной кислотой для снятия окисной пленки.
  10. Промывка.
  11. Может проводиться фосфатирование.
  12. Промывка.
  13. Может проводиться пассивация электролитическим хроматированием (и/или хроматирование распылением).
  14. 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.

Читать еще:  Как паять старым паяльником

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:

  1. Механическая зачистка.
  2. Травление изделия.
  3. Промывка в проточной воде.
  4. Обезжиривание.
  5. Промывка, аналогичная п. 3.
  6. Гальваническое цинкование.
  7. 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

  1. Кислые и слабокислые. Традиционные простые электролитические растворы на основе сульфатов, хлоридов, борфторидов или их смесей.
  2. Аммиакатные. Нейтральные и щелочные гальванические растворы, которые получают путем растворения оксида цинка в растворе сульфата (или хлорида) аммония.
  3. 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.

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.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector