Горячее цинкование

При горячем цинковании происходит взаимодействие с расплавленным цинком, в результате которого на поверхности стального изделия образуются железоцинковые соединения. При этом изменяются химический состав и структура поверхностного слоя стали.

На поверхности стали образуется слой твердого раствора (4, 5 %) цинка в стали. Далее располагается тонкий (толщина 1-3 мкм) и хрупкий слой с содержанием железа 21-28%. Далее располагается слой с содержанием железа 7-11% сначала безструктурный, затем столбчатой структуры. Затем располагается зона ярко выраженной столбчатой структуры с содержанием железа 6-6, 2 %. Верхний слой представляет собой слой цинка, получающийся при извлечении изделия из расплава.

Структура цинкового покрытия, полученного в расплаве, неоднородна и состоит из нескольких последовательно (по толщине) расположенных слоев, обладающих различными свойствами и содержанием цинка и железа, что отрицательно сказывается на коррозионной стойкости и других свойствах.

Для создания условий образования покрытий, при которых в нем преимущественно развивались бы пластичные, наиболее коорозионностойкие слои применяют термическую обработку цинковых покрытий, в результате которой получают однородный коррозионностойкий сплав цинка с железом.

В процессе термической обработки в результате взаимной диффузии железа и цинка происходит перестройка структурных составляющих цинкового покрытия, полученного в расплаве цинка, возникает структурная однородность железоцинкового сплава с содержанием железа в поверхностном слое до 7-15 %. На характеристики структурной однородности покрытия влияют температура нагрева, температура и время выдержки, содержание алюминия в расплаве цинка.

После выхода стального изделия из ванны цинкования (из расплава цинка) происходит охлаждение покрытия и при затвердевании его верхнего жидкого слоя на поверхности покрытия образуются кристаллические узоры цинка характерного рисунка. Размеры узоров цинка зависят от количества одновременно зарождающихся центров кристаллизации и определяются содержанием примесей в расплаве цинка и условий охлаждения оцинкованного изделия.

В некоторых случаях для улучшения окрашиваемости цинкового покрытия требуется цинковое покрытие без узора кристаллизации или с минимальными его размерами. Для этих целей незакристаллизовавшийся жидкий слой покрытия обрабатывают струей воздуха, в камере с парами фосфорной кислоты, распылением на поверхность покрытия мелкодисперсного (0, 5-10 мкм) цинкового порошка.

В силу высокой химической активности цинка, цинковые покрытия в агрессивных промышленных средах склонны к коррозии с образованием продуктов белого цвета («белая ржавчина»).

Для повышения защитной способности всю оцинкованную продукцию подвергают хроматной или фосфатной защитной обработке, что позволяет на 15-30 % увеличить их срок службы.

Более длительную (в 2-3 раза) защиту от коррозии обеспечивают комбинированные покрытия, которые получают путем нанесения на предварительно хроматированную или фосфатированную цинковую поверхность лакокрасочных и полимерных аокрытий.

При взаимодействии цинкового покрытия с хроматирующим раствором протекают химические процессы, приводящие к окислению цинка хромом с сообразованием на его поверхности пассивной пленки сложного химического состава. Поэтому хроматирование еще называют пассивацией.

В зависимости от химического состава цвет хроматной пленки может изменяться от бледно-голубого до желто-зеленого, оливкового и даже коричневого. Окрашенные хроматные пленки обладают значительно более высокими защитными свойствами, чем бесцветные или бледно-голубые.

При производстве оцинкованного листа с лакокрасочными покрытиями определяющим показателем качества покрытий является их адгезия к металлической поверхности. На степень адгезии существенное влияние оказывает шероховатость поверхности и поверхностное натяжение.

Фосфатирование цинкового покрытия на 3-4 класса увеличивает шероховатость поверхности и ее поверхностное натяжение за счет образование тонкой (2-10 г/м²) пористой пленки.

Цинкование стальных изделий погружением в расплавленный цинк состоит из подготовки их поверхности к цинкованию и самого процесса нанесения цинкового покрытия.

Подготовка поверхности включает операции удаления жировых и других загрязнений, окалины, ржавчины, нанесения слоя флюса.

Хорошая подготовка поверхности гарантирует полное взаимодействие стали с расплавленным цинком и сцепление цинкового покрытия с металлом основы. Значительная часть брака при цинковании в расплаве вызывается некачественной предварительной отработкой их поверхности.

Удаление жировых и других загрязнений с поверхности стальных изделий (обезжиривание) можно производить путем химической или электрохимической обработки их в щелочных растворах, а также путем отжига, в процессе которого эти загрязнения сгорают (окисляются).

Ржавчина и окалина с поверхности цинкуемого металла удаляют травлением в растворах серной или соляной кислот или механическим путем (дробеметная или дробеструйная обработка). После травления с поверхности изделий промывкой удаляют остатки травильного раствора и образовавшиеся соли железа.

Общая загрязненность поверхности полосовой стали может достигать 1800 мг/м². Загрязненность поверхности полосовой стали перед цинкованием должна быть менее
40 мг/м².

Подготовка поверхности полосовой стали с применением обезжиривающих растворов проводится по схеме: химическое (и/или электрохимическое) обезжиривание, промывка и сушка. Химическое обезжиривание включает замочку для снижения вязкости жировой пленки и щеточно-моечная обработка с подачей обезжиривающего раствора.

В некоторых случаях после обезжиривания проводят химическое травление в слабых растворах кислот.

Термическую обработку исходного полосового проката осуществляют для удаления с поверхности окислов железа, а также для термообработки (отжиг, нормализация) проката для получения требуемых механических свойств. Термическую обработку полосового проката осуществляют различными способами. Наиболее эффективным является способ «Юнайтед стайтс стил» в соответствии с которым полосу подогревают в атмосфере продуктов неполного сгорания газового топлива, где сгорают остатки загрязнений, а затем обрабатывают в камере восстановительного нагрева (азотно-водородная смесь).

Алюминий является одной из добавок, специально вводимых в расплав цинка для улучшения процесса цинкования (повышение жидкотекучести расплава цинка, уменьшения его окисления) и получения равномерного блестящего цинкового покрытия, обладающего хорошей пластичностью.

Расплав цинка, содержащий добавку алюминия значительно меньше окисляется, так как на его поверхности образуется защитная пленка из окислов алюминия, которая, взаимодействуя с окислами цинка, образует на поверхности расплава шпинели, защищающие его от окисления.

При цинковании в легированном алюминием расплаве толщина покрытия уменьшается. Так при цинковании в расплаве, содержащем 0, 15-0, 25 % алюминия толщина цинкового покрытия уменьшается примерно на 40 %.