Термодиффузионное цинкование металла

Метод термодиффузионного цинкования (ТДЦ) электромагнитным полем для нанесения на поверхность металла защитного слоя впервые был применен в Англии в начале ХХ века и получил название шерардизация, по имени изобретателя Шерарда Коупер-Колса.

Данный метод применяется исключительно в промышленности, поскольку предполагает применение специальной техники, работу с высокими температурами и применение активных смесей.

В основе метода термодиффузного цинкования лежит тот факт, что взаимодействие цинка с воздухом или водой при высокой температуре вызывает появление тонкой цинковой плёнки на поверхности металлических изделий, находящемся в одном с цинком замкнутом пространстве. Химически это выглядит как образование на поверхности так называемого интерметаллида со сложной фазовой структурой с большим процентом содержания металлического цинка.

Процесс происходит при температуре около 300–450 °C в зависимости от марки стали, в замкнутом пространстве реторт или муфелей, заполненных цинкуемыми деталями и цинкосодержащей порошковой смесью.

Слой интерметаллида обеспевает металлу как механическую, так и электрохимическую защиту: образованное цинковое покрытие не допускает внешнюю среду к физическому контакту с защищаемым металлом. Кроме того, цинк со сталью образуют гальваническую пару, где цинк служит анодом, а сталь — катодом, за счёт чего от неблагоприятных сред разрушается цинк – дешёвый и легко возобновляемый ресурс.

Термодиффузионное цинкование применяют для изделий: 

• арматура, используемая в газовой и нефтяной отраслях,
• мебельная фурнитура,
• строительная арматура,
• элементы трубопроводов и других коммуникаций,
• ограждения для мостов и дорог,
• конструктивные элементы автотранспорта,
• арматура для железнодорожных путей,
• элементы контактных сетей железных дорог и линий электропередач.

Благодаря очень маленькой толщине цинкового слоя его наносят на поверхность фитингов, полые метизы, мебельную фурнитуру, заготовки, оснащённые резьбой, изделия с отверстиями и т.п.

Процесс нанесения покрытия в ТДЦ - замкнутый технологический цикл, разбитый на несколько операций:

1. Предварительная очистка деталей. При необходимости, заготовки чистят от жира, ржавчины и окалины дробемётной или абразивно-струйной обработкой. Далее обезжиривают химическими жидкостями и очистка ультразвуком. 
2. Этап нанесения покрытия. Цинкование происходит при температурах от 300 до 450 °C. Выбор температурного режима зависит от типа стальных изделий, марки стали и установочных норм производителей деталей. На протяжении всего процесса цинкования контейнер вращается и останавливается только перед непосредственной выемкой из печи. Процесс длится от одного до трёх часов в зависимости от технического задания. Затем контейнер извлекается из печи и охлаждается.
3. Удаление остатков смеси и пассивация. После нанесения покрытия остатки смеси удаляют с поверхности изделия, затем его подвергают пассивации — улучшению внешнего вида, приданию декоративного товарного вида. Таким образом изделие становится устойчивым к атмосферным воздействиям. 
    

Стандартная линия термодиффузионного цинкования должна иметь, как минимум, следующее оборудование:

• печь в виде камеры или бокса с плотно закрывающейся крышкой, ретортами сменными или стационарными с достаточным объёмом пространства;
• отсыпное оборудование для реторт;
• установка для фосфатной пассивации;
• шкафы сушильные или печи сушильные проходные; 
• электронные контроллеры толщины слоя цинка и пассивационного раствора;
• оснастка вспомогательного назначения (например, погрузочные работы).

Метод термодифузии имеет преимущества по сравнению с другими методами цинкования:

1. Высокая коррозионная стойкость (до 1500 часов в камере соляного тумана), а также повышение сопротивления негативному влиянию агрессивных сред (морская вода, нагретый газ, бензин).
2. Защита металла от водородного охрупчивания, процесса, которому подвержены высокоуглеродистые стали.
3. Из-за того, что в процессе ТДЦ контейнеры с загруженными в них заготовками постоянно вращаются, покрытие равномерно ложится на них и в точности воспроизводит профиль изделия в целом и отдельных деталей на ней (резьбу, маркировку, другой тонкий рельеф поверхности). Кроме того, на поверхности не образуется наплывов.
4. Покрытие имеет более высокую твёрдость, чем другие цинковые покрытия, и обладает хорошим сопротивлением абразивному износу и устойчивостью к сколам и механическим повреждениям.
5. Покрытие может быть нанесено на пружинные и другие предварительно термообработанные детали, на изделия, полученные по порошковой технологии, на пористые изделия, на несколько деталей без их склеивания, а также на предварительно собранные узлы.
6. При сваривании металлоизделий околошовная зона остается покрытой термодиффузионным покрытием, которое является протектором, защищающим сварной шов.
7. Детали, подвергаемые цинкованию, требуют минимальных затрат на подготовку поверхности к покрытию. Допускается наличие на деталях пятен коррозии и остатков смазки.
8. Толщина покрытия, по требованию заказчика, может варьироваться в пределах от 15 до 100 мкм и более. Дополнительно можно обработать готовую деталь любым финишным покрытием, на оцинковку ложатся все промышленные краски.

Метод термодиффузионного цинкования имеет не только сильные, но и слабые стороны. 

Во-первых, он существенно медленнее других способов оцинковки металлов. 

Во-вторых, цинковый слой, формирующийся на поверхности изделия, имеет малопривлекательный серый цвет. Хотя для большей части метизов, используемых в промышленности, эстетический фактор не играет значимой роли. 

И, наконец, габариты изделий, которые подвергаются термодиффузионному цинкованию, ограничены размерами герметичного контейнера, а также объёмом нагревательной печи.

Современное термодиффузионное цинкование – это надежная защита металлических изделий. Без него сложно представить себе строительно-монтажные, конструкторские, а иногда и пуско-наладочные работы. 

Процесс оцинковки выполняется опытными специалистами компании Завода Кабельных Металлических Конструкций по самым современным технологиям, соответствующим современным нормативным документам металлообработки.

Еще в производстве кабельных лотков есть изделия, оцинкованные методом Сендзимира т.е. горячим (погружным) цинкованием. 

Общие требования к качеству покрытий и методы контроля устанавливаются в ГОСТ Р 9.316-2006, ГОСТ 9.302–88, ГОСТ 9.308–85. 

Покрытие также должно соответствовать иностранным стандартам: BS 4921:1988, ASTM B633, ASTM B695.