Большинство крепежных изделий производится из сплавов, главным компонентом которых является железо – это стали. Подобное технологическое решение основано на эксплуатационных особенностях данных металлов – прочность, сочетающаяся с устойчивостью к внешним нагрузкам, а также долговечность. Но у такого материала имеется один серьезный недостаток – подверженность коррозионным процессам, протекающим на открытом атмосферном воздухе, в результате которых поверхность метизов окисляется и ржавеет. Оксидирование со временем разрушает металл и тот становится хрупким. Сегодня разработано несколько способов, предотвращающих это явление. В число наиболее востребованных входит цинкование. Данная технология предусматривает формирование на поверхности, подвергшейся специальной предварительной обработке, тонкого слоя цинка (Zn). Этот металл характеризуется устойчивостью к окислительным процессам.
Технологии оцинкования шурупов
Формирование цинкового покрытия осуществляется, в основном, по четырем технологиям. Кратко рассмотрим их.
Холодная оцинковка
Данная технология предусматривает нанесение на металл специальной смеси, в химический состав которой входит в большом процентном содержании элемент Zn. Холодная оцинковка – самый простой способ создания защитного слоя. Для его реализации достаточно иметь под рукой обыкновенную кисть, валик для малярных работ или краскопульт. Покрытие мелких деталей, к которым относятся метизы, в том числе шурупы, легче всего выполнять с помощью последнего приспособления либо специального спрея. Впрочем, когда оцинковать необходимо всего несколько шурупов, подойдет и кисть. Но в любом случае необходимо контролировать факт покрытия смесью всей поверхности крепежных элементов.
На первом этапе осуществляется подготовка поверхности метизов, подразумевающая проведение ряда операций, начиная с очистки, включая обезжиривание с последующим травлением, и заканчивая флюсованием. Потом шурупы высыпаются в перфорированный барабан.
Следующий этап – погружение этой емкости с деталями в ванну с цинком, пребывающим в жидком агрегатном состоянии благодаря нагреву до температуры Т=450℃ (см. рис. выше). Толщина защитного слоя (обозначение S) определяется временем нахождения крепежа в расплаве. Пределы изменения этого параметра такие: 40,0 мкм≤S≤200,0 мкм.
Далее барабан извлекается из ванны и подвергается центрифугированию.
В завершение обработанные шурупы перемещаются на открытое пространство и просушиваются атмосферным воздухом.
Гальваническое оцинкование
В основе этой технологии находится метод электролиза. Роль расходуемого анода здесь играют пластины чистого элемента Zn, а в качестве катода выступают подлежащие покрытию крепежные детали. В общем случае, схема процесса гальванического оцинкования выглядит так, как это представлено на рисунке.
Толщина цинкового слоя на метизах регулируется силой тока. Анодные пластины нужно периодически подвергать контролю на истощение. Причина – процесс гальванизации сопровождается электрохимическим растворением элемента Zn в электролите и перемещением его частиц на покрываемую деталь.
Термодиффузионная оцинковка
Данный метод обеспечивает равномерность цинкового слоя и его несклонность к скалыванию и частичному отделению от поверхности метизов. Термодиффузионное оцинкование предусматривает:
подготовку подлежащего обработке крепежа;
размещение шурупов в контейнере, содержащем вещества, в состав которых входит Zn. Давление в контейнере поддерживается на уровне 0,1 атмосферы;
перемещение этой емкости в печь;
придание контейнеру вращательного движения. Под воздействием температуры, изменяющейся в пределах 300℃≤Т≤390℃, молекулы цинка диффундируют в приповерхностный слой крепежных деталей. В зависимости от продолжительности этой операции, глубина внедрения частиц элемента Zn (читай, толщина покрытия) может варьироваться в диапазоне 10,0 мкм≤S≤100,0 мкм. Данная особенность является несомненным достоинством термодиффузионной оцинковки. Ведь можно формировать защитный слой с толщиной, требуемой заказчиком.
Как работает цинковое покрытие
Взаимодействуя с атмосферным кислородом и присутствующей в воздухе влагой, элемент Fе подвергается окислению. Этот процесс приводит к образованию на поверхности стальных деталей рыхлой нетвердой пленки, постепенно, превращающейся в ржавчину. Та пропускает в толщу железа элемент О2 и влагу, что приводит к дальнейшему разрушению этого металла. Цинк же, при контакте с кислородом и молекулами Н2О образует прочную пленку, препятствующую нарушению целостности структуры железа.
В целом, нанесенный на поверхность метиза слой элемента Zn обеспечивает защиту двух видов:
барьерную – ее еще называют пассивной;
электрохимическую. Иное название – катодная.
Защита первого вида препятствует физическому контакту стальной поверхности с окружающей средой, выступая в роли своего рода барьера. Здесь все понятно.
Катодная защита предполагает образование нанесенным цинком с железом стального изделия гальванической пары. В ней Zn – более активный металл, а Fе – менее активный. Вступая во взаимодействие с элементом О2 и влагой первым, цинк-анод, образно говоря, отдает в жертву свои отрицательно заряженные частицы – электроны – для борьбы с процессом коррозии. А железо –катод, принимая их, практически, полностью предотвращает свое разрушение ржавчиной. Действие защиты прекратится после истощения цинкового слоя. Покрытия толщиной в пределах от 40 до 60 микрон хватает минимум на 10, а максимум – 25 лет.
Два сменяющие один другого метода защиты оказываются для метизов очень полезными непосредственно после их монтажа. Покрытие любого состава не характеризуется 100-процентной герметичностью по причине наличия пор и технологических дефектов. Это относится и к защитному цинковому слою:
на начальных стадиях работы он тоже пропускает О2 в небольшом объеме;
именно тогда обеспечивается катодная защита стальных изделий от ржавчины.
Со временем соединения металла Zn с иными веществами полностью растворяются, структура покрытия уплотняется и настает черед проявить себя барьерной защите, как это наблюдается при горячей оцинковке. Причем не страшно даже нарушение целостности защитного слоя. Если это произойдет, вновь примется за работу катодная защита.
Нормативные документы
Номенклатура действующих на территории нашей страны Государственных стандартов, регламентирующих процесс нанесения цинковых покрытий на метизы, включая шурупы, не отличается широтой. Отечественные меткомбинаты при формировании такого защитного слоя руководствуются положениями ограниченного числа нормативных документов.
Общие требования, начиная от допустимых способов оцинкования и заканчивая методикой обозначения конечной продукции, прописаны в ГОСТе 9.306-85.
Процедуру горячей оцинковки регламентируют нормы ГОСТа 9.307-89. Но он действителен только до конца мая 2022 года. С первых чисел июня следующего года будет введен в действие Государственный стандарт за номером 9.307, принятый в ноябре текущего 2021 года.
Основные нормы технологии нанесения цинкового покрытия термодиффузионным методом утверждены ГОСТом P 9.316.2006.
Требования к типовому техпроцессу оцинковки газотермическим способом установлены ГОСТом 28302-89. Кроме того, этим стандартом нормирована процедура формирования этим методом алюминиевого покрытия.
Общий подход к выбору металлических покрытий, в том числе цинкового, прописан ГОСТом 9.303-84.
Характеристики цинковых покрытий
Характеристики покрытий элементом Zn, включая экологический аспект, можно узнать, обратившись к ГОСТу 9.303-84 (он последний в выше приведенном списке). В нем оговорены многие моменты. В частности, там сказано, что:
относительно черных металлов оцинковка выполняет функции анодного покрытия. Этот слой обеспечивает электрохимическую защиту стального сплава при температуре Т≤70℃. Когда метиз нагревается до более высокой отметки, такое покрытие защищает только механически. Входящий в его состав элемент Zn препятствует контактному корродированию сталей в случае соединения с алюминиевыми деталями или с компонентами, выполненными из сплавов, содержащих Аl. Благодаря этому возможность свинчивания резьбовых метизов, в том числе шурупов, сохраняется;
в гальванотехнике помимо цинка задействуются иные металлы. Но наименее токсичен именно данный элемент. Человеческий организм удовлетворяет потребность в цинке, употребляя пищу и питьевую воду. Прием токсических доз солей этого металла вызывает хотя и острое, но не летальное отравление;
повышение устойчивости цинкового покрытия к воздействию коррозии обеспечивается дополнительным фосфатированием либо хроматированием; Последний вариант: улучшает эстетическое восприятие крепежа; недолговечен. Объясняется это механической непрочностью хроматной пленки. Ее декоративный вид утрачивается даже от прикосновения пальцев рук, не говоря уже о контакте с металлическим инструментарием;
метизы, не прошедшие процедуру фосфатирования и хроматирования цинкового покрытия, применяются, когда нужно обеспечить электропроводность при Т>100℃ после опрессовки различными полимерами и пластмассами;
электрохимическая оцинковка сопровождается утратой сталями свойства пластичности по причине наводораживания. Подвергать этой процедуре нельзя сплавы, обладающие пределом прочности, превышающим 140 кгс/мм кв.;
покрытие характеризуется: сцеплением высокого уровня с металлом основы; повышенной хрупкостью при Т> +250℃ и Т< -70℃; сопротивлением низкой степени к воздействию механического истирания; Матовый защитный слой способен выдержать изгибающие нагрузки, а также развальцовку. Из недостатков стоит отметить низкую химическую стойкость оцинковки при контакте с продуктами, выделяющимися в процессе старения материалов органического типа;
показатель микротвердости покрытия (обозначение μН), формируемого электрохимической технологией, изменяется в пределах 490 МПа≤μН≤1180 МПа;
величина удельного сопротивления (обозначение ρ) при Т=18℃ колеблется в районе отметки ρ=575×10-10 Ом•м.
Заключение
Как показывает практика, на поверхности даже оцинкованных шурупов могут появиться признаки т.н. «белой коррозии». Этому явлению способствуют многие факторы, например, продолжительные экспозиции влажности, превышающей 60-70 процентов. Для борьбы с «белой коррозией» используется пассивация. Благодаря этому методу на метизах создается тонкий слой солей элемента Zn, не растворяющихся в воде. Он обеспечивает защиту уже не металла шурупа, а нанесенного покрытия. Таким образом это ни что иное, нежели защита защиты.
Внимание! Данный интернет-сайт носит исключительно информационный характер и, ни при каких условиях, не является публичной офертой, определяемой положениями Статьи 437 (2) ГК РФ
Заявка онлайн
