Коррозия наносит огромный экономический ущерб металлургической промышленности. Существует эффективный метод борьбы с ней - термодиффузионное цинкование. Эта технология позволяет значительно продлить срок службы металлоконструкций.
История возникновения термодиффузионного цинкования
Впервые этот метод был предложен в начале XX века английским инженером Шерардом Каупером-Коулсом и получил название "шерардизация". Изобретатель искал способ эффективно защитить стальные конструкции от коррозии. Он обнаружил, что при нагреве стальных изделий вместе с цинковым порошком происходит диффузия атомов цинка в поверхностные слои металла с образованием прочного защитного покрытия.
Первоначально технология применялась для нужд военно-морского флота Великобритании. Затем она распространилась и в других странах. Постепенно методика совершенствовалась, разрабатывались оптимальные режимы для различных материалов. К настоящему времени термодиффузионное цинкование нашло широкое применение в машиностроении, судостроении, автомобилестроении и других отраслях промышленности.
Физико-химические основы процесса
При нагреве стальных изделий в присутствии порошка цинка до температуры 400-500°С начинается взаимодействие поверхностных слоев металла с цинком. Происходит диффузия атомов цинка в решетку железа с образованием сложных химических соединений - интерметаллидов.
В результате реакций на поверхности металлических изделий формируется слой толщиной до 100 микрон, который плотно сцеплен с основным металлом. Этот слой обеспечивает эффективную электрохимическую защиту стали от коррозии.
Скорость диффузии и толщина покрытия зависят от температуры, концентрации цинка, шероховатости поверхности и других факторов. Для получения качественного равномерного покрытия необходим строгий контроль параметров процесса.
Оборудование для термодиффузионного цинкования
Промышленные установки для термодиффузионного цинкования производятся рядом фирм в Европе и России. В их состав обычно входят:
- рабочая камера с системами загрузки, нагрева и охлаждения;
- блок подготовки и очистки поверхности деталей;
- система подачи и регенерации защитного газа;
- система управления технологическим процессом.
Наиболее крупные производители оборудования:
| Компания | Страна |
| KVK Koerner | Австрия |
| Экомор | Чехия |
| Цинксервис | Россия |
При выборе оборудования необходимо учитывать производительность, габариты и массу обрабатываемых деталей. Системы модульные, их можно комплектовать и масштабировать под конкретные задачи.
Подготовка поверхности перед цинкованием
<термодиффузионное цинкование>Качество получаемого покрытия во многом зависит от тщательности подготовки поверхности деталей. Наиболее распространены следующие методы:
- Ультразвуковая очистка. Эффективно удаляет пыль, грязь, окалину.
- Дробеструйная очистка. Используются стальная, чугунная или медная дробь. Позволяет очистить сильнозагрязненные или окисленные поверхности.
- Обезжиривание в щелочных или кислотных растворах. Удаляются смазочные материалы и эмульсии.
Перед загрузкой в рабочую камеру все детали тщательно проверяют на отсутствие дефектов. Это обеспечивает высокое качество покрытия.
Технология термодиффузионного цинкования
Процесс цинкования включает следующие основные операции:
- Загрузка деталей и порошка цинка в рабочую камеру с герметично закрывающейся крышкой.
- Вакуумирование или продувка камеры инертным газом для удаления влаги и кислорода.
- Нагрев камеры до температуры 400-500°С. Выдержка при заданной температуре в течение необходимого времени.
- Охлаждение камеры до комнатной температуры в инертной атмосфере.
- Выгрузка и очистка деталей от остатков порошка. Контроль качества покрытия.
Для интенсификации процесса могут применяться механическое перемешивание реакционной смеси, ультразвуковое воздействие, использование химически активных добавок.
Особое внимание уделяется контролю качества. Проверяют толщину покрытия, его сцепление с основным металлом, внешний вид, отсутствие дефектов.
Эксплуатационные свойства цинковых покрытий
Цинковые покрытия, полученные методом термодиффузии, обладают высокой коррозионной стойкостью во многих агрессивных средах. Особенно эффективна защита в морской и промышленной атмосфере, растворах кислот и щелочей.
По сравнению с традиционным горячим цинкованием, термодиффузионные покрытия более устойчивы к ударным и абразивным воздействиям. Это связано с отсутствием хрупких интерметаллидных фаз в поверхностном слое.
Благодаря наличию токопроводящего слоя цинка, такие покрытия могут использоваться в качестве контактных поверхностей в электрических соединениях и как аноды в системах катодной защиты.
Требования стандартов
Технология <гост термодиффузионное цинкование>термодиффузионного цинкования регламентируется российским национальным стандартом ГОСТ Р 9.316-2006. В нем установлены требования к качеству покрытий, их толщине и внешнему виду.
Например, в зависимости от толщины слоя покрытия подразделяются на классы:
- Тдц 10 - толщина 10-20 мкм
- Тдц 20 - толщина 20-50 мкм
- Тдц 50 - толщина более 50 мкм
Покрытие не должно иметь наплывов, трещин, пузырей и других дефектов. Его сцепление с основным металлом проверяют специальными испытаниями.
Термодиффузионное цинкование в Москве
Несмотря на очевидные преимущества, в России эта технология пока не получила должного распространения. Лишь несколько компаний в Москве предлагают услуги по термодиффузионному цинкованию.
Одним из лидеров в этой области является ЗАО "КоррЗащита". Предприятие работает с 1996 года и оснащено современным импортным оборудованием.
Здесь можно заказать защитные покрытия для деталей любой конфигурации из различных материалов. Объем рабочей камеры позволяет обрабатывать крупные партии изделий.
Перспективы применения технологии
Благодаря своей эффективности и экологичности метод термодиффузионного цинкования имеет хорошие перспективы для расширения использования. Уже сейчас активно ведутся работы по созданию технологий низкотемпературного цинкования, позволяющих обрабатывать высокопрочные стали и чугуны без разрушения их структуры.
Другим направлением является комбинирование термодиффузионных покрытий с полимерными и лакокрасочными материалами для улучшения защитных свойств и внешнего вида.
Таким образом, у термодиффузионного цинкования есть все шансы стать в ближайшем будущем одним из основных способов защиты металлов от коррозии.
