Что такое гальванизация?

В современном производстве все металлические компоненты - от конструкционной стали до точного литья - сталкиваются с фундаментальной проблемой коррозия. Незащищенная сталь быстро ржавеет в суровых условиях, что приводит к разрушению конструкции и высоким затратам на замену.

Чтобы решить эту проблему, гальванизация является универсальным и экономически эффективным средством обработки поверхности. Она создает прочный защитный барьер, значительно повышая долговечность на открытом воздухе стали и продлевает срок ее службы на десятилетия. Этот метод значительно сокращает стоимость жизненного цикла критической инфраструктуры в строительном, транспортном и энергетическом секторах. Данное руководство предоставляет инженерам систематический обзор гальванизация Принципы, процессы и приложения для поддержки оптимальных решений в области материалов.

Что такое гальванизация?

Гальванизация - это процесс нанесения защитного цинкового покрытия на сталь или железо для предотвращения коррозии.
Этот слой цинка блокирует влагу и кислород, а также обеспечивает жертвенную защиту, то есть цинк корродирует первым, чтобы защитить нижележащий металл.

В инженерной практике, гальванизация Широкий термин, охватывающий несколько технологий цинкования, включая горячее цинкование, электрогальванизацию, термодиффузию и покрытия с высоким содержанием цинка.

Как оцинковка предотвращает появление ржавчины?

Эффективность гальванизация Основана на четырех ключевых механизмах, которые работают вместе, обеспечивая долгосрочную защиту.

Первый - это Барьерная защита. Слой цинка образует плотный, непроницаемый физический барьер, изолирующий стальную поверхность от коррозионных элементов, таких как влага и кислород. Пока этот слой остается неповрежденным, сталь не ржавеет.

Во-вторых, Гальванизация использует Жертвенный анод механизм. Поскольку цинк электрохимически более активен, чем железо, при царапинах или повреждениях покрытия обнаженный цинк преимущественно корродирует (жертвует собой), обеспечивая при этом катодная защита на открытую сталь. Это означает, что защита сохраняется даже после повреждения поверхности.

Со временем цинк, подвергающийся воздействию атмосферы, вступает в реакцию, образуя прочный, устойчивый слой карбоната цинка, известный как Патина. Этот слой патины необходим для долговременной защиты, обеспечиваемой гальванизацияТак как это замедляет скорость расходования самого цинка.

Наконец, в Горячее цинкованиеПроцесс создает сильные Слои сплава железа и цинка которые образуют металлургическую связь между цинком и стальной подложкой. Эти слои сплава обеспечивают превосходное адгезия и высокая стойкость к истиранию, предотвращающая легкое отслаивание или шелушение покрытия.

История гальванизации

Концепция защиты железа цинком известна уже несколько столетий, хотя в промышленности она стала применяться совсем недавно.

Самое раннее официальное упоминание об использовании расплавленного цинка для защиты железа относится к 1742Когда французский химик П.Ж. Малуэн представил свои результаты. Это стало первым наблюдением того, что впоследствии станет горячее цинкование процесс.

Промышленный прорыв произошел в 1836Когда французский инженер Станислаус Сорель получил первый патент на современный процесс, который включал использование флюса из хлористого аммония для подготовки поверхности железа.

Этот процесс быстро набрал обороты во время промышленной революции, когда в Европе и Северной Америке резко возрос спрос на долговечную металлическую инфраструктуру. Гальванизация стала практичным и экономичным решением для защиты железных и ранних стальных конструкций.

По 20 век, горячее цинкование стала стандартизированной и обязательной антикоррозионной обработкой для конструкционной стали и наружных компонентов по основным инженерным стандартам (таким как ASTM и ISO) во всем мире.

Процесс гальванизации

Сайт Горячее цинкование (HDG) Процесс представляет собой точную, многоступенчатую операцию, призванную обеспечить идеальную металлургическую связь и равномерное цинковое покрытие.

1.Подготовка поверхности

Чистота - основа качества гальванизация. Процесс начинается с трех этапов очистки. Первый, обезжиривание Использует щелочной раствор для удаления органических загрязнений, таких как масло и грязь. Второе, маринование Погружение стали в кислотную ванну (обычно с соляной кислотой) для химической очистки поверхности от ржавчины и окалины. Наконец, сталь погружается в флюсовый раствор (хлорид цинка-аммония), который очищает поверхность от остаточных окислов и предотвращает повторное окисление до того, как деталь попадет в цинковую ванну.

2.Ванна с расплавленным цинком

Подготовленный компонент медленно погружается в ванна с расплавленным цинком. Температура цинка строго контролируется и составляет примерно $450^{\circ}\text{C}$. При этой температуре железо в стали вступает в химическую реакцию с расплавленным цинком, образуя несколько слоев прочной железо-цинковые сплавы. Эти слои сплава имеют решающее значение для прочности и долговечности соединения. гальванизация пальто.

3.Охлаждение и пассивация

После достижения необходимой толщины покрытия компонент медленно удаляют, давая стечь излишкам цинка. Затем он охлаждается либо естественным воздушным охлаждением, либо закалкой в воде. Иногда пассивация Обработка проводится сразу после охлаждения для предотвращения образования "пятен влажного хранения" (белой ржавчины), особенно если компонент будет храниться во влажных условиях.

4.Инспекция

Последний шаг проверка. Толщина гальванизация Покрытие измеряется неразрушающими методами (например, магнитными датчиками) для подтверждения соответствия международным стандартам, таким как ASTM A123 или ISO 1461.

Инженеры должны учитывать изменения размеров прецизионных деталей из-за толщины покрытия; резьба и сопрягаемые поверхности часто должны быть негабаритный до гальванизация. Кроме того, все закрытые конструкции должны быть спроектированы с учетом вентиляционные отверстия и дренажные отверстия для обеспечения полного покрытия цинком и предотвращения угрозы безопасности при окунании.

Различные методы гальванизации

В то время как Горячее цинкование (HDG) является лидером в отрасли по защите в тяжелых условиях, другие гальванизация Методы отвечают конкретным требованиям, связанным с размерами компонентов, допусками на размеры и требуемым сроком службы.

1.Горячее цинкование (HDG)

HDG обеспечивает самое толстое покрытие (обычно от $50 \mu \text{m}$ до $150 \mu \text{m}$) и самый долгий срок службы (25-50 лет). Он создает превосходное металлургическое соединение, обеспечивая отличную стойкость к истиранию и полное внутреннее покрытие труб и замкнутых форм. Это стандарт для инфраструктурных и структурных применений.

2.Электрогальванизация

Этот метод использует гальванический процесс для нанесения тонкого слоя чистого цинка (обычно от $5 \mu \text{m}$ до $25 \mu \text{m}$). Оно обеспечивает гладкую, эстетически привлекательную поверхность и минимальное влияние на размеры, что делает его идеальным для прецизионного крепежа и внутренних компонентов, где риск коррозии невелик. Однако срок его службы значительно короче, чем у HDG.

3.Холодное цинкование / цинковая краска

Часто упоминается как Краска с содержанием цинкаЭто покрытие, содержащее высокую концентрацию цинкового порошка. Это неправда гальванизация но обеспечивает жертвенную защиту за счет проводимости. Его основное инженерное применение - для ремонт поврежденных HDG-покрытий в полевых условиях (согласно ASTM A780) и для небольших работ по восстановлению.

4.Термическое диффузионное цинкование (Шерардизация)

Этот метод предполагает нагрев деталей с цинковым порошком в герметичном барабане, в результате чего образуется цельносплавное, очень равномерное цинковое покрытие. Этот метод отлично подходит для небольших сложных деталей и деталей с резьбой, где стабильность размеров имеет первостепенное значение, так как толщина покрытия равномерна и сводит к минимуму нарушение сопрягаемых резьб.

Метод	Толщина (мкм)	Срок службы при коррозии	Идеальное использование	Стоимость
Горячее цинкование (HDG)	50 – 150	Самые длинные (25-50 лет)	Конструкционная сталь, крупные отливки	Средний
Электрогальванизация	5 – 25	Короткий (крытый/мягкий)	Прецизионные детали, мелкий крепеж	Низкий
Тепловая диффузия	30 – 100	Превосходно	Резьбовые компоненты, детали мелкой партии	Высокий

Цинковое покрытие (гальванизация) в сравнении с порошковым покрытием

Цинковое покрытие, которое в технике часто называют гальванизация- и порошковое покрытие - две широко распространенные системы защиты от коррозии, но они работают по принципиально разным механизмам и, соответственно, служат разным инженерным целям.

Гальванизация это широкая категория включает в себя несколько технологий цинкования, таких как горячее цинкование (HDG), электроцинкование, термодиффузионное цинкование и покрытия с высоким содержанием цинка. Независимо от метода, цинкование обеспечивает две основные формы защиты:

• Защита барьеровгде цинковый слой физически изолирует сталь от влаги и кислорода; и
• Жертвенная защитаПри этом цинк преимущественно корродирует, защищая открытую сталь, когда покрытие поцарапано или повреждено.

Благодаря такому жертвенному поведению оцинкованная сталь продолжает сопротивляться коррозии даже после незначительного повреждения покрытия. Среди всех методов цинкования, Горячее цинкование (HDG) Обеспечивает самый длительный срок службы на открытом воздухе, обычно 25-50 лет в стандартных атмосферных условиях.

Порошковое покрытиенапротив, является исключительно барьерного типа система защиты. Она обеспечивает превосходный внешний вид, однородные цветовые решения и гладкую архитектурную отделку. Однако если покрытие сколото, потрескалось или нарушено иным образом, под ним сразу же оказывается сталь, поскольку порошковое покрытие не обеспечивают жертвенную защиту.

С точки зрения жизненного цикла, системы цинкового покрытия (гальванизация) обеспечивают превосходную долговременную коррозионную стойкость, в то время как порошковое покрытие превосходит их по эстетике, качеству отделки и контролю цвета.
Для проектов, требующих как долговечности, так и высокой визуальной привлекательности, используется дуплексная система-оцинковка плюс порошковое покрытие - обеспечивает синергетические характеристики и широко используется в архитектурной, транспортной и инфраструктурной сферах.

Преимущества гальванизации

Широкое распространение гальванизация обусловлена рядом неоспоримых экономических и эксплуатационных преимуществ, что делает ее оптимальным выбором для долгосрочной защиты металла:

• Превосходные долгосрочные антикоррозийные характеристики: Двойное действие барьера и жертвенной защиты делает горячее цинкование является эталоном в отрасли и обеспечивает защиту, не требующую обслуживания, на десятилетия, значительно увеличивая срок службы стальных конструкций.
• Низкая стоимость обслуживания: Длительный срок службы гальванизация Покрытие устраняет необходимость в повторной покраске и обслуживании, что позволяет значительно снизить Стоимость жизненного цикла (LCC) по сравнению с традиционными покрытиями.
• Полное покрытие: В качестве процесса погружения в жидкость, горячее цинкование Обеспечивает равномерное покрытие каждого внутреннего пространства, щели и края, устраняя слабые места, часто встречающиеся в напыляемых покрытиях.
• Устойчивость к истиранию: Подлежащие слои железо-цинкового сплава зачастую тверже, чем основная сталь. Эта металлургическая твердость придает гальванизация Покрытие отлично противостоит механическим повреждениям, ударам и истиранию при обращении и эксплуатации.
• Устойчивый: Оцинкованная Сталь является экологически безопасным материалом, поскольку и сталь, и цинк являются легко перерабатываемыми материалами, а необходимость в частом обслуживании (и связанные с этим выбросы летучих органических соединений при покраске) отпадает.

Ограничения гальванизации

Хотя цинкование обеспечивает превосходную долговременную защиту от коррозии, этот процесс имеет ряд инженерных ограничений, которые необходимо учитывать при проектировании и производстве. Эти ограничения касаются контроля толщины покрытия, термических эффектов, совместимости с прецизионными деталями и экологических ограничений. Понимание этих недостатков помогает инженерам определить, подходит ли оцинковка для конкретного компонента или лучше использовать альтернативную систему покрытия.

К основным недостаткам относятся:

• Влияние размеров: Толщина покрытия (особенно HDG толщиной 50-150 мкм) может влиять на допуски, требуя увеличения размеров резьбы, механической обработки и прецизионных сопрягаемых поверхностей.
• Риск теплового искажения: Горячее цинкование предполагает погружение в воду при температуре ~450 °C, что может привести к деформации тонкостенных, крупных или асимметричных деталей.
• Эстетика поверхности: На оцинкованных покрытиях часто появляются трещины, потеки или неравномерный внешний вид; они не подходят для тех случаев, когда требуется высокая косметическая однородность.
• Ограниченная пригодность для сложных геометрий: Закрытые конструкции требуют наличия вентиляционных и дренажных отверстий; в противном случае цинк не сможет свободно стекать, и процесс станет небезопасным или неполноценным.
• Сложность ремонта: После повреждения в процессе эксплуатации ремонт (как правило, с использованием краски с высоким содержанием цинка) не может полностью повторить металлургические слои сплава HDG.
• Соображения по свариваемости: Оцинкованная сталь требует дополнительной подготовки поверхности перед сваркой и выделяет пары, которые требуют надлежащей вентиляции.
• Условия окружающей среды: В некоторых агрессивных средах (сильные кислоты, длительное погружение в соленую воду) цинк может корродировать быстрее, чем ожидается, что сокращает срок службы.
• Стоимость по сравнению с альтернативами: Для компонентов, нуждающихся только в кратковременной защите или эстетическом покрытии, оцинковка может быть дороже стандартных промышленных красок или порошковых покрытий.

Приложения

Гальванизация Необходим в самых разных отраслях промышленности, где ожидается длительное воздействие стихии, обеспечивая надежную защиту критически важных активов:

• Использование в архитектуре и строительстве: Это основное защитное решение для конструкционной стали в коммерческих и промышленных объектах, мостах и гаражах.
• Транспорт и инфраструктура: Устойчивость к суровым погодным условиям делает его стандартным материалом для таких объектов, как дорожные ограждения, дорожные барьеры и столбы уличного освещения, полагаясь на горячее цинкование для обеспечения безопасности дорожного движения.
• Башни электроснабжения и связи: Гальванизация имеет решающее значение для опор ЛЭП, базовых станций связи и электрических подстанций, обеспечивая целостность конструкции в удаленных местах.
• Оборудование для морской среды: Он широко используется для изготовления доков, платформ и вспомогательных конструкций, хотя в зонах прямого попадания морских брызг необходимо учитывать более высокие нормы потребления цинка.
• Промышленное оборудование и резервуары для хранения: Оцинкованная опоры, рамы и компоненты обеспечивают бесперебойную работу в агрессивных химических средах или в условиях повышенной влажности.
• Маленькие крепежи: Он повсеместно применяется для мелкий крепежБолты, гайки и шайбы гарантируют, что места соединений будут столь же устойчивы к коррозии, как и основные элементы конструкции.

Для специализированного применения, отливки и обработанные детали предназначенные для использования вне помещений, например, компоненты насосов, клапанов и сложных механических узлов, обычно защищаются Горячее цинкование или Термическое диффузионное цинкование чтобы обеспечить десятилетия надежной работы.

Степени оцинковки и "7-ступенчатая оцинковка"

Гальванизация Стандарты определяют характеристики, прежде всего, исходя из толщины или веса цинкового покрытия.

Оценки обычно определяются толщина покрытия в микрометрах ($\mu \text{m}$) или вес покрытия на единицу площади ($\text{g}/\text{m}^2$). Примеры стандартов включают требования к минимальной толщине, изложенные в ISO 1461 и ASTM A123. Для непрерывных изделий, таких как листовая сталь, в маркировке используется обозначение Z; например, Z275 указывает на массу покрытия $275 \text{g}/\text{m}^2$.

Термин "7-ступенчатая оцинковка” не является всемирно признанным или стандартизированным отраслевым классом.. Скорее всего, это местный или специфический для конкретного проекта термин, и его следует избегать в официальных инженерных спецификациях, поскольку он неоднозначен.

Для обеспечения качества и соответствия требованиям инженеры должны всегда точно указывать метод цинкования (например, HDG или электрогальванизация). регулирующий стандарт (например, ASTM A123), и минимальная требуемая толщина покрытия или веса для конкретной толщины детали. Выбранная марка должна соответствовать степени агрессивности среды, в которой находится деталь.

Заключение

Гальванизация остается одним из самых надежных и экономически эффективных способов защиты стали в суровых климатических условиях. Сочетание барьерной защиты, жертвенного действия и металлургического сцепления обеспечивает длительную коррозионную стойкость при минимальном обслуживании.

Выбор правильного метода цинкования зависит от условий воздействия, конструктивных требований и желаемого срока службы детали. Горячее цинкование (HDG) продолжает оставаться эталоном для инфраструктурных и тяжелых промышленных приложений.

Если ваш проект требует долговечной работы на открытом воздухе, на ранней стадии проектирования определите подходящий метод оцинковки и толщину покрытия.
Вы также можете свяжитесь с нашей командой инженеров за помощью в выборе материала или спецификации покрытия.

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

Как долго держится оцинкованное покрытие?

Срок службы оцинкованного покрытия зависит от толщины цинка и условий окружающей среды.
Типичные сроки горячего цинкования 25-50 лет на открытом воздухе и еще дольше в сельской местности.
Электрооцинкованные покрытия более тонкие и обычно служат всего несколько лет в умеренных комнатных условиях.
Морская или промышленная атмосфера сокращает срок службы из-за быстрого расхода цинка.

Как определить, что металл оцинкован?

На оцинкованной стали часто появляются следы:

• A с пайетками или кристаллический рисунок поверхности
• Матовый серый или яркий металлик
• Более твердая, слегка шероховатая текстура из слоев сплава Fe-Zn.

Инженерные методы идентификации включают магнитные толщиномеры, искровые испытания или применение разбавленных кислот, реагирующих с цинком.

Как удалить оцинкованное покрытие?

К распространенным методам удаления относятся:

• Химическая зачистка использование кислот, таких как соляная кислота
• Механическое удаление шлифовка, абразивная обработка или шлифовка
• Термическое удалениеХотя обычно его избегают из-за опасных испарений цинка.

Необходимо соблюдать осторожность, чтобы не повредить нижележащую сталь.

Можно ли наносить оцинкованное покрытие поверх ржавчины?

Гальванизацию нельзя наносить непосредственно на ржавую поверхность.
Оставшиеся продукты коррозии не позволят цинку сформировать правильную металлургическую связь со сталью.

Для горячее цинкованиеСталь должна быть полностью очищена путем обезжиривания, травления и флюсования перед тем, как попасть в ванну с расплавленным цинком - в противном случае покрытие будет неравномерным или может разрушиться.

Для краска с высоким содержанием цинка (холодное цинкование)Ржавчина должна быть механически удалена (шлифованием, дробеструйной обработкой или шлифованием), чтобы получить чистую, почти белую металлическую поверхность. Только после надлежащей подготовки поверхности покрытие с высоким содержанием цинка может обеспечить эффективную жертвенную защиту.