Цинковое покрытие

В большинстве случаев, для защиты крепежа от коррозии используются цинковые покрытия. Цинковое покрытие уникально, так как обеспечивает не только барьерную, но и электрохимическую защиту от коррозии.

Последняя известна еще и как «жертвенная» (катодная или протекторная) защита, поскольку в гальванической паре «сталь-цинк» последний «жертвует» собой, чтобы защитить сталь, на которую он нанесен. Этот эффект проявляется и на локальных участках, где покрытия уже нет (царапины, сколы, повреждения).

Выбор вида и толщины покрытия определяется условиями и сроком эксплуатации крепежа и/или величиной зазора в резьбовой паре (болт-гайка).

---

Содержание

• Методы цинкования металла
• Гальваническое цинкование (электролитический метод)
• Холодное цинкование
• Горячее цинкование
• Цинк-ламельное покрытие металла
• Термодиффузионное цинкование
• Dacromet 320 («Dacral», «Geomet»)
• Механическое оцинкование
• Сравнение цинковых покрытий
• Возможные проблемы при цинковании
• Необходимость прослабления резьбы под «толстые» покрытия
• Водородное охрупчивание
• Эксплуатация крепежа с цинковым покрытием
• Заключение

---

Методы цинкования металла

На сегодняшний день существует несколько основных видов цинкового покрытия на крепёжных изделиях. Рассмотрим их преимущества и недостатки по убыванию распространенности.

Гальваническое цинкование (электролитический метод)

Электролитическое (гальваническое) цинкование (ЭЦ), или электроцинкование, самое распространенное для крепежных изделий цинковое покрытие.

Главные достоинства - низкая цена и привлекательный внешний вид (обычно глянцевый серебристый, голубоватый либо желтый, бывает и матовый), и наилучшая доступность на рынке. Возможно гальваническое цинкование деталей с пластиковыми элементами, например самоконтрящихся гаек.

Главные недостатки - низкая коррозионная устойчивость делает это покрытие скорее транспортировочно-декоративным, чем защитным. ЭЦ подвергает покрываемые детали водородному охрупчиванию в процессе нанесения, поэтому применимо для крепежа класса прочности до 10.9. Предназначено для деталей, используемых в сухих помещениях. Толщина составляет от 3 до 24 мкм.

Холодное цинкование

Холодное оцинкование — это нанесение на подготовленную поверхность приемами, используемыми в работе с обычными красками, специального цинксодержащего состава, в результате чего образуется покрытие, обладающее теми же антикоррозийными свойствами, что и полученное методом горячего оцинкования.

Преимуществами данного метода оцинкования по сравнению с горячим оцинкованием являются:

• отсутствие ограничений по размерам крепежа;
• высокая адгезия цинкового покрытия с лакокрасочными материалами (ЛКМ), в т. ч. с порошковыми красками;
• высокая степень чистоты осажденного цинка обеспечивает повышенную химическую стойкость.

Недостатки метода холодного оцинкования:

• по сравнению с методом горячего оцинкования и термодиффузионным оцинкованием, низкая толщина покрытия (5-35 мкм), что снижает коррозийную устойчивость покрытия, полученного электролитическим методом;
• по сравнению с термодиффузным оцинкованием, существует возможность наводораживания и как следствие охрупчивание основного защищаемого материала (водородное охрупчивание).

Горячее цинкование

Горячий способ оцинкования заключается в погружении предварительно подготовленных изделий, после обезжиривания, промывки, травления, в расплавленный цинк при температуре 450 – 480°C. Образование покрытия основано на хорошем смачивании железа и его сплавов цинком.

Основным преимуществом данного метода оцинкования по сравнению с электролитическим заключается в более высокой коррозийной устойчивости покрытия, поскольку горячий способ позволяет получить покрытие большой толщины (от 40-150 мкм).

Недостатки метода горячего оцинкования:

• по сравнению с методом электролитического оцинкования и термодиффузионным оцинкованием, толщина покрытия на отдельных участках из-за наплывов колеблется в значительных пределах (40 – 150 мкм) и точная регулировка толщины этого покрытия невозможна. Горячий способ не может быть применен для покрытия изделий с точными допусками и в тех случаях, когда высокая температура может изменить свойства крепежа;
• по сравнению с термодиффузным оцинкованием, существует возможность наводораживания и как следствие охрупчивание основного защищаемого материала (водородное охрупчивание);
• низкая адгезия горячеоцинкованного покрытия с ЛКМ, в т. ч. с порошковыми красками.

Цинк-ламельное покрытие металла

Система ламельного цинкового покрытия включает в себя базовый слой, состоящий из тонких алюминиевых и цинковых чешуек (ламелей) и, при необходимости, один или несколько дополнительных слоев, придающих покрытию специальные свойства: фрикционные, коррозионную и химическую стойкость, цвет и другие.

Цинк-ламельное покрытие наносят на предварительно подготовленную поверхность деталей путем окунания в высокодисперсную суспензию цинкового и алюминиевого порошков, имеющих форму чешуек, в связующем материале или ее напыления с последующим нагревом деталей до 240°C для сушки и отверждения. Сформировавшееся базовое покрытие содержит более 70% цинкового и до 10% алюминиевого порошка, а также связующий органический материал. Оно состоит из множества слоев алюминиевых и цинковых частиц толщиной менее микрометра и шириной около 10 мкм, расположенных параллельно друг другу и покрываемой поверхности, соединенных связующим компонентом. Коррозионная стойкость покрытий свыше 700 часов в нейтральном соляном тумане, что незначительно превышает антикоррозийную устойчивость изделий, полученных электролитическим способом.

Достоинства:

• Малая толщина (до 10 мкм) позволяет получить высокую точность детали;
• Может быть нанесено на стандартно высаженный крепеж и на детали класса прочности до 10.9;
• Имеет более привлекательный, чем у Г/О, внешний вид. Кроме того, возможны разные оттенки- от светло-серого (серебристого) до черного;
• Препятствует внешнему водородному охрупчиванию и отпуску металла.

Недостаток: от сколов под покрытием распространяется коррозия. Поэтому на участках, подверженных механическому воздействию (например, на днищах автомобилей) чаще применяют горячее цинкование и ТДЦ-крепеж.

Термодиффузионное цинкование

Термодиффузионное цинковое покрытие является анодным по отношению к стали, обеспечивая ее электрохимическую защиту. Покрытию подвергаются изделия из углеродистой стали стандартного качества, качественной конструкционной углеродистой, низколегированной стали и чугуна.

Суть технологии термодиффузионного оцинкования состоит в том, что антикоррозийное покрытие формируется в результате насыщения цинком поверхности металлических изделий в порошковой среде при температуре 290-450°C, причем выбор температурного режима зависит от типа стальных изделий и марки стали. Такая технология позволяет получить любую толщину покрытия в диапазоне от 6 до 110 микрон по требованию заказчика без изменения технологического процесса. Процесс происходит в закрытом контейнере с добавлением к обрабатываемым деталям специальной насыщающей смеси. Пассивация (финишная обработка деталей) является обязательной частью процесса термодиффузионного оцинкования. Пассивация предназначена для предотвращения образования белых продуктов коррозии на поверхностях, подвергаемым воздействию атмосфер с высокой влажностью, соленой воды, морских атмосфер или циклам конденсации и высыхания.

Преимущества метода термодиффузионного цинкования по сравнению с методом горячего цинкования:

• возможность получения покрытия на резьбовых деталях и деталях сложной формы равномерного по толщине и точно повторяющего конфигурацию изделия. Плюсом также является отсутствие каких-либо наплывов цинка в местах углублений или соединений. Данное преимущество исключает необходимость снимать покрытие с внутренней резьбовых частей(гайка), как это делается после обработки горячим цинком;
• антикоррозийная стойкость в 1,5-2 раза выше, чем при электролитическом оцинковании;
• отсутствие водородного охрупчивания позволяет использовать термодиффузионное покрытие для оцинковывания крепежа с высоким классом прочности 10.9 и выше без риска снижения качественных характеристик изделия, что важно, когда изделие используется в ответственных конструкциях;
• высокая адгезия цинкового покрытия с ЛКМ, в т. ч. с порошковыми красками;
• высокая точность нанесения покрытия позволяет применять термодиффузионное оцинкование для покрытия изделий с точными допусками, например с мелкими диаметрами;
• высокая износостойкость покрытия позволяет сохранять качество изделия, подвергаемого частой сборке-разборке.

Преимущества метода термодиффузионного цинкования по сравнению с методом холодного цинкования:

• антикоррозийная стойкость в 3-5 раз выше, чем при горячем оцинковании;
• отсутствие водородного охрупчивания.

Недостатки:

• Как и горячее цинкование, требует специальной высадки под толстые покрытия. Нельзя, при толщине покрытия свыше 20 мкм, оцинковать термодиффузионным методом cтандартновысаженные болты. Вместе с тем, рекомендуемая толщина покрытия - от 30 - 40 мкм;
• Невозможно термодиффузионное цинкование деталей с пластиковыми элементами, например самоконтрящихся гаек;
• Возможен отпуск материала высокопрочных болтов с потерей их прочности;
• Цинкование крепежа вне предприятия-изготовителя либо оно дорого, либо некачественно.

Dacromet 320 («Dacral», «Geomet»)

Цинконаполненные покрытия под названием «Dacromet 320» (Дакромет 320) были разработаны фирмой «Diamond Shamrock Corp.» (США). Покрытие наносится методом погружения деталей в суспензию цинковых частиц в водном растворе органических и неорганических компонентов. После удаления излишков суспензии центрифугированием для окончательного формирования покрытия детали подвергаются ступенчатому нагреву, начиная с 80°C и до завершающей температуры 300°C.

Особенность покрытия «Дакромет 320» заключается в наличии цинковых частичек микронных размеров в виде хлопьев, предварительно обработанных в хроматном растворе и плотно связанных между собой неорганическим связующим. Толщина сухого покрытия составляет 8-10 мкм. Покрытие имеет серебристо-серый вид и, благодаря наличию в системе хроматов, обладает высокой коррозионной стойкостью — порядка 500 в нейтральном соляном тумане, что незначительно превышает антикоррозийную устойчивость изделий, полученных электролитическим способом.

Преимущества метода относительно методов электролитического и горячего оцинкования заключается в отсутствие водородного охрупчивания. Данный метод не обладает преимуществами относительно термодиффузионного оцинкования.

Механическое оцинкование

Детали, на которые наносится покрытие, помещаются вместе с гранулами и цинковым порошком в специальный барабан, в котором цинк наносится на поверхность деталей с помощью холодной сварки.

В результате механического оцинковывания деталь приобретает свойства аналогичный как при электролитическом оцинковании. Преимущество данного метода в сравнении с электролитическим заключается в отсутствии опасности водородного охрупчивания при его применении.

Сравнение цинковых покрытий

При сравнении методов цинкования металлов обычно выделяют 4 основных фактора:

• внешний вид;
• толщина;
• коррозионная стойкость;
• стоимость.

Современные защитные покрытия являются достаточно стойкими к коррозии в обычных условиях. Для проведения ускоренных испытаний стойкости покрытия используют метод испытания в соляном тумане. Однако корреляция между стойкостью в солевом тумане и ожидаемой жизнью покрытия довольно слаба, поскольку коррозия — достаточно сложный процесс и на неё влияет множество других факторов. Тем не менее тестирование солевым туманом широко применяется в промышленности для оценки коррозионной стойкости покрытий и сравнения с образцами других видов.

Образец помещают в камеру, в которой через сопло производится распыление раствора соли (как правило, хлорид натрия). Измеряют и фиксируют время, по прошествии которого на поверхности образца начинают появляться окислы (следы коррозии). Результаты выражают, обычно, в часах, проведенных в тумане без появления продуктов коррозии.

Возможные проблемы при цинковании

Желание сэкономить на покрытии крепежа зачастую опасно во многих отношениях. Крепеж с «родным» покрытием, оцинкованный заводом-изготовителем, надежнее крепежа, оцинкованного вне предприятия-изготовителя, по следующим причинам:

• Нанесение любого покрытия требует предварительного обезжиривания и очистки поверхности. При этом велик риск внешнего водородного охрупчивания стали - крепеж может потерять прочность.
• При горячем и термодиффузионном цинковании возможен отпуск болтов, опять же с потерей их прочности.
• При нанесении слоя цинка толщиной более 15-20 мкм крепеж может потерять свинчиваемость, что чревато опасными ошибками при монтаже.

Поэтому нанесение покрытия на крепеж должно выполнятся профессионалами. И лучше всего, самим изготовителем крепежа, знающим химический состав стали и режимы ее термообработки, имеющим возможность прослабления резьбы в процессе производства, принимающим необходимые меры для снижения вероятности водородного охрупчивания, выполняющим все испытания крепежа с покрытием.

Необходимость прослабления резьбы под «толстые» покрытия

Крепеж должен полностью соответствовать стандартам, за исключением случаев, где его резьбу специально «прослабляют», чтобы иметь возможность наносить покрытия большей толщины. Рекомендуемые толщины покрытий ограничены основным отклонением резьбы и, следовательно, шагом и положениями полей допусков.

Водородное охрупчивание

Как горячее, так и холодное цинкование может привести к значительному снижению прочности креплений. Такая ситуация получается при проникновении водорода в металл, что и приводит к водородному охрупчиванию. Это проявляется в образовании внутри стали растрескивания и пористости. Вследствие опасности водородного охрупчивания крепления класса прочности 10.9 и выше не рекомендуется подвергать электролитическому оцинкованию. Прочные крепления следует подвергать температурной обработке сразу же после электролитического оцинкования с целью удаления водорода.

Тем не менее, гарантировать полное удаление водорода с помощью температурной обработки нельзя.

Травление, выполняемое перед горячим оцинкованием, также может привести к проникновению в сталь водорода.

Эксплуатация крепежа с цинковым покрытием

Практический опыт использования крепежа с покрытием позволяет определить средние ежегодные объемы разрушения цинкового покрытия в зависимости от условий эксплуатации, которые справочно представлены ниже в таблице.

Среда эксплуатации стального крепежа с цинковым покрытием может быть классифицирована в зависимости от толщины цинкового покрытия. Подробности ниже в таблице.

Заключение

«Стройметиз», являясь официальным представителем заводов-изготовителей, поддерживает широкий ассортимент крепежа на складах как с покрытием, так и без. В некоторых случаях, сложные проектные задачи, реализуемые нашими клиентами, требуют нанесения специальных видов покрытий, отличающихся от стандартных.

Индивидуальный подход в решении нетривиальных задач наших потребителей, позволяет нам предложить услугу нанесения специальных видов покрытия на крепежные изделия. Подробности по этой ссылке.