Принцип и процесс горячего цинкования

Горячее цинкование, также известное как горячее цинкование, - это метод получения металлического покрытия путем погружения стальных деталей в расплавленный цинк.

В последние годы, с быстрым развитием высоковольтных электропередач, транспорта и коммуникационной промышленности, увеличился спрос на защиту стальных компонентов, что привело к постоянному росту спроса на горячее цинкование.

I. Защитные свойства горячеоцинкованного слоя

Обычно толщина слоя гальванического цинка составляет от 5 до 15 мкм, в то время как толщина слоя горячего цинкования обычно превышает 65 мкм и даже может достигать 100 мкм. Горячее цинкование обеспечивает хорошее покрытие, покрытие получается компактным и не содержит органических примесей.

Широко известно, что механизм противостояния цинка атмосферной коррозии включает в себя как механическую, так и электрохимическую защиту.

В условиях атмосферной коррозии на поверхности цинкового слоя образуется защитная пленка, состоящая из ZnO, Zn(OH)2 и основного карбоната цинка.

Это в определенной степени замедляет коррозию цинка. Эта защитная пленка (также известная как белая ржавчина) при повреждении образует новый слой. Когда слой цинка сильно поврежден, что ставит под угрозу железную основу, цинк обеспечивает электрохимическую защиту основы.

При стандартном потенциале цинка -0,76 В и железа -0,44 В, когда цинк и железо образуют микроэлемент, цинк действует как анод и растворяется, а железо, как катод, защищается.

Очевидно, что горячее цинкование обеспечивает более высокую устойчивость к атмосферной коррозии основного железного металла по сравнению с гальваническим покрытием цинком.

II. Процесс формирования слоя горячего цинкования

Процесс формирования горячеоцинкованного слоя включает в себя образование железо-цинкового сплава между железной подложкой и внешним слоем чистого цинка.

При горячем цинковании на поверхности заготовки образуется слой железо-цинкового сплава, который обеспечивает отличное сцепление железа с чистым слоем цинка.

Этот процесс можно описать следующим образом: когда железная заготовка погружается в расплавленный цинк, на границе раздела образуется твердый раствор цинка и α-железа (телоцентрированный).

Это кристалл, образующийся при растворении атомов цинка в основном металле железе в его твердом состоянии. Атомы обоих металлов сплавляются вместе с помощью относительно слабых атомных сил.

Поэтому, когда в твердом растворе достигается насыщение цинком, атомы цинка и железа начинают диффундировать. Атомы цинка, диффундирующие (или проникающие) в железную подложку, мигрируют в решетке основного металла, постепенно образуя сплав с железом.

Железо, диффундирующее в расплавленный цинк, образует с цинком интерметаллическое соединение FeZn13, которое оседает на дно ванны горячего цинкования, превращаясь в цинковый шлак.

При извлечении заготовки из жидкости для погружения в цинк на поверхности образуется слой чистого цинка, представляющий собой гексагональный кристалл. Содержание железа в нем не превышает 0,003%.

III. Процесс горячего цинкования и соответствующие описания

1. Технологический поток

Заготовка → Обезжиривание → Мойка → Травление → Мойка → Предварительное погружение → Сушка и предварительный нагрев → Горячее цинкование → Финишная обработка → Охлаждение → Пассивация → Промывка → Сушка → Контроль

2. Объяснение технологического процесса

(1) Обезжиривание

Химическое обезжиривание или моющее средство для обезжиривания металла на водной основе можно использовать для удаления масла до тех пор, пока деталь не будет полностью смочена водой.

(2) Маринование

H2SO4 15%, тиомочевина 0.1%, 40～60℃ или HCl 20%, гексаметилентетрамин 1～3g/L, 20～40℃ могут быть использованы для травления. Добавление ингибитора коррозии может предотвратить чрезмерную коррозию подложки и уменьшить количество водорода, поглощаемого железной подложкой.

Плохое обезжиривание и травление могут привести к плохой адгезии покрытия, невозможности пластинчатого цинка или отслоению цинкового слоя.

(3) Предварительное погружение

Также известен как связующее, он может поддерживать определенную активность заготовки перед иммерсионным покрытием для улучшения сцепления между покрытием и подложкой. NH4Cl 15%～25%, ZnCl2 2.5%～3.5%, 55～65℃, 5～10мин. Глицерин может быть добавлен для уменьшения испарения NH4Cl.

(4) Сушка и предварительный нагрев

Чтобы предотвратить деформацию заготовки из-за резкого повышения температуры во время погружного покрытия, а также для удаления остаточной влаги, чтобы предотвратить взрыв цинка и разбрызгивание цинковой жидкости, предварительный нагрев обычно осуществляется при температуре 120～180℃.

(5) Горячее цинкование

Необходимо контролировать температуру цинковой жидкости, время погружения и скорость извлечения заготовки из цинковой жидкости. Если температура слишком низкая, цинковая жидкость имеет плохую текучесть, покрытие получается толстым и неравномерным, есть тенденция к образованию капель, что приводит к ухудшению качества внешнего вида.

Если температура высокая, цинковая жидкость обладает хорошей текучестью, и она легко отделяется от заготовки, уменьшая капли и морщины, обеспечивая сильную адгезию, тонкое покрытие, хороший внешний вид и высокую эффективность производства.

Однако, если температура слишком высока, заготовка и цинковый горшок теряют много железа, образуется большое количество цинкового шлака, что влияет на качество цинкового слоя, расход цинка велик, и его даже невозможно нанести на пластину.

При одной и той же температуре, чем дольше время погружения, тем толще покрытие. При разных температурах, чем выше температура, тем больше времени погружения требуется для получения покрытия той же толщины.

Обычно производители используют 450~470℃, 0.5～1.5мин, чтобы предотвратить деформацию заготовки при высокой температуре и уменьшить количество цинкового шлака, вызванного потерей железа.

Некоторые заводы используют более высокие температуры для крупных заготовок и чугунных изделий, но при этом следует избегать температурного диапазона с высокими пиками потерь железа.

Чтобы улучшить текучесть раствора для горячего цинкования при более низкой температуре, предотвратить слишком толстое покрытие и улучшить внешний вид покрытия, часто добавляют 0,01%～0,02% чистого алюминия. Алюминий следует добавлять в небольших количествах несколько раз.

(6) Отделка

После цинкования заготовка в основном обрабатывается для удаления излишков цинка и цинковых наростов на поверхности, что может быть сделано с помощью вибрации или ручного метода.

(7) Пассивация

Цель - повысить устойчивость поверхности детали к атмосферной коррозии, уменьшить или задержать появление белой ржавчины и сохранить хороший внешний вид покрытия.

Используется хроматная пассивация, например, Na2Cr2O7 80～100g/L, серная кислота 3～4ml/L.

(8) Охлаждение

Обычно используется водяное охлаждение, но температура не должна быть слишком низкой, чтобы предотвратить растрескивание заготовок, особенно отливок, из-за усадки, вызванной закалкой.

(9) Осмотр

Покрытие должно быть блестящим, тонким, без подтеков и морщин. Толщину покрытия можно измерить с помощью толщиномера, что довольно просто.

Толщина покрытия также может быть получена путем расчета количества прилипшего цинка.

Прочность сцепления может быть проверена путем сгибания с помощью машины с давлением, сгибая образец на 90～180°, не должно быть трещин или отпадения покрытия. Для проверки также можно использовать молоток.