Ржавый металлопрокат
20 сентября 2022
Фото: freepik.com

Цинк на страже металла

Качество и долговечность продукции из металла влияют на эксплуатацию, а коррозия для металла неотвратимый процесс, хоть и естественный. Поэтому антикоррозионная обработка металлических конструкций — важный фактор перед выпуском изделия в работу. В истории обработки укоренились способы с применением цинка — рассмотрим самые удачные из них и узнаем, актуально ли горячее и холодное цинкование или уже существует более эффективный способ.

Цинк практики считают наиболее надёжным и долговечным способом защиты металла от коррозии, он выступает в качестве жертвенного рыцаря, который берёт на себя все коррозионные процессы, и не вредит здоровью человека.

«Сам по себе цинк в окружающем мире является одним из самых безопасных металлов, и используется в том числе для водопроводных труб с питьевой водой. Также этот металл является важным химическим элементом, необходимым организму человека, а его недостаток негативно сказывается как на общем состоянии, так и практически на всех органах и системах», — говорит директор по коммерции и развитию ООО «Точинвест Цинк» Дмитрий Петров.

Великое множество, как говорят эксперты, методов обработки с применением цинка, среди них: гальваника, термодиффузия, газотермическое напыление, горячее цинкование и цинкирование. Но у каждого из способов достаточно нюансов. Например, при гальванике цинк накладывают тонким слоем, поэтому эксперты считают, что этот метод подходит больше для изделий декора.

Самым распространённым методом нанесения цинка практикуется горячее цинкование. По словам генерального директора ООО «Цинкер» Василия Бочарова, до половины добываемого в мире цинка используют именно для горячего цинкования.

Нанесение защитного средства на металлоконструкцию
Фото: freepik.com

«Цинк защищает сталь двумя способами: а) физически, то есть является барьером между сталью и окружающей средой; б) химически, то есть покрытие само со временем разрушается, принимая на себя весь удар от воздействия окружающей среды. В зависимости от условий эксплуатации на поверхности покрытия образуются оксиды, карбонаты, сульфаты, что со временем приводит к разрушению цинкового слоя», — поделился технолог компании Bronx International Джо Паркинсон.

Различий между методами немало, и от выбора способа зависит будущий результат обработки, кроме того, не все технологии экономически выгодно применять. Одно эксперты говорят с уверенностью: неспроста обработкой цинком пользуются уже больше 200 лет — цинкование обеспечивает защиту металла от коррозии на срок до 50 лет.

Целая история крутится вокруг уже привычной обработки металла.

«Чтобы обеспечить хорошее сцепление цинка, сталь необходимо тщательно очистить. Раньше для этого листы травили в кислоте. Со временем гальваническое производство перешло от листового цинкования к рулонному, до 20–25 тонн, а травление сменилось печным нагревом в окислительной и восстановительной средах. Этот подход оказался наиболее экономичным с точки зрения использования ресурсов и эксплуатации оборудования. Использовали и другие методы, такие как вакуумное напыление и покрытие пламенем (также называемое металлизацией), но они оказались неподходящими для массового производства рулонной стали. Существует также и электролитическое цинкование, но этот метод требует больших энергетических затрат», — добавил Джо Паркинсон.

Нанесение защитного средства на металлоконструкцию
Фото: freepik.com

Антикоррозионная покраска

В 80-х годах прошлого века появился метод холодного цинкования. Его эксперты отмечают более выгодным по сравнению с другими способами. Так и говорят: простой, дешёвый и универсальный. Технология схожа с обычным нанесением краски, с одной лишь разницей, и в состав добавляют цинковый порошок, который застывает в защитный слой. Кроме того, покрытие многослойное.

Но и этот способ не лишён недостатков. Так как холодное цинкование — это распыление краски с высоким содержанием цинка на стальные изделия, как утверждает Джо Паркинсон, оно не подходит для непрерывного производства листа или рулонной стали. Содержание цинка в такой краске колеблется от 65 до 95%, что хорошо для защиты мелких деталей или подкраски сварных швов на оцинкованных деталях. Металл, окрашенный таким методом, нельзя подвергать последующей формовке в отличие от оцинкованных листов и рулонов. Кроме того, цинковая защита, нанесённая холодным способом, прослужит не дольше, чем любая другая хорошая краска: как только сплошность покрытия будет нарушена, там начнётся коррозия подложки.

«В настоящее время на рынке активно продвигается так называемое холодное цинкование цинкнаполненными красками, однако этот метод не обеспечивает той коррозионной стойкости, которую дают классические методы цинкования, и, по сути, является ещё одной разновидностью окрашивания», — сообщил директор по развитию ООО «ОрелМеталлПолимер» Василий Чернецов.

Главный технолог ООО «Точинвест Цинк» Денис Вишняков говорит: при нанесении цинксодержащего лакокрасочного покрытия частицы цинка, которые призваны работать по тому же принципу, на самом деле изолированы друг от друга и поверхности слоем наполнителя на основе органических соединений. Это практически исключает проводимость и взаимодействие как с основным металлом, так и между собой, а «жертвенная» защита цинка строится как раз на разности потенциалов цинка и железа как основы.

Горячее цинкование. Сквозь годы

Горячее цинкование применяют ещё с XIX века, как изучили природу материалов и их свойства. Цинк более активный металл, и в паре с железом вступает в реакцию первым, этим защищая от коррозии. Опытным путём выяснили, что эффективным барьером элемент становится при расплавлении до 480 °С и погружении в этот «кипяток» металла.

Василий Бочаров отмечает, что для каждой технологии есть своё применение, нельзя взять и заменить все способы одним универсальным, его не существует. Поэтому и на горячее цинкование накладывается ряд ограничений. Эксперты говорят, метод надёжный, а результат долговечный. И хоть учёные открыли новые способы обработки, горячее цинкование всё ещё является распространённым методом цинкования метизов, конструкций, плоского рулонного и сортового прокатов. Но вот нанести тонкий слой покрытия, увы, не получится.

«Горячим цинком не получится обработать крупногабаритные изделия — они не поместятся в ванну. Сюда относятся мосты и строительные конструкции, кроме того, метод не подходит для опор, тонкостенных и полых изделий, а также сваренных внахлёст. Другими словами, цинкованию плохо поддаются изделия, которые не переносят высоких температур», — сообщил г-н Бочаров.

Цинкирование

Новый способ обработки цинком появился 5 лет назад. Это технология нанесения цинка на металл с помощью цинкирующего состава класса Zinker. Технология обработки состоит из нескольких этапов, первый из которых — тщательное перемешивание до однородности. Состав этот однокомпонентный и уже сразу готов к нанесению. Покрывать металл нужно строго при температурах от -35 до +50 градусов при помощи кисти, валика, распыления или окунания. Следующий этап обработки — это сушка и контроль покрытия. Конструкция будет готова к использованию в коррозионной среде уже через 72 часа.

Технология подходит и для обработки части изделий, которые обычно обрабатывают горячим цинком.

«Цинкирование — ещё достаточно молодой метод обработки, потому пока не все успели попробовать. Но те, кто уже ознакомился и применил, очень довольны тем, что они нашли для себя удобный и выгодный способ защиты от коррозии», — поделился Василий Бочаров.

Эксперт говорит, что технология подходит практически для любых конструкций.

Разработать подобный состав пытались ещё с середины прошлого века, но каждый раз выходила не очень удобная к нанесению технология. И только спустя десятки лет путём проб и ошибок удалось найти рецепт, который позволит работать цинку так же, как и при обработке другими способами.

В 2017 году технологию цинкирования представили как отдельное направление нанесения, а в 2020 году внесли в СП28 как один из вариантов защиты металлоконструкций от коррозии.

Что касается долгосрочности действия результата антикоррозионной защиты, то в ООО «Цинкер» проводили испытания по ГОСТу в условиях УХЛ1. Опыты показали, что самостоятельное цинкованное покрытие без перекрытия финишными слоями при толщине 120 Микрон должно служить не меньше 25 лет. Также испытания были и по зарубежным стандартам ISO 12.944 и в категории С4 (агрессивной среде). По их результатам, срок службы при 120 Микронах тоже не менее 25 лет, а в категории С5 от 15 до 25 лет. Так проявилось одно из самых заметных отличий цинкирования от популярного холодного цинкования, покрытие последним методом держится на металле максимум 5 лет.

Большой срок защиты конструкций позволяет применять технологию во всех отраслях промышленности, будь это строительство, гидросооружения, топливо-энергетический комплекс, сельское хозяйство или станкостроение.

И преимущество цинкирования перед другими технологиями в том, что обработка конструкции возможна на месте без перемещений, что весьма удобно, если изделие крупногабаритное. Ещё одно преимущество перед, например, горячим цинкованием, которое не допускает ремонта изделия после нанесения цинка, — после цинкирования конструкцию можно чинить.

Каков вердикт?

При сравнении укоренившихся методов обработки цинком и относительно молодых технологий эксперты отмечают, что каждый из способов находит своё применение и конкуренция между ними минимальная. Горячее цинкование незаменимо для покрытия массивных, но мобильных конструкций, таких, которым суждено выстоять десятки лет.

Холодное цинкование удобно в полевых условиях, обработка не занимает много времени и подготовки. Состав легко наносится на металлическое изделие любой формы, но не эффективен в качестве долговечной защиты.

Цинкирование можно назвать оптимальным способом между перечисленными: наличие однокомпонентного состава сокращает время подготовки к нанесению покрытия, чем делает его похожим на холодный метод, а вот срок действия такой защиты больше на десятки лет.

Василий Чернецов
Директор по развитию ООО «ОрелМеталлПолимер» Василий Чернецов

«Коррозионная стойкость цинкового покрытия главным образом определяется его толщиной. Также значительно повысить коррозионную стойкость цинковых покрытий можно за счет легирования такими металлами, как Ni, Al, Mg, Ti, V и др., однако применение этих легирующих элементов часто требует внесения изменений в конструктив оборудования и технологии нанесения покрытия».

Илья Трухачёв
Заместитель начальника отдела технического контроля ООО «Точинвест Цинк» Илья Трухачёв

«Существует несколько методов для увеличения стойкости покрытия, к примеру пассивация. Это дополнительная операция, при которой оцинкованные изделия погружают в специальный раствор. На поверхности изделий образуется дополнительная защитная пленка (пассивационный слой), которая препятствует взаимодействию цинка с окружающей средой и гарантирует сохранение товарного вида на время хранения. Также некоторые конструкции после цинкования подвергают покраске, которая предотвращает взаимодействие цинкового покрытия с влагой и увеличивает срок службы конструкции».

Текст: Анастасия Семёнова

Этот материал опубликован в журнале
Промышленные страницы №2, 2022.
Смотреть другие статьи номера
Автоматизация
Рекомендуем
Подпишитесь на дайджест «Промышленные страницы»
Ежемесячная рассылка для специалистов отрасли
Популярное на сайте
Бизнес-кейсы
Индустрия 4.0