Горячее и холодное цинкование: сравнение методов

Цинкование — один из самых эффективных способов защитить сталь от ржавчины, и в описаниях изделий часто встречаются слова «оцинкованный», «горячее цинкование», «холодное цинкование». Но за похожими названиями скрываются совершенно разные технологии с разной толщиной слоя, стойкостью и стоимостью. Разбираемся, как работает цинковая защита, чем горячий метод отличается от холодного, где уместен каждый и как не ошибиться при заказе уличных металлоизделий.

Как цинк защищает сталь

Цинк защищает железо двумя способами. Первый — барьерный: сплошной слой изолирует сталь от влаги и кислорода. Второй, более важный, — протекторный, или катодный. Цинк электрохимически активнее железа, поэтому в паре «цинк — сталь» в присутствии влаги коррозирует именно цинк, а сталь остается защищенной. Даже если на покрытии появилась царапина до металла, цинк вокруг нее «жертвует собой» и не дает ржавчине распространяться. Краска так не умеет: при ее повреждении ржавчина ползет под покрытие.

Скорость расхода цинка зависит от среды. В сухой сельской атмосфере он расходуется медленно, в городской — быстрее, у моря и у дорог с реагентами — еще быстрее. Поэтому ключевой параметр любого цинкового покрытия — его толщина: чем толще слой, тем дольше он работает.

Горячее цинкование

Горячее цинкование — погружение стального изделия в ванну с расплавленным цинком при температуре около 450–460 °C. Это самый распространенный промышленный способ защиты металлоконструкций.

Этапы процесса

1. Обезжиривание в щелочном растворе.
2. Травление в соляной кислоте для удаления окалины и ржавчины.
3. Промывка.
4. Флюсование — обработка раствором хлоридов цинка и аммония, который очищает поверхность и улучшает смачивание цинком.
5. Сушка.
6. Погружение в расплав на несколько минут.
7. Извлечение и охлаждение на воздухе или в воде, с пассивацией.

Что происходит с металлом

При контакте с расплавом цинк не просто налипает на поверхность — он вступает в реакцию с железом и образует несколько слоев интерметаллических соединений, поверх которых лежит слой чистого цинка. Покрытие металлургически связано со сталью, поэтому его практически невозможно отслоить. Типичная толщина — от 50 до 150 мкм и больше, в зависимости от толщины металла, его химического состава и времени выдержки.

Преимущества

• Большая толщина и, как следствие, долгий срок службы — десятилетия в умеренной атмосфере.
• Покрытие одновременно наносится на все поверхности, включая внутренние полости труб, если предусмотрены технологические отверстия.
• Высокая стойкость к механическим повреждениям: интерметаллидные слои тверже самой стали.
• Равномерное покрытие кромок и углов.

Ограничения

• Размер изделия ограничен габаритами ванны.
• Тонкий лист (менее 1,5–2 мм) может коробиться от нагрева.
• В конструкции нужны отверстия для входа и выхода цинка и воздуха; замкнутые полости опасны — при нагреве в них возникает давление.
• Поверхность получается неидеально гладкой: возможны наплывы, потеки, «цветы» кристаллизации, а цвет зависит от состава стали — от блестящего до матово-серого.
• Резьба требует последующей прогонки или центрифугирования крепежа.

Холодное цинкование

Под «холодным цинкованием» понимают нанесение на сталь цинконаполненной краски — состава, в котором высокодисперсный цинковый порошок составляет до 90–96 процентов сухой пленки, а связующим служат эпоксидные, полиуретановые или силикатные смолы. Наносится кистью, валиком или распылителем, как обычная краска, без нагрева.

Как это работает

Благодаря очень высокой концентрации частицы цинка контактируют друг с другом и со сталью, образуя проводящую сеть. Поэтому покрытие обладает протекторным эффектом, как и горячее цинкование, но в меньшей степени: связующее частично изолирует частицы, а толщина слоя обычно меньше.

Преимущества

• Можно наносить на месте, на смонтированные конструкции любого размера.
• Нет термического воздействия, тонкий металл не коробится.
• Подходит для ремонта поврежденного горячего цинкования и защиты сварных швов после монтажа.
• Не требует специального оборудования.

Ограничения

• Толщина за слой — 40–80 мкм; для большей толщины нужно несколько слоев.
• Результат сильно зависит от подготовки: нужна пескоструйная очистка до чистого металла, иначе адгезия и протекторный эффект будут низкими.
• Связь с металлом адгезионная, а не металлургическая — покрытие менее стойко к ударам и истиранию.
• Срок службы, как правило, короче, чем у горячего цинкования при сопоставимой толщине.

Другие способы нанесения цинка

Для полноты картины упомянем еще несколько технологий, с которыми можно столкнуться на рынке.

Гальваническое (электролитическое) цинкование

Цинк осаждается из раствора электролита под действием тока. Слой тонкий — 5–25 мкм, гладкий и блестящий. Применяется для крепежа, мелких деталей, фурнитуры. Для уличных конструкций без дополнительной окраски его недостаточно.

Термодиффузионное цинкование

Изделия нагреваются в закрытом барабане с цинковым порошком, цинк диффундирует в поверхность. Покрытие равномерное, повторяет профиль резьбы, хорошо подходит для крепежа и мелких деталей сложной формы.

Газотермическое напыление

Цинковая проволока плавится в электрической дуге или пламени и распыляется на поверхность. Позволяет наносить толстые слои на крупные конструкции — мосты, опоры — на месте.

Оцинкованный прокат

Лист и рулон, оцинкованные непрерывным горячим способом на металлургическом заводе. Слой тоньше, чем при погружении готового изделия, — обычно 10–30 мкм на сторону. При резке и сварке кромки и швы остаются незащищенными, их нужно дополнительно обрабатывать. Из оцинкованного листа часто делают корпуса урн и контейнеров с последующей порошковой окраской.

Сравнительная таблица методов

Цинкование и порошковая окраска

Самая долговечная система для уличных изделий — сочетание цинкового слоя и порошковой краски. Краска замедляет расход цинка, а цинк защищает сталь в местах повреждения краски. Итоговый срок службы системы превышает сумму сроков службы отдельных покрытий — этот синергетический эффект хорошо известен специалистам по антикоррозийной защите.

Однако окрашивать горячеоцинкованные изделия нужно правильно. Свежий цинк покрыт тонкой пленкой оксидов и солей, к которой краска плохо прилипает. Требуются обезжиривание, легкая абразивная обработка или специальная химическая подготовка, а для предотвращения пузырей — прогрев перед нанесением порошка. Если этого не сделать, краска может отслоиться целыми пластами.

Как выбрать метод для уличного изделия

• Решетчатые настилы, ограждения, опоры, каркасы в промышленной или прибрежной зоне — горячее цинкование, при необходимости с порошковой окраской.
• Урны и контейнеры из листа — оцинкованный лист или сталь с цинкосодержащим грунтом плюс порошковая окраска.
• Скамейки и велостойки в городской среде — порошковая окраска по качественной подготовке; для зон у дорог и у воды — по горячему цинкованию.
• Ремонт и защита монтажных сварных швов — холодное цинкование.
• Крепеж — горячеоцинкованный, термодиффузионный или нержавеющий.

Возможности HAY Facility

При изготовлении решетчатых настилов, решеток, ограждений, контейнеров и уличной мебели мы подбираем антикоррозийную систему под условия эксплуатации изделия. Конструкцию заранее адаптируем к горячему цинкованию — предусматриваем технологические отверстия, избегаем замкнутых полостей. После цинкования выполняем подготовку поверхности и порошковую окраску в нужный цвет. Для объектов, где требуется только цинк без краски, поставляем изделия в горячеоцинкованном исполнении.

Вывод

Горячее и холодное цинкование — не взаимозаменяемые технологии. Горячее дает толстый, металлургически связанный с основой и очень стойкий слой и подходит для заводского изготовления изделий. Холодное — это цинконаполненная краска, удобная для ремонта, крупных конструкций и защиты на месте, но уступающая по стойкости. Для уличного оборудования в агрессивной среде лучший результат дает горячее цинкование в сочетании с порошковой окраской, при условии правильной подготовки цинковой поверхности перед покраской.