Все про оцинковане кріплення

Кріплення з вуглецевих сталей володіє хорошими фізико-механічними характеристиками, зокрема, високою міцністю, твердістю, стійкістю до підвищених навантажень. Але, незважаючи на це, кріпильні вироби можуть дуже швидко вийти з ладу під впливом корозії.

Корозією називають процес руйнування металевих сплавів в результаті їх взаємодії з навколишнім середовищем. Руйнування під вплив фізичних факторів в це поняття не входить. Причина виникнення корозії – термодинамічна нестійкість сталі до впливу речовин, що контактують з нею. У повсякденному житті для цього явища частіше використовується термін «іржавіння».

Один з найефективніших способів продовження терміну служби кріпильних виробів і захисту їх від корозії – нанесення цинкового покриття. Потенціал цинку більш негативний, ніж заліза. При впливі агресивних середовищ речовина поступово розчиняється, постійно оновлюючи захисну пасивну плівку. В результаті матеріал виробу отримує захист від корозійних процесів. Цинкове покриття демонструє високі споживчі якості, тому оцинковане кріплення затребуване практично у всіх промислових сферах. Залежно від призначення кріплення і його характеристик використовують різні технології оцинкування, кожна з яких має як переваги, так і недоліки.

Гальванічне цинкування – електролітичний метод нанесення захисного цинкового шару на поверхню кріпильних виробів. Металовироби потрібно попередньо підготувати до процесу оцинковки. Для цього їх очищають від окалини та іржі, після чого обробляють в лужних і знежирювальних розчинах. Потім вироби промиваються водою в проточних ваннах.

Наступний етап – електролітичне знежирення, після якого знову проводиться промивка. Після неї кріплення протравлюєтся в розчині, що складається з соляної кислоти і води. Він видаляє залишки окалини і іржі, не руйнуючи основний метал. Таким чином, здійснюється декапування поверхні і її активація перед оцинкуванням.

Після чергової промивки починається сам етап оцинкування. Кріпильні вироби та пластини цинку занурюються у ванну, наповнену електролітом. В якості електроліту може використовуватися ціанід, лужні або кислотні розчини. Цинкові пластини, що підключаються до джерела постійного струму, грають роль анодів. Вони розчиняються в процесі електролізу, завдяки чому іони цинку осідають на поверхні кріпильних виробів. Таким чином, формується гальванічне покриття, товщина якого може складати 5-25 мкм.

Після закінчення процесу оцинковки кріплення знову промивається. Для зняття окисної плівки деталі можуть освітлюватися в розчині азотної кислоти. З метою поліпшення захисних характеристик покриття може проводитися фосфатування або пасивація електролітичним хроматуванням. Готові вироби висушуються.

Метод гальванічного оцинкування дозволяє отримати рівномірне і блискуче покриття. Воно має високі декоративні властивості, але при цьому володіє низькими адгезійними властивостями.

Гальванічне цинкування – найпопулярніший метод захисту кріпильних виробів. Основна причина його затребуваності – висока продуктивність і хороший попит на кріплення, що має гальванічне покриття. Завдяки сучасним гальванічним ваннам покриття наноситься без порушення різьблення. Але у цієї технології є і негативні сторони. Наприклад, водневе открихчування, через що електролітичний метод стає малоефективним для високоміцного кріплення.

Другим за популярністю після електролітичного є метод гарячого оцинкування кріплення. Він був описаний французьким хіміком і фізиком Полем Жаком Малуеном ще в 1742 році. А патент на даний метод цинкування отримав французький хімік Станіслас Сорель в 1836 році.

Перед процесом оцинкування поверхню кріпильних виробів потрібно підготувати. Для цього використовуються методи лужної обробки, флюсування, травлення кислотою. Ділянки, на яких залишилася окалина, іржа, жири та інші забруднення, не будуть покриті цинком. Тому очищення повинні бути ретельним – від його якості залежить термін використання виробів.

Сама процедура цинкування проводиться шляхом занурення кріплення в ванну з цинком, нагрітим до 460 градусів. Вступаючи в реакцію з киснем, чистий цинк формує цинковий оксид. При подальшій його реакції з діоксидом вуглецю формується карбонат цинку, який і зупиняє корозійні процеси.

Для оцинкування кріпильні вироби поміщають в барабан, в якому потім занурюють у ванну з цинком. Протока цинкової маси забезпечується обертанням барабана. Щоб видалити надлишки цинку, барабан, після того, як він буде витягнутий з ванни, розкручують на центрифузі. Але таким способом можна видалити зайвий цинк тільки з зовнішніх поверхонь деталей. Внутрішню різьбу потрібно проточувати повторно.

Стійкість захисного покриття, нанесеного гарячим способом, в кілька разів перевищує стійкість гальванічного покриття. Завдяки високій корозійній стійкості гарячеоцинковане кріплення можна використовувати для складання різних конструкцій, які експлуатуються в умовах впливу атмосферних опадів. На пошкоджених ділянках покриття здатне відновлюватися самостійно, воно відрізняється стійкістю до виникнення сколів при ударах.

У методу гарячого оцинкування є і недоліки:

• потрібна спеціальна висадка під товщину покриття – неможливо просто купити кріплення, а потім оцинкувати його;
• через необхідність попередньої механічної обробки і нерівномірності нанесення захисного матеріалу метод підходить тільки для металовиробів з діаметром різьблення від М8 – дрібне різьблення цинк забиває;
• неможливість досягнення високої точності кріплення через нерівномірність покриття;
• непривабливий вигляд кріпильних виробів – покриття має сірий матовий колір;
• досить висока вартість – гарячеоцинковане кріплення приблизно на 30% дорожче виробів з гальванічним покриттям.

Широкого поширення для нарізного кріплення дана технологія не отримала. Причини: висока вартість нанесення покриття, неможливість домогтися необхідної точності. Гарячеоцинковані металовироби не можуть використовуватися в машинобудуванні і автомобілебудуванні.

Вперше метод термодиффузійного цинкування був використаний в Англії ще на початку минулого століття. За прізвищем винахідника – Шерард – технологія була названа шерардизаціею. Процес оцинкування – це замкнутий цикл, що складається з декількох етапів:

• попередня механічна очистка виробів;
• завантаження металовиробів в контейнер;
• приготування суміші, яка включає дрібнодисперсний цинковий порошок і деревне вугілля;
• зниження вологості всередині герметично закритого контейнера шляхом продувки його азотом;
• термодифузійний процес – нагрівання контейнера до певної температури, що забезпечує нанесення цинкового шару на поверхню деталей;
• вивантаження кріплення з контейнера, очищення його від залишків суміші, пасивування;
• охолодження виробів.

Методика термодиффузійного цинкування дозволяє отримати покриття заданої товщини. Під час проведення процедури деталі не склеюються. У місцях поглиблень або з'єднань відсутні будь-які напливи цинку. Відходи виробництва можна використовувати для наповнення будівельних сумішей.

Захисна здатність термодиффузійного покриття в кілька разів вище, ніж у гальванічного або гарячеоцинкованого. При товщині захисного шару близько 50 мкм кріпильні вироби можуть прослужити в приморських і промислових умов не менше 15 років.

Відсутність декоративних властивостей у кріплення, оцинкованого даним методом, можна віднести до недоліків. Але для металовиробів, які використовуються в промисловості, зовнішній вигляд особливого значення не має. Більш істотний недолік – невелика продуктивність процесу, яка обмежена обсягом камер для оцинкування. Але вже є установки, які здатні вмістити до 1 тони кріплення за одну закладку.

Ще в 70-х роках минулого століття інженери почали шукати альтернативні методики нанесення захисних покриттів – максимально ефективні і технологічно прості. Нова система покриття – цинк-ламельна – була запатентована в США. Розчин, який наноситься на кріплення, складається з цинку (80%), алюмінію і сполучних компонентів. Нанесення може проводитися такими способами:

• розпиленням – нанесення складу на поверхню за допомогою пістолета-розпилювача;
• зануренням з центрифугуванням;
• зануренням з витягуванням.

Базовий шар захисного покриття складають цинкові лусочки, які розташовані паралельно одна одній і поверхні виробу. Зверху наноситься ще кілька цинкових шарів. Додаткові покриття надають металовиробам привабливий зовнішній вигляд, фрикційні властивості, стійкість до кислотних і лужних середовищ. Товщина покриття може складати до 100 мкм. Додаючи додаткові компоненти в розчин, можна фарбувати кріпильні вироби в різні кольори.

Цинк-ламельне покриття відрізняється гарною корозійною стійкістю, а також стійкістю до високих температур. До плюсів також відноситься стійкість до впливу хімікатів і відсутність водного открихчування. Завдяки широкому вибору колірної гами металовироби можна використовувати в декоративних виробах.

Міцність і зносостійкість цинк-ламельного покриття нижче, ніж у гальванічного або гарячеоцинкованого. Але властивості покриття змінюються в залежності від способу його нанесення. Також міцність металовироби залежить від його декоративних властивостей. Металовироби з цинк-ламельним покриттям затребувані в транспортному машинобудуванні, авіабудуванні, виробництві електроустаткування, будівництві, нафтогазовій галузі, харчової промисловості, залізничної галузі.

Захисне цинкове покриття може наноситися і механічним методом. Кріплення разом з дрібними скляними кульками занурюється в водну суспензію цинку, яка знаходиться в обертовому галтувальному барабані або дзвоні. Взаємодіючи з суспензією, кульки втирають її в по поверхню кріпильних виробів. За допомогою даного методу можна отримувати як тонкі, так і щільні покриття, що володіють невисокою точністю.

До переваг даного методу варто віднести відсутність водневого открихчування деталей. Використання чистого цинку дозволяє отримувати покриття з високими декоративними властивостями. Але в відповідальних галузях кріплення, оцинкований механічним способом, не використовується, так як цинковий шар не має достатньо високого ступеня зчеплення з основним матеріалом. Головна перевага цієї технології – невисокі витрати на проведення процесу оцинкування.

І оцинковане, і нержавіюче кріплення має стійкість до корозійних процесів. У деяких випадках використовувати металовироби з цинковим покриттям вигідніше, ніж вироби з нержавіючої сталі. Нержавіюче кріплення коштує досить дорого, оцинковане обійдеться на порядок дешевше. Якщо металовироби будуть експлуатуватися в стандартних умовах, немає сенсу переплачувати за дорогу нержавійку. Кріплення з нержавіючої сталі потрібне для експлуатації в умовах впливу лугів, кислот, морської води.

Захисне покриття продовжить експлуатаційний термін кріпильних виробів. При необхідності металовироби можна фарбувати – фарба добре лягає на цинкове покриття. При незначних пошкодженнях цинковий шар здатний відновлюватися.

Недоліків у оцинкованого кріплення небагато. Захисний шар збільшує розміри виробів. Залежно від використовуваної технології нанесення покриття товщина його може становити від 20 до 200 мкм. Це потрібно враховувати ще на стадії розробки проекту. В процесі експлуатації шар цинку поступово тоншає.