Что такое оцинковка у древних людей
История горячего цинкования
Как только люди научились использовать железо для изготовления различных конструкций, орудий труда и прочих изделий, они сразу же столкнулись с проблемой коррозии. Дорогостоящие железные вещи под воздействием атмосферной влаги быстро теряли свои прочностные качества, приходя в полную негодность.
Разумеется, человечество начало искать способы противостоять этому разрушительному воздействию. Но довольно длительное время технический и производственный прогресс не мог предложить ничего более эффективного, чем использование большого количества жиросодержащих смазок-консервантов. Такой метод показывал неплохие результаты только лишь при хранении железных изделий, но в случае их активного и постоянного использования был практически неприменим.
Первые шаги к надежной защите
Ситуация начала меняться только в середине 18-го века, когда 1742 году во Франции химик Поль Жак Малуэн впер¬вые описал способ защиты стальных и железных изделий от коррозии путем покрытия их слоем цинка в расплаве. После серии собственных экспериментов он сделал доклад, посвященный данной теме, на заседании французской Королевской академии наук. Методика Малуэна вызвала определенный интерес в кругах ученых, но промышленники не оценили перспективности этого способа. На тот момент он был весьма затратным, не гарантировал образования прочного и равномерного покрытия, и его было сложно использовать в производственных масштабах.
Промышленный способ
И только через столетие после первого описания процесса цинкования произошел прорыв. В 1836 году в Париже другой француз-химик Станислав Сорель предложил перед погружением изделия в ванну с цинковым расплавом проводить его травление довольно экономичным способом. А уже на следующий год англичанин Кроуфорд регистрирует патент, в котором описывается процесс флюсования металла. Полная очистка стальной поверхности с ее химической активацией и созданием флюсовой прослойки обеспечивала высокое качество покрытия и его надежную фиксацию. Так был создан полный промышленный цикл, и с этого момента начинается эра горячего цинкования в металлообработке.
Популярность по всему миру
Наиболее интенсивно цинкование стали применять европейские лидеры промышленной революции – Великобритания, Германия и Австро-Венгрия. Масштабное изучение эксплуатационных характеристик оцинкованных металлоконструкций продемонстрировали, что они могут служить на протяжении десятков лет без появления коррозионных повреждежний. Такое свойство сулило существенную экономию, как материала, так и финансов, и было сразу же по достоинству оценено производителями железных и стальных изделий.
Применение цинковых покрытий для защиты «крупных форм» началось в 1912 году, когда в Швейцарии были установлены горячеоцинкованные опоры ЛЭП. В 1920 году этот же метод был использован в Голландии для придания антикоррозионных свойств опорам контактной железнодорожной сети. После этого цинкование практически мгновенно распространяется по всем странам Старого и Нового Света.
Лучший способ современности
В настоящее время горячее цинкование по праву признано международным стандартом защиты металлических конструкций и изделий от коррозии. Этот способ относительно недорог по сравнению с другими методами, показывая при этом отличные результаты. А длительность эксплуатации оцинкованного металла даже в высокоагрессивных условиях окружающей среды превышает 50 лет. Этот факт делает цинкование еще более выгодным с экономической точки зрения на больших отрезках времени.
Согласно данным Международной исследовательской группы по свинцу и цинку (ILZSG), созданной ООН еще в 1959 году, на сегодняшний день производство цинка в мире превышает 12 млн. тонн в год. И более половины этого количества используется как раз для нанесения на сталь цинковых покрытий. В России эта цифра составляет целых 62% от всего объема добытого цинка!
Возможно Вас так же заинтересуют следующие статьи:
Что такое оцинковка, и какие преимущества она даёт металлу?
Часто можно услышать что металлопрокат или изделия из металла оцинкованы. Зачем их оцинковывают и какие способы для этого используются? Ответы на эти вопросы вы найдёте в нашей статье.
Для чего нужна оцинковка металла?
Цинкование или оцинковка — это технологический процесс, при котором металл покрывается специальным цинксодержащим составом. Эту процедуру проводят чтобы предупредить образование ржавчины и окислов на различных видах металлоизделий. Из-за того, что нанесено такое покрытие значительно увеличивается срок эксплуатации металлических изделий.
Метод оцинковки используется для защиты стали от коррозии уже более 250 лет. Коррозия у металлов вызывается их врождённой тенденцией под воздействием воздуха и влаги пытаться вернуться к своей первоначальной земной форме — в минеральное состояние.
Способы нанесения цинка на металл
На металлические изделия цинк наносится многими способами. Рассмотрим самые распространённые из них:
Горячее цинкование
Материал помещается в ванну с нагретым до более чем до 400 °C расплавленным цинком. После окунания изделия просушивают. Расплавленный цинк заполняет все мелкие трещинки и труднодоступные места. Такое покрытие отличается равномерностью, на материале нет пропусков. Эти характеристики присущи материалам, цинкование которых производилось без нарушений технологического процесса. Методу уже свыше 160 лет и до сих пор не нашли ему достойную альтернативу. Нанесённое горячим способом покрытие самое надёжное и долговечное. Толщина слоя может составлять до 120 мкм. Она зависит от скорости погружения материала в расплавленную массу.
Холодное цинкование
Заключается в нанесении на металлическую поверхность состава, в котором содержится более 80% цинка. Наносится такая жидкость кистью, валиком или краскопультом. Возможно окунание материала в раствор. Метод очень популярен из-за удобства и практичности. Ведь можно на любом этапе эксплуатации стали нанести на неё защитный слой цинка. При этом способе можно получить цинковый слой толщиной 50 мкм.
Гальваническая обработка
Чтобы выполнить такую обработку применяется электролитический раствор. Требуется источник питания для преобразования напряжения и цинковый раствор. Электрическая цепь замыкается и происходит процесс гальванизации. Металлические частицы, содержащиеся в электролитическом растворе цинка, имеют положительный заряд и равномерно оседают на обрабатываемой детали. С помощью такого способа можно получить покрытие с толщиной не более 20 мкм. Поэтому обработанные гальванической оцинковкой изделия используются в неагрессивных средах.
Какими свойствами обладает оцинкованный металл?
Прошедшее процесс цинкования изделие обладает высокой устойчивостью к ржавчине, ударам и истиранию. Оно становится более устойчивым к влияниям погодных условий, к пресной и морской воде. Оцинкованный металл прекрасно зарекомендовал себя при использовании в металлических конструкциях, эксплуатируемых на открытом воздухе, во влажных помещениях или других условиях, которые предполагают открытый контакт с влагой, воздухом и другими активными веществами и средами. Покрытый тонким слоем цинка металлопрокат легко сваривается и окрашивается. Он хорошо принимает форму на изгиб в профилях и листовых материалах. Оцинкованный металл легко справляется с вытяжкой, гибкой и вальцовкой. Поэтому его используют для изготовления кровельных покрытий и элементов кровли.
Когда используется оцинкованный металл?
Мы постоянно контактируем с оцинкованным металлом. Его используют в декоративных предметах: пряжки, брелоки, пуговицы, канцелярские товары и т. п.
Изделия с цинковой защитой используются в разных областях промышленности, строительства, благоустройства и быта. Они применяются в металлоконструкциях, для обустройства кровли, заборов, настилов, ограждений, в других сферах. Оцинкованный металлопрокат применяется в городской инфраструктуре повсюду.
Благодаря невысокой цене и повышенной устойчивости к коррозии такие материалы пользуются спросом в судостроении, станкостроении, машиностроении и других отраслях промышленности.
Оцинковка используется на трубах для их защиты и долговечности. Оцинкованные трубы широко применяются в сантехнической сфере. Так как они постоянно контактируют с водой, то нужно создать хорошие условия, чтобы они не начали ржаветь и не испортились. Людям нужна чистая вода, без ржавчины и сторонних примесей.
Преимущества оцинкованных изделий
Оцинкованные материалы обладают множеством плюсов, среди которых:
Цинковое покрытие толщиной 80 микрон, полученное в процессе цинкования, помогает изделиям служить долго:
♦ 40—100 лет в городской среде;
♦ 20—40 лет в промышленности;
♦ 10—20 лет в морской среде.
Оцинкованные покрытия не требуют ухода.
Оцинковка материала ненамного дороже покраски, но в отличие от покрытия краской затраты на обслуживание равны нулю.
Процесс цинкования может применяться ко всем типам деталей — от гаек или болтов до больших структурных поверхностей, таких как металлические профили.
Процессы цинкования регулируются ГОСТами.
Металлургическое цинковое покрытие стали закрывает заводские повреждения и царапины на материале, наделяя его устойчивостью к ударам и истиранию.
Оцинкованный металл можно перекрашивать, комбинировать с конструкциями из бетона, нержавеющей стали или алюминия, чтобы ещё больше повысить долговечность конструкции.
Оцинкованный металл можно сваривать или скреплять болтами, что сокращает время строительства. Он хорошо режется и гнётся.
После процесса цинкования детали можно использовать сразу же, а также они подлежат хранению в течение длительного времени, без опасений, что они испортятся.
Характеристики стали листовой оцинкованной: ГОСТ 14918–80
Использование цинкового покрытия на поверхности стали обусловлено способностью защищать металл и изделия из него от коррозии. Лист стальной оцинкованный ГОСТ 14918 80 является материалом, эффективно применяемым в производстве и строительстве. Удобный, надежный и практичный, он выдерживает определенные эксплуатационные нагрузки и действие окружающих вредных условий. Из-за своей легкости оцинкованная сталь применяется в качестве кровельного покрытия, так как не утяжеляет строение и не требует устройства дополнительного основания и усиления фундаментов.
Защита стали от коррозии
Металл при воздействии на него кислорода окисляется, из-за этого на поверхности конструкции появляется тонкий слой пленки. Отдельные материалы, такие как олово, цинк, алюминий образуют стойкий слой, защищающий металл от действия кислорода. У железа образующиеся на поверхности гидроксидные пленки имеют рыхлую и объемную структуру. Такое образование называется ржавчиной, так как вместо защиты, слой отделяется от поверхности в виде коржей и хлопьев, причем коррозионный процесс продолжается постоянно, и конструкция разрушается.
Истончение деталей ведет к уменьшению несущих способностей, прочности, уменьшает прилегание элементов друг к другу, в результате загруженность соседних узлов и деталей увеличивается. Металлические емкости и резервуары теряют герметичность и разрушаются. Становится очевидным, что использовать черный металл без защитной пленки нельзя, требуется создать барьер для доступа воды и кислорода к поверхности.
Способы нанесения пленки
Часто пользуются методом окраски готовых изделий, но способ считается недолговечным и не всегда действенным. Эффективным решением является нанесение цинковой пленки, которая защищает поверхность от разрушения. Цинковый слой наносится несколькими способами:
Перед рабочим процессом раствор нагревается до температуры 455−485˚С, это создает условия для хорошего смачивания и последующей адгезии, таким образом, пленка становится единым целым с телом листа. Метод горячего протягивания создает толстый защитный слой по сравнению с гальваническим способом.
Лист оцинкованный ГОСТ получает прогнозированную долговечность, чем окрашенный простым нанесением, пленка не трескается и не образует трещин при допустимых изгибах. В случае агрессивного окружающего пространства цинковый слой первым вступает во взаимодействие, оставляя металл нетронутым, не допуская коррозии.
Классификация листов
В зависимости от способа получения материала и его назначения сталь, покрытую цинком, подразделяют на группы:
Области применения
Оцинкованный материал в процессе изготовления из него деталей и заготовок подвергается штамповке и изгибу, оба способа не нарушают целостности листа. Высокие антикоррозийные свойства позволяют использовать материал в производстве бытовых приборов, строительстве, трубопрокате, автомобилестроении.
Особо актуально применение оцинковки в строительной отрасли. Материал после цинкования красится полимерными красителями и составами на основе эпоксидной смолы в расплавленных печах. Покрытая полимерами сталь служит основой в производстве кровельных покрытий и стеновых материалов, выгода от применения которых становится очевидной.
Профнастил, металлочерепица, кровельная сталь — вот наименования легкого прочного и практичного кровельного покрытия для современных коттеджей. Помимо кровельных работ, оцинковка используется для изготовления:
Преимущества и недостатки
Профнастил в виде кровельного покрытия стоит достаточно дешево, чтобы его могли применять для строительства широкие слои населения. Легкость установки на стропильные конструкции позволяет сделать это даже новичку. К плюсам материала относятся:
Недостатки оцинковки можно считать условными:
Проверка качества
Оцинковка ГОСТ предусматривает показатели, переводящие листы в ту или иную категорию качества — это может быть прописано в сопроводительных документах. Для покупателя важно, чтобы внешний вид материала не содержал поверхностных изъянов и нарушений целостности.
Поверхность стали должна быть гладкой и ровной, без трещин цинкового слоя. Иногда для некоторых марок материала допускается образование на поверхности пятен, тонких наплывов и шероховатостей. Это относится:
Для других категорий стали с оцинкованным покрытием дефектов при визуальном осмотре быть не должно, особенно неприемлем брак в виде зазубрин. Если материал предназначается под окраску, то на нем не должно быть никаких проявлений брака. Любая трещина влияет на качество конечного изделия.
Производство оцинкованного металла
Чтобы в условиях производства получить листовой материал с оцинкованным верхним слоем, его покрывают марочным цинком по специальной технологии. Защитная пленка наносится с двух сторон или с одной. Используется покрытие разной толщины в зависимости от области дальнейшего применения и предполагаемых условий кислородного и влажностного воздействия.
Разработано специализированное оборудование для горячего метода цинкования — наиболее востребованного способа производства. Гальванический метод и холодное цинкование применяют достаточно редко, так как качество обоих методов оставляет желать лучшего. Нанесение цинкового слоя происходит в несколько этапов:
В результате производственного процесса с соблюдением всех технологических циклов получается материал, стойкий к коррозии, в виде листа, который в дальнейшем отлично штампуется, вальцуется, гнется и вытягиваются без ущерба для начальных качеств. Полученный оцинкованный лист по антикоррозионным качествам можно смело приравнивать к нержавейке.
Стандарты ГОСТа распространяются на листовой материал и тот, что выпускается в рулонах. Назначение материала при этом может быть различным, независимо от того, используется холоднокатаный лист для производства домашней посуды или применяется в качестве кровельного материала. Стандартами предусмотрены такие размеры листа при выпуске:
Виды сырья
Для изготовления оцинковки применяются различные марки стали, но основные из них такие:
Категории стали
Оцинкованный металл подразделяется по способности вытягиваться без создания поверхностных дефектов:
Классификация цинкового листа затрагивает и разницу в толщине защитного слоя по длине или ширине листа, полученного в процессе производства:
По желанию заказчика на поверхности цинкового слоя может быть выполнен рисунок кристаллизации (серия КР). Листы материала без такого нанесения относят к серии Мт.
Деление стали с оцинкованным защитным слоем производится также в зависимости от толщины полученного защитного покрытия:
Каждый вид категории и класса предназначен для работы в определенных условиях эксплуатации и предполагает различную дальнейшую обработку. Для выбора требуемого качества нужно определиться с этими условиями, чтобы не переплачивать за высокое качество, которое с успехом можно заменить обыкновенной категорией.
Оцинкованная сталь: от древней алхимии до инфраструктуры будущего
Что это за сталь? Чем отличается холоднокатаная тонколистовая оцинкованная сталь от горячекатаной оцинкованной стали и что такое оцинкованная сталь с полимерным покрытием? Где применяются эти виды оцинкованного металла? Мы готовы рассказать вам о процессе оцинкования, его результатах и преимуществах, а также поделиться любопытной историей открытия такой технологии и начала ее применения.
Кто и когда открыл оцинкованный металл?
Итак, если совсем вкратце, цинкование (оно же оцинкование или попросту «оцинковка») — это процесс нанесения защитного покрытия из цинка на металлическое изделие, в том числе из стали и других сплавов железа. Этот прием используется, чтобы предотвратить образование ржавчины на основном металле и обеспечить его длительную защиту от атмосферных воздействий. Цинк – самый распространенный материал для защиты стальной продукции от коррозии, более 40% добываемого в мире цинка используется именно для этого. Цинковое покрытие наносится на листовой и сортовой прокат, детали машин, крепеж, трубы и другие изделия.
Вообще, история оцинкования тесно связана с историей цинка: украшения из сплавов с содержанием цинка до 80% создавались еще 2,5 тыс. лет назад. Латунь, сплав меди и цинка, прослеживается, по крайней мере, до 10-го века до нашей эры. Чистый цинк был впервые получен в 1738 г.
Первый (официально признанный) шаг к оцинкованному металлопрокату был сделан французским химиком П. Дж. Мелуином. Это была химия, которая, казалось, недалеко ушла от алхимии. Чистое железо опускается в резервуар с расплавленным цинком, и на железе чудесным образом появляется мерцающее серебряное покрытие (а Мелуин получает лист оцинкованный). Свой 20-ти страничный отчет об экспериментах ученый представил Королевской академии наук в 1742 г.
Интерес к открытию Мелуина быстро распространился в научных кругах. Первым делом расплавленный цинк начали использовать как недорогое защитное покрытие для домашней утвари. Уже во второй половине 18-го века этот способ защиты металлической посуды от коррозии в некоторых частях Франции использовался очень широко.
Начало массового применения «оцинковки»
В 1824 г. британец сэр Хэмфри Дэви предположил, что медные днища деревянных военных кораблей можно защитить, прикрепив к ним железные или цинковые пластины. В 1829 году Генри Палмер, изобретатель монорельса и пионер эстакадного транспорта из лондонской Dock Company, получил патент на «отрезные или гофрированные металлические листы». Позднее его открытие окажет существенное влияние на промышленный дизайн и цинкование. Отсюда уже рукой подать и до стали рулонной оцинкованной, и до тонколистовой оцинкованной стали, но о них позднее.
Что делает оцинкованную сталь устойчивой к коррозии?
Углеродистая сталь нуждается в защите, т.к. она подвержена коррозии практически в любой открытой среде. Одной из важнейших характеристик цинка является его способность защищать сталь от коррозии. Никакой другой металлический материал не может обеспечить столь практичную и экономически эффективную защиту стали и конструкций из нее (нержавеющая сталь – отличный, но при этом очень дорогой продукт, поэтому его применение целесообразно далеко не везде).
Собственно, цинковый слой защищает сталь двумя способами. Во-первых, он выступает в качестве физического барьера, образуя непроницаемую металлическую защиту, которая закрывает доступ для влаги и кислорода к стальной основе.
При этом цинковое покрытие вступает в реакцию с атмосферой, образуя на поверхности тонкую прочную пленку оксидов, которая и предохраняет от дальнейшего окисления. Многолетние исследования показали, что срок службы этой барьерной защиты пропорционален толщине цинкового покрытия. Другими словами, удвоение толщины покрытия удвоит срок службы покрытия. Во-вторых, «оцинковка» дает стали еще и электрохимическую защиту. Дело в том, что покрытие из цинка, конечно, очень крепкое, но не вечное. И очевидно, что в процессе эксплуатации оцинкованный металл получает разнообразные повреждения. В местах повреждений цинкового покрытия оголенная сталь начинает подвергаться воздействию влаги и воздуха. Фокус в том, что цинк вокруг области повреждения также начинает ржаветь, причем делает это быстрее, чем сталь. Поэтому продукты коррозии цинка оседают на поверхности стали, закрывают металл от воздействия атмосферы, защищают его и, в итоге, останавливают коррозию. Поэтически выражаясь, сталь оцинкованная становится этаким своеобразным символом самоотверженности: цинковая оболочка постепенно «выветривается», но продолжает оберегать стальную сердцевину. Эту защиту от коррозии так и называют – «жертвенной».
Кстати, если покрыть сталь не цинком, а другим металлом с большей электроотрицательностью, например, никелем, хромом или медью, то такое покрытие вызовет даже большую коррозию, чем если бы сталь была полностью «оголена». То есть тут уже сталь жертвует своей структурой в пользу сохранности никеля или меди.
Также отметим, что антикоррозийные свойства имеют и весьма популярные лакокрасочные покрытия. Но «лакокраску» необходимо применить либо сразу в процессе производства металлопродукции, либо немедленно после того, как произошло повреждение. В противном случае, сталь будет ржаветь под пленкой краски вплоть до того момента, как коррозия полностью разрушит поверхность.
Горячее цинкование: сталь рулонная оцинкованная и сталь листовая оцинкованная
Горячее цинкование погружением в расплав является наиболее популярным способом получения рулонной и листовой стали с защитным слоем цинка. Данная технология обеспечивает максимальную защиту изделий из стали от агрессивной внешней среды благодаря сплошному, прочному, металлургически связанному покрытию большой толщины. Горячеоцинкованный рулонный и листовой стальной прокат широко используются в строительстве, машиностроении, изготовлении мебели, бытовой техники и товаров народного потребления.
Процесс горячего цинкования состоит из трех основных этапов – подготовки стальной полосы (электрохимическая очистка, отжиг или нанесение флюса с последующей сушкой), погружения ее в ванну с расплавленным цинком с дальнейшим регулированием толщины покрытия, а также отделки (пассивирование, нанесение изоляционных покрытий, правка, смотка, упаковка).
Сферы применения оцинкованной стали
Благодаря высокой прочности, коррозионной стойкости, эффектному внешнему виду, возможности профилирования и нанесения декоративных покрытий оцинкованная стальная продукция нашла обширное применение практически во всех сегментах промышленности. Приведем примеры.
Прежде всего, это, конечно, строительство и смежные отрасли. Разнообразные кровельные конструкции (кровельные профилированные листы, настил и металлочерепица), несъемные опалубки, полотно ворот, звенья для установки заборов и многое другое.
Нужно вспомнить и об инновационных технологиях в строительстве. В первую очередь, речь о возведении быстромонтируемых зданий из сэндвич-панелей, которые получают все большее распространение. Ставшая знаменитой инфекционная больница в китайском Ухане построена в начале 2020 года с использованием именно этой технологии. Китайские строители, перед которыми была поставлена задача помочь в борьбе со вспышкой нового коронавируса, возвели сооружение за рекордные 10 дней. Металлоконструкции таких зданий выполняются из оцинкованного металла.
Упомянем и специальные водогазопроводные трубы, которые служат частью конструкций дымоходов, вентиляции или воздуховодов. Сталь, прошедшая обработку цинком, также широко используется в водосточных системах (как раз для них коррозийная стойкость оцинкованного металла особенно критична).
Также очень широко оцинкованный металл применяется в автомобилестроении: многие элементы кузовов и деталей подвески автомобилей делается из оцинкованного проката. Больше всего в «оцинковке» нуждаются детали, которые в силу своего расположения максимально подвержены коррозии – днище и нижние части корпуса.
В заключении вернемся к британцу Хэмфри Дэви, который еще в XIX веке пытался усилить дно деревянного корабля металлическими пластинами. Несложно предположить, что два века спустя оцинкованный металл широко используется и в судостроении. Ну и, конечно, в станкостроении, с которого и началось триумфальное шествие «оцинковки» «дорогами» мировой промышленности: львиная доля оцинкованного металла применяется при производстве станков различного назначения.