Цинкование по методу Сендзимира

Метод Сендзимира, названный так в честь польского инженера и промышленника, который его разработал, является на сегодняшний день наиболее распространенным способом нанесения тонкого слоя цинка на сталь. Между тем вопросом о том, способен ли такой метод обеспечить надежную защиту стальных изделий, эксплуатируемых на открытом воздухе, задаются многие из тех, кто собирается применять эту технологию.

Метод Сендзимира применяется в установках непрерывного цинкования рулонной стали

Этапы производства

При том, что технологию, разработанную Сендзимиром Тадеушем, считают в достаточной мере простой и эффективной, процесс нанесения защитного цинкового покрытия является довольно сложным. Обработка стали происходит поэтапно и включает в себя непрерывное погружение соответствующим образом подготовленных элементов в расплавленный состав.

Металлические листы, до 3мм толщиной, тщательно очищают реагентами, цель этого действия — получение идеально чистой поверхности. Затем листы просушивают и нагревают в специальных установках при t = 650C.
Подготовленную таким образом сталь погружают в жидкий цинк, налитый в специальные ванны. В это время происходит сложный набор диффузионных процессов, в их результате на поверхности листа образуется защитный цинковый барьер.
Вынутый из емкости металл подвергается обработке сжатым газом, поданным под давлением с помощью специальных устройств, имеющих сопла и называемых “газовыми ножами”. Таким образом листы охлаждаются, в то время как толщина покрытия идеально регулируется.

Обработка стали методом, изобретенным польским инженером, позволяет добиться формирования однородного, тонкого и одновременно плотного непроницаемого барьера, толщиной до 20 мкм, с плотностью 275 г/м2. Цинк в этом процессе неразрывно связывается со сплавом железа, а его атомы проникают в лист металла.

Это интересно: Сверла центровочные – характеристики, применение, ГОСТ

Горячее цинкование справка

Обычно все исторические отсылки о горячем цинковании относятся к двум фамилиям – дескать, французский химик Поль-Жак Малуин (Paul-Jaques Malouin) сообщил в 1742 году на заседании французской Академии Наук о том, что при окунании куска железа в расплавленный цинк этот кусок покрылся тонким слоем металлического цинка, а другой французский химик Сорель (Stanislas Sorel) в 1836 году предложил перед такой обработкой выдерживать железный образец предварительно несколько часов в разбавленном растворе серной кислоты или в кислых отходах от производства масел, содержащих органические кислоты, а затем в растворе нашатыря.

Эффективность оцинковки

Наиболее распространенной формой коррозии является реакция с кислородом и водой, присутствующими в воздухе. Эту естественную реакцию часто называют окислением. Защитное цинковое ограждение, как и следует из его названия, обеспечивает непроницаемый барьер для стального объекта.

Цинкование формирует оборону в трех направлениях:

Создает эффективную механическую защиту, поскольку покрытие чрезвычайно устойчиво к повреждениям, истиранию и царапинам.
Подвергаясь коррозии, цинк “жертвует” собой на благо стали. Это явление известно, как катодная защита.
Окисляясь, цинк формирует новый защитный слой.

Рассмотрим подробнее преимущества оцинковки.

Наиболее важным является способность цинка создавать электрохимическую защиту. Его электроотрицательность меньше, чем электроотрицательность железа. При присутствии влаги между химическими элементами происходит самопроизвольная реакция, которая эффективно противодействует разрушению ранее произведенного сплава. Окисление цинка приводит к образованию новых соединений, например оксида и гидроксида, а они, в свою очередь, образуют новую крепкую бронь.

Благодаря уникальному электрохимическому процессу, даже в случае повреждения покрытия, изделие из стали остается защищенным: новые соединения покрывают место повреждения. Резание, перфорация, сверление и изгиб не приводят к прогрессирующей ржавчине железа.

Процесс коррозии цинкового слоя происходит достаточно медленно, а его «жертвенная» защита будет работать до тех пор, пока он полностью не придет в негодность. Именно поэтому срок службы покрытия определяют величиной годового уменьшения защитной брони.

Важно понимать, что долговечность антикоррозионного барьера зависит от его толщины. После обработки стали по технологии Сендзимира образуется филигранный защитный слой, поэтому продукция имеет намного меньшую коррозионную устойчивость, чем та, которая защищена более толстой оцинковкой.

Защитные свойства цинкового слоя

Сталь, на которую цинковое покрытие нанесено по методу Сендзимира, получает не только барьерную, но и электрохимическую защиту. В результате нанесения такого покрытия формируется гальваническая пара цинка и железа, причем заряд цинка исключает возможность протекания химических реакций с железом. За счет этого коррозии подвергается не сталь, а цинк, а у данного металла такой процесс, как известно, протекает значительно медленнее. Таким образом, поверхность стального изделия будет находиться в безопасности до тех пор, пока в негодность не придет цинковый слой, который на нее нанесен. В среде специалистов такую электрохимическую защиту часто называют «жертвенной».

Большим преимуществом цинкования стали по методу Тадеуша Сендзимира является то, что даже при резке и сверлении изделия, которые прошли такую обработку, не подвергаются дальнейшей коррозии. Объясняется это тем, что на месте повреждения защитного слоя под воздействием кислорода и влаги формируется гидрооксид цинка, также обладающий достойными защитными свойствами.

Из покрытой по этому методу листовой стали изготавливают различные изделия, при этом нарушение цинкового покрытия вследствие резки или штамповки не вызывает прогрессирующей коррозии

Между тем за счет того, что цинковый слой, полученный методом Сендзимира, отличается незначительной толщиной, эксплуатировать изделия, на которые он нанесен, не рекомендуется на открытом воздухе. Защитное покрытие, толщина которого не превышает 20 мкм, может быстро разрушиться не только под воздействием атмосферных осадков, но даже от слишком высокой влажности. Именно поэтому эксплуатировать оцинкованные изделия, обработанные по методу Сендзимира, следует в сухих помещениях. Оцинкованный по данной технологии металл имеет меньшую степень коррозионной устойчивости, чем подвергнутый горячей оцинковке.

Кабельные лотки для эксплуатации вне агрессивных сред – пример продукции, изготовленной по методу Сендзимира

Оценка качества готовых изделий

Качество покрытия методом Сендзимира должно соответствовать ГОСТ 14918-80. Этот стандарт регламентирует изделия высшей и первой категорий.

Параметры покрытия определяются показателям:

плотность цинкового слоя – 275 г/м2;
толщина защиты – от 10 до 20 мкм;
оттенок варьируется от серебристого до матового серого;

Оцинкованная сталь предназначена для использования в средах с классом коррозионной активности C1, C2 (рекомендуется эксплуатация изделий в сухих помещениях).

Итак, метод Сендзимира заслуженно считают экономически выгодным способом нанесения защиты на изделия из металла, но его применяют для той продукции, эксплуатация которой будет происходить в комфортных условиях. Ее рекомендуют использовать внутри отапливаемых зданий с чистой атмосферой, таких как магазины или офисы, а также в неотапливаемых сухих помещениях, таких как спортивные залы и склады.

Как происходит процесс

Цинкование по методу Сендзимира заключается в погружении в расплавленный цинк металлопроката, предварительно нагретого в водороде. Процесс протекает в следующем порядке:

Подача партии заготовок. В условиях массовых производств сырье раскручивается из рулона и подается непрерывно.
Обезжиривание обрабатываемой поверхности. Детали очищаются в химической ванне, наполненной раствором специальных реагентов.
Прохождение печей с окислительной атмосферой. Метод был изобретен в 40-х годах прошлого века. Но актуален он и сейчас – в отличие от других гальванических процессов он не требует использования токсичных газов и веществ.
Нахождение в печи с восстановительной атмосферой (водород + азот). Частичное насыщение верхнего слоя заготовки позволяет достигнуть большей однородности покрытия и усиления антикоррозионных свойств.
Частичное охлаждение. Формирование деталей из оцинкованного листа происходит после прохождения заготовки гальванического процесса. Частичное охлаждение необходимо для создания оптимальных условий соединения стального и цинкового слоя.
Гальванирование в ванной с расплавленным цинком при температуре около 460 ° С. Предварительная подготовка заготовки делает позволяет соединить слои железа и цинка на молекулярном уровне, обеспечивая максимальную прочность покрытия.
Сушка. После выхода из ванны материал направляется в печь, в которой регулируется толщина покрытия.

Электролитическая оцинковка (гальваническое покрытие цинком)

Изделия изготавливаются из необработанной тонколистовой стали. После изготовления изделия предварительно обрабатываются и погружаются в ванну с цинковым электролитом.

Слой цинка толщиной около 10 мкм покрывает изделия полностью, включая обрезные кромки и сварные швы.

Горячеоцинкованные изделия подходят для применения в помещениях, относящихся по степени воздействия окружающей среды к категориям С1 и С2: сухие помещения и открытый воздух без вредных и агрессивных примесей.

Часто обозначается как ЭЦ.

Описание технологического процесса по методу Сендзимира

Метод цинкования Сендзимира заключается в протяжке стальных листов через ванну с цинком, в результате получается равномерное цинковое покрытие плотностью 275 г/м

и толщиной примерно 10-20 мкм, а также с устойчивостью к коррозии по классам С1-С2 (эксплуатация в помещениях отапливаемых и неотапливаемых). Регламентировано ГОСТ 14918-80.

Этапы цинкования:

Подготовительный этап, на котором сталь проходит обработку реагентами и нагревается до 650°C.
Покрытие стали цинковым слоем посредством протяжки стальных листов через ванну с расплавленным цинком.
Очистка поверхности стали от ненужных остатков цинка при помощи сжатого воздуха, также сжатый воздух помогает быстрее охладить оцинкованный лист стали.

Сталь, оцинкованная методом Сендзимира имеет тонкий цинковый слой (по сравнению с оцинковкой методом погружения, горячий цинк), но достаточно прочный чтобы выполнять свои защитные функции. Данный метод обработки металла допускает резку и сверление, на участках, подвергнутых воздействию, защитное покрытие не теряется, обусловлено это тем, что на данных участках формируется гидроксид цинка, обладающий хорошими антикоррозийными свойствами.

При этом из-за тонкого защитного слоя изделия из оцинкованной стали по методу Сендзимира не могут использоваться на открытом воздухе, их можно применять только в сухих помещениях. Поэтому несмотря на экономичность и быстроту обработки данного метода, его стоит выбирать только для указанных климатических условий.

Изобретатель метода

Тадеуш Сендзимир (Tadeusz Sendzimir) – польский изобретатель в области металлургии и горного дела, имеет более 120 патентов, многие из его изобретений используются на производствах по всему миру. Наиболее известным его изобретением стал метод обработки стали защищающий от образования коррозии. Имеет множество наград и достижений. Один из крупнейших металлургических заводов в г. Кракове носит его имя.

Это интересно: Сварка под флюсом – нюансы технологии, достоинства и недостатки

Нержавеющая сталь и кислотостойкая сталь

В данном случае сталь не подвергается дополнительной обработке, так как уже имеет повышенную устойчивость к коррозии.

Изделия, изготовленные из нержавеющей и кислотостойкой стали, используются в очень агрессивных по степени воздействия средах, в которых горячая оцинковка не является достаточной защитой стали от коррозии. Изделия из нержавеющей и кислостойкой стали подходят для применения как внутри помещений, так и снаружи.

Изделия можно использовать в помещениях, относящихся по степени воздействия окружающей среды к категориям C3, C4, C5-I и C5-M. Типичными объектами применения изделий являются предприятия химической и деревообрабатывающей промышленности, а также объекты, с повышенными требованиями к уровню гигиены — молочные фермы, скотобойни, предприятия пищевой и фармацевтической промышленности

Использование нержавеющей или кислотостойкой стали зависит от многих различных факторов. Фактор, оказывающий наибольшее влияние на выбор материала, — это химический состав окружающей среды, т.е. находящиеся в ней соединения и их процентный состав. В целом можно констатировать, что у кислотостойкого материала климатический показатель уровня сопротивления коррозии выше, и он подходит для промышленной и влажной атмосферы. Высокое содержание хлористых соединений также предполагает использование кислотостойких материалов.

Технологические этапы

Цинкование по методу Сендзимира выполняется по-особенному: листовая сталь, на поверхность которой необходимо нанести защитное покрытие, протягивается через ванны с расплавленным цинком.

Оцинковка стальных листов, выполняемая по данному методу, включает в себя несколько этапов.

Стальной лист, толщина которого может доходить до 3 мм, обрабатывается специальными реагентами, после чего просушивается в печи при температуре 650°.
Просушенный и нагретый стальной лист подается в ванну, которая наполнена расплавленным цинком. Проходя через такую ванну, лист равномерно покрывается цинковым слоем.
На выходе из ванны стальной лист подвергают воздействию так называемых газовых ножей – устройств, через сопла которых на поверхность листа под большим давлением подается сжатый воздух. За счет такого воздействия решается сразу две задачи: с обрабатываемой поверхности убирается лишний цинк, а также оно охлаждается.

Принцип цинкования по методу Сендзимира

Метод цинкования, получивший название по имени своего разработчика – Сендзимира, позволяет сформировать на поверхности стального листа плотный и однородный цинковый слой. Толщина такого защитного слоя, как правило, находится в интервале 10–20 мкм, а его плотность составляет 275 г/м

Метод холодного цинкования металла

Оцинковка в данном случае осуществляется с применением антикоррозионных составов, регламентированных ГОСТ 9.305–84. В этом стандарте описаны особенности всех существующих в промышленности неорганических покрытий (включая металлические), произведенных химическими и электрохимическими методами. В частности, там указано, что холодное цинкование допустимо применять на любых материалах, кроме изделий из сплавов магния и высокопрочной стали.

VT-metall предлагает услуги:

Непосредственно перед нанесением защитного состава на поверхность обрабатываемой детали (в соответствии с ГОСТ) ее следует подготовить. А именно:

удалить с поверхности загрязнения от атмосферного воздействия, солей и закоксованностей путем тщательного обмывания;
очистить поверхность изделия с применением гидроабразивных, абразивоструйных или гидродинамических инструментов для придания ей нужной степени шероховатости, а в случае старого покрытия – для удаления остатков ржавчины и окалины;
после применения гидроабразивного или гидродинамического способа очистки тщательно просушить поверхность изделия;
провести ручную чистовую очистку поверхности металла от сварочных брызг, заусенцев, острых углов и кромок;
обеспылить изделие струей сжатого воздуха.

Рекомендовано к прочтению

Резка меди лазером: преимущества и недостатки технологии
Виды резки металла: промышленное применение
Металлообработка по чертежам: удобно и выгодно

Качество выполненных процедур затем проверяется. После чего можно наносить состав для холодной оцинковки. В соответствии с технологией, состав наносится при определенной температуре, рекомендуемой инструкцией данного покрытия. Причем эта температура должна превышать точку росы не менее чем на 3 градуса Цельсия во избежание образования на поверхности влаги, которая может ухудшить качество оцинковки.

Перечислим главные преимущества использования защиты металлических изделий методом холодного цинкования:

высокая степень сцепления оцинкованной поверхности лакокрасочными материалами;
отсутствие ограничений по размерам обрабатываемых изделий;
малые затраты на подготовку изделия к оцинковке;
простота сварки изделий, обработанных холодным цинкованием;
возможность проведения оцинковки в домашних условиях с применением распылителя, обычной малярной кисти или валика;
отсутствие необходимости в демонтаже, транспортировке и обратном монтаже обрабатываемой конструкции – все операции производятся на месте.

Стоит также отметить, что холодная оцинковка выполняется в широком температурном диапазоне (от -20 °С до +40 °С). Недостатком данного метода цинкования металла можно считать низкую стойкость нанесенного покрытия к механическому воздействию. Это несущественный минус, поскольку обновить защитный слой можно в любой момент.