Горячее цинкование металлоконструкций

Горячее цинкование — один из самых надёжных способов защиты стали от коррозии. Изделие погружают в ванну с расплавленным цинком, и на поверхности образуется покрытие, химически связанное с основным металлом. Оно не отслаивается, как краска, защищает сталь не только барьерно, но и электрохимически, и в обычной атмосфере служит десятилетиями без обслуживания.

Вместе с тем горячее цинкование — не универсальный ответ на все вопросы. Оно накладывает требования к конструкции, ограничено размерами ванны, может вызвать коробление тонкостенных деталей и требует продуманной логистики. Для некоторых объектов разумнее выбрать лакокрасочную систему или комбинировать оба способа.

Разберёмся, как устроен процесс, где цинкование оправдано и что нужно учесть на стадии проектирования и изготовления, чтобы получить качественное покрытие.

Как работает цинковое покрытие

Барьерная защита

Слой цинка отделяет сталь от влаги и кислорода. Сам цинк тоже корродирует, но значительно медленнее стали, а продукты его коррозии образуют плотную плёнку, которая дополнительно замедляет процесс.

Протекторная защита

Цинк электрохимически активнее железа. Если покрытие повреждено царапиной или сколом, в присутствии влаги цинк растворяется первым и защищает оголённую сталь. Небольшие дефекты не становятся очагами подплёночной коррозии, как это бывает с краской.

Металлургическая связь

При погружении в расплав железо и цинк образуют несколько слоёв интерметаллидов с постепенным изменением состава, поверх которых лежит слой чистого цинка. Интерметаллидные слои твёрже самой стали, поэтому покрытие устойчиво к механическим повреждениям при транспортировке и монтаже.

Технологический процесс

1. Обезжиривание — удаление масел и загрязнений в щелочных или кислотных растворах.
2. Промывка — удаление остатков растворов.
3. Травление — удаление окалины и ржавчины в растворе соляной кислоты.
4. Промывка после травления.
5. Флюсование — нанесение флюса, который очищает поверхность от остаточных окислов и улучшает смачивание цинком.
6. Сушка — удаление влаги, чтобы избежать выбросов расплава.
7. Цинкование — погружение в расплав цинка при температуре около 450 °C на время, зависящее от массы и толщины изделия.
8. Охлаждение и пассивация — на воздухе или в воде, при необходимости с обработкой, снижающей образование белой ржавчины.
9. Контроль — осмотр, замер толщины, доработка дефектов.

Важно понимать: краску и сварочный шлак травление не удаляет. Их нужно снять механически ещё до отправки на цинкование.

Сравнение способов защиты

Требования к конструкции под цинкование

Конструкция, предназначенная для горячего цинкования, проектируется с учётом процесса. Игнорирование этих правил приводит к дефектам покрытия, а иногда — к разрушению изделия в ванне.

Дренажные и вентиляционные отверстия

Замкнутые полости — трубы, коробчатые сечения, пространство между плотно прилегающими пластинами — должны иметь отверстия для входа и выхода растворов и расплава, а также выхода воздуха. Без них жидкость внутри мгновенно испаряется при контакте с расплавом, и давление пара может разорвать элемент. Отверстия располагают в противоположных углах, у торцов, с учётом положения изделия при погружении.

Нахлёсточные соединения

Плотно прилегающие поверхности большой площади опасны: травильный раствор затекает в зазор и не вымывается, потом выходит в виде потёков. Такие соединения либо обваривают сплошным швом с устройством вентиляционного отверстия, либо проектируют с зазором.

Симметрия и толщины

При нагреве до температуры расплава в элементах с резко различающимися толщинами и несимметричным сечением возникают неравномерные напряжения и коробление. Проектировщик стремится к симметричным сечениям и близким толщинам сопрягаемых деталей.

Сварные швы

Швы должны быть сплошными, без пор и непроваров, шлак тщательно удалён. Сварочная проволока подбирается так, чтобы её химический состав не приводил к заметному отличию покрытия на шве.

Химический состав стали

Содержание кремния и фосфора в стали влияет на толщину и внешний вид покрытия. Некоторые стали дают толстое матово-серое покрытие вместо блестящего, склонное к отслаиванию при ударах. Это учитывают при выборе проката.

Габариты

Размер изделия ограничен размерами ванны. Длинные элементы иногда цинкуют двойным погружением, но это увеличивает риск дефектов на границе. Поэтому отправочные марки проектируют с учётом габаритов конкретного цинковального производства.

Толщина покрытия и срок службы

Толщина цинкового слоя зависит в основном от толщины стали и её состава и нормируется стандартами на горячее цинкование. Для типовых строительных элементов она составляет порядка 55–85 мкм и больше для толстого проката. Срок службы примерно пропорционален толщине слоя и обратно пропорционален скорости коррозии цинка в конкретной атмосфере: в сельской и городской атмосфере он может составлять несколько десятилетий, в промышленной и приморской — заметно меньше.

Приёмка оцинкованных изделий

При приёмке проверяют внешний вид: покрытие должно быть сплошным, без непокрытых участков, отслоений и острых наплывов цинка, мешающих сборке. Допустимы различия в оттенке и матовые участки — они связаны с составом стали и не влияют на защитные свойства. Толщину измеряют магнитным толщиномером в нескольких точках каждого изделия и сравнивают среднее и минимальное значения с требованиями стандарта. Отдельно осматривают резьбу, отверстия и места подвеса, где могли остаться наплывы или непрокрытые участки.

Дуплекс-системы

Комбинация горячего цинкования и лакокрасочного покрытия называется дуплекс-системой. Её срок службы обычно существенно превышает сумму сроков службы каждого покрытия по отдельности: краска защищает цинк от растворения, а цинк предотвращает подплёночную коррозию стали при повреждении краски.

Особенности окраски оцинкованной поверхности

Свежее цинковое покрытие гладкое и химически активное, обычная алкидная краска на нём держится плохо. Поверхность обезжиривают, выполняют лёгкую абразивную обработку («свипинг») и применяют грунты, предназначенные для цинка. Порошковая окраска оцинкованных изделий также возможна при правильной подготовке.

Сборка и монтаж оцинкованных конструкций

• Сварка на площадке нежелательна: она выжигает цинк и выделяет вредные пары. Предпочтительны болтовые соединения.
• Отверстия под болты выполняют до цинкования с учётом толщины покрытия.
• Для болтовых соединений применяют оцинкованные метизы.
• Повреждённые участки восстанавливают цинкнаполненными составами.
• При хранении пакеты оцинкованных изделий прокладывают, чтобы избежать белой ржавчины от застоя влаги.

Где цинкование особенно оправдано

Горячее цинкование выгодно для конструкций на открытом воздухе, в условиях постоянного увлажнения, в труднодоступных для обслуживания местах: опоры, мачты, эстакады, ограждения, навесы, лестницы, площадки обслуживания, сельскохозяйственные здания. Для конструкций внутри сухих отапливаемых помещений его преимущества обычно не окупают затрат.

Подход нашего завода

Когда проект предусматривает горячее цинкование, наш завод разрабатывает КМД с учётом требований процесса: назначает технологические отверстия, проверяет габариты отправочных марок, исключает замкнутые полости без вентиляции, подбирает сварочные материалы. Изготовленные конструкции подготавливаются к цинкованию — удаляются шлак, брызги, маркировочные краски. Если объекту нужна окраска по цинку, организуем и её. Подробнее — в разделе услуги.

Итоги

Горячее цинкование обеспечивает прочную металлургическую связь покрытия со сталью, барьерную и протекторную защиту, защиту внутренних полостей и долгий срок службы без обслуживания. Чтобы получить качественный результат, конструкцию нужно проектировать под процесс: с дренажными отверстиями, без замкнутых полостей, с учётом габаритов ванны и состава стали. Для самых жёстких условий эффективна дуплекс-система. Напишите нам, если хотите оценить, подходит ли цинкование для вашего объекта.