Горячее цинкование

Горячее цинкование является разновидностью гальванизации . Это процесс покрытия железа и стали цинком в ванну с расплавленным , который сплавляется с поверхностью основного металла при погружении металла цинком при температуре около 450 °C (842 °F). При воздействии атмосферы чистый цинк (Zn) реагирует с кислородом ( O ₂ ) с образованием оксида цинка ( ZnO ), который далее реагирует с диоксидом углерода ( CO ₂ ) с образованием карбоната цинка ( ZnCO ₃ ), обычно тускло-серого цвета. , довольно прочный материал, который во многих случаях защищает сталь под ней от дальнейшей коррозии . Оцинкованная сталь широко используется там, где устойчивость к коррозии требуется без затрат на нержавеющую сталь , и считается более эффективной с точки зрения стоимости и срока службы. Его можно идентифицировать по рисунку кристаллизации на поверхности (часто называемому «блестками»). ^[1]

Оцинкованную сталь можно сваривать; однако следует проявлять осторожность в отношении образующихся токсичных паров цинка. Оцинкованные пары выделяются, когда оцинкованный металл достигает определенной температуры. Эта температура зависит от используемого процесса гальванизации. По данным Американской ассоциации гальванизаторов, при длительном непрерывном воздействии рекомендуемая максимальная температура для горячеоцинкованной стали составляет 200 °C (392 °F). Использование оцинкованной стали при температурах выше этой приведет к отслаиванию цинка в межметаллическом слое. ^{[ нужна ссылка ]}. Электрооцинкованная листовая сталь часто используется в автомобилестроении для повышения коррозионной стойкости наружных панелей кузова; однако это совершенно другой процесс, который имеет тенденцию достигать меньшей толщины цинкового покрытия.

Как и другие системы защиты от коррозии, цинкование защищает сталь, выступая в качестве барьера между сталью и атмосферой. Однако цинк является более электроположительным (активным) металлом по сравнению со сталью. Это уникальная характеристика цинкования, а это означает, что когда гальваническое покрытие повреждено и сталь подвергается воздействию атмосферы, цинк может продолжать защищать сталь посредством гальванической коррозии (часто в пределах кольцевого пространства толщиной 5 мм, выше которого скорость переноса электронов снижается). .

Процесс

Процесс горячего цинкования приводит к металлургической связи между цинком и сталью с рядом различных железо-цинковых сплавов. Полученную сталь с покрытием можно использовать практически так же, как и без покрытия.

Типичная линия горячего цинкования работает следующим образом: ^[2]

Сталь очищают щелочным раствором. Это удаляет масло/жир, грязь и краску.
Едкий чистящий раствор смывается.
Сталь травят в кислом растворе для удаления прокатной окалины .
Травильный раствор смывают.
, На сталь наносится флюс часто хлорид цинка и аммония, для предотвращения окисления очищенной поверхности под воздействием воздуха. Флюсу дают высохнуть на стали, и он способствует процессу смачивания жидкого цинка и его прилипания к стали.
Сталь погружают в ванну с расплавленным цинком и выдерживают там до тех пор, пока температура стали не уравновесится с температурой ванны.
Сталь охлаждают в закалочной ванне для снижения ее температуры и предотвращения нежелательных реакций вновь образующегося покрытия с атмосферой.

Свинец часто добавляют в ванну с расплавленным цинком для улучшения текучести ванны (таким образом ограничивая избыток цинка в окунаемом изделии за счет улучшения дренажных свойств), помогают предотвратить всплывание шлака , облегчают переработку шлака и защищают котел от неравномерного распределения тепла от горелки. Экологические нормы США не одобряют использование свинца в ванне чайника. Свинец либо добавляется в первичный цинк марки Z1, либо уже содержится в отработанном вторичном цинке. Третий, снижающийся метод — использование цинка низкого качества Z5. ^[3]

Стальную полосу можно подвергать горячему цинкованию на непрерывной линии. Горячеоцинкованная стальная полоса (также иногда условно называемая оцинкованным железом) широко используется в тех случаях, когда требуется прочность стали в сочетании с устойчивостью к коррозии цинка, например, кровельные и стеновые работы , защитные барьеры, поручни, бытовая техника и автомобильная промышленность. части тела. Одно из распространенных применений – металлические ведра . Оцинкованная сталь также используется в большинстве систем отопления и охлаждения зданий.

Отдельные металлические изделия, такие как стальные балки или ворота из кованого железа , могут быть подвергнуты горячему цинкованию с помощью процесса, называемого пакетным цинкованием. Другие современные методы в значительной степени заменили горячее погружение для подобных ролей. Сюда входит электрогальванизация , при которой слой цинка осаждается из водного электролита путем гальваники , образуя более тонкую и гораздо более прочную связь.

История

В 1742 году французский химик Поль Жак Малуэн описал метод покрытия железа путем погружения его в расплавленный цинк на презентации во Французской королевской академии .

В 1772 году Луиджи Гальвани (Италия), в честь которого было названо гальванирование, открыл электрохимический процесс, происходящий между металлами во время опыта с лягушачьими лапками.

В 1801 году Алессандро Вольта продолжил исследования гальванизации, когда обнаружил электропотенциал между двумя металлами, создающий коррозионную ячейку.

В 1836 году французский химик Станислас Сорель получил патент на метод покрытия железа цинком , предварительно очистив его 9%-ной серной кислотой ( H ₂ SO ₄ ) и профлюсировав хлоридом аммония ( NH ₄ Cl ).

Спецификация

Горячеоцинкованное покрытие относительно проще и дешевле наносить, чем органическое лакокрасочное покрытие с эквивалентными характеристиками защиты от коррозии. Британским, европейским и международным стандартом горячего цинкования является BS EN ISO 1461, который определяет минимальную толщину покрытия, наносимого на сталь, в зависимости от толщины стального профиля. Например, стальное изделие с размером сечения более 6 мм должно иметь минимальная толщина оцинкованного покрытия 85 мкм .

Дополнительную информацию о характеристиках и конструкции цинкования можно найти в BS EN ISO 14713-1 и BS EN ISO 14713-2. Долговечность оцинкованного покрытия зависит исключительно от скорости коррозии среды, в которой оно находится. Скорости коррозии для различных сред можно найти в стандарте BS EN ISO 14713-1, где приведены типичные скорости коррозии, а также описание среды, в которой будет использоваться сталь.

См. также

Ссылки

^ ГалвИнфо (август 2011 г.). «GalvInfoNote / Блестки на горячеоцинкованном стальном листе» (PDF) . ГалвИнфо. Архивировано из оригинала (PDF) 2 марта 2014 года . Проверено 27 февраля 2014 г.
^ «Процесс горячего цинкования» . Горячее цинкование V&S. Архивировано из оригинала 23 июня 2013 г. Проверено 30 ноября 2012 г.
^ Европейская комиссия, Справочный документ по наилучшим доступным технологиям в промышленности цветных металлов, декабрь 2001 г.
Таблица марок первичного цинка на стр. 15

[galvinfo-1] ГалвИнфо (август 2011 г.). «GalvInfoNote / Блестки на горячеоцинкованном стальном листе» (PDF) . ГалвИнфо. Архивировано из оригинала (PDF) 2 марта 2014 года . Проверено 27 февраля 2014 г.

[2] «Процесс горячего цинкования» . Горячее цинкование V&S. Архивировано из оригинала 23 июня 2013 г. Проверено 30 ноября 2012 г.

[3] Европейская комиссия, Справочный документ по наилучшим доступным технологиям в промышленности цветных металлов, декабрь 2001 г.
Таблица марок первичного цинка на стр. 15

[1]

[2]

[3]