Оцинковка деталей в домашних условиях

Оцинковка металла — один из распространенных способов его защиты от появления и развития коррозии, повышающих его эксплуатационные качества и значительно увеличивающих срок эксплуатации.

Под оцинковкой понимается нанесение на поверхность металла покрытия, на 95 процентов состоящего из цинка. Цинкование выполняется различными способами, каждая технология имеет свои преимущества и недостатки.

Общие сведения и назначение

Стальные изделия подвержены коррозии, особенно если речь идет о применении в условиях высокой влажности. Оцинкованная стальная деталь надежно защищена от коррозии. Покрытие вместе с металлом образует гальваническую пару, где цинк по сравнению со сталью имеет большую степень электроотрицательного заряда. Соответственно, коррозии подвергается цинк, а реакции стали практически отсутствуют. Антикоррозийная защита металла будет держаться, пока цинковое покрытие не разрушится.

Существует несколько технологий цинкования. Некоторые технологии допускают оцинковку своими руками с получением приемлемого по качеству результата.

Способы цинкования металла

Существуют следующие способы цинкования металла:

• холодный;
• горячий;
• гальванический;
• термодиффузионный;
• газотермический.

Выбирать тот или иной метод для цинкования стальных деталей или конструкций нужно в зависимости от условий применения и характеристик защитного слоя. Независимо от применяемой технологии оцинковки нужно определиться с толщиной защитного слоя. Она зависит от таких параметров, как период воздействия рабочей среды на металл и температура обработки.

При применении стальных конструкций, на поверхность которых нанесен слой цинка, нужно помнить, что их нельзя подвергать сильным механическим воздействиям, поскольку защитное покрытие из металла отличается высокой хрупкостью и может разрушиться.

Рассмотрим разные виды цинкования металла.

Способ горячей оцинковки

Горячее цинкование металла позволяет добиться максимального качества изделий и обеспечить их долговечность. Этот метод имеет ключевой недостаток — его реализация подразумевает использование химических реагентов для обработки поверхности, а процедура выполняется в расплавленном цинке.

Горячий метод оцинковки стали включает подготовку поверхности изделия и собственно процедуру покрытия металла цинком.

Шаги для подготовки обрабатываемой поверхности:

• очищение;
• обезжиривание;
• нанесение кислотных растворов;
• промывка и флюсование;
• просушивание поверхности.

Когда поверхность проходит все этапы подготовки и просыхает, изделие помещается в специальную ванну с расплавленным цинком. На поверхности стали формируется тонкий слой цинка и железа, надежно обеспечивающий антикоррозийную защиту. Когда изделие извлекается из ванны, его обдувают сжатым воздухом для просушки и удаления излишков цинка с поверхности.

Недостаток этого способа: размеры изделий ограничиваются габаритами ванны с расплавленным цинком. Такой способ практикуется на крупных производственных мощностях при работе с опорами ЛЭП, строительными лесами или мачтами освещения.

Способ подразумевает большие трудозатраты и использование сложного оборудования, поэтому для домашних условий не подходит.

Холодное цинкование стали

Данный способ обработки цинком металла приобрел широкую популярность в последние годы. Главная причина — высокая технологичность и простота метода вкупе с высокими защитными свойствами слоя на поверхности металла. Вариант подходит для цинкования металла своими руками, поскольку не требуется специальное оборудование для работы.

Технология холодного цинкования заключается в нанесении на поверхность изделия цинкосодержащей смеси, например, цинконола. Наносить ее нужно валиком или кисточкой. Если нужно покрыть конструкции сложной формы или труднодоступные места, то можно использовать краскопульт. Благодаря специальным составам на поверхности образуется защитный слой, состоящий более чем на 90 процентов из цинка.

Этот способ оцинковки единственно приемлем для обеспечения антикоррозийной защиты конструкций, которые иным способом оцинковать невозможно. Например:

• смонтированные трубы;
• элементы ж/д путей;
• опоры линий электропередач и прочие конструкции в стационарном или смонтированном варианте.

Цинконол и прочие составы для холодного цинкования применяются во время ремонтов, если есть необходимость восстановления поврежденного цинкового слоя на металлических конструкциях. Например, это актуально с целью восстановления оцинковки автомобильного кузова.

Оцинковка изделий из стали холодным методом выполняется в широком температурном диапазоне, сформированное покрытие имеет высокую защиту, эластичность, устойчивость к механическим воздействиям и температурным перепадам.

Холодное цинкование имеет свои минусы. Например, сформированное покрытие имеет недостаточно высокую устойчивость к механическим воздействиям, также нужно строго соблюдать технику безопасности, если процедура предусматривает применение органических растворителей.

Гальванический метод оцинковки

При гальваническом цинковании на поверхность изделия оказывается электрохимическое воздействие. Покрытия в итоге имеют высокую точность по толщине и исключительную гладкость. Также на поверхности металла формируется защитный слой толщиной порядка 20−30 мкм.

С помощью такого цинкования можно регулировать толщину защитного слоя, при этом слой равномерный и обладает высокими декоративными качествами. Металл и цинк во время оцинковки соединяются на молекулярном уровне, покрытие обладает высокой адгезией с основным материалом. На степень адгезии влияет наличие на поверхности окисных и жировых пленок, которые удалить практически невозможно.

Гальваническое цинкование проводится следующим образом:

• конструкция и цинковые пластины помещаются в электролитический раствор, затем к стенке ванны и пластинам подключаются положительный и отрицательный контакты источника тока;
• благодаря разности потенциалов пластины растворяются в электролите, а молекулы цинка оседают на поверхности изделия и образуют однородный защитный слой.

Ключевым преимуществом данного метода является то, что таким способом на поверхности формируется защитный слой, имеющий особые декоративные характеристики. Толщину слоя можно регулировать. Но имеет метод и свои недостатки. В частности, это высокая себестоимость.

Технология термодиффузионного цинкования

Данную технологию также называют шерардизацией. Она была разработана в 20-е годы прошлого века, однако длительное время не находила широкого применения. И только в 90-е годы метод приобрел популярность.

Суть метода в том, что деталь вместе с сухой смесью на основе цинка помещается в герметичный контейнер, где создается температура около 2600 градусов. При такой температуре цинк переходит в газообразное состояние, соответственно, процесс диффузного проникновения атомов цинка в поверхностный слой изделия ускоряется. Данная технология цинкования применяется в случаях, когда на поверхности металла нужно сформировать защитный слой толщиной от 15 мкм.

Подготовка металлических изделий для термодиффузионного покрытия цинком не отличается от горячего способа. Преимущества этого способа:

• процесс проходит в герметичном контейнере, соответственно, отличается экологичностью;
• почти целиком отсутствуют поры на защитном покрытии, имеющем высокую адгезию по отношению к поверхности;
• покрытие получает высокую степень защиты;
• сохраняются сложные геометрические формы и параметры изделий, покрытых цинком;
• полученные отходы не нуждаются в специальной утилизации.

Недостатки термодиффузионного способа:

• готовое покрытие не имеет металлического блеска и обладает грязно-серым оттенком;
• низкая производительность;
• цинковая пыль в воздухе во время работы может нанести вред организму;
• цинковое покрытие по толщине неоднородное.

Газотермическое напыление

Газотермический способ цинкования подходит для покрытия цинком объемной детали или листа металла. Его суть в том, что цинк, находящийся в виде сухой смеси либо проволоки, напыляется в составе газовой среды на поверхность обрабатываемого изделия. Технология применяется для нанесения слоя цинка на крупногабаритные изделия, которые иначе обработать невозможно.

Процесс покрытия цинком:

• частицы расплавленного металла наносятся на обрабатываемую поверхность, формируя тонкий слой с чешуйчатой структурой;
• на пористое покрытие наносятся лакокрасочные материалы. Созданный за счет комбинирования слой защищает изделие и позволяет ему долгое время использоваться в условиях высокой влажности, постоянного воздействия пресной или морской воды и других агрессивных средах.

Параметры покрытий из цинка, наносимых перечисленными выше способами, устанавливаются соответствующим ГОСТом.

Оцинковка своими руками

Как уже говорилось, некоторые виды цинкования можно проводить самостоятельно в домашних условиях. Это касается технологии холодного цинкования или электрохимического способа.

Чтобы самостоятельно выполнить оцинковку электротехническим способом, нужно тщательно подготовить поверхность обрабатываемого изделия. Подготовка включает:

• очистку;
• обезжиривание;
• кислотное протравливание;
• промывку под проточной водой.

Аппарат для гальванического цинкования можно сделать самому на основе источника постоянного тока с напряжением 6−12 В при силе тока в 2−6 А и емкости на основе диэлектрического прибора и прибора для фиксации изделия и электрода. В качестве электролита выступает любой солевой цинкосодержащий раствор. Для приготовления раствора цинк помещается в аккумуляторный электролизер и растворяется в нем. Перед применением состав процеживают.

При выполнении оцинковки своими руками нужно учесть, что на качество и толщину покрытия влияют следующие факторы:

• плотность тока на единицу площади изделия;
• температура электролитического раствора;
• температура электролита;
• геометрия и сложность формы изделия.

Оцинковка металлов позволяет замедлить процесс коррозии изделий. Способы цинкования зависят от условий эксплуатации изделий. Оцинковать материалы можно в домашних условиях.

Гальваническое цинкование в производственных условиях. Фото ПКФ Цвет

Оцинковка метала при помощи метода гальванизации – полезный и интересный процесс. В домашних условиях его провести достаточно просто, особенно в ситуациях, когда рациональнее все сделать самостоятельно и заодно сэкономить. Прежде, чем приступать к работе, важно понимать суть происходящего процесса.

Когда выгоднее делать своими руками, чем заказывать услугу

Учитывая, что метод гальванического цинкования дорогостоящий, то в некоторых случаях разумно создать небольшую химическую лабораторию дома и сделать все самостоятельно. Использовать метод в домашних условиях можно:

Детали малого размера после обработки цинком. Фото ЭнергоСталь

• для мелких металлических деталей, размер которых позволит погрузить их в ёмкость с цинковым раствором;
• для декорирования поверхности из металла;
• обработать наиболее уязвимые участки кузова автомобиля или небольшие площади других металлических конструкций.

Что понадобится

Для метода гальванического цинкования в домашних условиях понадобятся следующие приспособления и вещества:

• источник тока. Это может быть зарядное устройство или аккумулятор автомобиля. Параметры его должны быть в пределах от 2 до 6 А и от 6 до 12 В;
• сернокислый цинк – 200 гр.;
• сернокислый аммоний или магний – 50 гр.;

• уксуснокислый натрий – 15 гр.;
• вода – 1 л.;
• ёмкость, в которую будут погружаться в детали;
• провода для подключения к источнику питания.

Как и что делать

Гальваническое цинкование можно разделить на следующие этапы:

• первоочередно изготавливается раствор в стеклянной емкости подходящего размера;
• раствор цинка нагревают до температуры в пределах от 18 до 25 градусов;
• после этого в раствор погружают аноды, которые подключаются к плюсу на источнике тока;
• на безопасном расстоянии от цинкового раствора закрепляют изделие, которое требуется оцинковать, и подводят к нему «минусовой» провод (катод);
• после этого должен начаться процесс гальванизации, при котором через минусовой провод на изделие оседает цинковый состав.

Видео

На видео показан еще один вариант, не в точности совпадающий с вышеописанным.

Когда выгоднее обратиться к профессионалам, чем делать самому

Для усиления прочности изделия из металла при помощи гальванического оцинкования мощность домашнего оборудования не подойдет. Поэтому, если есть необходимость в укреплении металлических изделий, придании им прочностных характеристик или восстановлении, то в такой ситуации рекомендуется воспользоваться услугами профессионалов. С помощью гальванической оцинковки можно защитить и восстановить кузов автомобиля, но это также лучше доверить профессионалам предприятий из раздела «Где заказать гальваническое цинкование».

Занявшись гальваническим оцинковыванием в домашних условиях, важно соблюдать все рекомендации и тонкости процесса. Несмотря на то, что он достаточно простой, важно быть точным и все выполнять аккуратно. Качественное покрытие металла цинком требует грамотного подхода.

Покрытие изделий из металла цинком – наиболее простой, распространенный и дешевый метод защиты от коррозии. Цинкование в домашних условиях характеризуется легкой и доступной технологией.

1 Цинкование как способ коррозийной защиты металлов

В мировой практике из антикоррозийных металлических покрытий наиболее широко применяют цинковые. Это обусловлено относительно небольшой стоимостью цинка и достаточно высокой эффективностью получаемой защиты от внешней среды. В тоже время, технологический процесс нанесения покрытия, называемый цинкование, характеризуется низкими затратами. В атмосфере цинк взаимодействует с кислородом, в результате чего на его поверхности образуется тонкая оксидная пленка, предохраняющая защищаемый металл от губительных воздействий внешней среды. Способов цинкования металлических деталей несколько:

• горячий;
• газо-термическое напыление;
• термодиффузионный;
• холодный;
• гальванический.

Выбирают метод цинкования, исходя из условий последующего использования изделия и желаемых свойств защитного слоя. Для одной детали может применяться несколько видов покрытия. Чтобы результат был качественным во всех случаях, важен правильный подбор толщины покрытия из цинка, зависящий от температуры и времени процесса. Следует помнить, что оцинкованная металлическая деталь не должна подвергаться каким-либо механическим воздействиям.

2 Технологии различных методов цинкования

Горячее – покрытия наносят погружением в емкость с расплавленным цинком, температуру которого поддерживают в интервале 460–4800 °С. Горячецинковые покрытия по долговечности, качеству – одни из лучших, а по объему производства находятся на 2 месте. Технологический процесс энергозатратен и сложен в плане обеспечения экологической безопасности, что обусловлено использованием химических способов подготовки поверхности и наличием расплавленного цинка.

Газо-термическое напыление – порошкообразный или проволочный цинк расплавляют и напыляют в газовом потоке на металл обрабатываемой детали. Этот метод оптимален для антикоррозионной защиты крупногабаритных металлических конструкций, которые не умещаются в гальваническую или с расплавом цинка ванну. Частицы расплавленного цинка ударяются о поверхность изделия и, деформируясь, образуют пористое ("чешуйчатое") покрытие, которое, как правило, требует обработки порозаполнителем (лакокрасочным материалом). Комбинированное покрытие не теряет защитных качеств в различных средах (атмосфера, вода морская и пресная) 30 лет и более.

Термодиффузионное (шерардизация) – цинковое покрытие получают за счет проникновения атомов цинка в железную подложку с образованием железноцинкового сплава, имеющего сложную структуру. Эффект достигается благодаря тому, что атомы цинка при температурах свыше 2600 °С переходят в паровую фазу. Процесс проводят в замкнутом объеме муфелей или реторт, заполненных обрабатываемыми деталями и порошковой цинкосодержащей смесью. Технологию используют, когда необходимо получить слой цинка толще 15 мкм (обычно 25–110 мкм). Метод экологически безопасен. Покрытие беспористое, с высокой адгезией, защитная способность выше, чем у полученного гальваническим методом в 3–5 раз, и сопоставима со стойкостью горячецинкового.

Гальваническое – обеспечивает создание очень гладкого и точного покрытия, которое наносят при электрохимическом воздействии. Метод применим не только для электропроводящих материалов, но также и для неэлектропроводящих. Получаемое покрытие равномерное, точного размера, декоративного вида, блестящее, толщина, как правило, не превышает 20–30 мкм. Технология – цинковые пластины и обрабатываемую конструкцию погружают в резервуар с электролитом, а затем подключают к источнику постоянного тока. В процессе электролиза анод из цинка растворяется, а его молекулы оседают на поверхности изделия. Электрохимический метод связан с образованием опасных отходов.

Холодное – окраска изделий из металла грунтами, насыщенными высокодисперсным порошкообразным цинком (в готовом покрытии содержится 89–93 % цинка). Метод отличается высокой технологичностью, является самым простым, в настоящее время широко распространен. Очень эффективен для изделий, конструкций, которые нельзя обработать иным способом – закрепленные линии передач, трубы, элементы нефтяной аппаратуры, железнодорожных путей, дорожных ограждений, фурнитуры для мебели и прочие стационарные, неподвижные, труднодоступные объекты. "Холодное" покрытие может прослужить дольше, чем "горячее", в 3–4 раза. Недостатки – относительно низкая стойкость к различным механическим воздействиям и высокие требования к санитарно-гигиеническим условиям работы маляров из-за применения органических растворителей.

Все приведенные методы применяются в промышленных масштабах. Последние 2 можно реализовать самостоятельно с соблюдением необходимых мер безопасности.

3 Гальваническое цинкование в домашних условиях

Цинкование в домашних условиях – процедура, требующая большой точности и аккуратности.Источником тока может служить зарядное устройство на 2–6 А, 6–12 В или автомобильный аккумулятор. Для изготовления электролита, теоретически, можно использовать любую соль, способную растворяться в воде. Однако на практике проще сделать раствор соли цинка. Его состав:

• 200 г сернокислого цинка;
• 50 г сернокислого аммония или магния;
• 15 г уксуснокислого натрия;
• 1 л воды.

Можно воспользоваться аккумуляторным электролитом (водный раствор серной кислоты), в который необходимо поместить цинк. Когда реакция прекратится, кислота преобразуется в соль, а цинк останется. Если раствор кислоты окажется чрезмерно концентрированным, то на дне появится осадок (кристаллический сульфат цинка). Раствор в этом случае слегка разбавляют водой. Важно помнить, что электролит – опасный яд, с которым следует работать крайне осторожно и в защитной одежде. Помещение, где ведутся работы, должно хорошо проветриваться.

Подбирают посуду из винипласта или стекла. Когда деталь небольшая, то подойдет даже литровая банка. Предусматривают возможность прикрепления на ней изделия и электрода из цинка. Электролит процеживают и заливают в емкость. Деталь, предназначенную для цинкования, необходимо тщательно очистить и обезжирить. Сделать это надо как можно лучше, чтобы цинк лег ровно и прочно. Затем деталь на 2–10 секунд опускают в раствор, после чего сразу промывают под проточной водой. Эту процедуру называют химическим активированием. После этого приступают к анодированию изделия.

Цинковый электрод изготавливают из куска цинка, для чего в нем просверливают отверстие и подвешивают его на медной проволоке. Электрод должен соответствовать следующим требованиям:

• площадь поверхности сопоставима с площадью изделия;
• форма плоская и удобная для размещения в емкости.

Для подключения к источнику питания используют медные провода. Минус подводят к детали, а плюс к цинковому электроду, который "растворится", а на изделии образуется слой цинка. Время обработки – 10–40 минут.

4 Параметры домашнего гальванического цинкования

Самым сложным в работе является подбор режима цинкования. От него зависит качество покрытия детали. На нее либо осядет цинковый порошок, беспрепятственно удаляемый тряпкой, или прочный слой, который долго прослужит.

Факторы, определяющие добротность покрытия:

1. Плотность тока – величина силы тока, поделенная на площадь поверхности изделия. Должна быть 0,5–10 А на 1 квадратный дециметр (оптимально 1,5 А/дм2). Регулятором напряжения добиваются не слишком бурного протекания реакции. Если с поверхности изделия пузырьки будут идти чрезмерно активно, то покрытие получится неровным и слабым.
2. Температура электролита должна быть комнатной (18–25 °С).
3. Плотность электролита – варьируется в широком диапазоне (от нуля и до величины растворимости солей цинка).
4. Геометрия изделия – у детали сложной формы, в зависимости от удаления различных ее фрагментов от цинкового электрода, может быть существенная разница в толщине покрытия разных участков (слабое покрытие в углублениях, а на острой кромке образуются наросты).

Исходя из выше описанного, целесообразно расстояние до электрода увеличить, использовать 2 цинковых анода, деталь покрутить, поэкспериментировать. Цинкование возможно проводить в 2 или 3 слоя с сопутствующим удалением образовавшихся наростов.

5 Холодное цинкование своими руками

Холодное цинкование – нанесение покрытия в виде краски. В этой формулировке заложен основной смысл используемого материала – это не краска, содержащая цинк, а именно этот металл в виде краски.

Для холодного цинкования на рынке можно найти большое множество материалов от различных производителей. У многих составов иногда основные характеристики (содержание цинка, к примеру) варьируются в широких пределах. Соответственно, эффективность их применения тоже может меняться. Некоторые составы очень требовательны к качеству подготовки поверхности металла, у других недостаточная сила адгезии с деталью, и они легко отслаиваются, какие-то обладают низкой эластичностью и покрываются паутиной трещин, есть такие, которым нужен фирменный растворитель, для нанесения ряда материалов требуется специальное оборудование, бывают не совместимые с финишными покрытиями.

Все предлагаемые материалы включают два компонента, поставляемых в отдельных упаковках – цинковый порошок и связующий жидкий компонент. Перед применением оба вещества смешивают согласно нормативам, указанным в документах на краску. Пропорции "порошок"-"связующее" бывают от 1:1 до 3:1. Средство наносят при температуре 5–40 °С и влажности воздуха 30–98 %. Во время работ и после их проведения помещение тщательно проветривают. Необходимо использовать средства индивидуальной защиты.

Хорошо зарекомендовал себя российский материал Гальванол, обладающий оптимальными характеристиками:

• содержание мелкодисперсной химически чистой цинковой пудры 96 %;
• быстро сохнет – до нанесения следующего слоя требуется выждать 30 минут;
• можно наносить любым способом (погружением, валиком, кистью, краскопультом и так далее);
• можно окрашивать любыми ЛКМ, возможно нанесение полимерных покрытий;
• допустимо нанесение на ржавчину;
• возможно наносить на влажный металл и при отрицательных (до -35 °С) температурах;
• растворим доступными растворителями (ксилол, сольвент).

Гальванол настолько технологичен и прост в нанесении, что позволяет высокоэффективно защищать чугун, сталь и железо даже в обычных домашних условиях.

6 Основные требования к холодному цинкованию дома

Важная составляющая – жидкий цинк предварительно перемешивают. Из-за большой плотности составы сильно раcслаиваются и непосредственно перед использованием их необходимо тщательно перемешать до получения однородной массы, жидкости. Кроме того, чем качественней подготовлен к нанесению покрытия металл, тем долговечней будет защитный цинковый слой. Поэтому лучше всего произвести механическую зачистку детали с последующим обезжириванием.

Оцинковка, нанесенная на такое изделие в 2 слоя, прослужит минимум 10 лет. Очередной слой делают всего через 30 минут после предыдущего. Перед нанесением финишных покрытий и ЛКМ необходимо выдержать 24 часа (чтобы остатки растворителя полностью улетучились). Холодное цинкование, своими руками проведенное с соблюдением технологии и инструкции по применению состава, по качеству и надежности не уступает фабричному исполнению.