Анодные покрытия: Горячее цинкование или газотермическое напыление

Анодные металлические покрытия принято считать наиболее эффективным способом защиты металла, в том числе несущих конструкций, от коррозии в морской и пресной воде, в загрязненной атмосфере, в промышленных водах. В данной статье рассмотрено сравнение наиболее распространенных процессов создания анодных покрытий — горячего цинкования и металлизации напылением. При этом термин «газотермическое напыление» объединяет процессы нанесения покрытий газопламенным напылением, электродуговой металлизацией и плазменным напылением.

Краткое описание процессов.

Горячее цинкование по сути является процессом пайки. Стальную деталь очищают (механически и химически), включая погружение в растворы щелочей и кислот с промыванием водой после каждой фазы. Затем, деталь погружают в ванну расплавленного цинка, температура в которой поддерживается на уровне 450 °С. Расплавленный цинк реагирует со сталью и образуется поверхностный слой, состоящий из сплавов цинка и железа.

Подготовка поверхности детали для газотермического напыления: подложку очищают от механических загрязнений и проводят активацию поверхности (абразиво-струйная обработка). Газотермическое напыление — это процесс нагрева, диспергирования и переноса активированных частиц распыляемого материала газовым потоком и формирования на подложке компактного слоя.

Химический состав поверхностного слоя.3

После горячего цинкования поверхностный слой представляет собой Zn / Fe-матрицы и содержит значительное количество железа. Содержание цинка в поверхностном слое составляет всего 40%. Кроме того, в ванне расплавленного цинка часто присутствуют различные примеси, в том числе из материалов, которые погружаются в него.

В случае газотермического напыления могут быть получены покрытия из чистого алюминия ( > 99 %), цинка ( > 99, 9 %) или цинк-алюминиевых сплавов благодаря тому, что не происходит химического взаимодействия между материалом детали и покрытием. Алюминий и Zn Al покрытия защищают сталь лучше, чем чистый цинк в морской и промышленной среде. Покрытия на основе алюминия и 85/15 цинк алюминиевых сплавов с цинком невозможно получить методом горячего цинкования.

Температура детали в процессе получения покрытия.

Как было сказано выше, процесс горячего цинкования подразумевает погружение детали в ванну расплавленного цинка. Температура детали в процессе получения покрытия составляет порядка 450°С.

При металлизации, поверхность детали предварительно не нагревается и при напылении не поднимается выше 180°С. Поскольку металлизация является «холодным способом», практически отсутствует риск повреждения сварных швов или поводки детали из-за высокой температуры или перегрева.

Экологическая безопасность процесса.

Кислоты, пары и другие побочные продукты процесса цинкования считаются экологически вредными. Из-за экологических проблем, новые гальванические линии больше не разрешены во многих штатах Америки. Линии, которые в данный момент эксплуатируются, должны быть обновлены на современные, в соответствии с экологическими правилами в установленные сроки, как это диктуется местными, государственными и федеральными органами для опасных отходов и выбросов.

Металлическая пыль, которая образуется при напылении, собирается специальными сборниками пыли, которые удаляют до 99, 99% пыли, вплоть до 0, 12 мкм, отходы могут быть переработаны.

Подготовка поверхности.4

Для процесса гальванизации требуется специальная подготовка поверхности (кислотное травление, фосфатирование и т. д.), в то время как для нанесения покрытия газотермическим способом достаточно абразиво-струйной обработки.

Ограничение на размеры деталей.

Максимальный размер детали для горячего цинкования ограничивается размерами ванн для подготовки поверхности и, собственно, цинкования. Использование больших ванн предусматривает большие энергозатраты (поддержание температуры выше 450 °С для того, чтобы цинк не кристаллизовался в ванне), большое количество экологически-небезопасных отходов и особые требования к помещению и технике безопасности.

Максимальный размер детали для нанесения газотермических покрытий практически не ограничен — покрытия могут быть нанесены в «полевых» условиях.

Сварка

Сварка оцинкованных деталей существенно затруднена. Температура плавления цинка ниже температуры плавления металла, цинк плавится первым, окисляется и негативно влияет на качество сварного шва.

Благодаря мобильности оборудования напыление может производиться на месте монтажа оборудования, что означает возможность напыления изделий после сварки. Покрытие защищает не только несущие элементы, но и сварной шов.

Мобильность и стоимость установок.

Получение покрытий методом горячего цинкования возможно только в цеховых условиях.

Установки для получения газотермических покрытий мобильны и легко могут быть использованы в «полевых» условиях. Дополнительным преимуществом данного оборудования является его низкая стоимость — меньше чем $ 12, 000 за полный комплект.

Защитные свойства покрытий.

Испытания проводили независимые лаборатории. Образцы с покрытиями, полученными методами горячего цинкования и газотермического напыления были помещены в камеру 5 % соляного тумана при 35 °С в соответствии с ASTM B 117. После 120 часов на образце после горячего цинкования появляются следы коррозии, а на образце с газотермическим покрытием следов коррозии обнаружено не было. Тестирование на напыленном образце было продолжено на дополнительные 72 часа (в общей сложности продолжительсть испытаний составила 192 часа) — на образце по-прежнему не наблюдалось следов коррозии, испытания были остановлены.

Параметр Горячее цинкование Газотермическое напыление
Возможные составы покрытий Цинк Цинк, Алюминий, Цинк-Алюминиевые сплавы
Химический состав поверхностного слоя Содержание цинка — до 40 %. Остальное — материал детали (железо) и примеси Чистый цинк, алюминий и их сплавы (до 99, 9 %)
Подготовка поверхности детали Механическая и химическая (погружение в щелочные и кислотные горячие ванны с промывкой водой) Очистка от загрязнений и абразивно-струйная обработка
Температура детали в процессе нанесения покрытия Около 450 °С Не выше 180 °С
Габариты детали Ограничиваются размерами ванн Практически не ограничены
Условия нанесения и стоимость установок Только цеховые условия. Дорогостоящее, громоздкое оборудование. Как цеховые, так и полевые условия. Мобильные установки стоимостью до $ 12, 000.
Защитные свойства покрытий Низкие, из-за высокого содержания железа в поверхностном слое Высокие
Экологическая безопасность Большое количество токсичных отходов Утилизируемая металлическая пыль