Горячее цинкование является разновидностью гальванизации . Это процесс покрытия железа и стали цинком , который сплавляется с поверхностью основного металла при погружении металла в ванну с расплавленным 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 в тех случаях, когда требуется устойчивость к коррозии 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 варьируется в зависимости 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 интерметаллическом слое . 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 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]
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 к первичному цинку 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.
В 1742 году французский химик Поль Жак Малуэн на презентации во Французской королевской академии описал метод покрытия железа путем погружения его в расплавленный цинк .
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 способ покрытия железа цинком , предварительно очистив его 9%-ной серной кислотой ( H 2 SO 4 ) и профлюсировав хлоридом аммония ( NH 4 Cl ).
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.