Горячая гальванизация — это форма 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 ( O2 ) , образуя оксид цинка ( ZnO ), который далее реагирует с диоксидом углерода ( CO2 ) , образуя карбонат цинка ( ZnCO3 ), обычно тускло-серый, довольно прочный материал , который защищает сталь под ним от дальнейшей коррозии во многих случаях. Оцинкованная сталь широко используется в приложениях, где требуется коррозионная стойкость без затрат на нержавеющую сталь , и считается превосходящей с точки зрения стоимости и жизненного цикла. Ее можно определить по кристаллизационной структуре на поверхности (часто называемой «блестками»). [1]
Оцинкованную сталь можно сваривать; однако необходимо проявлять осторожность в отношении образующихся токсичных паров цинка. Пары цинка выделяются, когда оцинкованный металл достигает определенной температуры. Эта температура зависит от используемого процесса гальванизации. При длительном непрерывном воздействии рекомендуемая максимальная температура для горячеоцинкованной стали составляет 200 °C (392 °F), согласно Американской ассоциации гальванизаторов. Использование оцинкованной стали при температурах выше этой приведет к отслоению цинка на интерметаллическом слое [ необходима ссылка ] . Электрооцинкованная листовая сталь часто используется в автомобильной промышленности для повышения коррозионных характеристик внешних панелей кузова; однако это совершенно другой процесс, который, как правило, позволяет добиться меньшей толщины покрытия цинком.
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, которая означает, что когда гальваническое покрытие повреждено и сталь подвергается воздействию атмосферы, цинк может продолжать защищать сталь посредством гальванической коррозии (часто в пределах кольца 5 мм, выше которого скорость переноса электронов уменьшается).
Процесс горячего цинкования приводит к металлургической связи между цинком и сталью с серией различных железоцинковых сплавов. Полученная сталь с покрытием может использоваться во многом так же, как и непокрытая.
Типичная линия горячего цинкования работает следующим образом: [2]
Свинец часто добавляют в ванну с расплавленным цинком для улучшения текучести ванны (тем самым ограничивая избыток цинка на погруженном изделии за счет улучшенных дренажных свойств), чтобы предотвратить плавающий шлак , облегчить переработку шлака и защитить котел от неравномерного распределения тепла от горелок. Экологические нормы в Соединенных Штатах не одобряют свинец в ванне котла. Свинец либо добавляется к первичному цинку марки Z1, либо уже содержится в использованном вторичном цинке. Третий, снижающийся метод заключается в использовании цинка низкой марки Z5. [3]
Стальная полоса может быть оцинкована методом горячего погружения на непрерывной линии. Стальная полоса с горячим погружением (иногда ее также свободно называют оцинкованным железом) широко используется в приложениях, требующих прочности стали в сочетании с устойчивостью к коррозии цинка, таких как кровля и стены , защитные ограждения, поручни, бытовые приборы и детали кузова автомобиля. Одним из распространенных применений является изготовление металлических ведер . Оцинкованная сталь также используется в большинстве систем воздуховодов отопления и охлаждения в зданиях
Отдельные металлические изделия, такие как стальные балки или кованые ворота, могут быть оцинкованы методом горячего погружения с помощью процесса, называемого пакетной гальванизацией. Другие современные методы в значительной степени заменили горячее погружение для таких видов ролей. Это включает электрогальванизацию , которая наносит слой цинка из водного электролита путем гальванизации , образуя более тонкую и гораздо более прочную связь.
В некоторых случаях может быть желательно обозначить части металла как не оцинкованные. Это часто требуется, когда металл будет свариваться после оцинкования. Чтобы добиться этого, оцинковщик обычно использует мастичный состав для покрытия областей, которые не будут оцинкованы в процессе горячего погружения.
В 1742 году французский химик Поль Жак Малуэн в своем докладе Французской Королевской академии наук описал метод покрытия железа путем погружения его в расплавленный цинк .
В 1772 году Луиджи Гальвани , в честь которого и назван процесс гальванизации, открыл электрохимический процесс, происходящий между металлами во время эксперимента с лягушачьими лапками.
В 1801 году Алессандро Вольта продолжил исследования в области гальванизации, открыв электропотенциал между двумя металлами, создав коррозионную ячейку.
В 1836 году французский химик Станислас Сорель получил патент на метод покрытия железа цинком , предварительно очистив его 9%-ной серной кислотой ( H2SO4 ) и обработав хлоридом аммония ( NH4Cl ) .
Горячеоцинкованное покрытие относительно проще и дешевле в спецификации, чем органическое лакокрасочное покрытие с эквивалентными характеристиками защиты от коррозии. Британский, европейский и международный стандарт горячего цинкования — BS EN ISO 1461, который определяет минимальную толщину покрытия, наносимого на сталь, в зависимости от толщины стального сечения, например, стальное изделие с размером сечения толще 6 мм должно иметь минимальную толщину оцинкованного покрытия 85 мкм .
Дополнительную информацию о производительности и конструкции для гальванизации можно найти в BS EN ISO 14713-1 и BS EN ISO 14713-2. Характеристики долговечности гальванизированного покрытия зависят исключительно от скорости коррозии среды, в которой оно находится. Скорости коррозии для различных сред можно найти в BS EN ISO 14713-1, где приведены типичные скорости коррозии вместе с описанием среды, в которой будет использоваться сталь.