Метод Сендземира: особенности и преимущества

Задачи цинкования металла

Чаще всего металлические изделия страдают от кислорода и влаги, которые присутствуют в атмосфере и реагируют с металлом, окисляя его. Это одна из форм коррозии. Защитный слой из цинка является надежным барьером, предотвращающим контакт стали с неблагоприятными факторами окружающей среды.

Благодаря цинкованию удается:

• сформировать устойчивое к механическим повреждениям покрытие, предотвращающее ударные повреждения, истирание и царапание поверхности деталей;
• создать катодную защиту;
• сформировать защитный слой из окислов цинка.

Главной здесь является именно свойственная цинку способность создания электрохимической защиты. Этот химический элемент более активен, чем железо, к тому же окисляется быстрее. При этом важное отличие этого металла в том, что он при окислении образует тонкую и прочную пленку из оксидов и гидроксидов, тогда как сталь в этом случае увеличивается в объеме.

В результате на поверхности железных сплавов образуется рыхлый слой ржавчины, который беспрепятственно пропускает влагу и кислород к более глубоким слоям. Коррозия при этом продолжает разрушать металл.

Пленка, которую цинк образует, реагируя с воздухом и водой, надежно перекрывает доступ влаги в глубокие слои. В этих условиях химические элементы вступают в самопроизвольную реакцию, образуя новые соединения. Формируется надежная броня, защищающая сталь от коррозии.

Уникальность такой электрохимической защиты в том, что даже при механическом повреждении защитного слоя запускается образование новых соединений, которые опять формируют защиту металла. Сталь, покрытая цинковым слоем, не ржавеет даже после резки, перфорации и изгиба.

Слой цинка, благодаря пленке из окислов, медленно поддается коррозии – жертвует своими атомами, постепенно истончаясь. Соответственно, величина уменьшения толщины цинкового слоя за год определяет долговечность защиты.

Срок службы цинкового покрытия определяется его толщиной. Технология Сендзимира, о которой пойдет речь, обеспечивает образование филигранного защитного слоя, который значительно уступает по долговечности более толстым защитным цинковым слоям.

Суть метода Сендзимира

Технология, которую разработал Тадеуш Сендзимир, эффективна и проста – процесс цинкования осуществляется в несколько этапов и требует непрерывного погружения прошедших должную подготовку листов стали в расплав цинка.

Цинкование листовой стали по методу Сендзимира производится в три этапа:

1. Очистка и обезжиривание металлопроката при помощи специальных реагентов с последующей просушкой и прогреванием при +650 °С.
2. Погружение подготовленных листов в специальные емкости с расплавом цинка, в ходе которого поверхность стали покрывается слоем этого металла. Защитный пласт образуется в результате сложных процессов диффузии.
3. Обработка извлеченных из расплава листов стали. Для этого используется сжатый газ, который подается через сопла специального оборудования – газовых ножей. Подобное воздействие дает возможность охладить металл и с высокой точностью отрегулировать толщину слоя.

Чтобы лучше понять суть этой технологии, разберем ее в подробностях. Обработка стали с помощью метода Сендзимира производится погружением в расплав цинка стального проката с предварительным нагревом его в водородной среде:

• На крупных массовых производствах листовой прокат подается непрерывно, раскручиваясь из рулонов.
• Поверхность металла обезжиривается в химических ваннах при помощи раствора реагентов.
• Сталь проходит через печи с подачей окислителя. Этот процесс производится без применения токсичного газа, что выгодно отличает его от ряда подобных технологий с использованием гальваники. Листовую сталь выдерживают в среде восстановителей (водорода и азота). Такая обработка обеспечивает однородность защитного слоя и усиливает его антикоррозионные свойства.
• Металлопрокат частично охлаждается, что способствует дальнейшему соединению цинкового слоя со сталью. Листы проходят гальванизацию в расплаве цинка при температуре +460 °С. Благодаря предварительной подготовке железо соединяется со слоем цинка на молекулярном уровне, что обеспечивает более высокую прочность защитного покрытия. Частично охлажденный металл отправляется на просушку, во время которой в специальной печи регулируется толщина цинкового слоя.

Сталь, оцинкованная по методу Сендзимира, получает однородный плотный и в то же время тонкий защитный барьер. Толщина слоя достигает 20 мкм, а плотность 275 г/м2. Благодаря технологии польского инженера цинковый слой оказывается связан со сталью на молекулярном уровне.

Плюсы и минусы метода Сендзимира

Разберем, какими плюсами и минусами отличается данная технология.

Преимущества:

• нарушенная при сверлении, резании или изломе защитная пленка способна восстанавливаться за счет образования на поврежденных местах гидроксида цинка, который обеспечивает защиту металла.

Недостатки:

• по мере истончения цинкового слоя его защитные свойства ухудшаются;
• цинковое покрытие склонно к разрушению при контакте с влагой и кислородом воздуха.

Характеристики стали после цинкования методом Сендзимира

Цинкование по методу Сендзимира обеспечивает барьерные функции покрытия и электрохимическую защиту. Цинковый слой приводит к формированию гальванической пары двух металлов, в которой за счет разности зарядов в первую очередь в реакцию вступает цинк.

При этом важно, что у последнего такая реакция происходит более медленно и сопровождается образованием плотной гидроксидной пленки. Соответственно, стали обеспечена надежная защита до тех пор, пока цинковое покрытие не придет в негодность. У специалистов для такого типа взаимодействия существует термин – «жертвенная защита».

После такой обработки сталь можно использовать для изготовления деталей посредством штамповки, резки и сверления без нарушения защитного цинкового покрытия. Это обусловлено способностью данного металла формировать на месте повреждений гидроксидную пленку, которая сама по себе обладает отменными барьерными качествами. Перечисленные свойства обеспечивают стальным изделиям достаточно высокую коррозионную устойчивость.

Из-за относительно малой толщины защитного цинкового слоя, получаемого посредством метода Сендзимира, для изделий с таким покрытием рекомендована эксплуатация вне помещений. Чрезмерно высокий уровень влажности может привести к быстрому истончению данного состава, ведь оно обладает относительно небольшой толщиной – не более 20 мкм.

При эксплуатации изделий, оцинкованных по технологии польского инженера, в помещениях следует регулярно контролировать уровень влажности. Степень коррозионной устойчивости у деталей, прошедших подобную обработку, ниже чем у изделий, подвергнутых горячему цинкованию.

ГОСТ 14918 от 1980 года определяет характеристики защитных покрытий, нанесенных посредством метода Сендзимира. Цинковый слой на таких изделиях должен обладать:

• толщиной от 10 до 20 мкм;
• плотностью 275 г/м2;
• оттенком от матового серого до ярко-серебристого;
• классом коррозионной устойчивости С1–С2 (эксплуатация в отапливаемых и неотапливаемых помещениях).

Возможные дефекты после цинкования методом Сендзимира

Оцинкованные металлические детали и заготовки могут иметь различные виды брака. Сказанное в полной мере относится и к цинкованию по методу Сендзимира. Наиболее часто встречающиеся дефекты покрытия:

• Непроцинковка – участки металла без слоя цинка. Возникновение такого брака связано с недостаточной очисткой поверхности от таких загрязнений, как окалина, остатки шлака, металлические включения, а также с некачественным обезжириванием поверхности в ходе подготовки металла к цинкованию. Если речь идет об оцинковке полос, такие дефекты могут быть вызваны осаждением углерода на поверхности стали во время термообработки.
  

• Выпуклые дефекты – наплывы, наслоения и бугорки на поверхности металла. Причина такого брака в излишней шероховатости заготовок. Часто такие неровности появляются, когда не соблюдена нужная скорость при извлечении металла из рабочей среды или в расплаве присутствуют нежелательные соединения. Такие включения чаще всего располагаются в верхних слоях расплавленного цинка.
• Серое покрытие – дефект, который может быть как распределенным по всей поверхности оцинкованного металла, так и присутствовать на ограниченных участках. Такое покрытие состоит из железоцинкового сплава с цинком в η-фазе в наружном слое. Дефекты появляются вследствие нарушения режима при охлаждении обработанного проката и его извлечения из емкости с расплавом. Кроме того, этот брак может быть вызван наличием в избыточных концентрациях кремния, углерода или титана. К подобным последствиям ведет и неоднородное распределение перечисленных элементов.
• «Белая ржавчина» – присутствие крупных белых или светло-серых пятен на поверхности оцинкованного металла. В их состав входят такие продукты коррозии, как углекислый цинк, оксиды или гидроксиды цинка. Дефекты чаще всего возникают на металле, который хранят в плохо вентилируемых влажных помещениях, что приводит к образованию конденсата.
• Отслоение цинкового слоя. Такого рода дефекты делятся на два вида. В одном случае шелушится верхняя часть цинкового покрытия, в другом происходит отделение защитного слоя, включая пограничный железоцинковый сплав. Часто такого рода дефекты возникают при механических повреждениях металла, таких как удары или изгибание. Также причиной может служить нарушение температурного режима при обработке металлопроката или перегрев изделий в ходе эксплуатации.

Все оцинкованные металлические изделия должны иметь внешний вид, соответствующий принятым нормам. Это означает, что узлы кристаллизации на поверхности цинкового покрытия должны иметь схожие размеры.

Подводя итог, можно сказать, что метод Сендзимира, оправданный с экономической точки зрения, то есть являющийся относительно недорогой технологией антикоррозионной защиты металла, применим в основном для металлических изделий, эксплуатация которых не связана с продолжительным воздействием влаги и перегревом.