Galwanizacja objaśniona – archiwum mediów

Join the forum for Designers!

Your expertise is vital to the community. Join us and contribute your knowledge!

Share, learn and grow with the best professionals in the industry.

Galwanizacja polega na powlekaniu żelaza i stali warstwą cynku w celu zapewnienia doskonałej ochrony przed korozją. Ta metoda galwanizacji stała się kamieniem węgielnym w zastosowaniach przemysłowych ze względu na jej opłacalność i długotrwały charakter powłoki. Oferując dziesięciolecia trwałości, stal galwanizowana wyróżnia się na tle innych technik antykorozyjnych, równoważąc opłacalność ze względami środowiskowymi.

W tym artykule zbadamy tę technikę wykańczania powierzchni i jej zdolność do zwiększania szeregu korzystnych właściwości stali.

Czym jest cynkowanie?

Galwanizacja lub cynkowanie, jak jest najczęściej nazywana, to proces powlekania metalu, w którym element żelazny lub stalowy jest pokryty cienką warstwą cynku. Cynk działa jak warstwa ochronna, która chroni powierzchnię przed korozją i wydłuża jej żywotność. Proces ten może być czasami napędzany energią elektryczną, aż do uzyskania wystarczającej grubości warstwy cynku. Warstwa ta nie jest dyskretna, tj. cynk łączy się ze stalą na powierzchni i tworzy silne wiązanie metalurgiczne.

Cynkowanie jest powszechnie stosowane w miejscach, w których metal musi wytrzymać trudne warunki środowiskowe lub w zastosowaniach konstrukcyjnych, w których metal musi zachować swoją wytrzymałość przez wiele dziesięcioleci. Powłoka ochronna zapewnia, że metal podstawowy wytrzymuje trudne warunki bez uszczerbku dla jego krytycznych właściwości, takich jak wytrzymałość na rozciąganie, elastyczność i trwałość. Szerokie zastosowanie stali galwanizowanej można zaobserwować w budowie mostów, poręczy i sprzętu stalowego w zakładach chemicznych.

Dlaczego warto cynkować stal?

Głównym powodem galwanizacji stali jest zwiększenie jej żywotności. Zwykłe elementy stalowe, jeśli nie są ocynkowane, mogą ulegać atakom korozji i szybko się niszczyć.

Nawet w przypadku osadzenia w betonie, produkty stalowe mogą korodować z powodu karbonatyzacji (ekspozycji na dwutlenek węgla), wilgoci i wysokiego poziomu chlorków. Nałożenie powłoki cynkowej poprawia ochronę antykorozyjną metalu podstawowego, a tym samym zwiększa jego trwałość.

Procesy cynkowania zapewniają również najtwardsze powłoki, które są odporne na uszkodzenia mechaniczne podczas transportu, przechowywania i instalacji. Koszt instalacji jest również niski, ponieważ ocynkowane komponenty są gotowe do użycia od razu po dostarczeniu. Stal ocynkowana nie wymaga żadnego przygotowania powierzchni, malowania ani kontroli przed montażem.

Po zainstalowaniu zapewnia żywotność ponad 50 lat na obszarach wiejskich i minimum 20-25 lat na obszarach miejskich i przybrzeżnych. Powłoka ochronna zapewnia niezrównaną ochronę, pokrywając również ostre narożniki, wgłębienia i inne niedostępne obszary. Cecha ta jest trudna do znalezienia w niektórych innych procesach powlekania.

Nawet jeśli powłoka zostanie utracona w pewnym obszarze, nadal nie prowadzi to do korozji, ponieważ cynk ma wyższy ujemny potencjał redukcji. Powoduje to utlenianie cynku zamiast żelaza, zapewniając bezpieczeństwo aplikacji. W celu sprawdzenia powłoki ocenia się jedynie jej stan fizyczny. Wystarczy dokładna inspekcja wizualna. Jeśli powłoka wydaje się nienaruszona, możemy być pewni, że nie doszło do uszkodzenia znajdującej się pod nią stali.

Stal ocynkowana jest generalnie opłacalną alternatywą w porównaniu do innych metod, z wyjątkiem niektórych zastosowań na dużą skalę. W sektorze budowlanym stal ocynkowana może stać się tak droga, że budowniczowie mogą całkowicie porzucić pomysł jej użycia, gdy budżet jest ograniczony. Drugą wadą jest to, że chociaż warstwa cynku jest odporna na czerwoną rdzę, nadal może się rozwijać biała rdza w przypadku ciągłego narażenia na wilgoć.

Metody cynkowania

Dostępnych jest kilka procesów galwanizacji, z których każdy ma swoje zalety i ograniczenia. Przyjrzyjmy się niektórym z najczęściej stosowanych obecnie metod galwanizacji.

Cynkowanie ogniowe

Cynkowanie ogniowe jest jedną z najprostszych i najbardziej ekonomicznych metod cynkowania. Umożliwia ona stosunkowo łatwe powlekanie różnych złożonych kształtów. Powierzchnia materiału jest oczyszczana z zanieczyszczeń i wszelkich tlenków przed zanurzeniem w kąpieli stopionego cynku. Kąpiel stopionego cynku nakłada warstwę powłoki cynkowej na element stalowy. Jakość połączenia metalurgicznego zależy od tego, jak skutecznie powierzchnie zostały wcześniej oczyszczone.

Cynkowanie elektrolityczne

Cynkowanie elektrolityczne, znane również jako elektrogalwanizacja, jest drugą najbardziej rozpowszechnioną metodą cynkowania. Wykorzystuje ona elektrolizę do nakładania warstwy cynku na metal podstawowy, co czyni ją formą galwanizacji. W tym procesie stalowy przedmiot obrabiany jest umieszczany w roztworze cynku z drugą elektrodą, a następnie przepuszczany jest przez niego prąd stały. Prąd jonizuje roztwór cynku, osadzając czystą powłokę cynkową na metalu nieszlachetnym. Proces ten zapewnia większą kontrolę nad szybkością osadzania i grubością warstwy.

Szerardyzacja

Sherardising to rodzaj procesu galwanizacji nazwany na cześć jego wynalazcy, Sherarda Osborna Cowper-Colesa. Wykorzystuje on dyfuzję termiczną do tworzenia powłoki cynkowej na metalach żelaznych. W procesie tym metal, który ma zostać pokryty powłoką, umieszczany jest w pojemniku z metalicznym pyłem cynkowym. Temperatura przedmiotu obrabianego jest zwiększana do 400-450°C w obecności tego pyłu. Wysoka temperatura powoduje dyfuzję pyłu do metalu, tworząc stop cynku i żelaza.

Cynkowanie wstępne

Cynkowanie wstępne można rozumieć jako rodzaj procesu cynkowania ogniowego dostosowanego specjalnie do długich blach stalowych. W tym procesie blacha jest przepuszczana przez środek czyszczący, który przygotowuje materiał do cynkowania. Po oczyszczeniu blachy jest ona szybko przepuszczana przez kąpiel ze stopionym cynkiem. Szybki ruch umożliwia utworzenie cienkiej ochronnej powłoki cynkowej, która jest bardziej jednolita niż ta uzyskana w konwencjonalnej metodzie cynkowania ogniowego. Metoda ta zapewnia najszybszy czas realizacji dla blach.

Proces cynkowania ogniowego

Jak wspomniano wcześniej, proces cynkowania ogniowego jest najczęściej stosowaną metodą cynkowania elementów stalowych. Zapewnia niezawodną metodę powlekania różnych kształtów i rozmiarów, od nakrętek i śrub po duże belki konstrukcyjne. Złożoność może wahać się od prostych stalowych prętów do artystycznych elementów o skomplikowanych kształtach.

W tej sekcji wyjaśnimy ogólny proces cynkowania ogniowego, aby zrozumieć jego etapy i ich cel. Proces ten można podzielić na cztery główne etapy:

1. Usuwanie twardych zanieczyszczeń
2. Czyszczenie chemiczne
3. Zastosowanie topnika
4. Zanurzenie w kąpieli cynkowej

Usuwanie twardych zanieczyszczeń

Gdy powierzchnia przedmiotu obrabianego zawiera twarde zanieczyszczenia, takie jak żużel spawalniczy, ciężki smar i farba, czyszczenie chemiczne nie wystarczy. Zanieczyszczenia te muszą zostać wcześniej usunięte za pomocą środków do usuwania farby lub środków mechanicznych, takich jak piaskowanie, szlifowanie itp. Gdy powierzchnia jest wolna od wszelkich twardych zanieczyszczeń, czyszczenie chemiczne będzie wystarczające do dalszego przygotowania części do zanurzenia w kąpieli cynkowej.

Czyszczenie chemiczne

Na etapie czyszczenia chemicznego wszystkie zanieczyszczenia, takie jak brud, tłuszcz, zgorzelina i tlenki, zostaną usunięte z powierzchni stali.

Aby to osiągnąć, kilka operacji odbywa się sekwencyjnie. Pierwszym krokiem jest odtłuszczanie, w którym element jest zanurzany w roztworze żrącym, utrzymywany przez określony czas, a następnie płukany.

Po usunięciu smaru z powierzchni, część jest zanurzana w roztworze kwasu solnego w celu usunięcia zgorzeliny walcowniczej i tlenków. Następnie jest ponownie płukana. Ten etap jest również znany jako proces trawienia kwasem.

Zastosowanie topnika

Po zakończeniu trawienia, wystawienie części na działanie powietrza może prowadzić do powstania bardzo cienkiej warstwy tlenku na jej powierzchni. Warstwa ta może zakłócać przyczepność powłoki cynkowej do elementu stalowego i dlatego musi zostać usunięta.

Aby to osiągnąć, element jest wystawiany na działanie strumienia chemicznego (zazwyczaj chlorku cynkowo-amonowego), który ułatwia rozpuszczanie tlenku powierzchniowego. Stężenie różni się w zależności od przypadku. Topnik zwykle zawiera również środki zwilżające, środki przeciwpieniące i regulatory lepkości. Topnik pozostawia się do wyschnięcia przed zanurzeniem w ciekłym cynku.

Zanurzenie w kąpieli cynkowej

Po nałożeniu topnika, otwory odpowietrzające i spustowe na elemencie są sprawdzane przed właściwym procesem zanurzania. Powietrze wydostanie się przez otwór odpowietrzający, podczas gdy stopiony cynk dostanie się przez otwór spustowy.

Po stwierdzeniu, że są one zadowalające, część jest dopuszczana do procesu cynkowania ogniowego. Element jest zanurzony w kąpieli stopionego cynku o temperaturze 450°C. Kąpiel nie może być zbyt mocno podgrzana, ponieważ zbyt wysoka temperatura może spowodować wypalenie topnika chemicznego na elemencie. Element jest utrzymywany w miejscu, dopóki jego temperatura nie zrówna się z temperaturą kąpieli.

Zanurzenie tworzy warstwy stopów cynku i żelaza o różnym składzie. Nie ma wyraźnego rozgraniczenia między warstwami, a element stalowy stopniowo przechodzi w czystą powłokę cynkową na powierzchni.

Po pomyślnym nałożeniu powłoki, element jest schładzany w zbiorniku hartowniczym, aby zapobiec ekspozycji na powietrze.

Podsumowanie

Galwanizacja to doskonała metoda zapewniająca tanią i skuteczną ochronę stali i innych metali żelaznych. Utworzona powłoka jest mocna, odporna na korozję i trwała. W rezultacie proces ten znalazł szerokie zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu, od produkcji elementów złącznych po budowę całych stadionów. Dlatego ważne jest, aby upewnić się, że wszystkie niezbędne etapy galwanizacji zostały przeprowadzone prawidłowo, aby uzyskać niezawodne wykończenie i pożądaną wydajność.

Join the forum for Designers!

Your expertise is vital to the community. Join us and contribute your knowledge!

Share, learn and grow with the best professionals in the industry.