книги из ГПНТБ / Лайнер, В. И. Защитные покрытия металлов учеб. пособие

182

промывки, флюсования при температуре 80° С в смеси хлористого цинка и хлористого аммония с последу­ ющей сушкой и нагревом металла до температуры 260° С. Разогрев ванны цинкования осуществляется с по­ мощью индукторов. Разработан также способ цинкова­ ния в присутствии алюминия, который путем перемеши­ вания равномерно распределяют в цинковом расплаве, цинкуемую полосу отжигают в печи с восстановительной атмосферой до такой температуры, чтобы не требовалось дополнительно нагревать ванну цинкования.

стигает 100 м/мин, а иногда и больше. Для цинкования предпочтительно прокатывать полосу из кипящей ста­ ли, поскольку поверхностный обезуглероженный слой замедляет реакцию между железом и цинком, а отсут­ ствие в поверхностном слое карбидов предотвращает образование промежуточного железоцинкового сплава. Этому способствует также введение в цинковый расплав таких элементов, как алюминий, свинец и кадмий.

Наличие 0,16% А1 в цинковом расплаве подавляет тенденцию к росту промежуточного железоцинкового сплава при повышенной температуре. При более низкой концентрации алюминия заметного эффекта не наблю­ дается. Для получения красивой поверхности с равно­ мерно распределенными блестками в ванну цинкования вводят свинец или олово в количестве около 1 %. Внеш­ ний вид оцинкованной полосы зависит также от состоя­ ния холоднокатаной поверхности. Лучший блеск покры­ тия получается на более тонкой полосе с гладкой по­ верхностью.

Оцинкованная полоса хорошо поддается различной степени деформации без отслаивания покрытия, поэто­ му находит широкое и разнообразное применение: в уст­ ройствах для кондиционирования воздуха, для отопле­ ния и вентиляции, для изготовления сборных и клепа­ ных водосточных труб, в производстве предметов домашнего обихода и др.

Ц и н к о ва н и е п р о в о л о к и

Оцинкованная стальная проволока имеет весьма раз­ нообразное применение. В зависимости от назначения различают проволоку:

183

1)канатную — для морских и авиационных ка­

натов;

2)морскую — для стоячего морского такелажа;

3)семафорную — для семафоров и подвески троллей;

4)для сталеалюминиевых проводов;

5)бронекабельную— для бронирования электричес­

ких кабелей;

6)телеграфную — для телеграфных линий связи;

7)торговую — для прочих надобностей.

В зависимости от сорта и диаметра проволоки ГОСТа­ ми предусмотрена толщина слоя цинка от 25 до 170 г/м2 (3,5—24,5 мкм).

Горячее цинкование проволоки — это старый техноло­ гический процесс, включающий следующие основные операции: 1) разматывание; 2) травление в соляной ки­ слоте, 3) промывание в воде, 4) флюсование, 5) цинко­ вание, 6) охлаждение, 7) намотка.

В зависимости от размера проволоки современные аг­ регаты строят для одновременного цинкования 20 или 24 проволок. В некоторых случаях стальную проволоку цинкуют в цинке, легированном алюминием (~0,2%) .

фазы в покрытии отсутствуют. Иногда оцинкованную про­ волоку сразу после выхода из ванны цинкования подвер­ гают кратковременному нагреву при температуре, не­ сколько превышающей температуру цинкования. В этом случае оцинкованная проволока подвергается обтирке углем, а толщина покрытия составляет 200—250 г/м2.

с железной основой прочнее, чем без термической обра­ ботки.

Наиболее толстый слой покрытия (от 300 до 350 г/м2) получается при предварительном цианировании поверх­ ности (способ Крапо); легированный слой составляет 0,1—0,2 от общей толщины покрытия, но покрытие при изгибе не отслаивается. Проволоку из малоуглеродистой стали обычно пропускают через свинцовую ванну при температуре 700—800° С, которая на стороне выхода про­ волоки покрыта слоем расплавленной соли, содержащей цианистый калий в смеси с хлористым и углекислым нат­ рием. В таком расплаве проволока выдерживается око­ ло 15 с при температуре 650—700° С.

184

Ц и н к о ва н и е труб

Горячее цинкование труб осуществляется в длинных, глубоких механизированных ваннах, обеспечивающих большую поверхность нагрева. Процесс может осущест­ вляться с нашатырным спиртом или с высушенным флю­ сом. Для водопроводных труб толщина покрытия дости­ гает 40—50 мкм.

Подготовка поверхности состоит в травлении в сер­ ной или соляной кислоте, причем хорошее протравлива­ ние внутренней поверхности достигается при помощи ме­ ханизированных приспособлений. С внутренней стороны получается более толстый слой, чем с наружной, причем слой чистого цинка здесь сохраняется поверх железоцин­ ковых фаз, в то время как с наружной стороны слой чи­

жидкий цинк стекает к середине и здесь покрытие полу­ чается более толстым. Вследствие большей толщины се­ редина труб медленнее остывает, и для предупреждения реакции железа с цинком, которая приводит к росту же­ лезоцинковых фаз, трубы автоматически погружаются в вагонетки с охлаждающей водой.

Ванна для цинкования имеет длину 8 м, ширину 0,8 м и глубину 1,2 м. Большая часть ванны заполнена свин­ цом и только на 30—40 см от поверхности — цинком. Ванны снабжены направляющими поводками, по кото­

10% к массе труб; 5—6% идет на покрытие, а около 2% расходуется на образование золы и гартцинка.

Известно, что пластичность труб несколько улучша­ ется с повышением температуры: при 24° С относитель­ ное удлинение цинка составляет 2%, при 62°С 7%, а при 145° С от 25 до 50%- Для того, чтобы предупредить от­ слаивание цинкового покрытия от основы при сгибании трубы подогревают до 100—150° С путем пропускания че­ рез них пара.

По имеющимся литературным данным, коррозионная стойкость горячеоцинкованных труб повышается в ре­ зультате последующей термической обработки или при

185-

fepM(WH(j)4>y3HOHHOM методе нанесения покрытий. Одна­ ко термодиффузионный способ недостаточно производи­ телен.

Ц и н к о ва н и е м е л к и х и зд е л и й н а сы п ь ю

Винты, болты, гайки и другие аналогичные изделия загружают в перфорированные корзины и травят в 15%- ной соляной кислоте в течение 15 мин, после чего промы­ вают в воде и обрабатывают флюсом, состоящим из

400 г/л ZnCU и ПО г/л ЫН4С1 при температуре 80—90° С. Изделия высушивают в течение 10 мин при температуре 150° С и с максимально возможной скоростью (до затвер­ девания цинка) погружаются в центрифугу для удаления избытка цинка. Число оборотов центрифуги колеблется от 300 до 700 в минуту. Чем больше число оборотов цент­ рифуги, тем меньше толщина покрытия, остающегося на изделиях. Температура цинкового расплава 450—470° С, продолжительность цинкования 2 мин, продолжитель­ ность центрифугирования 2 с.

Для придания глянца изделия высыпают в специаль­ ное охлаждающее устройство (рис. 51) с проточной во­ дой, имеющей постоянную температуру. На поверхно-

186

Рис. 52. План расположения установки для цинкования мелких изде­ лий:

для сортировки

сти воды имеется масляный слой, который регулирует скорость охлаждения. На рис. 52 приведен план рас­ положения оборудования для цинкования мелких из­ делий.

По литературным данным, коррозионная стойкость цинковых покрытий зависит от их толщины и не зависит от метода нанесения покрытий. Такое положение под­ тверждено длительными (17—25 лет) натурными испы­ таниями в США, Англии и других странах (рис. 53). В то же время установлена тесная зависимость между сте­ пенью загрязнения промышленной атмосферы (SO2 , С1~) и скоростью протекания коррозионного процесса

(табл. 17).

137

Рис. 53. Зависимость коррозионной стойкости цинковых покрытий, полу­ ченных различными методами, от их толщины:

1 — шерардизация; 2, 3, 4 — электролитный метод; 5 — горячее цинко­ вание; 6, 7, 8 — металлизация

Кроме более высокой коррозионной стойкости цинка по сравнению с железом, весьма существенным преиму­ ществом цинковых покрытий является их сильно элек­ троотрицательный потенциал, поэтому в местах пор или других нарушений сплошности покрытия цинк электро­ химически защищает железо от коррозии, являясь ано­ дом в гальванической паре с железом. Лучшая коррози­ онная стойкость в атмосфере по сравнению с железом обусловлена образованием на цинке продуктов коррозии, имеющих сильно выраженные протекторные свойства.

П р и м е ч а н и е . Испытания проводились на четырех станциях. 1 Адсор­ бированного за день поверхностью в 100 см2.

188

В целях увеличения срока службы горячих цинковых покрытий часто прибегают к увеличению их толщины, что удается в значительной степени для малолегирован­ ной стали. Из такой высокопрочной малолегированной стали, как известно, сейчас изготовляют различные стро­ ительные конструкции.

Одним из существенных недостатков горячих цинко­ вых покрытий является их многофазная структура, кото­ рая снижает коррозионную стойкость, особенно в атмо­ сфере, загрязненной промышленными газами. Кроме того, многофазная структура снижает механические свой­ ства оцинкованных конструкций и некоторые технологи­ ческие параметры поверхности. Представляется весьма заманчивым путем диффузионного отжига горячих цин­ ковых покрытий вместо многофазной, гетерогенной стру­ ктуры получить однофазную структуру на основе бі-фа- зы; в литературе приводятся данные, потверждающие по­ ложительную роль такого отжига. Для примера в табл. 18 приведен химический состав сталей, подвергнутых та­ кому отжигу.

Т а б л и ц а 18

Химический состав оцинкованных сталей

Цинкование осуществлялось в расплавленном цинке и в цинке, легированном 0,2% AI. Отжиг проводился при температуре 500, 600 и 660° С в течение 1—15 мин.

Для сравнения термически обработанных и необрабо­ танных образцов исследовали микроструктуру и фазо­ вый состав металлографическим, рентгеноструктурным и микротвердостным методами, проводили различные ускоренные испытания, электрохимические измерения в различных средах, измеряли твердость и различные тех­ нологические параметры покрытий. Характер диффузи­ онного воздействия при горячем цинковании исследова­ ли на избранных конструкционных материалах — СтЗ,

189

ЗОХГСА и 65Г — в расплаве чистого цинка и цинка, леги­ рованного 0,2% А1. Была установлена возможность полу­

чения трех основных видов покрытий:

1. Покрытия, типичного для нижней параболической области (цинкование стали СтЗ в расплаве цинка при температуре 450°С).

Рис. 54. Микроструктура горя­ чих цинковых покрытий, полу­ ченных при температуре 450°С и продолжительности цинкова­ ния 1 мин:

а — покрытие на стали СтЗ, по­ лученное в расплаве чистого цин­ ка, Х260; б — покрытие на ста­ ли Ст.З, полученное в расплаве цинка, легированном 0,2% Аі. Х260; в — покрытие на стали ЗОХГСА, полученное в расплаве

чистого цинка. Х180

190

2.Покрытия, типичного Для температурной области ускоренной коррозии железа (цинкование стали ЗОХГСА или 65Г в расплаве цинка при температуре 450°С).

3.Покрытия с ингибирующим диффузионным слоем (цинкование стали СтЗ в расплаве цинка, легированного

0,2% А1).

Для этих трех основных видов покрытий были прове­ дены металлографические и микротвердостные исследо­ вания как в исходном состоянии, так и после термической обработки.

На рис. 54 показаны микрофотографии трех видов ис­ ходных структур. Для покрытий, полученных на стали СтЗ при температуре 450° С и выдержке 1 мин, характер­ но то, что диффузионный слой интерметаллических же­ лезоцинковых фаз составляет от Ѵз До 2/з всего покры­ тия. Остальную часть покрытия составляет слой цинковой грфазы. Полученные при тех же условиях, но в ра­ сплаве, легированном 0,2% А1, покрытия состоят преи­ мущественно из цинковой трфазы. Диффузионный слой тонок и в нем не удается разграничить отдельные желе­ зоцинковые фазы. Полученные на стали ЗОХГСА покры­ тия значительно толще; отдельные слои не разграничи­ ваются.

Микротвердость отдельных фаз измеряли после пяти­ минутной выдержки в расплаве при температуре 450° С. Диффузионный слой, примыкающий непосредственно к железу, имеет микротвердость (при нагрузке 15 гс) #ц =. = 370 кгс/мм2 и, по литературным данным, соответству­

слоем расположен слой цинковой фазы с микротвердо­ стью #ц = 70 кгс/мм2.

Покрытия, полученные на стали СтЗ в расплаве, ле­ гированном 0,2% А1, состоят из диффузионного слоя, на­ ходящегося в непосредственной близости от железной основы, с микротвердостью Яц = 320-г-360 кгс/мм2 и пред­ ставляющего ö i - ф а з у ; над ним расположен слой цинко­

крытия. При температуре 450° С судя по межплоскостным

191