книги из ГПНТБ / Соголовская А.Г. Прогрессивные методы горячего цинкования

Кроме того, бура, подобно алюминию, образует пленку из солей метаборной кислоты, которая предохраняет цинк от окисления (угара).

Таким образом, из примесей металлов, которые присут­ ствуют или специально вводятся в ванны цинкования, бес­ спорно полезными являются только добавки алюминия до 0,2% и свинца до 0,95%; добавки меди и магния требуют проверки в производственных условиях.

Наиболее вредной является примесь железа в цинковом расплаве.

Влияние примесей различных металлов на коррозионную стойкость покрытия. Примеси различных металлов, присут­ ствующие в цинковом расплаве, влияют на коррозионную стойкость покрытия.

Н. С. Смирнов и И. Б. Серебрякова исследовали корро­ зионную стойкость стальных пластин, покрытых цинком ма­ рок Ц0 и Ц4 без добавок алюминия, а также цинком мар­ ки Ц0 с добавками алюминия, во влажной камере [20]. Исследования показали, что во всех случаях наиболее коррозионно стойким является покрытие цинком марки ДО без добавок других металлов. Добавка алюминия (0,2%) к цин­ ку ДО улучшает стойкость покрытия в воде. Все осталь­ ные добавки (Sn, Pb) к цинку ДО при различных условиях коррозии ухудшают стойкость покрытия или же не влияют на нее.

Редекер, Петерс и Фрие [54] доказали, что малые добав­ ки меди и кадмия улучшают стойкость горячих цинковых покрытий к атмосферной коррозии; добавка олова снижает коррозиеустойчивость на 10%, а с увеличением количества алюминия атмосферная коррозия цинкового покрытия силь­ но возрастает и достигает максимума при добавке 0,4% алюминия.

На снижение коррозионной устойчивости цинкового по­

52

крытия, содержащего олово, указывают также А. В. Смир­ нов [29] и И. Тейндл [32].

Исследования австралийских ученых показали, что при добавлении к расплавленному цинку ^ 1% свинца корро­ зионная устойчивость покрытия увеличивается [34].

Американская фирма Dow Chemical Со применяет при горячем цинковании добавку магния, при этом коррозион­ ная устойчивость покрытия повышается на 20—90% [33].

Как видно, результаты коррозионных испытаний, приво­ димые различными авторами, несколько расходятся. Объяс­ няется это тем, что устойчивость цинкового покрытия зависит от химического состава наружной атмосферы, количе­ ства выпадающих осадков, колебаний температуры, хими­ ческого состава воды, скорости ее движения. В результате образуются различные по плотности и толщине защитные пленки, которые в большей или меньшей мере защищают ме­ таллы от дальнейшей коррозии.

Обработка цинкового покрытия

На толщину и внешний вид покрытия влияют не только условия цинкования, состав расплава, но и обработка по­ крытия в процессе его остывания. В Англии для удаления избытка цинка с изделий предложена обдувка их смесью пара и горячего воздуха с температурой 300—500°С [55]. При этом цинк в течение длительного времени остается жид­ ким и стекает с поверхности стали.

В Чехословакии была предложена [14] и в настоящее время применяется в СССР обработка оцинкованных изде­ лий в мыльном р а с т р е . Эта обработка уничтожает флюсо­ вые пятна, придает изделиям блеск, но уничтожает кристал­

53

лический узор; при этом товарный вид изделий остается хорошим.

Для защиты цинкового покрытия от коррозии многие авторы [3, 11, 38, 41] рекомендуют проводить пассивацию оцинкованных изделий в хромовых растворах различных составов. В английском патенте [22] приведен следующий состав пассивирующего хроматного раствора: 0,7—1,2%

окислителя в виде Сг6+; 0,005—0,02% об. H2S04 (d = 1,82); 0,02—0,035% об. смачивающего вещества. Рабочая темпера­ тура раствора 60—90°С. Полученная защитная пленка гидрофобна (отталкивает воду)', поэтому цинковое покры­ тие в течение года сохраняет свой блеск.

Гартцинк

Влияние условий цинкования на образование гартцинка.

При цинковании лишь 0,09% железа растворяется в цинке; остальное железо, находящееся в расплаве, образует с цин­ ком соединения типа FeZn13, FeZn7, Fe5Zn2, которые полу­ чили -общее название «гартцинк».

Гартцинк в виде кристаллов, более тяжелых, чем цинк, скапливается на дне ванны.В гартцинке содержится 4—7% железа и до 1—1,5% свинца, чем и объясняется его большая плотность:

Гартцинк образуется из солей железа, заносимых в ван­ ну при плохой промывке после травления, а также при взаимодействии расплавленного цинка с поверхностью стальных изделий, инструментом и стенками стальной цинковальной ванны. Количество гартцинка, образующего­ ся от взаимодействия цинка с цинкуемым железом и из со­ лей железа, вносимых в расплав, невелико и может быть со­ кращено путем уменьшения времени^ыдержки в расплаве и улучшения промывки после травления.

54

Основное количество гартцинка (80%) образуется за счет растворения стальной ванны в расплавленном цинке. Скорость растворения железа зависит от температуры рас­ плава. Максимальное растворение железа происходит при температуре 475—525° С. Именно при этих температурах ведут цинкование стальной посуды, что обеспечивает вы­ сокую производительность процесса. При работе на низ­ ких температурах (470—480° С) необходимо больше времени для прогрева изделий, поэтому производительность снижа­ ется; кроме того, с увеличением времени выдержки при оди­ наковой температуре растворимость стали в цинковом рас­ плаве возрастает, следовательно, выход гартцинка увели­ чивается (табл. 10). При низких температурах цинкования (450° С) стальных листов, полос растворение стальной ван­ ны в цинке происходит значительно медленнее.

Вместе с гартцинком из ванны выносится и чистый цинк в виде механической примеси. Неоднократно на заводах пытались переплавлять гартцинк для извлечения из него цинка, для этого строили рекуперационные печи, устанав­ ливали ванны-отстойники. Но поскольку существует мне­ ние, что цинк, выплавленный из гартцинка, содержит боль­

55

шое количество железа и окислов железа и поэтому не может использоваться для горячего цинкования, большинство предприятий не переплавляет гартцинк, и он вместе с зо­ лой и нашатырным шлаком (также содержащим цинк) используется как сырье в лакокрасочной промышленности.

Устойчивость ванны к воздействию цинкового расплава.

Поскольку ванны для цинка изготовляются, в основном, из стали, вопросы подбора стали и устойчивости ванн при раз­ личных условиях работы имеют большое значение в прак­ тике цинкования.

Образующиеся на стенках ванны хрупкие железо-цин­ ковые сплавы не защищают ее от дальнейшего разрушения, так как все время происходит диффузия железа в цинковый расплав.

Поэтомувнимание исследователей было направлено, в первую очередь, на изыскание стали такого состава,^который обеспечил бы минимальное растворение ее в расплавленном цинке.

Исследования показали, что примеси алюминия, фосфо­ ра, повышенное содержание углерода и особенно кремния повышают растворимость стали в цинке. Особенно-опасным является избыток кремния в стали; при Si >0,15% ванна выходит из строя за несколько недель [47]. Специальные легированные стали (например, кислотостойкая марки 1Х18Н9, нержавеющая и др.) оказались нестойкими про­ тив действия цинкового расплава. Наиболее стойкое к цин­ ковому расплаву — технически чистое железо, но оно мало пригодно для изготовления ванн из-за небольшого предела прочности и часто встречающихся в нем загрязнений в виде окислов железа.

Наиболее дешевой и приемлемой по составу и механи­ ческим свойствам является малоуглеродистая сталь Ст.1, Ст.2, Ст.З. Однако срок службы ванн остается небольшим —

56

ется не только температура расплава, но и местные пе­ регревы, которые возникают по углам ванны, по стенкам, расположенным вблизи от топки, в местах сварки. Во избе­ жание местных перегревов ванну снаружи футеруют кир­ пичом.

Опыты показали, что алитирование, фосфатирование, антикоррозионное азотирование, диффузионное цинкование не повышают стойкость стали против растворяющего дей­ ствия цинка.

Пельцель [51 ] предлагает алюминировать плавильные ванны и разливочные ковши, работающие в непосредствен­ ном контакте с жидким цинком и цинковыми сплавами. Хо­ рошая защита от воздействия цинковых сплавов, содержа­ щих до 2% алюминия, достигается в результате алюмини­ рования в смеси порошков А1 и А120 3. Возможно также алю­ минирование в расплаве, но для крупногабаритных изделий это трудно осуществимо.

В последнее время в практике цинкования начали приме­ нять керамические ванны, которые не подвергаются корро­ зии цинковым расплавом. Поскольку керамические ванны плохо передают тепло, обогрев их горячими газами через стенку невозможен, и для поддержания необходимой темпе­ ратуры цинкового расплава необходимы специальные мето­ ды обогрева. Курский [48] описывает две конструкции ке­ рамических ванн: 1) ванна с газовым обогревом со стороны зеркала расплава для цинкования проволоки; 2) ванна с индукционным обогревом для цинкования мелких изделий. Однако производство керамических ванн является очень трудоемким, перевозка их затруднена, поэтому в настоящее время эти ванны еще не нашли широкого применения.

57

(достаточно 3 — 5 мин), их можно даже без травления за­ кладывать в хранительные баки с соляной кислотой. Од­ нако после отжига в защитной атмосфере и медленного охлаждения сталь становится мягкой и плохо сшивается. Поэтому для успешного использования стали, отожженной в защитной атмосфере, необходима некоторая перестройка станков для закатки и сшивки посуды.

Стандартный размер стальных листов — 1420 X 710 мм, вес — 4—6,5 кг, что соответствует следующей толщине стали, мм:

Для изготовления сшивной посуды лучше всего приме­ нять листовую сталь толщиной 0,45—0,63 мм (табл. 14). Применение стальных листов нестандартных размеров и большей толщины (что имеет место на большинстве пред­ приятий УССР) ведет к увеличению неиспользуемых отхо­ дов при раскрое, следовательно, увеличивается расход ста­ ли на 1 т оцинкованной посуды.

Хрупкая горячекатаная проволока, которая применяе­ тся на большинстве заводов, имеет на поверхности толстый слой окалины, поэтому на изгибах с малым радиусом дает трещины, травится неравномерно и покрытие на ней полу­ чается матовое, серое, с большими наплывами и точками непрооцинкованной поверхности. Поэтому более приемле­ мой является низкоуглеродистая светлая стальная проволо­ ка общего назначения (ГОСТ 3282—46).

Цветные металлы. Дл# цинкования различных изделий в течение многих лет применялся дешевый дистилляционный цинк (ЦЗ и Ц4). Этот цинк содержит много примесей других металлов (табл. 11), особенно свинца (1—2%)

59

изначительное количество кадмия. Все остальные примеси содержатся в небольших количествах и почти не оказы­ вают влияния на процесс цинкования. Цинк более высокой чистоты для цинкования не применялся, так как он дороже

ивыпускался в малых количествах.

Дистилляционный цинк получали непроизводительным примитивным способом, и, чтобы удовлетворить потребно­ сти народного хозяйства в цинке высокой чистоты, заводы были переведены на производство электролитического цин­ ка марок ЦО, Ц1, Ц2. В настоящее время в СССР лишь один завод производит дистилляционный цинк. Теперь все заво­ ды, выпускающие оцинкованную посуду, работают на цин­ ке марки ЦО (исключение составляют лишь металлургиче­ ские заводы, которые получают 40 — 50% цинка марки ЦЗ).

60

Некоторые заводы оцинкованной посуды получают в неболь­ ших количествах цинк марок Ц1 и Ц2.

Многолетний опыт работы на цинке ЦЗ и Ц4 показал, что хорошее покрытие можно получить при наличии в цин­ ке примесей других металлов. Поэтому при работе с цинком ЦО возник вопрос о необходимости вводить в цинк те же элементы и в тех же количествах, в каких они входят в цинк ЦЗ и Ц4 (олово, свинец).

Пищевое олово является дефицитным и дорогим метал­ лом, поэтому оно для легирования цинкового расплава не применяется. Взамен его применяются свинцово-оловян­ ные припои.

Свинец для легирования расплава пригоден любой мар­ ки (ГОСТ 3778—47).

Алюминий применяется наиболее дешевый — марки АЗ

(ГОСТ 3549—55).

Химикаты. Важнейшими из химикатов при производ­ стве оцинкованной посуды являются серная и соляная ки­ слоты, хлористый аммоний и хлористый цинк.

Хлористый цинк и хлористый аммоний должны содер­ жать минимальное количество железа, причем в нашатыре I сорта допускается 0,003% железа, II сорта — 0,01% (ГОСТ 2210—51), в жидком хлористом цинке — не более 0,6% железа. Кроме того, в жидком хлористом цинке не должно быть свободных кислот.

Серная кислота должна применяться только контактного способа производства — купоросное масло (ГОСТ 2184—43) плотностью 1,82 — 1,84 и содержанием моногидрата не ме­ нее 92,5%. Однако большинство заводов работает на серной кислоте контактного производства плотностью 1,65—1,70. Часть заводов Украины использует для травления серную кислоту башенного производства плотностью 1,65—1,70 или отработанную кислоту. Травление в такой кислоте

61