Содержание

Введение 3

1. Основные способы цинкования металлоизделий 4

1.1 Понятие и преимущества коррозионной защиты металлоизделий различными методами цинкования 4

1.2 Инновационный характер выбранного метода цинкования 6

2. Разработка инновационного технологического процесса термодиффузионного цинкования металлоизделий 12

2.1 Разработка технологической схемы 12

2.2 Подбор оборудования 16

Заключение 23

Список использованной литературы 25

Введение

Цинкова́ние — покрытие металла слоем цинка для защиты от коррозии. Подходит для ровных или с небольшим изгибом поверхностей, не подверженным механическим воздействиям.

Метод защиты основан на следующем принципе. Большинство металлов (например, цинк, олово, алюминий) окисляются на воздухе, при этом на поверхности металла образуется плотная защитная плёнка из соединений окисленного металла. Эта плёнка препятствует проникновению кислорода вглубь металла и таким образом останавливает дальнейшее окисление металла. Однако в случае железа процесс происходит иначе. Образующиеся соединения окисленного железа (например, гидроксиды) имеют больший объём по сравнению с первоначальным металлом, в результате образующаяся плёнка гидроксидов сразу же разрушается и получается рыхлой. Такая рыхлая, неплотная и непрочная плёнка свободно пропускает кислород вглубь к неокисленному металлу, и процесс его окисления продолжается. Железо неспособно защитить себя от дальнейшего окисления, так образуется ржавчина.

Если покрыть железо слоем металла, образующего защитную плёнку, например оловом или цинком, то их защитная плёнка не пропустит кислород как к металлу покрытия, так и к железу, находящемуся под покрытием. Следовательно, железо будет защищено от коррозии.

Толщина цинкового слоя зависит от температуры и продолжительности процесса цинкования и колеблется от 6 мкм для гальванического цинкования до 1,5 мм для термодиффизионного метода.

В данной работе в качестве инновационной технологии предлагается метод термодиффузионного цинкования металлоизделий, в том числе и таких длинномерных как сортовой прокат и листовой металл.

1. Основные способы цинкования металлоизделий

1.1 Понятие и преимущества коррозионной защиты металлоизделий различными методами цинкования

Известно, что коррозия металлов наносит огромный материальный ущерб. За последние десятилетия отмечено резкое снижение срока службы различных стальных изделий практически во всех сферах их применения.

Говоря о повышении коррозионной стойкости и эксплуатационной надёжности различных металлоизделий и несущих элементов различных металлоконструкций следует сказать, что используемый для их изготовления материал и защитное покрытие должны не только обеспечивать надёжную и долговременную защиту их от коррозии, но и отвечать оптимальному соотношению «цена/качество», что в конечном итоге будет удовлетворять и изготовителя и потребителя. Анализ показывает, что защитные покрытия, используемые в жёстких коррозионно-эрозионных условиях, должны обладать не только повышенной коррозионной стойкостью, но быть также устойчивым к абразивному износу и иметь высокую степень сцепления с поверхностью защищаемого изделия [1].

Среди многочисленных защитных покрытий (металлических и неметаллических) цинковые покрытия являются одними из наиболее эффективных и распространенных. Цинк обеспечивает экономичный и экологичный способ защиты стали от коррозии. По объёму и номенклатуре защищаемых от коррозии изделий цинковым покрытиям нет равных среди других металлических покрытий. Это обусловливается многообразием технологических процессов цинкования, их относительной простотой, возможностью широкой механизации и автоматизации, высокими технико-экономическими показателями.

Исходя из механизма образования и физико-химических характеристик в настоящее время можно выделить шесть видов цинковых покрытий:

1) Гальванические - электролитические (покрытия, полученные в растворах электролитов из солей цинка под действием электрического тока), 

2) Металлизационные (покрытия, полученные путём распыления расплавленного цинка струёй воздуха или горячего газа), 

3) Горячецинковые (покрытия, полученные погружением в расплавленный цинк), 

4) Диффузионные (покрытия, полученные путём химико-термической обработки в смесях на основе порошка цинка), 

5) Цинкнаполненные (композиции, состоящие из связующего различные синтетические смолы и цинкового порошка), 

6) Комбинированные (комбинация цинкового покрытия любого вида и лакокрасочного или полимерного покрытия) [7]. 

Анализ и сопоставление свойств различных цинковых покрытий, технологических особенностей процессов их нанесения с учётом экономических показателей, показывает, что для цинкования изделий сложной формы наиболее часто используют процессы горячего (в расплаве цинка) или диффузионного (в порошковых смесях) цинкования. Горячецинковые покрытия, получаемые методом цинкования в расплаве цинка и диффузионные покрытия, наносимые из порошковых смесей на основе цинка, имеют аналогичный механизм образования - диффузионный. Поэтому, в плане классификации эти цинковые покрытия можно отнести к одному виду (классу) покрытий. Это подтверждается и их строением. В соответствии с диаграммой состояния системы «железо - цинк» в структуре этих покрытий присутствует ряд аналогичных фаз (интерметаллических соединений). Однако, общее строение этих покрытий всё-таки различно и их свойства, в том числе и коррозионная стойкость, во многом различаются.

Диффузионное цинкование – это один из наиболее перспективных способов нанесения защитных покрытий на стальные, чугунные или медные изделия. Эти покрытия имеют свойства не достижимые другими видами цинкования и поэтому являются особенно предпочтительными в ряде областей эксплуатации. В таблице 1 приведены сравнительные характеристики основных методов цинкования.

Таблица 1 - Сравнительные характеристики цинковых покрытий

Показатели	Диффузионное	Горячее	Гальваническое
Внешний вид покрытия	серое-матовое	светло-серый глянец
Состав покрытия	железо-цинковый сплав	практически чистый цинк
Толщина покрытия	5-150мкм	45-160мкм	5-20мкм
Коррозионная стойкость покрытия	высокая (возможно применение в агрессивных, промышленных атмосферах)	средняя	низкая
Равномерность	точное воспроизводство формы изделия (не требуется прорезать резьбу)	требуется дополнительная механическая обработка (прорезка резьбы)	неравномерность толщины, обусловленная конфигурацией поверхности
Влияние на механические свойтсва изделий	возможно цинковать термообработанные, в т.ч. пружинные стали без потери прочности и упругости	происходит отпуск и водородное охрупчивание
Твердость покрытия	высокая (отсутствие абразивного износа, деформации, гайки не ослабевают в процессе эксплуатации)	низкая (высокий коэффициент скольжения)
Требования к подготовке поверхности	не предъявляются или дробеструйная или пескоструйная обработка или галтовка	высокие: обезжиривание, травление, промывка, флюсование и др.
Адгезия к основному металлу	высокая, отсутствие трещин и отслоений	растрескивание, отслаивание
Нарушение покрытия при сварке	высокая жаростойкость, покрытие в стык к сварному шву	выгорает на 20-25мм
Возможность нанесения лакокрасочных покрытий	высокая адгезия, возможность нанесения без грунтовки	необходимо применение травящих грунтовок
Влажность процесса	процесс сухой (возможно цинкование сварных соединений, деталей в сборе)	цинкование в расплаве (невозможно цинковать сложные узлы, детали в сборе)	цинкование в электролите (невозможно цинковать сложные узлы, детали в сборе)
Выбросы, отходы	пракически отсутствуют, экологически безвредно	вредные выбросы в атмосферу, необходимость очистных сооружений	необходимость очистных сооружений и утилизации сточных вод