Цинкование по методу Сендзимира

О методе

Процесс позволяет сформировать на поверхности металла и однородный цинковый слой, обеспечивающий барьерную и электрохимическую защиту от коррозии. При нанесении покрытия формируется гальваническая пара цинка и железа, причем заряд цинка исключает возможность протекания химических реакций с железом.

Метод получил широкое применение в промышленности благодаря своей экономической эффективности и технологичности. Сегодня около 85% стали обрабатывается именно методом Сендзимира.

История

Метод цинкования изобрел польский инженер-промышленник Тадеуш Сендзимир, который получил более 120 патентов на свои изобретения в области металлургии и горного дела и построил первый в мире завод по оцинковке. Тадеуш Сендзимир родился 15 июля 1894 года во Львове и умер 1 сентября 1989 года в Юпитере, Флорида, США.

Сендзимир искал новые способы оцинковки стали, которые повысили бы ее прочность и устойчивость к коррозии. Во время экспериментов он заметил, что цинк вступает в реакцию не с металлом, а с тонким слоем оксида железа, который покрывает окислившийся лист.

Окунание в горячий цинк металла без оксидного слоя позволило получить тонкое и прочное защитное покрытие. Поначалу новый способ улучшения свойств металла был встречен промышленниками довольно скептически, однако со временем его оценили по достоинству.

В честь изобретателя один из крупнейших металлургических заводов в Кракове носит имя Тадеуша Сендзимира.

Этапы процесса

Цинкование по методу Сендзимира представляет собой сложный многоэтапный технологический процесс:

Этап 1. Подготовительная обработка

Перед оцинковкой металлические изделия проходят обработку реагентами для получения абсолютно чистой поверхности материала. Происходит очищение и обезжиривание от остатков масел и окислов.

Поверхность металла обезжиривается в химических ваннах при помощи раствора реагентов. Степень очистки поверхности от окалины и продуктов коррозии должна соответствовать 1-му классу.

Этап 2. Термическая обработка

Изделия просушиваются в печи, температура которой достигает 650°С. Затем выдерживают в среде восстановителей (водорода и азота), что обеспечивает однородность защитного слоя и усиливает антикоррозионные свойства.

Этап 3. Цинкование

Изделия поступают в ванны, наполненные расплавленным цинком при температуре около 460°С. Металлопрокат частично охлаждается, что способствует соединению цинкового слоя со сталью. Благодаря предварительной подготовке железо соединяется со слоем цинка на молекулярном уровне, что обеспечивает более высокую прочность защитного покрытия.

Этап 4. Финишная обработка

После выхода из цинковой ванны изделия проходят через специальные газовые ножи, где воздух, подаваемый под высоким давлением, убирает излишки цинка. Потоки сжатого воздуха удаляют лишний цинк и регулируют толщину защитного слоя.

По итогу на выходе получаются металлические изделия с равномерным и плотным слоем цинка.

Преимущества метода

Метод Сендзимира обладает рядом значительных преимуществ:

Экономическая эффективность. Горячее цинкование Сендзимира является недорогим способом антикоррозионной защиты металла, оправданным с экономической точки зрения. Стальные полосы и листы изготовляются в условиях массового производства.

Самовосстанавливающиеся свойства. Даже при резке и сверлении изделия не подвергаются дальнейшей коррозии, поскольку на месте повреждения защитного слоя под воздействием кислорода и влаги формируется гидроксид цинка, также обладающий защитными свойствами.

Качество покрытия. Сталь, оцинкованная по методу Сендзимира, получает однородный плотный защитный барьер. Цинковый слой оказывается связан со сталью на молекулярном уровне.

Универсальность обработки. После обработки сталь можно использовать для изготовления деталей посредством штамповки, резки и сверления без нарушения защитного цинкового покрытия.

Двойная защита. Оцинковка создает качественный электрохимический барьер от проникновения в металл коррозии, обеспечивая барьерную и электрохимическую защиту.

Возможные дефекты при оцинковке по Сендзимиру

При цинковании методом Сендзимира могут возникать характерные дефекты покрытия:

Непроцинковка. Участки металла без слоя цинка. Возникновение связано с недостаточной очисткой поверхности от загрязнений, таких как окалина, остатки шлака, металлические включения, а также с некачественным обезжириванием поверхности. 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.

Серое покрытие. Дефект, который может быть распределен по всей поверхности оцинкованного металла или присутствовать на ограниченных участках. Покрытие состоит из железоцинкового сплава с цинком в η-фазе в наружном слое. Появляется вследствие нарушения режима при охлаждении обработанного проката.

"Белая ржавчина". Присутствие крупных белых или светло-серых пятен на поверхности оцинкованного металла. В их состав входят продукты коррозии: углекислый цинк, оксиды или гидроксиды цинка. Дефекты возникают на металле, который хранят в плохо вентилируемых влажных помещениях.

Отслоение цинкового слоя. Дефекты делятся на два вида: шелушение верхней части цинкового покрытия или отделение защитного слоя, включая пограничный железоцинковый сплав. Причинами могут служить механические повреждения, нарушение температурного режима при обработке или перегрев изделий в ходе эксплуатации.

Недостатки метода

Тонкий защитный слой. Слой цинка, нанесенный методом Сендзимира, тоньше, чем у горячеоцинкованных листов, поэтому его коррозионная стойкость ниже. Защитное покрытие толщиной не более 20 мкм может быстро разрушиться под воздействием атмосферных осадков или даже от слишком высокой влажности.

Ограниченная область применения. Рекомендуется для умеренных условий и закрытых помещений, класс стойкости С1-С2. Эксплуатировать оцинкованные изделия следует в сухих помещениях. Не рекомендуется эксплуатация на открытом воздухе.

Возможные дефекты при обработке. При изготовлении изделий, изгибе материала, его обработке возможно образование микротрещин, выпуклых дефектов, непроцинковки, отслоения цинкового слоя, что вызывает ухудшение защитных свойств.

Контроль условий эксплуатации. При эксплуатации изделий, оцинкованных по технологии польского инженера, в помещениях следует регулярно контролировать уровень влажности.

Отличие от других методов

Основные отличия метода Сендзимира от альтернативных технологий цинкования:

• От классического горячего цинкования: При классическом горячем цинковании  готовое металлоизделие погружают в ванну с расплавленным цинком при температуре около 450°С, затем центрифугированием удаляют излишки. Толщина цинкового слоя составляет 30-100 мкм, обычно 45-60 мкм.
• От гальванического цинкования: Электрохимическое цинкование происходит в ванне с электролитом методом электролиза. Гальваническое цинкование создает олее тонкий слой в 5-20 микрон, который отличается высокой равномерностью и декоративным внешним видом.
• От термодиффузионного цинкования: Термодиффузионное цинкование сравнимо с горячим по степени коррозионной стойкости, но более трудозатратно. При этом методе создается промежуточный интерметаллидный слой Fe-Zn, обеспечивающий лучшее сцепление с поверхностью.
• От цинк-ламельного покрытия: Для цинк-ламельного покрытия характерна высокая коррозионная стойкость, составляющая более 2000 часов в камере соляного тумана. Стойкость при горячем цинковании при нахождении в соляном тумане не превышает 850 часов.
• Ключевое преимущество метода Сендзимира – непрерывность процесса и экономичность.

Нормативная документация - ГОСТы и СНиПы для метода Сендзимира

Цинкование по методу Сендзимира регулируется комплексом нормативных документов:

• ГОСТ 14918-80 – основной стандарт, регулирующий листовую и рулонную холоднокатаную сталь, оцинкованную горячим способом в агрегатах непрерывного цинкования.
  Стандарт устанавливает требования: толщина 10-20 мкм, плотность 275 г/м², оттенок от матового серого до ярко-серебристого, класс коррозионной устойчивости С1-С2.
• Материалы для цинкования: цинк марок Ц0 и Ц1 по ГОСТ 3640-94 с добавлением алюминия, свинца и других металлов.
• ГОСТ 9.307-89 (ГОСТ 9.307-2021) – стандарт горячего цинкования, содержащий общие принципы контроля качества покрытий.