Термодиффузионное цинкование крепежных изделий - метод, толщина покрытия, особенности

Область применения

Термодиффузионный метод покрытия применяется для обработки поверхности металлоизделий (металлопрофиля, крепежа, метизов, хомутов и других), изготовленных из:

• стали (включая марки с повышенной прочностью);
• чугуна;
• сплавов меди.

Покрытие не предназначено для изделий, эксплуатируемых при высокой температуре. ГОСТ указывает 370 ֯ C в качестве предельно допустимой величины. Если оцинкованные детали нагреваются сами или соприкасаются в процессе работы с другими нагретыми до такого уровня (или выше) поверхностями, то стандарт рекомендует применять другие способы обработки металлоизделий для защиты от коррозии и старения.

Преимущества метода термодиффузии

Метод электрохимического цинкования ТД считается одним из лучших, поскольку в результате хорошо контролируемого процесса равномерного диффузионного взаимодействия между молекулами металлической основы и наносимого цинкового состава получается покрытие:

• превосходящее по коррозионной стойкости цинкование, выполненное другими способами (холодное, горячее цинкование);
• точно повторяющее контуры даже самых сложных изделий, включая резьбу на хомутах, метизах, других видах крепления;
• однородное по толщине в любой точке поверхности;
• не вызывающее необратимой остаточной хрупкости.

Антикоррозионное защитное цинковое покрытие, нанесенное методом ТД, не отслаивается и не скалывается при механических нагрузках, ударах и деформациях.

Ключевые отличия термодиффузии от горячего и холодного метода цинкования

Существуют и другие способы нанесения цинкового слоя на поверхность изделий, например:

• горячее цинкование, когда обезжиренные тщательно промытые изделия помещают в нагретые ванны с расплавом цинка: после охлаждения на поверхности образуется тонкий защитный цинковый слой;
• холодное цинкование, предполагающее напыление цинка на поверхность с применением приемов, используемых для нанесения обычных лакокрасочных покрытий.

Как происходит цинкование методом термодиффузии

Подготовка

Стандарт требует перед началом процесса оцинковки подготовить изделия, в частности выполнить следующие операции:

• расконсервировать (при необходимости);
• очистить поверхность от смазки, эмульсий;
• снять окалину, зачистить заусенцы;
• избавиться от флюса, шлака;
• проверить обрабатываемую поверхность на отсутствие следов коррозии;
• удалить пыль, грязь, влагу, конденсат;
• провести контроль качества подготовленной поверхности (использовать порядок, указанный в приложении А).

Подготовка стальных и чугунных изделий должна быть завершена не позднее, чем за сутки до начала процесса нанесения защитного покрытия. Для медных деталей время разрыва между технологическими операциями подготовки и цинкования устанавливается в КТД

Нанесение цинкового покрытия

Процесс термодифузии требует соблюдения определенных внешних условий:

• отсутствие пыли, агрессивных газов (а также возможности их проникновения) в помещении участка, где производится нанесение покрытия;
• соблюдение температурного режима (не ниже + 15 ֯ C); 
• относительная влажность воздуха до 70 %, препятствующая образованию конденсата.

Основной процесс по нанесению цинкового покрытия на поверхность металлоизделий начинается с помещения их в специальный контейнер, в котором находится насыщающая цинкосодержащая смесь (ее количество определяется в зависимости от толщины поучаемого слоя, площади обрабатываемой поверхности и некоторых других факторов). После этого контейнер герметически закрывают.

Следующий этап – помещение закрытого наглухо контейнера в специальную печь. В течение 2 – 3 часов его вращают внутри печи вокруг своей оси с небольшой скоростью, поддерживая температурный режим в пределах 290 ֯ C - 390 ֯ C. При таких условиях происходит термодиффузионная обработка находящихся внутри контейнера металлических изделий.

По окончании обработки контейнер извлекается из печи. Но его не открывают сразу, а дожидаются, пока он охладится до температуры 60 ֯ C. После этого обработанные изделия необходимо вынуть и очистить поверхность от остатков порошкообразной цинковой смеси.

Фосфатирование

Обязательная технологическая операция после ТД, порядок и особенности которой регулируются ГОСТ 9.305 и ГОСТ 9.402.

Дополнительная обработка

В качестве дополнительной противокоррозионной защиты в соответствии с требованиями КТД на изделия проводятся технологические операции с использованием:

• масел, смазки, восковых составов;
• лакокрасочных покрытий;
• кремнийсодержащих составов.

Класс и толщина покрытия, получаемого в результате термодиффузии

Толщиной считают расстояние между металлической поверхностью обрабатываемого изделия и внешним слоем нанесенного методом ТД цинкового покрытия. Толщина измеряется в мкм. Ее можно определить двумя способами:

• для получения расстояния от поверхности защитного слоя до нижней границы, где присутствует цинк, используют металлографический и магнитный методы;
• если нужно узнать толщину железоцинкового слоя, применяют рентгенофлюоресцентный метод.

Для сопоставления данных указанных измерений ГОСТ предлагает использовать таблицу В.1, где толщина покрытия привязана к его классу и методу, с помощью которого она измеряется.

При использовании магнитного метода толщина варьируется от 6 мкм для 1-го класса до 50 мкм 5-го класса. А при рентгенофлюоресцентном измерении получаемый результат должен составлять от 1,5 мкм для 1-го класса до 25 мкм для 5-го.

Контроль качества покрытия

ГОСТ требует, чтобы после процесса термодиффузии качество изделий контролировалось по следующим параметрам:

• водородная хрупкость (другое название – остаточная хрупкость) в соответствии с рекомендуемой в приложении Б методикой после выполнения операции фосфатирования;
• прочность сцепления покрытия из цинка с основным металлом;
• устойчивость к коррозии, приобретенная обработанными поверхностями после нанесения защитного покрытия.

ГОСТ допускает проведение контрольных операций в другом объеме или по другим методикам, согласованным с заказчиком.

Если есть возможность проконтролировать результаты цинкования неразрушающими методами, то проверяют всю партию обработанных изделий. Для разрушающих испытаний отбирают не менее 4 образцов из каждой партии. При этом максимально возможное количество единиц, изымаемых для контроля, может достигать 10 % количества изделий в партии. 

Не вся продукция может быть подвергнута таким испытаниям. Причины – высокая стоимость, крупные размеры или сложная форма. 

Для решения указанной проблемы используют «образцы-свидетели». Небольшие пластины изготавливают из того же металла, с одинаковыми параметрами поверхности, подвергают процессу ТД в контейнере одновременно с партией изделий. То есть, образец-свидетель полностью идентичен основной продукции и подвергается тем же процессам. 

Если хотя бы один образец не соответствует необходимым параметрам, и проблема не может быть устранена, то партию могут признать браком.

После проведения контрольных процедур годные оцинкованные изделия подлежат упаковке и хранению в соответствии с КТД.

Нормативные ссылки

Требования стандарта тесно взаимосвязаны с множеством других нормативных документов.

Когда в обработку попадают изделия с резьбой (метизы, хомуты и другие), то следует обеспечить соблюдение размерных параметров отклонений по внутреннему и наружному резьбовому диаметру и поля допусков в соответствии с ГОСТ 16093.

Нанесение на поверхность покрытий должно выполняться с учетом общих требований безопасности ССБТ по ГОСТ 12.3.008.

Требования к составу и параметрам насыщающей цинковой смеси следует искать в ГОСТ 12601.

Дополнительная обработка временными противокоррозионными материалами (смазкой, маслом, составами с воском) требует соблюдения положений ГОСТ 9.014. Если изделие покрывают лакокрасочным слоем, то необходимо учитывать требования ГОСТ 9.015, ГОСТ 9.401.

Подготовку обрабатываемых цинкованием поверхностей до 2-й степени очистки выполняют согласно ГОСТ 9.402.

Основной металл, из которого изготовлен металлопрофиль, хомуты, метизы и прочий крепеж, подлежит контролю качества, требования к которому изложены в разделе 3 ГОСТ 9.301-86. Контрольные операции по определению качества защитных свойств нанесенного цинкового покрытия, выполняемые с применением специального испытательного раствора, производятся согласно таблице 1 того же ГОСТа.

Для определения параметров прочности сцепления защитного цинкового покрытия используют нормы, заложенные в разделе 5 ГОСТ 9.302-88 либо в ГОСТ 9.307 – в зависимости от типа продукции.

ГОСТ ссылается еще более чем на 20 нормативных документов.

Общие положения ГОСТ Р 9.316-2006

Требует допускать к цинкованию только изделия, изготовленные в соответствии с требованиями действующих стандартов, ТУ, конструкторско-технической документации (КТД).

Сцепление (адгезия) защитного цинкового слоя с основным металлом происходит электрохимическим способом. В результате в поверхностных слоях происходят взаимные диффузионные процессы, приводящие к образованию железоцинковой фазы с пропорцией содержания железа и цинка 10 % и 90 % соответственно.

Получение качественного покрытия методом ТД требует учета следующих факторов:

• показатели механической прочности основного металла;
• остаточные напряжения в металле, требования к способам их снятия;
• характер условий эксплуатации, определяющий толщину покрытия из цинка, необходимость дополнительной обработки поверхности изделий;
• наличие дефектов на поверхности.

ГОСТ запрещает приступать к цинкованию изделий, имеющих на поверхности перечисленные дефекты:

• коррозионные проявления;
• не удаленные предварительно заусенцы и окалина;
• включения шлака, флюса и подобные им;
• наличие остатков смазки, пыли, пятен эмульсии и других веществ;
• наличие припоя или смолы в составе изделия.

Все механические и термические технологические процессы должны быть завершены до того, как изделие передают на термодиффузионную обработку цинком.