Цинкование — покрытие стали цинком (горячее, гальваническое, термодиффузионное), защищающее и барьером, и «жертвенно» — цинк корродирует вместо стали.
Суть
Цинк защищает сталь двумя механизмами сразу. Первый — барьерный: сплошной слой отделяет железо от влаги и кислорода, а на воздухе цинк покрывается плотной плёнкой оксидов и основных карбонатов, которая сама почти не растворяется. Второй — электрохимический: цинк электроотрицательнее железа (стандартные потенциалы −0,76 В против −0,44 В), поэтому в гальванической паре он становится анодом и растворяется первым, а сталь — катод — не корродирует. Отсюда термин «жертвенное», или протекторное, покрытие.
Из-за второго механизма оцинкованная сталь терпит царапины и срезы: обнажённое железо шириной в несколько миллиметров остаётся защищённым, пока рядом есть цинк. Полимерная краска так не работает — под повреждением сразу начинается коррозия, подробнее в статье об электрохимической коррозии.
Виды цинкования
- Горячее (ГОСТ 9.307). Изделие после обезжиривания, травления и флюсования погружают в расплав цинка при 445–460 °C. На границе с железом растут интерметаллидные фазы Fe–Zn (Г, δ, ζ), сверху — слой чистого цинка (η). Покрытие толстое (40–200 мкм) и прочно связано с основой; это основной способ для труб, метизов и металлоконструкций.
- Гальваническое, или электролитическое (ГОСТ 9.301, ГОСТ 9.303). Цинк осаждают из электролита; слой тонкий (обычно 6–24 мкм), ровный и блестящий, обычно с последующим хроматированием. Подходит для крепежа и деталей с резьбой, но защищает недолго и не годится для агрессивной среды.
- Термодиффузионное (ГОСТ Р 9.316). Детали греют в закрытом вращающемся контейнере с цинксодержащим порошком при 290–450 °C — вблизи или ниже температуры плавления цинка; цинк диффундирует в поверхность, образуя твёрдый железо-цинковый слой 6–50 мкм без наплывов и с точным сохранением резьбы.
- Металлизация (газотермическое напыление) и цинконаполненные грунты — способы «холодного» цинкования для крупных сборных конструкций и ремонта; защита слабее из-за пористости слоя.
Толщину покрытия измеряют магнитным толщиномером или металлографически; сплошность — погружением в раствор медного купороса (ГОСТ 9.307). Прочность сцепления при горячем цинковании обеспечена диффузионным слоем, поэтому отслоение возможно только при грубой правке или гибке уже покрытого изделия.
От чего зависит срок службы
Срок защиты почти линейно пропорционален толщине слоя и обратно пропорционален агрессивности атмосферы: в сухом сельском воздухе цинк расходуется на доли микрометра в год, в промышленной или морской среде — в несколько раз быстрее. Влияет и состав стали: при 0,03–0,12 % кремния («зона Санделина») реакция с цинком идёт бурно, покрытие получается толстым, серым и хрупким, поэтому для горячего цинкования предпочтительны стали с содержанием Si вне этого интервала.
Цинк не жаростоек: выше 200 °C слой начинает отслаиваться, а расплавленный цинк при сварке выгорает — сварные швы на оцинкованных изделиях защищают повторно, цинконаполненными составами. Перед цинкованием с поверхности должна быть удалена окалина и ржавчина; поэтому в технологии всегда есть травление.
Ключевые числа
| Температура плавления цинка | 419,5 °C |
|---|---|
| Температура ванны горячего цинкования (ГОСТ 9.307) | 445–460 °C |
| Толщина горячецинкового покрытия (ГОСТ 9.307) | 40–200 мкм |
| Толщина покрытия на трубах ВГП (ГОСТ 3262) | не менее 30 мкм |
| Гальваническое покрытие (ГОСТ 9.301) | обычно 6–24 мкм (Ц6…Ц24) |
| Термодиффузионное покрытие (ГОСТ Р 9.316) | классы 6–50 мкм |
| Стандартные потенциалы Zn / Fe | −0,76 В / −0,44 В |
| Скорость расхода цинка, категория C3 (ISO 9223) | 0,7–2,1 мкм/год |
| Прибавка массы оцинкованных труб (ГОСТ 3262) | +3 % к массе чёрных |
Где встречается в трубах
В трубной номенклатуре цинкование — прежде всего горячее покрытие водогазопроводных труб по ГОСТ 3262 для водопровода, отопления и газоснабжения внутри зданий, а также профильных труб для ограждений и наружных конструкций. Оцинкованные трубы стоят дороже чёрных, но не требуют окраски и служат в атмосфере десятилетиями.
- Каталог оцинкованных труб и труб ВГП; требования к покрытию — в ГОСТ 3262-75.
- Сравнение цинкования с ВУС-изоляцией и лакокрасочными системами — в статье о защите труб от коррозии.
- Как выбрать между чёрной и оцинкованной ВГП-трубой — в обзоре труб ВГП по ГОСТ 3262.
- Альтернатива для агрессивных сред — нержавеющая сталь и полимерные покрытия.
Связанные термины
- Коррозия металлаСамопроизвольное разрушение металла при взаимодействии со средой; для стали — главным образом электрохимическое окисление во влаге.
- Электрохимическая коррозияРазрушение металла как анода гальванической пары в электролите; объясняет ржавление во влажном грунте и опасность контакта разных металлов.
- Полимерные и изоляционные покрытияЗаводская изоляция труб (экструдированный полиэтилен, эпоксидные, ВУС) отсекает металл от среды; основа защиты подземных трубопроводов.