Acoperiri cu zinc cu difuzie termică (TDC)
Această metodă a fost aplicată pentru prima dată în Anglia la începutul secolului al XX-lea și a fost numită „sherardizare” (după numele inventatorului - Sherard ( Sherard Cowper-Coles )).
Acoperirea cu zinc cu difuzie termică este anod pentru metalele feroase și protejează electrochimic oțelul. Are aderență puternică (aderență) la metalul de bază datorită difuziei reciproce a fierului și zincului în fazele intermetalice de suprafață ale Zn-Fe, astfel încât stratul de acoperire este puțin susceptibil la exfoliere sau ciobire la impact, stres mecanic și deformare a procesului. produse.
Avantajul tehnologiei de acoperire cu difuzie termică în comparație cu acoperirile galvanice este nu numai în superioritatea sa în rezistența la coroziune, ci și în faptul că nu provoacă fragilizarea metalului cu hidrogen.
Învelișul de zinc cu difuzie termică urmează întocmai contururile produselor, este uniform în grosime pe toată suprafața (în limita fluctuațiilor de toleranță de 30-80 microni, din cauza lipsei unei tehnologii complete de aplicare în acest moment), inclusiv produse de complex formă și îmbinări filetate.
Esența tehnologiei de acoperire cu zinc prin difuzie termică este că se formează o acoperire anticoroziune ca urmare a saturației cu zinc a suprafeței produselor metalice într-un mediu pulbere la o temperatură de 400–500 ° C, iar alegerea temperaturii depinde privind tipul de produse din oțel, calitatea oțelului și cerințele producătorilor de piese. Această tehnologie face posibilă, teoretic, obținerea oricărei grosimi de acoperire pe produse de dimensiuni mici (până la câțiva dm pătrați) în intervalul de la 5 la 150 de microni prin ajustarea temperaturii și a modificărilor timpului de procesare. Pe produse cu o suprafață complexă (de exemplu, schimbătoare de căldură, produse cu secțiuni filetate, produse cu cavități interioare deschise), produse de suprafață mare (de exemplu, țevi mai lungi de 50 cm), răspândirea în grosimea acoperirii după prelucrare, de obicei ajunge la 60-80 microni în diferite zone. Procesul are loc într-un recipient închis ermetic cu adăugarea unui amestec de pulbere de zinc fin dispersată și un absorbant de umiditate, cum ar fi cărbunele zdrobit (tehnologia Neozinc), la părțile tratate. Pasivarea (finisarea pieselor) are scopul de a preveni formarea de produse de coroziune galbene sau albe pe suprafețele expuse la atmosfere cu umiditate ridicată, apă sărată, atmosfere marine sau cicluri de condensare și uscare.
Protecția metalelor împotriva coroziunii asigură funcționarea pe termen lung a diferitelor părți, structuri și structuri. Aproximativ 10% din producția anuală de oțel și produse din oțel își pierd anual caracteristicile tehnice din cauza coroziunii, care este estimată la zeci de miliarde de dolari. Una dintre cele mai comune modalități de a proteja metalele împotriva coroziunii este acoperirea cu zinc. Alegerea zincului nu este întâmplătoare și se explică prin valoarea negativă mare a potențialului redox al perechii Zn 2+ /Zn. Acest metal protejează metalul de bază (fier) anodic, adică zincul se dizolvă în perechea galvanică Fe-Zn. O alternativă electrochimică la zinc este cadmiul , dar utilizarea sa este interzisă în multe țări din cauza toxicității sale ridicate. În Federația Rusă , placarea cu cadmiu este de utilizare limitată și este posibilă, de regulă, numai cu permisiunea specială. Grosimea stratului protector de zinc este selectată în funcție de scopul produsului și de condițiile de funcționare ale acestuia. O analiză a condițiilor de utilizare a diferitelor produse metalice arată că o acoperire de protecție ( anti-coroziune ) pentru aceste condiții nu trebuie doar să aibă o rezistență crescută la coroziune, ci și să fie rezistentă la uzura abrazivă și să aibă un grad ridicat de aderență la suprafață. a produsului protejat.
Acoperiri galvanice (electrolitice) . Acoperirile de pe suprafața produselor sunt aplicate în soluții de electroliți sub acțiunea unui curent electric. Componentele principale ale acestor electroliți sunt sărurile de zinc. Metoda galvanică de protecție a produselor metalice are o rezistență scăzută la coroziune (aproximativ 140 de ore într-o cameră de ceață de sare neutră ), nu permite acoperirea produselor cu configurație complexă, provoacă fragilizarea hidrogenului la pregătirea suprafeței pentru galvanizare pe produse de înaltă rezistență , nu permite demontarea produselor metalice, are un grad scăzut de aderență cu suprafața. Acest tip de protecție are, mai degrabă, o funcție decorativă.
Acoperiri metalice . Acoperirile sunt aplicate prin pulverizarea zincului topit cu un jet de aer sau gaz fierbinte. În funcție de metoda de pulverizare, se folosește sârmă de zinc (tijă) sau pulbere de zinc. În industrie, se utilizează pulverizarea cu flacără și metalizarea cu arc electric .
Acoperiri bogate în zinc . Aceste acoperiri sunt compoziții formate dintr-un liant și pulbere de zinc. Ca lianți sunt utilizați diferite rășini sintetice (epoxidice, fenolice, poliuretanică și altele asemenea), lacuri, vopsele și polimeri. Ele prezintă mai degrabă proprietățile vopselei decât ale acoperirilor metalice.
Zincare la cald . De regulă, galvanizarea la cald este utilizată pentru a proteja structurile metalice mari de coroziune. Galvanizarea pieselor mici și a pieselor filetate nu asigură calitatea necesară a suprafeței galvanizate. După degresare, spălare, decapare și respalare, piesele din tambur sunt scufundate într-o baie (de obicei ceramică) de zinc topit. Rotirea tamburului asigură un flux de masă de zinc în raport cu piesele pentru a umple toți porii și microfisurile. Tamburul este apoi scos din baie și centrifugat pentru a îndepărta excesul de zinc prin centrifugare . Se formează căderi pe piese, excesul de zinc rămâne pe filetele interne, filetul trebuie prelucrat, îndepărtând astfel stratul protector de zinc, care provoacă în continuare coroziune. Această metodă nu este aplicabilă pieselor mici, cum ar fi elementele de fixare metrice . Nu se aplică pentru piesele din oțel aliat și de înaltă rezistență.
Acoperiri de zinc cu difuzie termică . Acestea permit protecția anticorozivă a pieselor din orice calitate de oțel, inclusiv de înaltă rezistență, și fontă fără a modifica proprietățile metalului de bază, părți de configurație complexă cu orificii, piese asamblate, sudate și filetate. Limitarea dimensiunii pieselor la dimensiunea containerului.
Acoperire cu zinc cu difuzie termică la temperatură joasă. Tehnologia galvanizării cu difuzie termică la temperatură joasă are o serie de avantaje fundamentale față de tehnologiile alternative pentru protejarea produselor metalice de coroziune și uzură, asigurând conformitatea cu standardele tehnologice moderne și cerințele de mediu. Procesul tehnologic de difuzie termică la temperatură joasă asigură o modificare profundă a stratului de suprafață al unui produs metalic, conferindu-i, pe lângă proprietățile anticorozive, noi proprietăți de plasticitate și, în același timp, rezistență la uzura abrazivă, ceea ce face este posibilă creșterea ciclului de viață al produselor metalice din diverse industrii (construcții, petrol și gaze, agricultură, energie și transport) de la două la zece ori. Inovația în tehnologia galvanizării cu difuzie termică la temperatură joasă este aceea că zincul difuzează cu metalul la o temperatură de 100 C sub punctul său de topire, fără a încălca proprietățile speciale ale oțelurilor de înaltă rezistență și a îmbunătăți proprietățile mecanice ale pieselor [1] .
Straturile combinate sunt o combinație de acoperire cu zinc, vopsea sau polimer. În practica mondială, astfel de acoperiri sunt cunoscute ca „sisteme duplex”. Astfel de acoperiri combină efectul de protecție electrochimic al unui strat de zinc cu efectul de protecție de impermeabilizare al unei vopsea sau un strat de polimer. Trebuie remarcat faptul că straturile de zinc galvanizate și metalizate nu conțin compuși (faze) intermetalici și constau din zinc cu compoziția chimică corespunzătoare. Acoperirile cu zinc la cald obținute prin galvanizare la cald (din topitură de zinc) și acoperirile de difuzie aplicate din amestecuri de pulberi pe bază de zinc au un mecanism similar de formare - difuzie. Cu toate acestea, difuzia zincului în metal este diferită: cu utilizarea unei acoperiri cu zinc fierbinte, difuzia este de 0,1÷3%, galvanizarea cu difuzie termică - 50÷70%. În conformitate cu diagrama de fază a sistemului Fe-Zn, structura acestor acoperiri conține o serie de faze similare (compuși intermetalici). Cu toate acestea, structura generală a acestor acoperiri este încă diferită, precum și proprietățile lor.
Procesul de acoperire este un ciclu tehnologic închis, împărțit în mai multe operații:
Etapa 1: curățare mecanică prealabilă cu o mașină de sablare sau de sablare; Etapa a 2-a: încărcarea pieselor curățate în container; adăugarea unui amestec de saturare constând din pulbere fină de zinc și cărbune zdrobit ca absorbant; Etapa a 3-a: purjarea recipientului închis ermetic cu azot pentru a reduce la minimum umiditatea aerului din interiorul recipientului; Etapa a 4-a: efectuarea unui proces de difuzie termică prin încălzirea recipientului la o temperatură predeterminată, care asigură aplicarea unui strat de zinc pe suprafața acoperită a pieselor; Etapa a 4-a: descărcarea pieselor din container cu curățarea lor simultană de resturile de amestec de saturare și pasivare. A 5-a etapă: răcirea produsului finit. Piesele destinate aplicării următoarelor tipuri de acoperiri (vopsele, lipire, plastifiant etc.) sunt de obicei pasivate 1 dată. În toate celelalte cazuri se efectuează două operații de pasivare, cu spălare intermediară a pieselor. Pentru a obține o acoperire anticoroziune de înaltă calitate, toate etapele tehnologice sunt la fel de importante și sunt componente egale ale procesului tehnologic. De menționat că tehnologia de acoperire nu face excepție pentru niciun tip de piese care, prin dimensiunea, greutatea și configurația lor, sunt incluse în containerul tehnologic al echipamentului aflat în funcțiune în prezent. Singurul lucru de luat în considerare este că pentru produsele cu secțiuni filetate, tensiunea și profilul se vor modifica datorită impunerii unui strat suplimentar de metal cu o grosime necontrolată pe profil (vezi mai sus pentru o toleranță de 30-80 microni) . La galvanizarea ambelor părți înșurubate, problema se agravează, este necesară modificarea standardelor pentru cuplurile de înșurubare pentru produsele finite, elaborarea și convenirea completărilor la documentația de reglementare actuală etc. În consecință, este necesar fie să acoperiți firul separat cu grosimea minimă posibilă (ceea ce este imposibil din punct de vedere tehnologic astăzi), fie să abandonați acoperirea firului (ceea ce duce la crearea unui cuplu galvanic și anulează protecția anodică a acoperirii), sau să efectueze modificări în designul produsului chiar în momentul fabricării acestuia.din metale feroase (schimbarea diametrului şi a profilului filetului). Echipamentele concepute pentru prelucrarea pieselor de diferite dimensiuni sunt realizate la comandă. În consecință, în etapa de elaborare a specificațiilor tehnice, se determină dimensiunile de gabarit ale containerului și cuptoarelor, precum și puterea unităților rămase din linie, debitul de împușcare și sablare, instalații de pasivare și uscare. Etapa de pregătire a suprafeței include ultrasunete, sablare sau sablare a pieselor, ceea ce este deosebit de important pentru produsele metalice care au calcar după tratamentul termic în timpul producției.
Prima este capacitatea procesului tehnologic de a obține orice grosime de acoperire la cererea clientului. A doua este lipsa pieselor de lipire. Acesta este unul dintre cele mai negative aspecte ale zincului fierbinte și galvanizării. Al treilea avantaj se referă la forma exterioară și internă a pieselor. Piața rusă a arătat că majoritatea elementelor de fixare și orice alte piese auxiliare erau vopsite, plastifiate sau pur și simplu lăsate neacoperite, deoarece aveau conexiuni filetate, găuri goale și oarbe, conexiuni complexe și suduri. Un plus este și absența oricărui aflux de zinc în locuri de depresiuni sau articulații. Al patrulea avantaj se referă la posibilitatea prelucrării ulterioare a pieselor cu diferite tipuri de vopsele, plastifianți etc. Aproape toate tipurile de vopsele industriale aderă bine la acoperirea cu difuzie termică. Aderența ridicată crește rezistența la coroziune, umflarea și decojirea vopselelor de pe suprafață sunt practic excluse. Durata de viață a pieselor cu strat dublu este crescută, ceea ce duce la economii semnificative în funcționarea acestora. Al cincilea avantaj este respectarea mediului înconjurător al procesului (dacă nu este nevoie să degresați produsul).
Rezultatul final este instabil și incontrolabil. Pentru a obține o acoperire uniformă și continuă de înaltă calitate pe întreaga suprafață a produselor, sunt necesare operațiuni tehnologice, al căror rezultat nu poate fi salvat în ciclul de producție:
În decembrie 2003, Departamentul de Electrificare și Alimentare cu Energie al JSC Căile Ferate Ruse a emis instrucțiuni pentru utilizarea galvanizării prin difuzie termică a pieselor și structurilor rețelei de contact. Această instrucțiune se aplică acoperirilor de protecție cu zinc aplicate prin galvanizare prin difuzie termică pe părți filetate, fitinguri, structuri de rețea de contact și alte produse din oțel carbon și cu conținut scăzut de carbon, inclusiv rezistență sporită, pe fontă și piesele metalice neferoase ale rețelei de contact. , inclusiv accesorii din fontă din porțelan. Din ianuarie 2008, au fost emise GOST-uri pentru elementele de fixare de înaltă rezistență pentru structuri metalice, care indică utilizarea unui strat de difuzie termică pentru a proteja șuruburile, piulițele și șaibele de înaltă rezistență împotriva coroziunii.