Регенерация электролитов цинкования в гальваническом цеху

Электролиты цинкования. Классификация и виды

Электролиты цинкования по характеру среды делятся на

· кислые (хлоридные, сульфатные,кремнефтористоводородные , борфтористоводородные

· слабокислые электролиты (сульфатно — аммонийные, хлоридно -аммонийные, хлоридные безаммонийные),

· слабощелочные или нейтральные (аммиакатные, пирофосфатные, аминокомплексные),

· щелочные электролиты (цианидные, цинкатные).

Электролиты для цинкования по составу могут быть

· простыми (к ним относятся кислые и слабокислые электролиты),

· комплексными.

В простых электролитах цинкования металл находится в виде катионов(Zn^(2+)*mH_2 O) . Механизм разряда цинка на катоде основывается на реакции присоединения к каждому иону цинка двух электронов: Zn^(2+)*mH_2 O+2¯e=Zn+mH_2 O. Двухвалентные ионы цинка разряжаются при низкой катодной поляризации (20-40 мВ). Выход по току в простых электролитах достигает 98%. Рассеивающая способность простых электролитов низкая. Структура осажденного слоя имеет неравномерное, крупнокристаллическое строение.

Комплексные электролиты цинкования характеризуются наличием в составе рабочего раствора комплексных анионов цинка: [〖Zn(CN)〗_4 ]^(2-) , [〖Zn(OH)〗_4 ]^(2-), [〖Zn(CN)〗_4 ]^(2-). Механизм разряда ионов цинка может протекать двумя способами:

1. [Zn〖(CN)〗_4 ]^(2- )= Zn^(2+)+ 4CN^-; Zn^(2+)+2¯e=Zn.
2. [Zn〖(CN)〗_4 ]^(2-)+2¯e=Zn+4CN^-.

Осаждение цинка на катоде (разряд) происходит при высокой катодной поляризации. Выход по току в различных по химическому составу комплексных электролитах значительно уменьшается, по сравнению с простыми. Рассевающая способность увеличивается. Микроструктура цинкового покрытия имеет мелкозернистое строение.

Особенности анодного процесса в различных электролитах цинкования

Ещё про цинкование >>

скрыть

• Предприятия, предлагающие цинкование
• Книга «Цинкование. Техника и технология»
• Цинкование загрязнённых резьбовых изделий
• Особенности анодного процесса в различных электролитах цинкования
• Поведение анодов в различных электролитах цинкования
• Методика определения выхода по току (ВТ) цинка

Для технологов

Для получения качественных цинковых покрытий необходимо соблюдение всех рекомендаций, указанных в технологических инструкциях и регламентах предприятия — от входного контроля деталей, поступающих на гальваническую обработку, до складирования готовой продукции. Естественно, что несоблюдение требований к проведению анодного процесса, который является неотъемлемой частью всей технологии, может оказать решающее влияние на качество получаемых покрытий. Как и в других гальванических технологиях, анодные процессы при цинковании деталей из различных типов электролитов имеют свои особенности, которые следует учитывать при проектировании основного технологического и вспомогательного оборудования, а также при эксплуатации электролитов.

Рассмотрим некоторые особенности анодных процессов трех наиболее распространенных в промышленности типов электролитов цинкования — цианидного, щелочного цинкатного и слабокислого, типичные составы которых приведены в табл.1. В общем случае основные требования к работе растворимых анодов, можно сформулировать следующим образом. Аноды должны:

• работать в устойчивом растворимом состоянии, без образования на поверхности солевых и других пассивирующих пленок;
• обеспечивать в период эксплуатации и простоя электролита концентрацию в нем ионов металла в оптимальном интервале;
• равномерно растворяться по поверхности, сводя к минимуму выкрашивание (шламования) металла;
• за счет геометрических размеров, конфигурации и расположения относительно покрываемых деталей способствовать наиболее равномерному по толщине распределению осаждаемого металла на поверхности деталей.

Для поддержания постоянной концентрации ионов цинка в электролите необходимо, чтобы скорость поступления в электролит ионов металла за счет растворения анодов компенсировала скорость его расхода на осаждение покрытия и на унос электролита с деталями и на технологической оснастке (подвесках, барабанах, колоколах).
Табл.1. Составы некоторых типичных электролитов цинкования

Составы электролитов приведены без специальных блескообразующих и других добавок.

Особенность эксплуатации цинковых анодов связана с низкой термодинамической устойчивостью металлического цинка в коррозионно-активных средах, к которым относятся все электролиты цинкования. Вследствие этого цинк растворяется (корродирует) при погружении в электролит даже в отсутствие анодного тока. Поскольку этот процесс протекает самопроизвольно, уменьшить его скорость в условиях действующего производства практически невозможно. Скорость саморастворения

цинка не зависит от величины анодной плотности тока, но зависит от рН, температуры электролита, а также от природы и концентрации веществ, входящих в состав раствора. Это свойство металлического цинка приводит к постепенному накоплению ионов цинка в растворе, что является нежелательным.

Скорость электрохимического (под воздействием тока) растворения зависит от анодной плотности тока, рН, температуры и состава электролита. Очевидно, что чем ближе величины катодного (ВТк) и анодного (ВТа) выходов по току, тем легче будет обеспечивать поддержание необходимой концентрации ионов цинка в электролите.

Наиболее простыми, с этой точки зрения, в эксплуатации являются слабокислые электролиты цинкования на основе хлористых солей калия или аммония, в которых применяются только растворимые цинковые аноды. В этих электролитах ВТа практически равен 100%, в то время как ВТк составляет 92-95%. Баланс по концентрации ионов металла достигается за счет уноса электролита и последующего добав-ления в электролит воды. На производстве не представляет больших трудностей определение необходимого соотношения катодной и анодной поверхностей для стабильной работы электролита. В этом случае электролиты в процессе эксплуатации в основном не корректируют солями цинка. Величина рН электролитов близка к нейтральной (4,5-6,0) и, несмотря на высокую концентрацию коррозионно-активных ионов хлора, скорость саморастворения цинковых анодов весьма низка.

В щелочных цианидных электролитах ВТа близок к 100%. При этом ВТк в рабочем интервале плотностей тока составляет 60-80%. В этих электролитах также происходит саморастворение цинковых анодов, хотя и не с такой высокой скоростью, которая должна была бы соответствовать высокой щелочности (рН> 13) раствора. Во многих случаях поддержание оптимальной концентрации цинка достигается за счет уноса электролита с деталями (при большой производственной программе). Тем не менее, при эксплуатации цианидных электролитов следует тщательно контролировать концентрацию ионов цинка и вынимать аноды во время простоя ванны. Прежде всего, это относится к электролитам с низкой концентрацией ионов цинка.

Наиболее заметная разница в скоростях расхода и поступления ионов цинка наблюдается в бесцианидных щелочных цинкатных электролитах. Если цинковые аноды работают в устойчивом растворимом состоянии, то ВТа практически равен 100%. Кроме того, в растворах, содержащих высокую концентрацию свободной щелочи, происходит интенсивное саморастворение цинка (анодов). Учитывая, что ВТк, как правило, составляет 50-70%, очевидно, что удержать концентрацию ионов цинка в сравнительно узком диапазоне (например, 6-10 г/л) без применения специальных технических решений, очень трудно. Поэтому, в процессе эксплуатации цинкатных электролитов в них постоянно повышается концентрация цинка. Следует отметить, что иногда в автоматических линиях с высокой производительностью при обработке сложнопрофилированных деталей на подвесках или мелких деталей насыпью в барабанах, достигается стабилизация содержания цинка за счет большого уноса раствора и последующего добавления в ванну воды.

Перечисленные выше особенности анодного поведения цинковых анодов в различных электролитах цинкования определяют специфику организации и контроля анодного процесса, а также вероятные проблемы, возникающие при эксплуатации.

Одной из наиболее часто встречающихся проблем при работе с растворимыми анодами является солевая пассивация их поверхности. При растворении анода концентрация ионов металла в слое электролита непосредственно у поверхности анода, практически всегда выше, чем в объеме электролита. Образующиеся ионы цинка (в общем случае Zn→Zn2+ + 2e-

) должны отводиться (диффундировать) от поверхности электрода вглубь раствора. Если по какой-либо причине, в процессе электролиза реализуется завышенная анодная плотность тока, скорость образования ионов цинка может быть значительно выше скорости их диффузии от анода вглубь раствора. В том случае в прианодном слое раствора происходит повышение концентрации ионов металла и через некоторое время достигается предельная растворимость солей цинка. Некоторая часть образующихся мелкодисперсных твердые частиц соединений (солей) цинка адсорбируется на поверхности анода. В результате через некоторое время на поверхности анода образуется плотная солевая пленка, которая затрудняет ионизацию цинка, т.е. активная в начале электролиза поверхность цинкового анода переходит в пассивное (нерастворимое) состояние.

Для слабокислых электролитов такое явление встречается сравнительно редко. Это связано с тем, что растворимость хлористых или сернокислых солей цинка очень высока. Кроме того, в этих электролитах цинк, как правило, находится в виде простых (гидратированных) ионов, подвижность которых, а, следовательно, и скорость диффузии (отвода) от поверхности анода высока.

В щелочных цианидных и цинкатных электролитах возможность образования солевых пассивных пленок значительно выше. Во-первых, это связано с тем, что образующиеся ионы цинка сначала образуют растворимый устойчивый комплекс, например Zn(CN)42- или Zn(OH)42- и только затем, отводятся в глубь раствора. Во-вторых, растворимость комплексных солей цинка типа Na2[Zn(CN)4] или Na2[Zn(OH)4] значительно ниже, чем простых солей. Кроме того, подвижность больших по размеру комплексных анионов также мала. Все это и обусловливает высокую вероятность образования нерастворимых солевых пленок на поверхности цинковых анодов в этих электролитах.

Растворимость комплексных солей металла зависит не только от концентраций иона металла и комплексообразующего реагента (лиганда), но и от соотношения их концентраций в растворе. Другими словами, комплексные соли могут существовать в растворимом состоянии только при наличии определенного избытка комплексообразующего реагента.

В цианидных электролитах нормальная работа цинковых анодов зависит от концентрации OH- и в несколько меньшей степени от концентрации CN-. Поэтому, при недостаточной концентрации этих комплексообразующих компонентов на поверхности цинкового анода быстро образуется плотная солевая пленка, состоящая, в основном, из нерастворимых гидроксидных соединений цинка.

В щелочных цинкатных электролитах для нормального протекания как катодного, так и анодного процессов, соотношение концентрации ZnO/NaOH рекомендуется поддерживать в интервале от 1:8 до 1:12 (оптимально 1:10). При недостаточной концентрации щелочи часть образующихся ионов цинка в прианодном слое электролита образует нерастворимые формы гидроксидных соединений, которые образуют на поверхности анода плотную пассивную пленку.

Таким образом, в комплексных щелочных электролитах цинкования необходимо тщательно поддерживать не только определенную концентрацию каждого компонента, но и их соотношение в растворе. Например, если концентрация NaOH в цинкатном электролите находится в оптимальном интервале, а концентрация ионов цинка в процессе эксплуатации возросла, то изменилось соотношение их концентраций. В результате в прианодном слое электролита начинает не хватать ионов ОН- для растворения образующегося цинкатного комплекса, и поверхность анода постепенно покрывается пассивной пленкой.

Причиной образования солевых пассивационных пленок на цинковых анодах может также являться слишком высокая анодная плотность тока. В этом случае скорость образования ионов цинка может быть настолько высока, что, несмотря на оптимальные концентрации комплексообразующих веществ и металла в объеме щелочных электролитах или высокую растворимость солей в слабокислых электролитах, в прианодном слое электролита будут образовываться нерастворимые соединения, пассивирующие поверхность анода.

Другой причиной солевой пассивации цинковых анодов является накопление карбонатов в щелочных электролитах, поступающих из воздуха. При концентрации карбонатов 60-80 г/л (которые, кстати, при такой концентрации ухудшают качество цинковых покрытий) возможна кристаллизация карбонатных соединений натрия и цинка различного состава на поверхности анода.

Необходимо отметить, что солевая пассивация даже небольшой части поверхности анодов весьма опасна для нормального проведения технологического процесса и получения качественных цинковых покрытий. В этом случае происходит уменьшение активной поверхности (на которой происходит нормальное растворение металла). Поскольку сила тока на ванне в процессе эксплуатации не изменяется, уменьшение активно растворяющейся поверхности анода приводит к увеличению анодной плотности тока. Скорость растворения металла начинает превышать скорость отвода ионов вглубь раствора, и создаются дополнительные условия для образования нерастворимых соединений металла и пассивации поверхности.

Пассивация растворимых анодов приводит не только к уменьшению скорости поступления ионов цинка в электролит и нарушению его оптимальной концентрации. Поскольку солевая пленка не является проводником, на ваннах (особенно барабанного и колокольного типов), начинает возрастать напряжение. При этом из-за высокого сопротивления часть электроэнергии расходуется на образование тепловой энергии и электролиты начинают разогреваться. Повышение температуры большинства электролитов цинкования более 30-35 °С приводит к ухудшению качества (блеска) покрытий и снижению рассеивающей способность электролитов по металлу.

Другой проблемой является то, что образующиеся мелкодисперсные нерастворимые соединения не только адсорбируются на поверхности анода, но и находясь в объеме электролита, могут включаться в состав цинкового покрытия на деталях. Мелкодисперсные частицы очень долго не осаждаются на дно. При этом ухудшаются не только декоративные, но и основные функциональные свойства цинковых покрытий — защита стали от коррозии. В частности на поверхности неметаллических включений не образуется пассивная пленка в хроматных или фосфатных растворах, увеличивается ее пористость, снижается коррозионная стойкость и защитный эффект.

Завышенная анодная плотность тока приводит не только к солевой пассивации анодов. Известно, что анодное растворение металлов происходит неравномерно по поверхности. Наиболее интенсивно растворение происходит по границам зерен металла. На равномерность растворения оказывают влияние также химический состав анодов (примеси других металлов) и микрогеометрия (шероховатость) поверхности анода и другие факторы. Неравномерная скорость растворения приводит к тому, что отдельные небольшого размера кусочки металла, не успев раствориться, выпадают из структуры металла. Это называется выкрашиванием или шламлением анодов. Крупные частицы достаточно быстро оседают на дно ванны, а очень мелкие могут длительное время находиться во взвешенном состоянии в растворе и включаться в состав катодного покрытия. Часто это проявляется в том, что поверхность цинкового покрытия становится шероховатой, хотя и блестящей. Выкрашивание анодов приводит к увеличению непроизводительных потерь цветного металла.

Конечно, для предотвращения попадания твердых частиц в электролит, можно применять анодные чехлы из химически стойкой (желательно полипропиленовой) ткани. Естественно, что через некоторое время чехлы забиваются шламом и их необходимо периодически чистить или менять. В противном случае будет повышаться электрическое сопротивление и возрастать напряжение на гальванической ванне. В этой связи следует подчеркнуть особую роль фильтрующих установок, которые постоянно или периодически очищают электролиты от неизбежно накапливающихся механических примесей. Кроме того, при непрерывной фильтрации (2-3 объема в час) происходит перемешивание электролита. Перемешивание, благоприятно влияя на катодный процесс, способствует также ускорению отвода образующихся ионов цинка от поверхности анодов, снижая вероятность образования нерастворимых соединений.

Важным технологическим показателем является соотношение катодной и анодной поверхностей в гальванической ванне. В случае применения только растворимых анодов, их рабочая поверхность определяется, прежде всего, допустимой величиной анодной плотности тока, при которой цинк работает в устойчивом растворимом состоянии. Рассчитывая требуемую силу тока для осаждения качественных цинковых покрытий, следует иметь в виду, что сторона анодной пластины, обращенной к стенке ванны, работает как растворимый анод не более, чем на 30% от этой поверхности.

Как правило, для всех электролитов цинкования рекомендуется соотношение между покрываемой поверхностью и поверхностью растворимых анодов (Sк:Sа) в диапазоне от 1:1 до 1:1,5.

В тоже время, наиболее стабильная работа цинковых анодов в слабокислых и щелочных электролитах соответствует 1-1,5 А/дм2. Если расчетная величина поверхности анодов большая и их нельзя разместить в гальванической ванне, применяются насыпные аноды в виде нарубленных по форме кубиков цинковых пластинок или, что предпочтительнее — в виде шариков. Они насыпаются в гофрированные корзинки из титана и размещаются на анодных штангах. Размеры и количество титановых корзин определяются геометрическими размерами ванны, типом и размером гальванического оборудования (подвески, барабаны и др.), конфигурацией деталей. Часто насыпные аноды применяют в ваннах барабанного и колокольного типов, в которых площадь обрабатываемой поверхности деталей большая.

Особый случай организации анодного процесса имеет место для щелочных цинкатных электролитов. Поскольку в этих электролитах трудно обеспечить постоянную концентрацию цинка в процессе эксплуатации электролитов, для поддержания баланса необходимо применять или только нерастворимые аноды, или заменять часть цинковых анодов на нерастворимые. Наиболее приемлемым материалом для этих целей является низкоуглеродистая сталь (например, Ст3) или никель. Иногда на стальные пластины гальваническим способом наносят никелевое покрытие толщиной 15-20 мкм. Это связано с тем, что углеродистая сталь и никель хорошо пассивируются в щелочных средах и не растворяются даже при использовании их в качестве анода. Не рекомендуется применение высоколегированных хромоникелевых сталей, так как в процессе эксплуатации происходит растворение хрома и загрязнение электролита. Очистка от ионов Cr(VI) электролитов цинкования очень затруднена. При электролизе на нерастворимых анодах протекает реакция выделения кислорода:

H2O → O2 + 2e-

Нерастворимые аноды в щелочных электролитах цинкования могут применяться в различных вариантах. Возможно применение только нерастворимых анодов. В этом случае необходимо очень часто производить корректировку электролита по цинку. Для корректировки, как правило, отбирают некоторый объем электролита и растворяют в нем расчетное количество окиси цинка (ZnO). Можно, если позволяет расход других компонентов, растворять ZnO в растворе NaOH в отдельной емкости и, затем, вводить в электролит. Однако эти способы не всегда удобны, так как требуют точного расчета количества ZnO, которое может быть растворено в электролите без образования нерастворимых соединений.

Часто порошок оксида цинка засыпается непосредственно в ванну цинкования. Следует иметь ввиду, что при таком способе корректировки, часть порошка не растворяется и присутствует в электролите виде взвешенных частиц. После таких корректировок требуется фильтрация раствора, но даже и в этом случае качество покрытий, как правило, ухудшается, а электролит необходимо прорабатывать под током для восстановления его свойств.

Достаточно распространенным вариантом использования нерастворимых анодов являются их периодическое завешивание (вместо растворимых анодов). По прошествии некоторого времени, при понижении концентрации ионов цинка до необходимого значения, производится обратная замена. Возможно и одновременное использование растворимых и нерастворимых анодов. Соотношение поверхности катода и анодов остается от 1:1 до 1:1,5. Отношение площади поверхности растворимых и нерастворимых анодов подбирается для каждого производства в зависимости от условий эксплуатации электролитов и на основании данных систематического химического анализа, определяющего скорость поступления и расхода цинка в электролите.

В цианидных электролитов цинкования применять нерастворимые аноды рекомендуется только в случаях крайней необходимости, когда другие меры не позволяют предотвратить накопление цинка в электролите. Это связано с тем, что на нерастворимых анодах происходит разрушение (окисление) одного из главных компонентов электролита — цианид-иона. Поэтому, при работе с нерастворимыми анодами следует чаще контролировать и корректировать электролита содержание NaCN в электролите. Применение нерастворимых анодов целесообразно при селективной очистке электролитов от металлов-примесей проработкой на низких плотностях тока.

При электроосаждении цинка из щелочного цинкатного электролита на нерастворимых анодах происходит интенсивное выделение газообразного кислорода. Учитывая, что на катоде выделяется водород (ВТZn ~ 60-80%), в рабочей зоне гальванической ванны над раствором образуется большое количество аэрозолей, содержащих высокую концентрацию щелочи. В этом случае для обеспечения нормальных условий труда необходимо увеличить скорость отсасывания воздуха через бортовую вентиляцию. Необходимо также проверить соответствие производительности фильтрующих элементов, очищающих кислотнощелочные воздушные выбросы, увеличившемуся выносу загрязнителей в атмосферу.

В настоящее время для щелочных цинкатных электролитов чаще предлагается применять только нерастворимые аноды, а для корректировки по цинку использовать специальные установки — генераторы цинка, находящиеся вне ванны цинкования.

Харламов В.И.

Дополнение в статье Окулова «Поведение анодов в различных электролитах цинкования»

Основные технологические параметры электролитов для цинкования

Основными отличительными признаками цинкования в различных электролитах являются:

· катодная поляризация – изменение разряда на катоде при изменении величины плотности тока (при высокой катодной поляризации высокая электропроводность электролита),

· поляризуемость электролита в процессе осаждения цинка (чем выше поляризуемость (потенциал) при изменении плотности тока, тем лучше рассевающая способность электролита),

· кинетика и механизм электроосаждения цинка.

На критерии поляризации и поляризуемости активное влияние оказывает не только тип электролита (простой, комплексный), но и рабочий интервал температур при цинковании, химический состав, концентрация составляющих компонентов, блескообразующие активные добавки. Самые высокие показатели поляризуемости присущи щелочным электролитам (цианидным, цинкатным).

Величина разряда комплексных ионов на катоде выше, чем катодная поляризация гидратированных ионов. Следовательно, рассеивающая способность увеличивается, структура поверхностного слоя становится равномерно мелкозернистой, плотной. Однако выход по току уменьшается. Цинк на аноде в результате гальванического процесса растворяется с образованием положительно заряженных гидратированных ионов и комплексных анионов.

галванине хемия»

, LT-2021 Вильнюс, Литва

тел.: +, факс: +, E-mail: *****@***lt

1. ВВЕДЕНИЕ

1.1.

Процесс щелочного бесцианистого цинкования A1-DE предназначен для получения блестящего защитно-декоративного цинкового покрытия. Процесс А1-DE дает возможность исключить использование цианистых солей и обеспечивает стабильное получение декоративного цинкового покрытия, которое хорошо поддается хроматированию и обладает повышенной коррозионной стойкостью.

1.2.

Электролит A1-DE обладает высокой кроющей и рассеивающей способностью. По этим параметрам он превышает даже цианистые электролиты, что позволяет исключить образование слишком толстого покрытия на краях деталей и непокрытых мест в сквозных и даже глухих отверстиях.

1.3.

Получаемое блестящее цинковое покрытие отличается пластичностью и мелкокрис­таллической структурой. Покрытие также является более блестящим, чем полученное из обычных щелочных электролитов, и по декоративности фактически не уступает цинковому покрытию, полученному из слабокислых электролитов. Предельная толщина получаемого покрытия – 18 μм.

1.4.

Электролит A1-DE удобен в эксплуатации, так как к нему используется только одна основная блескообразующая добавка. Расход добавки Al-DЕ – примерно (8 – 12) см3/м2 или (1,0 – 2,0) дм3 на 10000 А · час. Добавка в электролите легко растворима и стабильна.

1.5.

Блескообразующая добавка A1-DE представляет собой водный раствор органических соединений, не образующих комплексов с металлами, поэтому очистка сточных вод сводится к разбавлению электролита и удалению из него цинка. Замена цианистых или слабокислых электролитов щелочным не требует переделки оборудования и коммуникаций.

2.
ОБОРУДОВАНИЕ
2.1.

Ванну цинкования изготавливают из полипропилена или стали, футерованной материалом, стойким к щелочи. Ванна должна иметь бортовые отсосы. Недопустимо применение каких-либо конструктивных элементов и приспособлений, выполненных из нержавеющей или хромистой стали.

2.2.

Для поддержания температуры электролита в необходимых пределах ванна цинкования должна быть оборудована устройством для подогрева и охлаждения.

2.3.

Необходимо предусмотреть возможность периодической или непрерывной фильтрации электролита. Фильтрацию проводят через полипропиленовую ткань или другой щелочестойкий материал. Рекомендуется намывать на фильтрующую ткань перлит.

2.4.

Необходимо иметь запасную емкость для слива электролита. Емкость может быть изготовлена из нелегированной или малоуглеродистой стали без футеровки.

2.5.

Приготовление электролита проводят в стальной ванне или в ванне, футерованной материалом, стойким к температуре до 90 °С и щелочам. Ванна должна быть оборудована вытяжной вентиляцией. Рекомендуется оборудовать и барботером.

Способы цинкования металла

Покрытие вместе с металлом образует гальваническую пару, где цинк по сравнению со сталью имеет большую степень электроотрицательного заряда. Соответственно, коррозии подвергается цинк, а реакции стали практически отсутствуют. Антикоррозийная защита металла будет держаться, пока цинковое покрытие не разрушится.

Существует несколько технологий цинкования. Некоторые технологии допускают оцинковку своими руками с получением приемлемого по качеству результата.

Существуют следующие способы цинкования металла:

• холодный;
• горячий;
• гальванический;
• термодиффузионный;
• газотермический.

При применении стальных конструкций, на поверхность которых нанесен слой цинка, нужно помнить, что их нельзя подвергать сильным механическим воздействиям, поскольку защитное покрытие из металла отличается высокой хрупкостью и может разрушиться.

Рассмотрим разные виды цинкования металла.

Способ горячей оцинковки

Горячее цинкование металла позволяет добиться максимального качества изделий и обеспечить их долговечность. Этот метод имеет ключевой недостаток — его реализация подразумевает использование химических реагентов для обработки поверхности, а процедура выполняется в расплавленном цинке.

Горячий метод оцинковки стали включает подготовку поверхности изделия и собственно процедуру покрытия металла цинком.

Шаги для подготовки обрабатываемой поверхности:

• очищение;
• обезжиривание;
• нанесение кислотных растворов;
• промывка и флюсование;
• просушивание поверхности.

Недостаток этого способа: размеры изделий ограничиваются габаритами ванны с расплавленным цинком. Такой способ практикуется на крупных производственных мощностях при работе с опорами ЛЭП, строительными лесами или мачтами освещения.

Способ подразумевает большие трудозатраты и использование сложного оборудования, поэтому для домашних условий не подходит.

Холодное цинкование стали

Технология холодного цинкования заключается в нанесении на поверхность изделия цинкосодержащей смеси, например, цинконола. Наносить ее нужно валиком или кисточкой.

Если нужно покрыть конструкции сложной формы или труднодоступные места, то можно использовать краскопульт. Благодаря специальным составам на поверхности образуется защитный слой, состоящий более чем на 90 процентов из цинка.

Этот способ оцинковки единственно приемлем для обеспечения антикоррозийной защиты конструкций, которые иным способом оцинковать невозможно. Например:

• смонтированные трубы;
• элементы ж/д путей;
• опоры линий электропередач и прочие конструкции в стационарном или смонтированном варианте.

Оцинковка изделий из стали холодным методом выполняется в широком температурном диапазоне, сформированное покрытие имеет высокую защиту, эластичность, устойчивость к механическим воздействиям и температурным перепадам.

Холодное цинкование имеет свои минусы. Например, сформированное покрытие имеет недостаточно высокую устойчивость к механическим воздействиям, также нужно строго соблюдать технику безопасности, если процедура предусматривает применение органических растворителей.

Гальванический метод оцинковки

С помощью такого цинкования можно регулировать толщину защитного слоя, при этом слой равномерный и обладает высокими декоративными качествами. Металл и цинк во время оцинковки соединяются на молекулярном уровне, покрытие обладает высокой адгезией с основным материалом. На степень адгезии влияет наличие на поверхности окисных и жировых пленок, которые удалить практически невозможно.

Гальваническое цинкование проводится следующим образом:

• конструкция и цинковые пластины помещаются в электролитический раствор, затем к стенке ванны и пластинам подключаются положительный и отрицательный контакты источника тока;
• благодаря разности потенциалов пластины растворяются в электролите, а молекулы цинка оседают на поверхности изделия и образуют однородный защитный слой.

Ключевым преимуществом данного метода является то, что таким способом на поверхности формируется защитный слой, имеющий особые декоративные характеристики. Толщину слоя можно регулировать. Но имеет метод и свои недостатки. В частности, это высокая себестоимость.

Технология термодиффузионного цинкования

Суть метода в том, что деталь вместе с сухой смесью на основе цинка помещается в герметичный контейнер, где создается температура около 2600 градусов. При такой температуре цинк переходит в газообразное состояние, соответственно, процесс диффузного проникновения атомов цинка в поверхностный слой изделия ускоряется. Данная технология цинкования применяется в случаях, когда на поверхности металла нужно сформировать защитный слой толщиной от 15 мкм.

Подготовка металлических изделий для термодиффузионного покрытия цинком не отличается от горячего способа. Преимущества этого способа:

• процесс проходит в герметичном контейнере, соответственно, отличается экологичностью;
• почти целиком отсутствуют поры на защитном покрытии, имеющем высокую адгезию по отношению к поверхности;
• покрытие получает высокую степень защиты;
• сохраняются сложные геометрические формы и параметры изделий, покрытых цинком;
• полученные отходы не нуждаются в специальной утилизации.

Недостатки термодиффузионного способа:

• готовое покрытие не имеет металлического блеска и обладает грязно-серым оттенком;
• низкая производительность;
• цинковая пыль в воздухе во время работы может нанести вред организму;
• цинковое покрытие по толщине неоднородное.

Газотермическое напыление

Газотермический способ цинкования подходит для покрытия цинком объемной детали или листа металла. Его суть в том, что цинк, находящийся в виде сухой смеси либо проволоки, напыляется в составе газовой среды на поверхность обрабатываемого изделия. Технология применяется для нанесения слоя цинка на крупногабаритные изделия, которые иначе обработать невозможно.

Процесс покрытия цинком:

• частицы расплавленного металла наносятся на обрабатываемую поверхность, формируя тонкий слой с чешуйчатой структурой;
• на пористое покрытие наносятся лакокрасочные материалы. Созданный за счет комбинирования слой защищает изделие и позволяет ему долгое время использоваться в условиях высокой влажности, постоянного воздействия пресной или морской воды и других агрессивных средах.

Параметры покрытий из цинка, наносимых перечисленными выше способами, устанавливаются соответствующим ГОСТом. Как уже говорилось, некоторые виды цинкования можно проводить самостоятельно в домашних условиях. Это касается технологии холодного цинкования или электрохимического способа.

Чтобы самостоятельно выполнить оцинковку электротехническим способом, нужно тщательно подготовить поверхность обрабатываемого изделия. Подготовка включает:

• очистку;
• обезжиривание;
• кислотное протравливание;
• промывку под проточной водой.

При выполнении оцинковки своими руками нужно учесть, что на качество и толщину покрытия влияют следующие факторы:

• плотность тока на единицу площади изделия;
• температура электролитического раствора;
• температура электролита;
• геометрия и сложность формы изделия.

Оцинковка металлов позволяет замедлить процесс коррозии изделий. Способы цинкования зависят от условий эксплуатации изделий. Оцинковать материалы можно в домашних условиях.

Источник: https://tokar.guru/metally/cinkovanie-metalla-svoimi-rukami-i-tehnologii-ocinkovki.html

галванине хемия»

, LT-2021 Вильнюс, Литва

тел.: +, факс: +, E-mail: *****@***lt

При попадании в электролит какой-либо устойчивой комплексной соли тяжелого металла [хрома (VI) > 5 мг/дм3, меди > 10 мг/дм3, железа (II) > 10 мг/дм3], вызывающей ухудшение качества покрытия, необходимо провести проработку электролита током. Время и режим проработки устанавливают на основе испытаний в ячейке Хулла.

Наибольшую опасность представляет хром (VI): при его содержании в электролите более 5 мг/дм3 получается черное покрытие при низких и средних плотностях тока и наблюдается обильное газовыделение на катоде. Возможность удаления хрома путем проработки током необходимо проверить в ячейке Хулла и, если она эффективна, проработать электролит током, как это указано в разделе 5.2.

Если проработка током неэффективна, то необходимо провести очистку электролита от хрома таким образом. По поверхности электролита рассыпают (0,1 – 0,4) г/дм3 гидросернистокислого натрия (Na2S204 · 2Н2О) и перемешивают его сжатым воздухом в течение 30 мин. Затем добавляют (0,2 — 0,8) г/дм3 трехлористого 6-водного железа по ГОСТ 4147-74 в виде 2 %-ного раствора. Электролит перемешивают сжатым воздухом 30 мин и фильтруют. Точное количество трехлористого железа и гидросернистокислого натрия устанавливают на основе данных, полученных в ячейке Хулла.

9.2.

В процессе работы ванны цинкования возможно ее загрязнение органическими примесями, которые могут попасть случайно или заноситься с деталями из ванн обезжиривания и травления. Очистка от органических примесей проводится при помощи активного угля марки БАУ по ГОСТ 6217-74, марки ОУ-Э по ТУ 0 (или других марок, подходящих для этох цели). В электролит вводят (1 – 5) г/дм3 активного угля, перемешивают сжатым воздухом в течение (2 – 5) часов и дают электролиту отстояться в течение (5 – 10) часов. Затем электролит фильтруют и корректируют добавкой на основе испытаний в ячейке Хулла.

9.3.

Вследствие контакта электролита с воздухом происходит образование углекислого натрия. Углекислый натрий не является вредной примесью, пока его содержание не достигнет (70 – 80) г/дм3. Практически при нормальной эксплуа­тации ванны цинкования и при производительности электролита (5 – 10) м2 в год на 1 дм3 электролита накопление углекислого натрия до такой концентрации не происходит из-за уноса электролита деталями.

При содержании углекислого натрия свыше 80 г/дм3 может появиться шероховатость покрытия. На пластинке в ячейке Хулла появляется “пригар” при плотностях тока выше 8 А/дм2, который не исчезает после корректирования электролита. При корректировании такого электролита добавкой и щелочью происходит образование мути.

Для удаления карбонатов необходимо охладить электролит до температуры (5 – 10) °С и выдержать его в охлажденном состоянии (24 – 48) часов. При этом карбонаты выпадают в осадок. После этого электролит декантируют или фильтруют, а осадок растворяют в воде и сбрасывают в сточные воды. При проведении очистки от карбонатов возможна потеря до 30 % электролита.

Недостатки слабокислых электролитов цинкования

1. При оцинковке деталей, имеющих сложный профиль, могут возникнуть проблемы, связанные с неравномерностью наложения цинкового покрытия (большая разбежка по толщине слоя). 2. Химическая агрессивность электролита. Загрязнение рабочего раствора ионами железа (упавшие на дно детали, коррозия незащищенных конструкций и приспособлений в рабочем пространстве технологической ванны). Следствие – ухудшение качества покрытия (дефекты покрытия – отслоение цинкового слоя, шелушение, отсутствие покрытия и др.). 3. Возможность образования щелевой коррозии после процесса цинкования на изделиях с точечносварными и заклепочными соединениями. 4. Использование в технологическом процессе специального, химически устойчивого оборудования и коррозионностойких приспособлений.

галванине хемия»

, LT-2021 Вильнюс, Литва

тел.: +, факс: +, E-mail: *****@***lt

6.3.
Проработка электролита током
Если на пластинке, покрытой в ячейке Хулла, получается темное матовое покры-тие при низких и средних плотностях тока (до 5 А/дм2), это свидетельствует о попадании загрязнений в электролит с химикатами или водой в процессе его приготовления. В ячейке Хулла определяют возможность проработки электролита током и количество электричества (А · час), необходимое для такой проработки. Количество электричества определяется путем последовательного цинкования в одной и той же порции электролита нескольких пластинок до получения удовлетворительного качества покрытия. На основании данных, полученных в ячейке Хулла, проводят проработку током всего электролита. Обычно для проработки необходимо пропустить (1 – 3) А · час/дм3.

Проработку электролита в ванне цинкования проводят на гофрированных катодах или любых деталях при плотности тока (0,5 – 1,0) А/дм2. Для ускорения проработки в ванну завешивают максимально возможное количество катодов.

7.
АНАЛИЗ ЭЛЕКТРОЛИТА
7.1.
Определение содержания цинка
7.1.1. Реактивы и растворы:

вода дистиллированная по ГОСТ 6709-72;

буферный раствор, значение рН которого (9,5 – 10,0); готовят следующим образом: в мерную колбу вместимостью 1 дм3 помещают 55 г хлористого аммония по ГОСТ 3776-72, 350 см3 25 %-ного водного аммиака по ГОСТ 3760-79 и разбавляют дистиллированной водой до метки;

индикатор эриохром черный Т; готовят следующим образом: тщательно растирают 0,1 г эриохрома черного Т по ТУ 5 с 100 г хлористого натрия по ГОСТ 4233-77;

трилон Б по ГОСТ , 0,1 н раствор.

7.1.2. Проведение анализа

В коническую колбу вместимостью 500 см3 помещают 2 см3 электролита, добавляют 200 см3 дистиллированной воды, 10 см3 буферного раствора и около 0,2 г индикатора до получения красно-фиолетового оттенка раствора. Титруют раствором трилона Б до голубого цвета.

7.1.3. Обработка результатов

Содержание цинка С в г/дм3 вычисляют по формуле:

С = 1,63 V,

где V — объем 0,1 н раствора трилона Б, израсходованный на титрование, см3.

7.2.
Определение содержания гидроокиси натрия и углекислого натрия
7.2.1. Реактивы и растворы:

вода дистиллированная по ГОСТ 6709-72;

кислота соляная по ГОСТ 3118-77, 0,2 н раствор;

индикатор фенолфталеин по ТУ 7, 0,1 %-ный спиртовой раствор;

индикатор метиловый оранжевый по ТУ 4, 0,2 %-ный водный раствор;

натрий хлористый по ГОСТ 4233-77;

натрий углекислый кислый по ГОСТ 4201-79.

Цинкование металла

Для защиты от коррозии сегодня создано большое количество методов. Они направлены на то, чтобы с помощью специальных растворов или веществ на поверхности металлических изделий появлялась тонкая защитная пленка, которая препятствует попаданию на металл кислорода и продуктов, имеющихся в агрессивной среде. Цинкование металлических поверхностей относится к разряду одних из самых действенных методов предотвращения появления коррозийного налета.

Процесс цинкования металла

Цинкование металла представляет собой процедуру нанесения на поверхность металлического изделия тонкого слоя цинка. Данный металл отлично подходит для создания растворов, которые предназначены для защиты от коррозии. Он относится к разряду устойчивых к влиянию агрессивной среды.