Выбор защитного покрытия и материала кабельной трассы

Процесс Сендзимира – один из методов горячего оцинкования для стальных листов. Погружение в жидкий цинк с незначительной примесью алюминия позволяет получать покрытие, практически не содержащее железо. В результате получается цинковое покрытие с долговечностью, в зависимости от агрессивности окружающей среды — от 10 до 100 лет. Высокая долговечность, возможность качественной обработки различных по форме деталей сделала способ оптимальным решением для цинкования кабельных лотков по методу Сендзимира.

Этапы производства

При том, что технологию, разработанную Сендзимиром Тадеушем, считают в достаточной мере простой и эффективной, процесс нанесения защитного цинкового покрытия является довольно сложным. Обработка стали происходит поэтапно и включает в себя непрерывное погружение соответствующим образом подготовленных элементов в расплавленный состав.

• Металлические листы, до 3мм толщиной, тщательно очищают реагентами, цель этого действия — получение идеально чистой поверхности. Затем листы просушивают и нагревают в специальных установках при t = 650C.
• Подготовленную таким образом сталь погружают в жидкий цинк, налитый в специальные ванны. В это время происходит сложный набор диффузионных процессов, в их результате на поверхности листа образуется защитный цинковый барьер.
• Вынутый из емкости металл подвергается обработке сжатым газом, поданным под давлением с помощью специальных устройств, имеющих сопла и называемых “газовыми ножами”. Таким образом листы охлаждаются, в то время как толщина покрытия идеально регулируется.

Обработка стали методом, изобретенным польским инженером, позволяет добиться формирования однородного, тонкого и одновременно плотного непроницаемого барьера, толщиной до 20 мкм, с плотностью 275 г/м2. Цинк в этом процессе неразрывно связывается со сплавом железа, а его атомы проникают в лист металла.

Это интересно: Сверла центровочные – характеристики, применение, ГОСТ

Метод горячего цинкования металла

При горячем методе оцинковки металлическая заготовка предварительно обезжиривается, промывается и протравливается, а затем погружается в ванну с горячим расплавом цинка с температурой +450…+480 °С. Как результат, на поверхности металла создается цинковое покрытие необходимой толщины в пределах 30–100 мкм. Обычно толщина слоя цинка составляет 45–65 мкм. Данный метод цинкования стали выгодно отличается от остальных способов преимуществами, приведенными ниже.

• Долговечность и надежность покрытия. Небольшие механические повреждения в виде сколов, вмятин и царапин на покрытии из горячего цинка могут самоустраняться благодаря плотной оксидной пленке. Таким образом, обеспечивается более надежная и долговечная защита металлического изделия даже в агрессивной среде.
• Высокая стойкость покрытия к коррозии. Полученное методом горячего цинкования, оно обладает повышенной стойкостью к коррозии, поскольку защитный слой имеет достаточно большую толщину, достигающую 150 мкм. Обычно величина надежного, сильно прилегающего покрытия не превышает 100 мкм.
• Простой и быстрый процесс цинкования. Метод горячей оцинковки достаточно прост, при этом он легко контролируется, тестируется, а при необходимости автоматизируется. Способ не занимает много времени и производится в короткий срок.
• Экономичность. Если не рассматривать стоимость цинка, которая относительно высока, сам метод горячего цинкования можно назвать экономным. В сравнении с другими методами себестоимость изделия, покрытого с помощью метода горячего цинкования, в перспективе будет наименьшей.

При подготовке поверхности к горячему цинкованию может возникнуть проблема, связанная со сложностью операции травления и ее вредностью для экологии. Также существует риск наводораживания обрабатываемой поверхности металла, в результате чего металл может стать более хрупким.

Помимо травления в кислотных растворах, в процессе подготовки стальная заготовка подвергается обезжириванию растворами щелочей и флюсованию, производимому, как правило, в растворах хлорида аммония и цинка с обязательной сушкой изделия после обработки. Данные операции оказывают негативное влияние на окружающую среду, из-за чего необходимым является нейтрализация опасных отходов, а для этого требуются значительные дополнительные средства и производственные площади.

Другая проблема цинкования горячим способом заключается в больших потерях дорогого цинка в процессе работы. Цинк, реагируя с основным металлом, частично выпадает в осадок на дне ванны в виде шлака (гартцинка).

Тем не менее, из всех других методов антикоррозийной защиты горячее цинкование наиболее оптимально сочетает экономическую эффективность с надежностью защиты и универсальностью применения данного способа к различным видам металлических изделий. Разработанная более 250 лет назад, эта технология сегодня отвечает самым жестким требованиям защиты ответственных объектов от коррозии.

Эффективность оцинковки

Наиболее распространенной формой коррозии является реакция с кислородом и водой, присутствующими в воздухе. Эту естественную реакцию часто называют окислением. Защитное цинковое ограждение, как и следует из его названия, обеспечивает непроницаемый барьер для стального объекта.

Цинкование формирует оборону в трех направлениях:

• Создает эффективную механическую защиту, поскольку покрытие чрезвычайно устойчиво к повреждениям, истиранию и царапинам.
• Подвергаясь коррозии, цинк “жертвует” собой на благо стали. Это явление известно, как катодная защита.
• Окисляясь, цинк формирует новый защитный слой.

Рассмотрим подробнее преимущества оцинковки.

Наиболее важным является способность цинка создавать электрохимическую защиту. Его электроотрицательность меньше, чем электроотрицательность железа. При присутствии влаги между химическими элементами происходит самопроизвольная реакция, которая эффективно противодействует разрушению ранее произведенного сплава. Окисление цинка приводит к образованию новых соединений, например оксида и гидроксида, а они, в свою очередь, образуют новую крепкую бронь.

Благодаря уникальному электрохимическому процессу, даже в случае повреждения покрытия, изделие из стали остается защищенным: новые соединения покрывают место повреждения. Резание, перфорация, сверление и изгиб не приводят к прогрессирующей ржавчине железа.

Процесс коррозии цинкового слоя происходит достаточно медленно, а его «жертвенная» защита будет работать до тех пор, пока он полностью не придет в негодность. Именно поэтому срок службы покрытия определяют величиной годового уменьшения защитной брони.

Важно понимать, что долговечность антикоррозионного барьера зависит от его толщины. После обработки стали по технологии Сендзимира образуется филигранный защитный слой, поэтому продукция имеет намного меньшую коррозионную устойчивость, чем та, которая защищена более толстой оцинковкой.

Оценка качества готовых изделий

Качество покрытия методом Сендзимира должно соответствовать ГОСТ 14918-80. Этот стандарт регламентирует изделия высшей и первой категорий.

Параметры покрытия определяются показателям:

• плотность цинкового слоя – 275 г/м2;
• толщина защиты – от 10 до 20 мкм;
• оттенок варьируется от серебристого до матового серого;

Оцинкованная сталь предназначена для использования в средах с классом коррозионной активности C1, C2 (рекомендуется эксплуатация изделий в сухих помещениях).

Итак, метод Сендзимира заслуженно считают экономически выгодным способом нанесения защиты на изделия из металла, но его применяют для той продукции, эксплуатация которой будет происходить в комфортных условиях. Ее рекомендуют использовать внутри отапливаемых зданий с чистой атмосферой, таких как магазины или офисы, а также в неотапливаемых сухих помещениях, таких как спортивные залы и склады.

Методы цинкования

В большинстве случаев, для защиты металлических лотков от коррозии при их производстве используется оцинкованная сталь. Цинк защищает сталь, но он изнашивается на протяжении всего срока службы, и степень износа зависит от воздействия внешних условий. Цинковое покрытие является в своем роде уникальным, так как обеспечивает не только барьерную, но и электрохимическую защиту от коррозии. Последняя известна еще и как «жертвенная» защита, поскольку в гальванической паре цинк «жертвует» собой, чтобы защитить сталь, на которую он нанесен. Цинк будет действовать подобным образом до последнего атома. Этот эффект проявляется и на локальных участках, где покрытия уже нет (царапины, сколы, отверстия). Период эксплуатации изделий определяется толщиной цинкового покрытия и скоростью уменьшения толщины цинкового покрытия в зависимости от условий эксплуатации и окружающей среды. Умножив величину годового уменьшения защитного слоя цинка на предусматриваемый срок эксплуатации, получим необходимую толщину слоя цинка.

6.
ЦИНКЛАМЕЛЬНОЕ ПОКРЫТИЕ
(технология нанесения ламельного цинкования)

Цинкламельные покрытия относятся к цинкнаполненным покрытиям на основе неорганического или органического связующего с большим содержанием в нем высокодисперсного цинкового порошка. Благодаря высокому содержанию порошка цинка в сухой пленке (как правило, не менее 80%), цинкнаполненные покрытия в некоторой степени проявляют по отношению к стали анодные свойства. Вместе с тем, цинкнаполненным покрытиям присущ и типичный для лакокрасочных покрытий барьерный механизм защиты.

В качестве неорганического связующего широко применяют этилсиликатные композиции. Органические связующие представляют собой смолы, входящие в состав традиционных лакокрасочных материалов — уретановые, эпоксидные, акриловые или кремнийорганические. Таким образом, в цинкнаполненных покрытиях суммируются достоинства цинковых металлических и лакокрасочных покрытий. Толщины покрытий обычно составляют десятки микрон. Высокие защитные свойства позволяют применять цинкнаполненные покрытия в случаях, когда нанесение цинковых покрытий традиционными методами практически трудноосуществимо или экономически невыгодно. Примерами стальных конструкций, защищаемых от коррозии такими покрытиями, могут служить резервуары для хранения воды, металлоконструкции и оборудование нефтегазового комплекса, работающие в агрессивных условиях. Цинкнаполненные покрытия являются достойной альтернативой горячему или термодиффузионному цинкованию.

Цинкламельные покрытия являются дальнейшим развитием цинкнаполненных покрытий с дополнительными слоями, не содержащими шестивалентного хрома. Система ламельного цинкового покрытия включает в себя базовый слой, состоящий из тонких алюминиевых и цинковых чешуек (ламелей) и, при необходимости, один или несколько дополнительных слоев, придающих покрытию специальные свойства: фрикционные, коррозионную и химическую стойкость, цвет и другие.

Цинкламельное покрытие наносят на предварительно подготовленную поверхность деталей путем их окунания в высокодисперсную суспензию цинкового и алюминиевого порошков, имеющих форму чешуек, в связующем материале или напыления суспензии на детали с последующим их нагревом до 240°С для сушки и отверждения. Сформировавшееся базовое покрытие содержит более 70 % цинкового и до 10 % алюминиевого порошка, а также связующий органический материал. Оно состоит из множества слоев алюминиевых и цинковых частиц толщиной менее микрометра и шириной около 10 мкм, расположенных параллельно друг другу и покрываемой поверхности, соединенных связующим компонентом. Малый размер частиц делает возможным наносить цинкламельные покрытия толщиной 4-8 мкм, которые применяют в автомобилестроении. Более толстые покрытия применяют для нанесения на детали и элементы строительных конструкций.

Покрытие обладает электропроводящими свойствами, его более электроотрицательный потенциал по отношению к стали создает электрохимическую защиту в дополнение к барьерной.

Основной недостаток данных видов покрытия — их высокая хрупкость и недостаточно хорошее сцепление с поверхностью изделий по сравнению с горячим и термодиффузионным цинкованием (в обоих случаях создается промежуточный интерметаллидный слой Fe-Zn).

Описание метода ламельного цинкования

На материал основы защищаемой детали наносится специальное покрытие, состоящее из химически активной смолы с высоким содержанием хлопьев цинка и алюминия. Под воздействием температуры (процесс спекания) образуется электропроводный цинк-алюминиевый слой, по своим свойствам аналогичный покрытию, получаемому при электролитическом или горячем цинковании. Покрытие цинк-алюминий, как и стандартое цинковое покрытие, обеспечивает, помимо барьерной защиты, также и электрохимическую защиту от коррозии. Скорость окисления алюминия ниже, чем цинка, и за счет этого при той же толщине защитного слоя покрытие цинк-алюминий существенно более коррозионостойко (примерно втрое), чем стандартное цинковое покрытие. Малая распространенность цинково-алюминиевых покрытий связана с технологическими сложностями при добавлении алюминия в цинк при традиционных способах нанесения защитных покрытий (гальванизация, конвейерное и цинкование погружением). Только инновационные компании Китая, Европы и США обладают высокотехнологичным оборудованием и технологиями, позволяющими наносить качественное цинк-ламельное покрытие.

Соответствие нормативной документации

Согласно ГОСТ Р 52868-2007 и EN ISO 12944-2 для применения при наружной установке в среднезагрязненной атмосфере С3 и С4 допускается использование металлических изделий либо с покрытием цинка после изготовления (горячая оцинковка — HDZ) толщиной не менее 45 мкм, либо применение иных металлических покрытий при условии проверки на коррозионостойкость. Испытываемое покрытие должно выдержать воздействие соляного тумана в специальной камере в течение 450 часов до появления красной коррозии.

Согласно проведенным испытаниям, цинк-ламельное покрытие выдерживают более 2000 часов, что более чем в четыре раза превышает требования нормативной документации.

Применение цинкламельных покрытий

Методы цинк-ламельного покрытия известны на протяжении многих лет, но в основном находили применение в производстве крепежных деталей для автомобильной промышленности. Стандарты ISO 10683 и EN 13858 определяют требования к данному покрытию в автомобильной промышленности. Новейшие разработки в области цинк-ламельных покрытий позволяют обеспечивать надежную защиту от коррозии крупногабаритных изделий, включая кабеленесущие системы.

Простота и достоинства метода

По сравнению с другими методами цинкламельное цинкование представляет из себя достаточно простую технологию. Ламельные покрытия наносятся на предварительно очищенную поверхность несколькими способами, в зависимости от сложности формы, размеров и требований к эксплуатации деталей.

Например, такой вид обработки, как окунание, применяют в основном для крепежных изделий и мелких соединительных деталей. Для обработки изделий средних размеров — таких, как кабельные лотки, системные аксессуары и монтажные элементы, применяют напыление.

При этом увиденная на открытии участка нашими корреспондентами работа достаточно проста. На подготовленную деталь, висящую в покрасочной камере с водяной завесой, с помощью пневмораспылителя краски наносится специальный раствор. В его составе заключен главный секрет покрытия: раствор более чем на 70% состоит из цинкового и примерно на 10% — из алюминиевого порошка, при рассмотрении под микроскопом имеющего форму чешуек. В результате получается электропроводное покрытие, состоящее из множества микроскопических слоев цинковых и алюминиевых частиц, расположенных параллельно друг другу и покрываемой поверхности, соединенных между собой связующим веществом. При необходимости на базовое покрытие наносится дополнительно верхнее покрытие, которое обеспечивает специальные свойства: повышает коррозионную и химическую стойкость, придает требуемый цвет, обеспечивает определенные фрикционные свойства. Защитный слой стоек к воздействию кислот, щелочей и растворителей. При этом покрытие можно наносить не только на черный металл, но и на оцинкованную сталь, никель, алюминий, медь, нержавеющую сталь и другие металлы.

Кроме того, покрытие имеет ряд неоспоримых преимуществ. Так, в зависимости от требований по коррозионной стойкости, толщина покрытия может составлять от 4 до 100 и более мкм. Для цинк-ламельного покрытия характерна высокая коррозионная стойкость, составляющая более 2000 часов в камере соляного тумана. Например стойкость при горячем цинковании при нахождении в соляном тумане не превышает 850 часов. Также цинкламельное покрытие отличает высокая термостойкость, а его пластичность обеспечивает сохранность резьбы и маркировок.

Сейчас новый вид покрытия только начинает свое развитие в России. Дальнейший рост спроса на новую технологию, по мнению многих экспертов, ждет и мировой рынок электротехники, поскольку цинк-ламельное покрытие дает исключительно высокую коррозионную стойкость. Это в перспективе позволит применять его для всей гаммы металлических изделий, как и было сказано в начале описания метода.

Как происходит процесс

Цинкование по методу Сендзимира заключается в погружении в расплавленный цинк металлопроката, предварительно нагретого в водороде. Процесс протекает в следующем порядке:

• Подача партии заготовок. В условиях массовых производств сырье раскручивается из рулона и подается непрерывно.
• Обезжиривание обрабатываемой поверхности. Детали очищаются в химической ванне, наполненной раствором специальных реагентов.
• Прохождение печей с окислительной атмосферой. Метод был изобретен в 40-х годах прошлого века. Но актуален он и сейчас – в отличие от других гальванических процессов он не требует использования токсичных газов и веществ.
• Нахождение в печи с восстановительной атмосферой (водород + азот). Частичное насыщение верхнего слоя заготовки позволяет достигнуть большей однородности покрытия и усиления антикоррозионных свойств.
• Частичное охлаждение. Формирование деталей из оцинкованного листа происходит после прохождения заготовки гальванического процесса. Частичное охлаждение необходимо для создания оптимальных условий соединения стального и цинкового слоя.
• Гальванирование в ванной с расплавленным цинком при температуре около 460 ° С. Предварительная подготовка заготовки делает позволяет соединить слои железа и цинка на молекулярном уровне, обеспечивая максимальную прочность покрытия.
• Сушка. После выхода из ванны материал направляется в печь, в которой регулируется толщина покрытия.

Описание технологического процесса по методу Сендзимира

Метод цинкования Сендзимира заключается в протяжке стальных листов через ванну с цинком, в результате получается равномерное цинковое покрытие плотностью 275 г/м

2

и толщиной примерно 10-20 мкм, а также с устойчивостью к коррозии по классам С1-С2 (эксплуатация в помещениях отапливаемых и неотапливаемых). Регламентировано ГОСТ 14918-80.

Этапы цинкования:

• Подготовительный этап, на котором сталь проходит обработку реагентами и нагревается до 650°C.
• Покрытие стали цинковым слоем посредством протяжки стальных листов через ванну с расплавленным цинком.
• Очистка поверхности стали от ненужных остатков цинка при помощи сжатого воздуха, также сжатый воздух помогает быстрее охладить оцинкованный лист стали.

Сталь, оцинкованная методом Сендзимира имеет тонкий цинковый слой (по сравнению с оцинковкой методом погружения, горячий цинк), но достаточно прочный чтобы выполнять свои защитные функции. Данный метод обработки металла допускает резку и сверление, на участках, подвергнутых воздействию, защитное покрытие не теряется, обусловлено это тем, что на данных участках формируется гидроксид цинка, обладающий хорошими антикоррозийными свойствами.

При этом из-за тонкого защитного слоя изделия из оцинкованной стали по методу Сендзимира не могут использоваться на открытом воздухе, их можно применять только в сухих помещениях. Поэтому несмотря на экономичность и быстроту обработки данного метода, его стоит выбирать только для указанных климатических условий.

Изобретатель метода

Тадеуш Сендзимир (Tadeusz Sendzimir) – польский изобретатель в области металлургии и горного дела, имеет более 120 патентов, многие из его изобретений используются на производствах по всему миру. Наиболее известным его изобретением стал метод обработки стали защищающий от образования коррозии. Имеет множество наград и достижений. Один из крупнейших металлургических заводов в г. Кракове носит его имя.

Это интересно: Сварка под флюсом – нюансы технологии, достоинства и недостатки

В каких сферах используется оцинкованная сталь

Для этих целей принято использовать металлические кабельные лотки. Они могут эксплуатироваться в разных условиях, поэтому должны быть защищены от неблагоприятного воздействия окружающей среды. Для улучшения антикоррозийных свойств производители проводят цинкование кабельных лотков по методу Сендзимира.

Покрытие выполняет барьерную и электромеханическую защиту металла. Но слой цинка после обработки достаточно тонкий. Поэтому лотки можно использовать в умеренно коррозийных условиях. В этом случае срок их службы будет максимально долгим. Это могут быть чистые отапливаемые помещения – офисы, магазины, гостиницы и так далее. Или неотапливаемые здания – склады, промышленные объекты.

Технологические этапы

Цинкование по методу Сендзимира выполняется по-особенному: листовая сталь, на поверхность которой необходимо нанести защитное покрытие, протягивается через ванны с расплавленным цинком.

Оцинковка стальных листов, выполняемая по данному методу, включает в себя несколько этапов.

• Стальной лист, толщина которого может доходить до 3 мм, обрабатывается специальными реагентами, после чего просушивается в печи при температуре 650°.
• Просушенный и нагретый стальной лист подается в ванну, которая наполнена расплавленным цинком. Проходя через такую ванну, лист равномерно покрывается цинковым слоем.
• На выходе из ванны стальной лист подвергают воздействию так называемых газовых ножей – устройств, через сопла которых на поверхность листа под большим давлением подается сжатый воздух. За счет такого воздействия решается сразу две задачи: с обрабатываемой поверхности убирается лишний цинк, а также оно охлаждается.

Принцип цинкования по методу Сендзимира

Метод цинкования, получивший название по имени своего разработчика – Сендзимира, позволяет сформировать на поверхности стального листа плотный и однородный цинковый слой. Толщина такого защитного слоя, как правило, находится в интервале 10–20 мкм, а его плотность составляет 275 г/м

2

.