В настоящее время крепежные изделия без покрытий применяются все меньше и меньше, т.к. кроме механического воздействия, могущего вызвать разрушение крепежа, металлы, из которых изготовлены крепежные детали, разрушаются при взаимодействии с окружающей средой – этот процесс называется коррозией. В зависимости от окружающих металл условий (температура, влажность, химический состав окружающей среды и т.д.) условия эксплуатации по подразделяются на легкие, средние, жесткие и очень жесткие.

Для защиты металлов от коррозии на них наносят различные покрытия. Кроме того, покрытия наносят для придания изделиям декоративного вида или создания специальных поверхностных свойств. Покрытия могут быть металлическими, неметаллическими неорганическими, порошковыми, лакокрасочными, пластмассовыми, резиновыми. Защитные свойства покрытий зависят от возможности взаимодействия материалов покрытий и детали.

Различаются две разновидности способов защиты – механический и электрохимический. Механическая защита достигается за счет изолирования материала от внешней среды и эффективна только при отсутствии пор, задиров и др. повреждений покрытия. Электрохимическая защита обеспечивается в том случае, если материал покрытия является анодным по отношению к защищаемому материалу и не зависит от пористости. Основным видом коррозии металлов является электрохимическая, возникающая в зоне контакта двух металлов, имеющих разный электрохимический потенциал. Возникающая при наличии влаги гальваническая пара приводит к постепенному растворению металла имеющего меньший потенциал. Покрытия, выполненные из материала, потенциал которого в данных условиях более отрицателен чем потенциал защищаемого металла, называются анодными. Анодными покрытиями для железа и его сплавов (сталь, чугун) являются покрытия из магния, алюминия, цинка, хрома. Такие покрытия при наличии пор и задиров разрушаются сами, а защищаемый металл нет. Катодными называются покрытия, у которых потенциал более положителен, чем у защищаемого металла, для стали такими покрытиями будут: медное, никелевое, оловянное, свинцовое, серебряное, золотое. Понятно, что анодные покрытия обеспечивают как механическую, так и электрохимическую защиту, а катодные только механическую.

Цинк – самое распространенное антикоррозионное покрытие хорошо анодно защищает сталь в атмосферных условиях и в пресной воде при нормальных и низких температурах, но при высоких температурах, в агрессивных средах его потенциал меняется в сторону увеличения и может превысить потенциал железа. Кадмий образует катодное покрытие по отношению к железу в атмосфере или в пресной воде, но в морской воде кадмиевое покрытие является анодным. Следует помнить, что не всякое анодное покрытие и не во всех случаях оказывается удовлетворительным, т.к. оно само также не должно слишком быстро разрушаться. Так, например, цинковое покрытие, широко применяемое для защиты от коррозии в средних географических широтах, оказывается нестойким в тропическом климате. Причиной этого служит интенсивное растворение и смывание водой и влагой воздуха слоя солей цинка, образующегося на поверхности при коррозии. В результате этого происходит обнажение глубинных слоев металла, и скорость коррозии не замедляется.

Рассмотрим особенности и способы применения наиболее распространенных видов покрытий крепежных изделий. Для крепежных изделий применяются металлические (цинковые, кадмиевые, медные и т.д.), неметалические неорганические (окисные, фосфатные), лакокрасочные покрытия. Из металлических покрытий в мировой практике наиболее широко в мировой практике применяются цинковые. Их широкое применение для защиты стальных и чугунных изделий обусловлено в основном двумя причинами. Первая – высокая природная стойкость самого цинка вследствие образования на цинке в коррозионной среде защитных пленок из продуктов коррозии, вторая – высокая анодность защиты при температуре до 70°С. При более высоких температурах цинк защищает сталь только механически. Защитные свойства цинковых покрытий определяется как их толщиной, так методом их нанесения. Цинковые покрытия, полученные различными методами, отличаются по равномерности, строению, плотности, составу и т.п. Горячий способ позволяет получить покрытие большой толщины (50...150 мкм), но эта толщина колеблется в значительных пределах и точная регулировка его невозможна. Отсюда высокие потери металла, порой недостаточное качество покрытия. На параметры основного металла (самой крепежной детали) горячая оцинковка практически не влияет, но размеры детали могут заметно измениться.

Экономия металла при электролитическом методе покрытия составляет до 50%, при этом повышается твердость покрытия (500...600 Н/мм2) и его однородность, обеспечивается высокая степень чистоты осажденного цинка и повышенная химическая стойкость, но толщина покрытия невелика (5...35 мкм). Кроме того, при электролитическом цинковании происходит наводороживание и как следствие охрупчивание основного защищаемого металла. Оба метода являются экологически вредными, и перед производителями постоянно стоит проблема утилизации отходов. Всех недостатков лишен метод шерердизации, применяемый, к сожалению, производителями крепежа пока достаточно редко. Для повышения коррозионной и механической стойкости цинковые покрытия часто подвергают хроматированию (пассивированию) или фосфатированию. Для желтого (хроматного) пассивирования оцинкованные изделия погружают в растворы хромовой кислоты или ее солей. Образующаяся хроматная пленка представляет собой соединения хрома и цинка, защитные свойства которой практически не изменяются даже при наличии на ней механических повреждений (царапин, рисок и т.п.). После хроматного пассивирования покрытия приобретает желтую или зеленовато-желтую окраску с радужным оттенком. Фосфатирование цинковых покрытий применяется на крепежных изделиях редко в основном при необходимости их последующего окрашивания. Крепежные изделия с цинковым покрытием полученным горячим или электролитическим способом без хроматирования или фосфатирования пригодны для использования в легких или средних условиях эксплуатации, с дополнительной обработкой или окрашенные – в любых. Шерардированные крепежные изделия работают в любых условиях.

Кадмирование крепежных изделий производится редко. Кадмий и его соединения очень токсичны, и во многих странах кадмирование запрещено. Цвет, механическая прочность и ряд других показателей кадмиевых покрытий близки к цинковым. Покрытия кадмием также могут подвергаться хроматированию и фосфатированию. Защитные свойства кадмиевых покрытий в обычных условия ниже цинковых, но в морских условиях и при сильной конденсации водяного пара такие покрытия применяются и поныне. Никелевое покрытие является катодным по отношению к стали и защищает ее только механически. Для никелирования крепежных деталей применяют колокольные ванны или ванны с вращающимися барабанами с электролитом, основным компонентом которого является сернокислый никель. Никелевые покрытия имеют привлекательный декоративный вид (хотя со временем тускнеют), но снижают механические свойства стали и имеют малую коррозионную стойкость. В этой связи никелированные крепежные изделия – редкость, хотя и используется например в мебельной промышленности. Так крайне редко применяется для крепежных изделий хромирование, которое, имея высоэстетичный вид, почти вдвое снижает предел выносливости покрытой им стали без специальных операций предварительной подготовки металла. Хроматирование применяется либо как декоративное, либо как износостойкое, в связи с низким коэффициентом трения хрома. Для декоративных целей также может применяться на крепежных изделиях латунирование, в частности для деталей мебельного крепежа (шурупы, винтовые стяжки и др.), антикоррозионные свойства которого крайне низки.

Среди неметаллических покрытий для крепежных изделий (в том числе стальных шурупов) широко применяются оксидирование и фосфатирование. Фосфатирование используется для стальных изделий, не требующих декоративного вида, и заключается в обработке последних специальным химическим составом (соль Мажеф), в результате которой на поверхности стали образуется фосфатная пленка (фосфат железа) с высокими защитными свойствами. В зависимости от качества подготовки поверхности детали пленка может иметь разную кристаллическую структуру. Наиболее высокими защитными свойствами обладают мелкокристаллические пленки. Фосфатная пленка очень хорошо связана с основным защищаемым металлом (на молекулярном уровне), обладаем отличной адгезией лакокрасочных и др. покрытий (хорошо окрашивается), имеет высокую маслоемкость. Дополнительная обработка повышает защитные свойства фосфатных пленок. Такая обработка производится в растворах хрома, промасливанием, гидрофобизированием или окраской. Промасливание обычно производится веретенным или авиационным маслом при температуре 100 °С, при этом существенно повышаются антикоррозионные и антифрикционные свойства детали. Гидрофобизирование заключается в создании дополнительно на поверхности деталей тонкой водоотталкивающей (гидрофобной) пленки. В зависимости от технологии подготовки поверхностей деталей, подвергаемых фосфатированию, и технологии самого процесса толщина покрытия может быть 2...15 мкм, а цвет детали – от светло-серого до черного.

Оксидирование заключается в формировании на поверхности изделия или детали пленки окислов. Оксидное покрытия по многим свойствам (антикоррозионным, адгезионным, мослоемким) близко к фосфатному. Цвет стального изделия после оксидирования в зависимости от режима процесса меняется от темно-серого до блестяще-черного. Считается, что по собственной антикоррозионной стойкости фосфатные покрытия превышают оксидные. Фосфатированные или оксидированные изделия могут применяться только в легких условиях эксплуатации, если эти покрытия подвергнуты промасливанию или гидрофобизированию – в средних и жестких. Для использования их в любых условия эксплуатации необходимо окрашивание.

Практически все крепежные изделия могут окрашиваться всеми распространенными красками, хотя качество адгезии может оказаться различным в зависимости от типа покрытия крепежа, вида краски, степени загрязненности окрашиваемого изделия и т.д. Среди шурупов, которые изготавливаются и предлагаются потребителю в окрашенном виде следует выделить кровельные саморезы, окраска которых должна сочетаться с цветом кровли и отвечать условиям высокой атмосферостойкости. Для окрашивания кровельных саморезов в настоящее время используются порошковые краски, которые наилучшим образом отвечают предъявляемым к окраске требованиям. Порошковая окраска – экологически чистая, безотходная технология получения высококачественных декоративных и декоративно-защитных полимерных покрытий. Покрытие формируют из полимерных порошков, которые наносят на окрашиваемую поверхность изделия. Затем изделие нагревают и выдерживают при заданной температуре несколько минут. Из-за относительно высокой температуры полимеризации окрашивают в основном металл и стекло. Последнее десятилетие происходит быстрое проникновение технологии порошкового окрашивания в сферы традиционных способов нанесения лакокрасочных покрытий. В мире сегодня окрашивают с использованием этой технологии примерно 15 % всех изделий подлежащих окраске, и это число увеличивается.

Для удобства производителей и потребителей цвета саморезов кодируются по одной из существующих систем обозначения цвета.

В мире существует несколько систем обозначения цветовых оттенков. Одной из распространенный в России систем является система цветов финской фирмы Rannila (RR), специализирующейся на производстве металлочерепицы и других кровельных материалов.

В связи со специализацией фирмы номенклатура известной системы RR сравнительно невелика. Более мощной и универсальной системой обозначений цветовых оттенков является система RAL. Ее разработал Немецкий Институт Гарантий Качества и Сертификации RAL. В 1927 году институт установил стандарт на цветовое пространство, разделив его на диапазоны и обозначив каждый цвет четырехзначным цифровым индексом, понятным разным областям промышленности. С тех пор по мере появления новых красителей стандарт неоднократно расширялся.

Общие сведения о коррозионной стойкости металлов

Методов защиты черных металлов из которых изготовляются крепежные изделия ГвозDECK (Гвоздек) и ПЛАНфикс от коррозии на практике очень много. В технике широко применяются лакокрасочные, химические и гальванические покрытия. Для вынужденной защиты крепежных изделий ГвозDECK (Гвоздек) и ПЛАНфикс от коррозии используются гальванические покрытия.

Гальванический способ осаждения металлов открыт в 1838 г. В Петербурге русским академиком Б.С. Якоби. Этот способ получил широкое распространение и в течение прошлого столетия развился в большой раздел прикладной электрохимии – гальванотехнику.

Помимо гальванических в технике часто применяются также химические, термодиффузионные и другие способы покрытия деталей.

Коррозией называется процесс разрушения металлов под действием химических или электрохимических факторов. Процесс коррозии заключается в окислении металла и превращении его в соответствующие химические соединения. Коррозия причиняет огромный ущерб. Статистика показывает, что из общего количества выплавляемого металла около 10 % полностью разрушаются коррозией, а 2/3 металла, в виде готовых изделий, по этой причине преждевременно выходит из употребления.

Наиболее интенсивно коррозионному разрушению подвергаются черные металлы – углеродистая сталь и чугун, в то время как некоторые цветные металлы и сплавы: хром, никель и их сплавы – медь и ее сплавы (бронза), алюминий и др. относительно устойчивы. Весьма устойчивы от атмосферной коррозии хромоникелевые стали.

В таблице 1 представлены результаты оценки коррозионной стойкости различных металлов в некоторых растворах.

Таблица 1 - Оценка коррозионной стойкости некоторых металлов в различных средах
 

Коррозионное разрушение металла, как правило, происходит неравномерно и часто носит местный (точечный) или межкристаллитный характер. Нередко процесс коррозии является следствием образования на металлической поверхности микроскопических элементов, в которых роль электродов выполняют частицы разнородных металлов. При попадании на поверхность металла влаги в гальванических элементах (или так называемых гальванических парах), имеющих замкнутую внешнюю цепь, возникает электрический ток, аналогично тому как это происходит в гальванических элементах, являющихся источниками электрического тока. Известно, что в таких элементах электрод, заряженный отрицательно (обычно цинк), вследствие электрохимических процессов постепенно растворяется. Точно также в гальванических парах происходит растворение частиц, выполняющих роль отрицательных электродов.

Коррозионный процесс наиболее энергично протекает в местах контакта разнородных металлов. Например, алюминиевые детали интенсивно растворяются, если они работают в контакте с латунными, так как алюминий отличается большей химической активностью, и имеет более отрицательный потенциал, чем латунь. Из двух сопряженных металлов растворимым электродом (анодом) является тот металл, который имеет более отрицательный потенциал. Поэтому наиболее эффективная защита от коррозии обеспечивается такими покрытиями, которые образуя в сочетании с металлом основы гальваническую пару, сами растворяются, но предупреждают разрушение основного металла изделия. Так, например, цинковое покрытие, имеющее более отрицательный потенциал, чем железо, значительно лучше защищает его от коррозии, чем никелевое, которое по отношению к железу имеет более положительный потенциал и является катодом. Покрытия, имеющие по сравнению с основным металлом детали более отрицательный потенциал, называют анодными, а более положительный – катодными. На рисунке 1 показан характер коррозионных процессов при наличии анодных и катодных покрытий.

Рисунок 1 – Схема коррозионных процессов в металлах с покрытием из цинка и никеля

 

2. Виды защитных покрытий

Защита металлических крепежных изделий от коррозии осуществляется обычно с помощью металлических и неметаллических покрытий. К наиболее распространенным видам покрытий относятся гальванические и химические покрытия.

Гальванические покрытия основаны на выделении металлов из растворов их солей под действием электрического тока. Осаждение металла на детали происходит при условии подключения ее к отрицательному полюсу источника тока. Гальванический способ обеспечивает покрытие деталей чистыми металлами или сплавами с минимальными потерями металлов, применяемых для покрытий.

Химические покрытия представляют собой пленки определенного химического состава, которые образуются на поверхности металла в результате воздействия на него химических реагентов. Наибольшее распространение получили окисные или фосфатные пленки.

Лакокрасочные покрытия основаны на образовании пленки из органического вещества и пигмента. Лакокрасочные покрытия, нанесенные на поверхность металла в виде одного или нескольких слоев лака или краски, после высыхания образуют непрерывные защитные и декоративные пленки.

Эмалевые покрытия представляют собой стекловидные пленки, образующиеся в результате оплавления при высоких температурах неметаллических порошков на основе порошков двуокиси кремния.

3. Оборудование и оснастка для подготовительных операций к нанесению защитных покрытий на крепежные изделия ГвозDECK (Гвоздек) и ПЛАНфикс

Подготовка крепежных изделий к покрытию состоит в механической и химической обработке их поверхности. Для подготовки поверхности применяются шлифовальные, полировальные и крацевальные станки, галтовочные барабаны, пескоструйные установки, ванны для обезжиривания, промывания и травления.

Шлифовальные и полировальные станки. Шлифивально-полировальные станки предназначены для сглаживания поверхности крепежных изделий и придания ей блестящего внешнего вида, выпускаются промышленностью двухсторонними и разделяются на одношпиндельные и двухспиндельные.

Станки для крацевания. Крацевание заключается в обработке поверхности крепежных изделий круглыми металлическими щетками. При крацевании применяются станки типа шлифовально-полировальных со скоростью вращения щеток 1500-2000 об/мин.

Барабаны. Для полирования мелких крепежных изделий различной формы (таких как ГвозDECK и ПЛАНфикс) большое распространение получили установки для полирования во вращающихся барабанах, получивших название «установок для подводного полирования». Установка для галтования состоит из двух барабанов, расположенных один над другим. Нижний барабан перфорирован и при работе полностью погружается в ванну с мыльным раствором. Полирование поверхности осуществляется стальными шариками, фарфоровым боем, кусочками кожи и различными абразивными материалами, загружаемыми в барабан вместе с обрабатываемыми деталями. Верхний барабан служит для сушки деталей и дополнительного глянцевания древесными опилками.

Установки для пескоструйной очистки деталей. Пескоструйная обработка применяется для очистки поверхности детали от окалины. Используется пескоструйная обработка главным образом при подготовке поверхности деталей перед нанесением защитных покрытий. Современные установки для пескоструйной очистки основаны на гидроабразивной или гидропескоструйной обработке деталей.

Оборудование для очистки поверхности от загрязнения. Удаление с поверхности деталей жировых загрязнений (полировальных паст, смазочных материалов и т.д. ) выполняется при помощи органических растворителей в стальных ваннах ил же в специальных установках. Сравнительно тщательное обезжиривание деталей достигается путем обработки их в парах растворителя. Высокое качество очистки достигается применением ультразвуковых колебаний с большой частотой. Ультразвуковое поле создается в растворителе путем установки в ваннах так называемых вибраторов, питаемых током от высокочастотных генераторов. Наибольшее распространение получили вибраторы магнитострикционного типа с частотой колебаний 20-25кГц. Ультразвуковое поле вызывает интенсивное перемешивание жидкости, что обеспечивает возможность удаления загрязнений из таких труднодоступных мест как малые отверстия, шлицы, тонкие каналы и т.п.

4. Подготовка к нанесению защитного покрытия на крепежные изделия ГвозDECK (Гвоздек) и ПЛАНфикс

Основными операциями, определяющими качество гальванических покрытий, являются операции, связанные с подготовкой деталей к покрытию. Установлено, что до 70% всего брака покрытий, так или иначе связано с плохим качеством подготовки деталей. Поэтому высокое качество покрытий возможно только при условии точного выполнения операций подготовки и соблюдения следующих общих требований.

1. Защитное покрытие всегда является последней, заключительной операцией технологического процесса изготовления детали. Поэтому операции механической обработки должны быть выполнены ранее, а поверхность детали, подготовленная к покрытию, должна иметь чистоту обработки, предусмотренную конструкторской документацией.

2. С покрываемых поверхностей должны быть удалены заусенцы, раковины, окалина, слой ранее нанесенных покрытий и неметаллические включения. Недопустимо также наличие вмятин, забоин, повреждений резьбы и прочих дефектов, исправление которых после покрытия нарушает их целостность.

3. Окислы, всегда имеющиеся на поверхности деталей, должны быть удалены путем травления или декапирования. Наличие окислов сильно снижает прочность сцепления защитного покрытия с металлом детали.

4. Непокрываемые участки, если они имеются, должны быть надежно защищены химически стойкими материалами.

Подготовка поверхности крепежа к нанесению защитного покрытия осуществляется, как правило, в два этапа, сначала посредством механической обработки и очистки, а затем, окончательно с целью удаления поверхностных загрязнений – химическим или электрохимическим путем. Лишь в особых случаях указанная последовательность действий нарушается: например, литые или штампованные изделия часто покрывают защитным цинковым покрытием без механической обработки, ограничиваясь обезжириванием и травлением поверхности.

4.1. Галтовка крепежных изделий

Галтовка является наиболее экономичным способом очистки мелких крепежных изделий и заключается в медленном перекатывании деталей, загруженных совместно с галтовочным материалом во вращающийся барабан. Галтовочные барабаны для обработки мелких деталей обычно имеют шестигранное сечение и снабжены в одной из стенок плотно закрывающейся крышкой. Корпус галтовочного барабана изготавливается из листовой стали или несмолистых пород дерева. Для улучшения перемешивания оси барабана располагают ассиметрично и на внутренних стенках барабанов прикрепляются продольные полосы. Размеры барабанов для галтовки деталей колеблются в пределах 600-1000мм по длине и 300-700мм по сечению. Скорость вращения барабана для крупных деталей составляет 10-15 об/мин., а для мелких может достигать 40-60 об/мин. Для сухой очистки деталей вполне допустимо применение высушенного речного песка, т.к. плотно закрытые крышки галтовочного барабана не пропускают пыли. Кроме речного песка для галтовки могут использоваться другие абразивные материалы (металлическая дробь, наждачный порошок и др.).

Продолжительность галтовки в зависимости от материала деталей и их конфигурации , от состояния поверхности деталей и ряда других причин может составлять от 2-3 до 40-50 часов.

Часто очистку песком объединяют с обезжириванием или протравливанием, что позволяет, весьма доброкачественно, подготовить детали к покрытию. При очистке с обезжириванием к смеси деталей с песком приливают 2-3-процентный раствор каустической соды или тринатрий-фосфата. При объединении очистки песком с травлением деталей вводят добавку 2-3-процентного раствора серной кислоты.

4.2. Шлифование, полирование, крацевание

Чем глаже и однороднее покрываемая поверхность детали, тем глаже, беспористей и устойчивей в отношении защиты от коррозии становится защитный слой покрытия. Поэтому шлифование и полирование, кроме отделки поверхности, имеют своим назначением также и повышение защитной способности покрытий. Отделку поверхности производят последовательно, начиная с грубого шлифования, а затем постепенно переходят к тонкому шлифованию и полированию.

4.3. Полирование

Массовое полирование мелких деталей известно в промышленности под названием подводного полирования и заключается в обкатывании деталей совместно с кусками абразива и стальными шариками в мыльном растворе. При этом с поверхности детали удаляются заусенцы, закругляются острые кромки, зачищаются следы режущего инструмента и поверхность изменяет чистоту обработки с 5-6-го класса до 10-11-го класса.

4.4. Обезжиривание растворителями

Обезжиривание растворителями часто применяется и как самостоятельный вид обработки и как предварительная очистка деталей от избытка смазки и масел перед электрообезжириванием. Для удаления консервирующего густого слоя смазки, например пушечного сала, технического вазелина или солидола, детали укладываются в проволочную корзину и завешивают на крюки и погружают на 10-15 мин. В бачок с веретенным маслом подогретым до 80-90 градусов С. Оставшийся на деталях тонкий слой веретенного масла удаляют бензином или другим растворителем.

4.5. Химическое обезжиривание

Обезжиривание в горячих щелочных растворах применяется главным образом при обработке больших партий мелких деталей. Для этой цели детали укладываются в железные сетчатые корзины и погружают в горячий щелочной раствор. Состав раствора и режим обезжиривания меняют в зависимости от природы металла (таблица 2).

Таблица 2 - Состав растворов и режимы химического обезжиривания металлов
 

При обезжиривании на поверхность растворов всплывает слой грязной пены, содержащей масла и жировые загрязнения, которые должны непрерывно удаляться через сливной карман. Для этой цели наиболее целесообразно применять автоматическую очистку поверхности раствора за счет приточно-сливной циркуляции. Движение щелочного раствора относительно поверхности деталей во много раз ускоряет процесс обезжиривания. Поэтому перемешивание раствора, струйная его подача на детали, ультразвуковое колебание раствора всегда полезны и их следует применять как для ускорения процесса, так и для улучшения степени очистки.

5. Схема технологического процесса нанесения защитного цинкового покрытия на крепеж «ГвозDECK» («Гвоздек») и «ПЛАНфикс».

Технологические процессы подготовки крепежных изделий и нанесения гальванических покрытий представляют собой комплекс операций и переходов, которые разделяются на группы: подготовительные, нанесения покрытий и заключительные.

К подготовительным операциям относятся: механическая и химическая обработка деталей. К заключительным – химическая обработка (осветление, пассивирование), сушка и механическая обработка (глянцевание, крацевание) покрытий.

Последовательность выполнения и вид операций в значительной степени зависят от назначения покрытия и исходного состояния поверхности детали. На рисунке дана приблизительная последовательность основных технологических операций цинкования крепежа «ГвозDECK» («Гвоздек») и «ПЛАНфикс».

 
Рисунок 2 – Технологический процесс цинкования крепежа ГвозDECK и ПЛАНфикс

После цинкования ГвозDECK и ПЛАНфикс подвергаются так называемому обезводороживанию посредством прогрева их при температуре 200 град С в течение 2 часов.

6. Цинкование ГвозDECK и ПЛАНфикс

Цинк – хрупкий металл светло-серого цвета с удельным весом 7,2 и температурой плавления 419 град С.

Будучи химически активным металлом, цинк хорошо растворяется в кислотах и щелочах, не стоек к воздействию сернистых соединений и влажного углекислого газа. Под влиянием влажного воздуха и воды цинк тускнеет и покрывается белым налетом окисных и углекислых соединений, предупреждающим дальнейшее разрушение защитного покрытия. Имея более отрицательный нормальный потенциал ( - 0,76 в), чем железо, цинковое покрытие по отношению к железу является анодом и в образующейся гальванической паре цинк-железо (смотри рисунок 1) разрушению подвергается цинковое покрытие, а основной металл сохраняется. Скорость разрушения цинкового покрытия зависит от условий эксплуатации изделий и составляет около 1,0 – 1,5 мк в год для сельской местности и 6-8 мк в промышленных районах.

Согласно нормативным документам в зависимости от условий эксплуатации предусмотрены следующие минимальные толщины цинкового покрытия:

1) Для изделий, находящихся в легких условиях эксплуатации (отапливаемые помещения), - 5 мк,

2) Для изделий, находящихся в средних условиях эксплуатации (влажный воздух, сельская местность), - 15 мк,

3) Для изделий, находящихся в жестких условиях эксплуатации (влажный воздух, атмосфера, загрязненная промышленными газами), - 30 мк.

Толщина цинкового покрытия ГвозDECK и ПЛАНфикс составляет более 50 мк, что соответствует при эксплуатации крепежного изделия в сельской местности ( скорость разрушения цинкового покрытия 1,5 мк) около 30 годам эксплуатации.

Гальваническое цинкование осуществляется при помощи кислых цианистых, цинкатных и аммиакатных электролитов.

6.1. Цинкование в кислых электролитах

Кислые электролиты применяются для цинкования деталей простой формы. В этих электролитах допускается применение высоких плотностей тока без снижения выхода по току, величина которого составляет 85-98%. В таблице 3 представлены данные расчета толщины слоя цинка в зависимости от заданной плотности тока и выхода по току.

Таблица 3 – Скорость осаждения цинка из кислых электролитов в мк/час
 

6.2. Цинкование в цианистых электролитах

Цианистые электролиты применяются для цинкования деталей сложной формы. В таблице 4 представлены данные расчета слоя цинка в зависимости от плотности тока и выхода по току.

Таблица 4 – Скорость осаждения цинка из цианистых электролитов в мк/час
 

6.3. Цинкование в цинкатных электролитах

Цинкатные электролиты являются до некоторой степени заменителями цианистых и служат для покрытия деталей сложной формы, так как рассеиающая способность их близка к рассеивающей способности цианистых электролитов. Цинкатные электролиты дешевы и имеют простой состав, электропроводность их высока, что позволяет использовать для питания ванн источники с низким напряжением. Для образования качественных гладких защитных покрытий применяется добавление к электролиту четырехвалентного олова (свинца).

7. Пассивирование цинковых покрытий ГвозDECK (Гвоздек) и ПЛАНфикс

С целью повышения коррозионной стойкости крепежных изделий ГвозDECK (Гвоздек) и ПЛАНфикс их цинковые покрытия подвергаются специальной химической обработке в хроматных растворах. В результате этого на поверхности защитного покрытия ГвозDECK (Гвоздек) и ПЛАНфикс образуются цветные пленки различных оттенков. Такая обработка называется пассивированием цинкового покрытия. Пассивирование осуществляется после осветления покрытия в разбавленном растворе азотной кислоты. Качество пассивной пленки определяют по ее внешнему виду. Веет пленки может изменяться от светло-желтого до розоватого и фиолетового. Коричневый цвет пленки свидетельствует о низком качестве ее защитных свойств.

8. Контроль качества цинковых покрытий

Контроль качества гальванических покрытий осуществляется путем следующих испытаний:
1) Осмотр внешнего вида,
2) Определение толщины и пористости,
3) Испытание механических свойств,
4) Испытание коррозионной стойкости.

8.1. Контроль покрытия по внешнему виду

Качество цинковых покрытий определяется путем внешнего осмотра с целью выявления таких дефектов, как шероховатость, точечная пористость (питтинг), «подгар» покрытия, отслаивание, повреждение внешнего защитного покрытия (царапины, забои), неоднородность оттенка, непокрытые участки. Перечень допустимых и недопустимых дефектов покрытия определяется обычно техническими условиями на изделие и другими руководящими техническими материалами.

8.2. Определение толщины покрытия химическими методами

При контроле толщины слоя покрытия наиболее важным является определение местной ее величины, например в углублениях, где осаждение защитного покрытия было затруднено. Методы химического контроля толщины покрытия основаны на растворении покрытия на выбранных участках поверхности под действием специально приготовленных растворов. Толщина покрытия рассчитывается либо по времени воздействия раствора до полного разрушения (удаления) покрытия, либо по объему раствора, затраченному на его удаление. Для этой цели применяются сравнительно простые методы контроля местной толщины цинкового покрытия – струйный или капельный.

8.3. Определение толщины покрытия физическими методами

Физические методы контроля качества цинкового покрытия основаны на различии в магнитных или электрических свойствах основного металла детали и металла защитного покрытия. Для определения толщины защитного покрытия физическими методами применяются приборы, в основе которых лежит определение зависимости степени отражения бета-излучения от природы и толщины покрытия. Определение местной толщины покрытия занимает значительно меньше времени, чем определение химическими методами, и. что очень важно осуществляется без разрушения покрытия.

8.4. Определение пористости защитных покрытий

Химические методы определения пористости защитных покрытий основаны на том, что растворы определенного состава, проникая через поры покрытия до основного металла детали, реагируют с ним и образуют яркоокрашенные продукты реакции. Определение пористости производят наложением фильтровальной бумаги, пропитанной соответствующим раствором, на обезжиренную спиртом и высушенную поверхность детали. В местах пор на детали появляются окрашенные точки, количество которых подсчитывается. Пористость выражается числом пор на 1 см2 поверхности. Количество допустимых пор регламентируется техническими условиями на изделие.

8.5. Контроль прочности сцепления покрытия с основой

Определение прочности сцепления защитного покрытия с основой вызывает значительные затруднения в связи с отсутствием надежных методов и объективных критериев оценки качества сцепления. Наиболее простыми методами оценки прочности сцепления покрытий являются методы царапания, перегиба и нагрева.

9. Удаление некачественных цинковых покрытий

Снятие дефектных цинковых покрытий осуществляется погружением оцинкованных деталей в 5-10 % раствор серной или соляной кислоты с последующим удалением черного металла карцеванием.



При подготовке статьи использованы материалы:

1. Бахвалов Г.Т., Биркган Л.Н., Лабутин В.П., Справочник гальваностега, 1954.
2. Ямпольский А.М., Ильин В.А., Краткий справочник гальванотехника, 1962.