Применение цинка высокой плотности в цветной металлургии

Цветные металлы делятся на легкие и тяжелые. Плотность цинка составляет 7,1 г/см³, поэтому он относится к тяжелой цветной металлургии, продукция которой применяется во многих областях. Но у каждого металлического изделия есть враг – коррозия, которая их разрушает с течением времени. Защитой служит цинк, т. к. на нем образуется оксидная пленка, которая сильно замедляет разрушительный процесс. Поэтому в целях борьбы с коррозией его наносят на сталь и чугун. Этот процесс называется оцинкованием.

Оцинкование поверхностей
Цинк защищает поверхности от коррозии

Способы оцинкования

На сегодняшний день существуют разные технологии нанесения цинка на поверхность изделий. Необходимо рассмотреть каждую из них подробно.

Горячий способ оцинкования

Металлическое изделие заранее обезжиривается, промывается и травится. Цинк плавят при температуре 450–480 °C. В жидкий металл опускается деталь. Принцип действия этого метода основан на том, что железо и его сплавы хорошо смачиваются. В результате образуется покрытие значительной толщины от 40 до 450 мкм, благодаря чему изделие надежно защищено от коррозии. Однако горячему способу присущи и недостатки. К ним относится:

  • неравномерность толщины слоя;
  • невозможность использовать метод для деталей, имеющих точный допуск, и в случае, когда под действием высокой температуры меняются характеристики крепежа.

Также есть вероятность, что после горячего оцинкования уменьшится прочность крепления, так называемое охрупчивание. Во избежание такой ситуации изделие необходимо обрабатывать термически после нанесения цинка, но даже это не дает полной гарантии. Рассматриваемый способ не подходит для деталей, покрытых лакокрасочными материалами или порошковыми красками. Причина заключается в низкой сцепляемости между ними и горячим цинком.

Горячий способ оцинкования
Обработка поверхности горячим цинком

Холодный способ оцинкования

У этого метода есть еще 2 названия: гальванический и электролитический. В данном случае технология напоминает процесс окрашивания изделия, но вместо красок используется специальный состав, содержащий цинк. В результате деталь покрывается антикоррозийным слоем. В отличие от предыдущего способа, подвергать холодному оцинковыванию можно крепеж любого размера и окрашенные изделия. С помощью данного метода достигается повышенная химическая стойкость. К слабым местам способа можно отнести малую толщину слоя – 5–35 мкм, что приводит к уменьшению антикоррозионных свойств. Рассматриваемый способ так же, как и предыдущий не исключает возникновения охрупчивания.

Термодиффузионный способ оцинкования

Покрытие, полученное с помощью данного метода, является положительным электродом, в то время как сталь отрицательным. Таким образом происходит электрохимическая защита. Термодиффузионное оцинкование может использоваться только для изделий, материалы которых углеродистая сталь, чугун и сталь с небольшим содержанием примесей. Процесс оцинкования происходит следующим образом. Поверхность изделия насыщается цинком, при этом среда должна быть порошковой, а температура 290–450 °C. Марка стали и тип изделия влияют на выбор температуры. Таким способом можно добиться любой толщины защитного слоя от 6 до 110 мкм. При данном методе в закрытый контейнер помещают деталь и добавляют специальную насыщенную смесь. Окончательная обработка требуется для того, чтобы не образовывались белые продукты коррозии на изделиях во время их контакта с соленой водой и конденсатом.

Описанная технология применима для заготовок, имеющих резьбу и сложную геометрическую форму. В результате образуется равномерный слой по всей поверхности, цинк не скапливается в углублениях или соединениях. Благодаря указанному преимуществу не понадобится устранять покрытие на внутренней резьбовой части, как это приходится делать после горячего оцинкования. Также отсутствует охрупчивание, т. е. такая технология подходит для высокопрочного крепежа. Уровень антикоррозийной стойкости в 1,5–2 раза выше, чем при гальваническом оцинковании, и в 3–5 раз выше, чем при горячем способе. Также для указанной технологии характерны большая сцепляемость цинкового слоя с красками, высокая точность, поэтому область применения распространяется и на конструкции, имеющие точные допуски. Нанесенный антикоррозийный слой очень износостойкий, поэтому подходит для деталей, которые часто собираются и разбираются.

Другие сферы применения цинка

Помимо оцинкования, цинк имеет и другие области применения в промышленности, в т. ч. из-за значительной плотности, которая является причиной некоторых механических свойств металла.

Производство листов и деталей
Другие сферы применения цинка

Стоит рассмотреть наиболее распространенные сферы использования:

  1. Производство цинковых листов. Для изготовления таких листов используется прокатка металла, для которой важна пластичность материала. У цинка она зависит от температуры. При 25 °С в литом виде пластичность металла ограничена, и деформации могут происходить только в 1 плоскости, что создает разные свойства материала в зависимости от направления. Прочность цинка в данном случае больше в направлении, перпендикулярном к прокатке. При снижении температуры до минусовой пластичность значительно уменьшается, а при нагревании увеличивается. При 100–150 °С цинк поддается прокатке в форму листов, толщина которых достигает сотых долей миллиметра. Они маркируются в зависимости от массовых долей цинка в листе. Ц0 предполагает наличие цинка не менее 99,975%, Ц1–99,95%, Ц2–98,7%, Ц3–97,5%. В дальнейшем из листов изготавливают большие элементы для авиационных и автомобильных приборов, формы для печати в полиграфии, химические источники тока, оцинкованную посуду, кровельные покрытия, трубы, сточные желоба.
  2. Производство цинковых сплавов. Для того чтобы улучшить механические, технологические и физические свойства металла, в него добавляют примеси. В цинк чаще всего легируют алюминий или медь. Такие сплавы плавят в специальных промышленных печах. Сначала печь разогревают до температуры 400 °С, затем в нее кладут переплав отходов, сплавы из нескольких компонентов и цинк, далее все это засыпают хорошо прокаленным древесным углем. Сплавы (лигатуры) содержат в себе алюминий и медь, или алюминий и магний, или медь и алюминий. После того как все расплавится, следует перемешивание и, если есть необходимость, добавление в печь еще цинка. Процесс плавления должен проходить при температуре не выше, чем 480 °C. За полным расплавлением металлов опять идет перемешивание и разливание по изложницам с соблюдением температуры в пределах 400–460 °C. Полученные сплавы используют для изготовления подшипников и втулок металлообрабатывающих станков, прессов, в приборостроении и судостроении, машиностроительной промышленности.

Цинк и сплавы на его основе нашли широкое применение в различных отраслях. Это обусловлено свойствами материала, которые являются следствиями большой плотности и антикоррозийной стойкости.