Реферат. Реферат по дисциплине Коррозия и защита металлов
 Скачать 45.99 Kb.
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И.Носова» Филиал ФГБОУ ВПО «МГТУ» в г. Белорецк Кафедра Технологий обработки материалов РЕФЕРАТ по дисциплине «Коррозия и защита металлов» на тему «Цинкование» Выполнила: студент Барабанов Н.Н группы ММБ-20-2 Проверил: преп. кафедры Куприянова О.А Магнитогорск 2023 Оглавление Введение………………………………………………………………………………….………….... 1. Суть и назначения процесса цинкование металла……………………………………………………..………….................................... 1.1 Свойства и преимущества оцинкованных покрытий………… 1.2 Цинкование с фосфатированием…….…….…….....…...............… 2. Способы и методы цинкования ……………………………………………. 2.1 Горячее цинкование ............……………………………………..………... 2.2. Холодное цинкование……………………………………………………..….... 2.3. Гальванический метод………………………………………………………..... 2.4. Термодиффузионное покрытие цинком…………………………..... 3. Как отличить оцинкованный металл от обычного………………………………..…………………………………….…………………….…….... 3.1. Получение цинкового состава……………………………………….…..... 3.2. Подготовка к нанесению покрытия ……………………………………….……...... Заключение………………………………………………………............... Приложения .............................................................................................…. Список используемых источников…………………………………….…... Введение Цинкование металла – это технологический процесс, суть которого заключается в нанесении на поверхность металлических деталей специального цинксодержащего состава. Данная процедура призвана предупредить образование окислов и ржавчин, что благоприятно влияет на срок службы металлоконструкций любого типа. Цинкование можно осуществить не только в производственных условиях, но и своими руками. В статье подобно изложены различные методики цинкования металла. ВОЗМОЖНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ПРИ ЦИНКОВАНИИЖелание сэкономить на покрытии крепежа зачастую опасно во многих отношениях. Крепеж с «родным» покрытием, оцинкованный заводом-изготовителем, надежнее крепежа, оцинкованного вне предприятия-изготовителя, по следующим причинам: Нанесение любого покрытия требует предварительного обезжиривания и очистки поверхности. При этом велик риск внешнего водородного охрупчивания стали - крепеж может потерять прочность. При горячем и термодиффузионном цинковании возможен отпуск болтов, опять же с потерей их прочности. При нанесении слоя цинка толщиной более 15-20 мкм крепеж может потерять свинчиваемость, что чревато опасными ошибками при монтаже. Поэтому нанесение покрытия на крепеж должно выполнятся профессионалами. И лучше всего, самим изготовителем крепежа, знающим химический состав стали и режимы ее термообработки, имеющим возможность прослабления резьбы в процессе производства, принимающим необходимые меры для снижения вероятности водородного охрупчивания, выполняющим все испытания крепежа с покрытием. Суть и назначение процесса цинкования металла Цинк является основным компонентом специальной химической смеси, которой принято покрывать изделия из металла во избежание развития коррозионных процессов. Повышенная влажность, воздействия механического характера, химические реакции – все это может спровоцировать окисление поверхности металла, однако оцинкованные изделия гораздо меньше подвержены коррозии. Суть цинкования, вне зависимости от применяемой технологии, заключается в следующем: с помощью выбранного метода на подготовленную поверхность детали либо конструкции наносят слой цинка. При этом защитный слой из цинка может просто покрывать поверхность материала-основы или дополнительно соединяться с ним за счет диффузного взаимодействия, – все зависит от выбранной технологии. Главная задача – создать цинковый слой на поверхности изделия, чтобы защитить металл от коррозии. Цинк обладает специфическим свойством: после контакта с кислородом на оцинкованной поверхности образуется оксидная пленка. Оксид цинка намного плотнее и прочнее, чем оксид железа, поэтому оцинкованная поверхность не пропускает к металлу О2, не боится механических воздействий. Цинкование металлоконструкций позволяет защитить металл от образования ржавчины и разрушения за счет создания воздухонепроницаемого покрытия. Даже если во время эксплуатации на детали образуется механическое повреждение и оксидная пленка разрушится, на оголенном цинке после взаимодействия с кислородом сразу же образуется новый дополнительный слой. Поэтому защита металла от образования ржавчины с помощью оцинковки является самовосстанавливающейся. Даже когда защитное покрытие сильно и глубоко повреждено, ржавчина на металле будет образовываться медленнее. Если же металлоконструкция ничем не защищена, коррозийные процессы протекают достаточно быстро. Объясняется это тем, что цинк с железом в области повреждения образуют гальваническую пару. В ней цинк выступает в роли активного металла, именно в нем запускается процесс образования коррозии. Непосредственно сама металлоконструкция остается защищенной от появления ржавчины. Цинк и металл в симбиозе образуют гальваническую пару, где цинк принимает на себя все барьерные функции и, следовательно, вступает в различные формы взаимодействия с факторами окружающей среды . Поверхность изделия будет сохранять свой первоначальный вид до тех пор, пока не разрушится полностью верхний цинковый слой. В местах, где цинк подвергается наиболее сильному воздействию, под влиянием молекул воды и кислорода образуется защитный слой гидроксида, который также сохраняет целостность металла. Цинкование алюминия и других видов металлов происходит с использованием разных методов, однако наибольшее влияние на эффективность результата данной процедуры оказывает класс толщины цинкового слоя, который определен по ГОСТ 14918-80
Классы цинкового покрытия П и 1 чаще всего используются в условиях сложной климатической обстановки повышенной влажности и перепадов температур. 1.1 Свойства и преимущества оцинкованных покрытий Существенным преимуществом оцинкованных покрытий является длительность срока их службы. Если говорить о различных технологиях оцинковывания как об этапе подготовки деталей к окрашиванию, то сразу можно отметить следующие достоинства процедуры: износостойкость и длительность службы окрашиваемого покрытия; низкая себестоимость в сравнении с ценой на окрашивание без предварительного цинкования за срок до 25 лет; простые требования к изделиям из металла. Цинкование металла осуществляет не только барьерную и защитную, но и электрохимическую защиту верхних слоев обработанных изделий. 1.2 Цинкование с фосфатированием Цинкование с фосфатированием принято использовать для обработки цветных металлов. В результате процедуры на верхнем слое детали из металла образуются фосфаты цинка, марганца или железа, которые являются малорастворимыми элементами, что усиливает барьерные и электроизоляционные качества обрабатываемых поверхностей. Цинкование с фосфатированием можно применять в отношении следующих видов металлов: чугуна; кадмия; низколегированных углеродистых сталей; меди; цинка; алюминия. Металлические предметы, оцинкованные посредством фосфатирования, могут использоваться даже в условиях тропиков. Они не подвержены воздействию нагретых материалов, смазочной органики (масел), бензола, толуола и всех газов за исключением сероводорода. Способы и методы цинкования Для укрепления металлических поверхностей широко распространены такие виды цинкования: горячее; холодное; гальванизация; термодиффузионное цинковое покрытие; напыление под воздействием термических газов. При выборе технологии цинкования металла нужно отталкиваться от предназначения изделия и способов его эксплуатации. Заранее необходимо определить класс толщины цинкового слоя, так как от этого зависит весь технологический процесс, включая настройку производных температур. Изделия из металла, на которых уже присутствует цинк, не стоит подвергать механическим воздействиям, так как можно нарушить целостность защитного покрытия. 2.1 Горячее цинкование Горячее цинкование стали имеет широкую известность, но применяется несколько реже, чем другие способы распределения цинка по поверхности металлоконструкций. Несмотря на эффективность горячей технологии, она является крайне опасной для окружающей среды и живых организмов. Горячий способ подразумевает использование агрессивных химикатов для подготовительных процедур и горячего жидкого цинка для дальнейшего покрытия. Сталь цинкуется горячим методом в 2 этапа: Подготовительные меры. Процесс цинкования. Подготовка изделий также делится на следующие друг за другом производственные стадии: Зачистка и обезжиривание поверхности. Травление с помощью кислот. Промывание деталей. Флюсование (вычленение из металла солей и оксидов). Просушка. После завершения этапа 1 деталь погружают в специальный резервуар с расплавленным цинком, после чего начинает формироваться тонкий защитный слой из железа и цинка. Далее изделие подвергается продуванию, которое призвано обеспечить полное высыхание изделия, а также удаление лишних образований. Преимущества: Обрабатывать по такой технологии можно заготовки со сложной геометрической формой. К примеру, горячее цинкование применяется для создания защитного покрытия на трубах. Если во время эксплуатации деталей цинковое покрытие повредится из-за механического воздействия, защитный слой самовосстановится, не потребуется повторять цинкование заново. Если сравнивать горячее цинкование с другими технологиями нанесения защиты, то с его помощью получится сделать покрытие, в шесть раз более устойчивое к пагубному воздействию жидких сред. Поэтому метод горячей оцинковки используется, чтобы защитить трубы и емкости. С помощью этого способа цинкования металлоконструкций получится устранить дефекты на металлической поверхности, к примеру раковины, поры. Эксплуатировать трубы и метизы, покрытые цинком по этой технологии, получится без серьезных денежных вложений. Так, поверхность детали не нужно окрашивать, поскольку она уже защищена от пагубного воздействия окружающей среды. Это касается труб, монтируемых в стенах, а также расположенных под грунтом, до которых достаточно сложно добраться. Недостаток данного метода оцинковывания металла заключается в ограничении габаритов обрабатываемых изделий размерами резервуара. 2.2 Холодное цинкование Метод холодного цинкования заслуженно считается самым применяемым. Причинами тому являются высокая результативность и простота применения. Способ не требует наличия профессионального оборудования, что позволяет осуществлять цинкование у себя дома. Для холодного цинкования потребуется специальный цинковый состав (например «Цинокол») и малярный инструмент (кисть, валик). Смесь включает от 86% цинка, благодаря чему защитное покрытие образуется сразу после нанесения состава на металлическую поверхность. Если конфигурация поверхности не позволяет нанести цинковую смесь малярным инструментом равномерно, применяют краскопульт – устройство для распыления различных материалов. Холодный метод цинкования не имеет аналогов, если речь идет о нанесении или восстановлении защитного слоя металлоконструкций, в отношении которых невозможно применить иные способы цинкования (например, уже смонтированное оборудование, леса или трубы). Также такой метод является лучшим решением для проведения ремонтных работ. Холодный способ цинкования можно производить в широком температурном диапазоне, при этом защитный покров сохраняет гибкость и устойчивость к различным повреждениям. Основные достоинства данного метода: Невысокая стоимость. Простота технологического процесса. Возможность обрабатывать металлоконструкции сложной формы, любых габаритов. Нет необходимости в демонтаже окрашиваемых деталей, их не нужно перевозить на предприятие, чтобы оцинковать. Если потребуется, можно сделать достаточно толстый слой оксида цинка. После холодного цинкования можно покрасить поверхность краской выбранного оттенка. В роли подложки под красящий состав будет выступать цинкосодержащий грунт. Минусы холодного цинкования металлоконструкций: Сложно контролировать равномерность толщины защитного слоя. Покрытие плохо держится на поверхности. Низкая устойчивость к механическим и физическим повреждениям. 2.3 Гальванический метод Во время гальванического цинкования на верхний слой металла оказывается воздействие электрического и химического характера одновременно. Результатом является не только максимально точная толщина барьерного слоя, но и идеально гладкая структура. Гальванизация сопровождается высокой адгезией элементов металла и цинка, соединенных на молекулярном уровне. Можно достичь не только максимально равномерного цинкового покрытия по всей площади детали, но и придать ему декоративный вид. Процесс электрохимической гальванизации происходит так: пластины или другие объекты из металла погружаются в специальную электролитическую жидкость; объект обработки подключается к источникам тока с разными зарядами; разность потенциала заставляет материал разрешаться, после чего молекулы цинка начинают подниматься к поверхности изделия, образуя тем самым защитный слой. Цинкование металлоконструкций гальваническим методом позволяет воссоздать неповторимый декоративный узор, контролируя при этом толщину барьерного слоя. Главный недостаток процедуры – высокая стоимость, которая складывается из цен на электроэнергию, состав электролита, оборудование и другие производственные элементы. Какие электролиты применяются во время цинкования металлоконструкций методом гальваники: Кислые и слабокислые: сульфаты, борфториды, хлориды. Аммиакатные: щелочи и нейтральные растворы. Цианидные и цинкатные: электролиты щелочной группы с цианидом и цинкатом натрия в растворе едкого натра. Прежде чем приступить к обработке, следует подготовить металлоконструкции, очистить их и обезжирить, также провести флюсование: нанести пленку, препятствующую окислению. Какими свойствами обладает цинковое защитное покрытие, полученное методом гальванизации? Его поверхность пластичная, защитный слой непрерывный на деталях, работающих в условиях циклической деформации, к примеру, таких как стальные пружины. 2.4 Термодиффузионное покрытие цинком Суть термодиффузионной технологии (ТТ) в том, что объект цинкования и сухой цинксодержащий порошок кладутся в специальный контейнер, который герметизируется и подвергается воздействию очень высокой температуры (до 2 500 градусов по Цельсию). Атомы цинка, содержащиеся в сухой смеси, преобразуются в газ, что упрощает их диффузионное проникновение в верхний слой деталей из металла. Как правило, данную технологию применяют в случае необходимости создания защитного слоя свыше 15 мкм. Подготовка самих деталей происходит по стандарту. Термодиффузионный метод, как и другие технологии, обладает рядом положительных и отрицательных черт. Преимущества: безопасность и экологичность; возможность контролировать толщину цинковой наслойки; высокое качество защитного покрытия без образования пор; после процедуры не остается специфических отходов, нуждающихся в особом виде утилизации; можно осуществить цинкование изделий даже со сложной геометрической конструкцией. Недостатки: наличие налета на оцинкованных деталях, отсутствие зеркального блеска; образование цинковой пыли в окружающей среде; средний уровень производительности; цинкование может получиться неравномерным. 2.5 Газотермическое напыление Напыление подходит для металлических крупногабаритных пластин или металлоконструкций, в отношении которых очень тяжело применять другие технологии. Процесс цинкования напылением: в условиях газовой среды цинк в виде сухого порошка распыляют по всей поверхности металлоконструкции. На фоне высоких температур молекулы цинка и металла при столкновении образуют чешуйки, поры и неровности, поэтому обрабатываемая деталь нуждается в дальнейшей покраске Основные достоинства газотермического цинкования металлоконструкций: Можно покрыть деталь в полевых условиях, не потребуется демонтировать металлоконструкцию. Защитный слой получается равномерным. Можно отрегулировать толщину цинкового покрытия. Минусы этого способа цинкования: Не подходит для обработки деталей небольшого размера. Защитный слой получается пористым. Не удастся провести оцинковку труднодоступных мест. Нельзя использовать для нанесения защитного покрытия на прецизионные детали. Трудоемкий процесс. Производительность достаточно низкая. Как отличить оцинкованный металл от обычного На глаз. Оцинкованная сталь, как правило, имеет характерные радужные разводы. Также обычный металл имеет более матовую поверхность. Если на металле нет кристаллических декоративных узоров, то цинковое покрытие имеет зеркальный блеск. Магнит. Оцинкованные поверхности обладают более сильными электромагнитными свойствами, что можно проверить с помощью обычного магнита. Спектральный анализ. Требуется специальное оборудование, определяющее химический состав стали, но данный способ считается наиболее точным и надежным. Химический метод. Соляная кислота вступает с цинком в химическую реакцию, при которой начинается выделяться водород. Достаточно небольшого количества соляной кислоты. При покупке оцинкованной стали рекомендуется выбрать надежного и ответственного поставщика, что избавит от проблем с определением подлинности металла и наличия у него цинкового покрытия. Подготовка электролита Электроли́т — вещество, которое проводит электрический ток вследствие диссоциации на ионы, что происходит в растворах и расплавах, или движения ионов в кристаллических решётках твёрдых электролитов. Примерами электролитов могут служить кислоты, соли, основания и некоторые кристаллы (например, иодид серебра, диоксид циркония). Электролиты — проводники второго рода, вещества, электропроводность которых обусловлена подвижностью положительно или отрицательно заряженных ионов. Электролитом может стать любой раствор, в котором содержится цинк: хлорид цинка (ZnCl); соляная кислота (HCL); ZnSO4 (результат травления серной кислоты H2SO4). При травлении необходимо быть максимально осторожным, так как во время химической реакции выделяется взрывоопасный газ Н2. 3.1 Получение цинкового состава Чтобы осуществить гальваническое цинкование металла дома, необходимо иметь цинк. Если говорить о подручных средствах, то цинк можно найти: в солевых батарейках (индекс L); в металлических оцинкованных деталях; в советских предохранителях. А можно купить чистый цинк в радиомагазинах или на авторынках. 3.2 Подготовка к нанесению покрытия Чтобы качественно оцинковать стальные детали, необходимо грамотно подготовить материалы: Нужно взять пластиковую или стеклянную тару, которая выступит в качестве ванны с электролитом, и установить держатели для анода и катода. Если в электролите заметны кристаллы соли, то использовать его нельзя. Растворить их можно, добавив дистиллированной воды. Анодом может выступить пластинка из цинка с подключенным к ней «+» зарядом. Чем больше площадь пластины, тем равномернее будет ложиться цинк на катоде. Чем больше анодов, тем больший участок покроется цинком за раз. Катод – это деталь, которая требует обработки (отрицательный заряд). На нее будут укладываться молекулы цинка. Необходимо подготовить металл к процедуре цинкования: очистить от коррозии, обезжирить и активировать, поместив в раствор кислоты. Необходимо расположить катод равно удаленно от всех источников положительного заряда. Источником электрического питания может выступать любой аккумулятор или блок питания. Чем выше будет напряжение, тем более ускоренно пройдет процесс гальванизации. Если используется автомобильный аккумулятор, в схему необходимо добавить другие потребители тока (например, лампочку накаливания). После всех подготовительных процедур останется только включить источник электрического питания и поместить катод в электролит. Не стоит допускать бурного кипения электролита: необходимо снизить силу тока, добавив в схему потребители электроэнергии. Чем дольше происходит процесс гальванизации, тем толще будет защитный слой цинка на поверхности обрабатываемой детали (катода). ЗАКЛЮЧЕНИЕ Список используемых источников https://wikimetall.ru/metalloobrabotka/tsinkovanie-metalla.html https://zctc.ru/sections/zinc https://zctc.ru/catalog/zinkovanie/?yclid=2615533906137448447 https://www.urssl.ru/goryachee-tsinkovanie/?yclid=1213176562008195071 https://ru.wikipedia.org/wiki/Цинкование |