Цинковое покрытие крепежных элементов — насколько хорошо вы в этом разбираетесь?

Крепёж и прокладки в болтовом соединении решают одну задачу: удерживать давление и не допускать среду к металлу. Цинкование — самая распространённая защита болтов, гаек и шпилек, но выбранный метод меняет толщину покрытия, твёрдость, стойкость в солевом тумане и стоимость. Ниже рассмотрены пять методов нанесения цинковых покрытий на крепёж — электроцинкование, горячее цинкование, шерадизация, механическое цинкование и дакромет — и то, как каждый из них ведёт себя в фланцевом соединении, где уплотнение создают фланцевые прокладки.

Пять методов цинкования: сравнение

Каждый метод формирует цинковый слой по-своему, поэтому толщина, внешний вид и срок защиты заметно различаются. В таблице сведены показатели, которые важны, когда на чертеже указано цинковое покрытие.

Приведённые значения толщины, твёрдости и стойкости в солевом тумане — типовые данные по технологиям; точные требования уточняйте по чертежу крепежа до заказа.

Электроцинкование и горячее цинкование

Электроцинкование, или холодное цинкование, осаждает цинк на стальную поверхность электрохимическим способом. Слой тонкий, ровный и блестящий, поэтому сохраняются точность размеров, внешний вид и электропроводность, но коррозионная стойкость ниже, чем у толстых покрытий. Применяют цианидные, цинкатные, хлоридные и сульфатные электролиты — они различаются стоимостью, яркостью и покрывающей способностью.

Из-за малой толщины электрооцинкованные детали применяют там, где важны посадка и внешний вид. Хроматная пассивация даёт прозрачный, синий, сине-белый или жёлтый перламутровый оттенок. Главный риск — водородное охрупчивание, поэтому высокопрочные болты сразу после покрытия подвергают дегидрированию.

Горячее цинкование — это погружение подготовленного крепежа в расплав цинка с образованием цинкового или цинково-железного слоя и металлургической связи со сталью. Толщина покрытия 45–55 мкм, точный контроль затруднён, но атмосферная стойкость здесь лучшая из пяти методов. Из-за большой толщины такой крепёж применяют на открытых стальных башнях, опорных конструкциях, каркасах солнечных электростанций и на объектах трубопроводов под открытым небом, где работают трубные фланцы.

• Электроцинкование: тонкое, ровное и блестящее покрытие, нейтральный солевой туман до 72 часов; специальные герметики продлевают срок до более чем 200 часов, но стоимость возрастает примерно в 5–8 раз.
• Горячее цинкование: 45–55 мкм, металлургическая связь, полное покрытие углублений и углов, более низкая себестоимость по сравнению с лакокрасочными системами и простой контроль.
• Водород: после электроцинкования требуется дегидрирование, а сам процесс горячего цинкования такого риска не создаёт.
• Минусы: у электрооцинкованного слоя короткий срок защиты и низкая кислото- и щелочестойкость, а горячее цинкование менее экологично.

Шерадизация, механическое цинкование и дакромет

Шерадизация, или цинковое диффузионное покрытие, формирует цинково-железный слой диффузией в барабане с нагретым цинковым порошком и наполнителями — оксидом алюминия, огнеупорной глиной и хлоридом аммония. Слой состоит преимущественно из δ-фазы железа и цинка с 7–11 % железа по массе, плотен и вязок, по коррозионной стойкости не уступает горячему цинкованию, твёрдость около 250 HV.

Покрытие однородное, не вызывает водородного охрупчивания и деформации деталей, поэтому подходит для гаек, болтов, мелких деталей и изделий сложной формы. Недостатки — тяжёлые условия труда, значительное загрязнение и сложная автоматизация.

Механическое цинкование идёт при комнатной температуре: детали вращаются в барабане со стеклянными шариками, цинковым порошком, диспергаторами и ускорителями в воде. Удары осаждают цинк с физическими свойствами металлического цинка. Нет риска водородного охрупчивания высокопрочных сталей, низкий расход энергии, пригодность для мелких и сложных деталей, однако толщина может быть неравномерной, а поверхность — менее гладкой и блестящей, чем при электроосаждении.

Дакромет — покрытие из цинковых и алюминиевых хлопьев на основе хромовой кислоты и деионизированной воды. Его наносят в жидком виде и отверждают, поэтому покрытие проникает в глубокие отверстия, узкие зазоры и внутренние стенки трубок, недоступные электроосаждению из-за электростатического экранирования.

• Толщина дакромета всего 4–8 мкм, но антикоррозионный эффект в 7–10 раз выше, чем у электроцинкования, горячего цинкования и лакокрасочных покрытий; детали выдерживают более 1200 часов солевого тумана без красной ржавчины.
• Термостойкость до 300 °C, тогда как обычное цинковое покрытие начинает отслаиваться примерно при 100 °C.
• Отсутствие водородного охрупчивания делает метод пригодным для нагруженного высокопрочного крепежа.
• Хорошая адгезия к металлу и к последующим слоям краски; детали легко окрашивать.

Выбор и монтаж оцинкованного крепежа

Выбор цинкового покрытия — компромисс между толщиной, допуском, внешним видом, температурой и стоимостью. Три проверки снимают большинство проблем при монтаже.

• Соответствие чертежу: электроцинкование — для точных размеров и внешнего вида, горячее цинкование — для максимального срока на открытом воздухе, шерадизация и механическое цинкование — для высокопрочных болтов, где недопустимо насыщение водородом, дакромет — при ограниченном пространстве и повышенной температуре.
• Учёт толщины: слой 45–55 мкм меняет посадку резьбы и зазор в отверстиях, а покрытия 4–8 мкм почти не влияют на размеры.
• Работа с водородом: дегидрирование проводят сразу после электроцинкования, а готовый крепёж хранят в сухих условиях, чтобы на свежем цинке не появлялась белая ржавчина.
• Простой контроль: визуальный осмотр плюс магнитный или вихретоковый толщиномер покрывают большинство требований приёмки; количество часов солевого тумана согласуют отдельно.

Часто задаваемые вопросы

Какой метод цинкования не вызывает водородного охрупчивания высокопрочных болтов?

Механическое цинкование, шерадизация и дакромет не выделяют водород при формировании покрытия. Электроцинкование выделяет, поэтому высокопрочные болты сразу подвергают дегидрированию.

Какова толщина покрытия при горячем цинковании крепежа?

Обычно 45–55 мкм, и её сложно точно контролировать. Электрооцинкованный слой тоньше и ровнее, а у дакромета толщина всего 4–8 мкм.

Сколько служит электрооцинкованный крепёж в испытании нейтральным солевым туманом?

До 72 часов в стандартном варианте. Специальные герметики продлевают срок до более чем 200 часов, но стоимость возрастает примерно в 5–8 раз.

Какое цинковое покрытие выдерживает самую высокую температуру?

Дакромет сохраняет свойства до 300 °C. Обычное цинковое покрытие начинает отслаиваться примерно при 100 °C.

Какова твёрдость шерадизированного слоя?

Около 250 HV. Слой состоит преимущественно из δ-фазы железа и цинка с 7–11 % железа по массе, что обеспечивает хорошую износостойкость.