Jak wygląda proces cynkowania?
Cynkowanie ogniowe to proces, który tworzy trwałą powłokę cynkową, stanowiącą barierę ochronną oddzielającą stal od środowiska korozyjnego. Jest to metoda sprawdzająca się zarówno w przypadku drobnych elementów, jak i dużych konstrukcji stalowych. Cynkowanie ogniowe skutecznie zabezpiecza stal przed korozją, wydłużając jej żywotność, a tym samym zmniejsza zapotrzebowanie na surowce i redukuje emisję dwutlenku węgla. Cynkowanie ogniowe chroni stal nawet przez kilkadziesiąt lat.
Na czym polega cynkowanie ogniowe?
Proces cynkowania ogniowego składa się z kilku etapów wstępnych (1-5), poprzedzających bezpośrednie zanurzenie elementu stalowego w ciekłym cynku (6), wskutek czego powstaje mechanicznie trwała i szczelna powłoka cynkowa, która zapobiega niszczeniu stali.
Etapy procesu cynkowania:
1. Obróbka strumieniowo-ścierna
Mechaniczne usunięcie zanieczyszczeń z powierzchni stali przy użyciu sprężonego powietrza wzbogaconego materiałem ściernym. Ten etap nie jest bezwzględnie wymagany przed cynkowaniem.
Pierwszy etap procesu polega na mechanicznym usunięciu niejednorodności przylegających do powierzchni cynkowanego przedmiotu. Zanieczyszczenia tj.: piasek, rdza, zgorzelina, żużel czy pozostałości starej powłoki antykorozyjnej, usuwane są metodą obróbki strumieniowo-ściernej. Podczas obróbki strumień sprężonego powietrza wzbogacony w materiał ścierny (tj.: staliwo, żeliwo, ziarna cięte z drutu stalowego), kierowany jest na powierzchnię poddaną mechanicznemu czyszczeniu. W zależności od rodzaju zastosowanego materiału ściernego i prędkości, z jaką uderza on w przedmiot, uzyskuje się efekt wygładzenia, utwardzenia, nagrzewania, deformacji bądź umocnienia struktury powierzchniowej. Obróbka strumieniowo-ścierna jest metodą ekonomiczną i bezpieczną dla środowiska.
Innym przykładem przygotowania elementów stalowych o niewielkich rozmiarach do pokrycia powłoką cynkową jest obróbka wibrościerna. Terminem tym określa się mechaniczne wygładzenie lub polerowanie powierzchni, usuwanie produktów korozji gazowej i rdzy. Procesy te przeprowadza się w wygładzarkach wibracyjnych, na mokro z dodatkiem substancji chemicznych, środków ściernych i żywic syntetycznych o zróżnicowanych kształtach i efektywności ścierania. Specyficzną odmianą obróbki ściernej jest bębnowanie, w którym oddziaływanie materiału ściernego na powierzchnię stalową zachodzi w urządzeniu mieszającym podczas ruchów rotacyjnych bębna.
2. Odtłuszczanie
Chemiczne pozbycie się tłuszczu, wosku i oleju z powierzchni stali, aby zapewnić prawidłową reakcję cynku z żelazem.
Elementy stali przed zanurzeniem w kąpieli cynkowej powinny być wolne od tłuszczu, substancji woskowatych i oleju, które uniemożliwiają reakcję żelaza z cynkiem. Etap odtłuszczania ma na celu uzyskanie chemicznie czystej powierzchni, na której powstanie stop stali z cynkiem. Czyszczące i odtłuszczające właściwości posiada wiele nieorganicznych roztworów o odczynie alkalicznym, kwaśnym i neutralnym.
3. Trawienie
Usunięcie substancji niemetalicznych, takich jak rdza i zgorzelina, za pomocą kąpieli w kwasie solnym lub fluorowodorowym.
Trawienie pozwala na skuteczne usunięcie substancji niemetalicznych (tj.: rdza, zgorzelina i inne produkty korozji) powstałych podczas walcowania i wyżarzania elementów konstrukcyjnych. Najbardziej popularnym sposobem trawienia jest kąpiel w kwasie solnym. W wyjątkowych sytuacjach, kiedy usunięcie piasku z elementów żeliwnych poprzez trawienie w kwasie chlorowodorowym nie przynosi oczekiwanych efektów, można zastosować roztwór kwasu fluorowodorowego, bądź mieszaninę obydwu tych kwasów.
4. Topnikowanie
Zanurzenie stali w roztworze chlorku cynku i chlorku amonu, aby zapewnić prawidłowy przebieg reakcji chemicznych podczas cynkowania.
Wytrawiona w kwasie stal przechodzi do kolejnej fazy zwanej topnikowaniem. Etap ten polega na zanurzeniu elementów stalowych w roztworze wodnym chlorku cynku i chlorku amonu (ZnCl2/NH4Cl), celem zapewnienia prawidłowego przebiegu reakcji chemicznych zachodzących podczas cynkowania. W metodzie suchej chlorek amonu stanowi 15% roztworu, natomiast w mokrej sole występują w proporcji 1:3. Zadaniem topników jest oczyszczenie powierzchni stalowych ze śladowych ilości tlenków, co skutecznie minimalizuje ryzyko utlenienia stali przed jej wprowadzeniem do płynnej kąpieli cynkowej.
5. Suszenie
Osuszenie elementów stalowych w temperaturze 120-150°C, aby przygotować je do kąpieli cynkowej.
Po obróbce w kąpieli topnikowej elementy stalowe zostają poddane suszeniu w temperaturze 120-150°C. Jest to etap wymagający wysokiej precyzji i szczególnej ostrożności. Ważne jest stałe kontrolowanie temperatury układu. Gwałtowna zmiana warunków termicznych może wywołać zapalenie substancji chemicznych wchodzących w skład topnika i wpłynąć na zmniejszenie skuteczności obróbki. Suszenie powinno być przeprowadzone sprawnie i szybko, by zapobiec trawieniu żelaza i powstawaniu związków żelazowych wpływających niekorzystnie na procesy z udziałem topników.
6. Cynkowanie ogniowe
Zanurzenie stali w kąpieli stopionego cynku o temperaturze około 450°C. W wyniku szybkiej reakcji chemicznej cynk i żelazo tworzą powierzchniowy stop żelazo-cynk, który po ostudzeniu charakteryzuje się wysoką odpornością mechaniczną i estetycznym wyglądem.
Ostatni etap procesu cynkowania ogniowego polega na zanurzeniu uprzednio przygotowanego podłoża stalowego w kąpieli stopionego cynku o temperaturze 445-455°C. W tych warunkach cynk i żelazo ulegają bardzo szybkiej reakcji chemicznej, co skraca czas zanurzenia powierzchni stalowych w ciekłym cynku do kilku minut. Na drodze dyfuzji, czyli przenikania atomów cynku w zewnętrzną warstwę stali, powstaje powierzchniowy stop żelazo-cynk zawierający różny stosunek obydwu składników. Ogniowa powłoka cynkowa po ostudzeniu w wodzie cechuje się wysoką odpornością mechaniczną i estetycznym wyglądem.
Srebrzysta powłoka i krótki czas realizacji to nie jedyne zalety cynkowania ogniowego. Ocynk to ekonomiczna i przyjazna dla środowiska metoda ochrony konstrukcji stalowych, która w dobie rosnącej świadomości ekologicznej, stanowi idealne rozwiązanie dla wielu problemów, z jakimi zmaga się współczesny sektor budowlany.