Jak wygląda proces cynkowania?

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 utwardzenia, nagrzewania, deformacji bądź umocnienia struktury powierzchniowej.

Proces obróbki strumieniowo-ściernej nadaje chropowatość powierzchni i usuwa zanieczyszczenia trudne bądź niemożliwe do usunięcia w kąpieli trawiącej. Wyższa chropowatość powierzchni pozwala również uzyskać grubsze powłoki cynkowe. Metoda jest ekonomiczna i bezpieczna 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.

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.

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.

Płukanie w czystej wodzie wykonuje się zazwyczaj bezpośrednio po trawieniu. Celem tej operacji jest usunięcie chlorku żelaza(II/III) oraz resztek kwasu z powierzchni stali, aby zapobiec ich przenikaniu do topnika i dalej do kąpieli cynkowej. Chlorek żelaza powoduje nadmierną produkcję tzw. twardego cynku (stopu odpadowego osadzającego się na dnie wanny), natomiast pozostałości kwasu sprzyjają powstawaniu defektów powłoki, takich jak pęcherze czy martwe strefy.

Wytrawiona w kwasie stal przechodzi do kolejnej fazy zwanej topnikowaniem. Etap ten polega na zanurzeniu elementów stalowych w roztworze wodnym chlorku cynku (ZnCl₂) i chlorku amonu (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.

Po obróbce w kąpieli topnikowej elementy stalowe zostają poddane suszeniu w temperaturze od 120 do 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.

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.

W przypadku detali wymagających dużej dokładności wymiarowej (śruby, nakrętki) kąpiel cynkowa jest ogrzewana do znacznie wyższej temperatury (ok. 560°C). Mówimy wtedy o cynkowaniu wysokotemperaturowym.

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.