Цинк-ламельное покрытие

ХилбтСабрина (HilbtSabrina) специалист отдела маркетинга и связей
Dorken MKS-SystemGmbH&Co. KG
Меркин Д. Н., директор
Компания «Durer-инжиниринг»

Цинк-ламельное покрытие

Цинк-ламельное покрытие относится к типу неэлектролитических и обеспечивает надёжную защиту от коррозии. Покрытие состоит из смеси чешуек (ламелей) цинка и алюминия, соединённых неорганическим связующим компонентом.
Российский стандарт ГОСТ Р ИСО 10683-2013 устанавливает требования к цинк-ламельному покрытию для соединительных элементов с резьбой. Европейский стандарт DIN EN 13858 определяет требования к цинк-ламельному покрытию для соединительных элементов без резьбы и других конструктивных элементов.
Цинк-ламельные покрытия подразделяются на две группы:
1. Покрытия, содержащие Cr (VI) шестивалентный хром. Поверхности с таким покрытием обеспечивают повышенную коррозионную стойкость при незначительной толщине слоя, однако Cr (VI) опасен для окружающей среды. Директивы ЕС запрещают применение покрытий, содержащих Cr (VI), в частности, директива EG 2000/53 об утилизации старых автомобилей, вступившая в действие 01.07.2007 г., и директива EG 2002/95 об ограничении использования опасных веществ при производстве электрического и электронного оборудования. В других отраслях такие покрытия ещё допускаются.
2. Покрытия, не содержащие Cr (VI). Такие покрытия намного более экологичны, поэтому автомобильная промышленность развитых стран полностью отказалась от применения содержащих Cr (VI) покрытий. Производители автомобилей и их поставщики разработали собственные спецификации и технические условия на поставку изделий с цинк-ламельным покрытием, для выработки чётких требований к таким системам покрытий.
«Цинк-ламельное покрытие» является общим определением для данной технологии покрытия, тогда как различные производители предлагают данный способ покрытия под собственной торговой маркой. Предприятия зачастую выступают в качестве лиц, выдавших лицензию отдельным заводам по нанесению покрытий.

История
Поверхности, покрытые электролитическим способом, обеспечивают сравнительно низкую коррозионную стойкость. При гальваническом цинковании высокопрочных сталей (на крепеже класс прочности выше 8.8) существует опасность водородного охрупчивания. Таким образом, в промышленности возникла потребность в применении другой системы антикоррозионной защиты. Высокопрочные стальные детали (болты, гайки, шпильки), детали конструкций с пределом прочности более 1000 Н/мм² или с твёрдостью более 320 HV восприимчивы к водородному охрупчиванию. Методы нанесения гальванических покрытий и травление при подготовке поверхности способствуют появлению условий для возникновения хрупкого излома, вызываемого насыщением поверхности водородом.
В 70-х годах прошлого века в США была разработана новая система покрытий: цинк-ламельное покрытие (патент № 1376067). Благодаря малой толщине слоя, обычно 8-12 мкм, данная технология обеспечивала высокую степень антикоррозионной защиты и позволяла избегать водородного охрупчивания.
В 80-х и 90-х годах данная технология начала активно применяться в автомобильной промышленности. Высокие требования по коррозионной стойкости в автомобильной промышленности позволили рассматривать цинк-ламельные покрытия как альтернативу гальваническим покрытиям в критических местах, а отсутствие водородного охрупчивания позволило расширять сферы применения высокопрочного крепежа.

Свойства
Крепёж и другие элементы конструкции с цинк-ламельными покрытиями имеет ряд следующих преимуществ:

• эстетичный внешний вид с возможностью выбора цвета;
• очень высокая коррозионная защита (240-1500 часов в камере соляного тумана, по требованиям);
• стойкость к перепадам температур;
• высокая стойкость к воздействию химикатов;
• экологичность;
• контролируемый коэффициент трения;
• отсутствие опасности водородного охрупчивания на высокопрочных изделиях;
• заданная электропроводность;
• другие свойства для улучшения скручиваемости.

Помимо автомобильной промышленности данная технология покрытия находит применение также в производстве ветроэнергетических установок, в строительной отрасли, производстве электрооборудования, транспортном машиностроении, производстве горно-шахтного оборудования, нефтегазовой отрасли, железнодорожной, агропромышленной и пищевой промышленности и в других отраслях.
Цинк-ламельные покрытия создают так называемую катодную защиту, когда менее благородный цинк «жертвует» собой с целью защиты покрываемого металла. Толщина слоя покрытия составляет обычно 5-15 мкм, в особых случаях слои могут быть и большей толщины. На деталях с метрической резьбой необходимо соблюдать допуски, установленные стандартом ГОСТ Р ИСО 4759-1-2009, с тем чтобы обеспечить скручиваемость резьбовых деталей и соблюдать заданные параметры коэффициента трения. Другие способы нанесения покрытий толщиной более 60 мкм обычно требуют дополнительной обработки резьбы после покрытия.
В отличие от лакокрасочных покрытий, у которых существует опасность разрушения защищаемой поверхности вследствие повреждения сплошности покрытия, в системе цинковых ламелей данное явление предупреждается за счёт «жертвенного» действия цинка. Проводимые испытания стойкости цинк-ламельных покрытий в солевом тумане показывают лучшую антикоррозионную защиту по сравнению с типовым гальваническим цинковым покрытием, которое при испытании в соляном тумане (по стандарту ГОСТ 9.308-85 метод 1) обеспечивает антикоррозионную защиту зачастую лишь на протяжении 96-140 часов.

Технология нанесения покрытия
Состав для цинк-ламельного покрытия поставляется в жидком виде, перед применением исходный материал покрытия должен пройти подготовку для обеспечения свойств покрытия в соответствии с требованиями заказчика, т.к. важную роль играют его вязкость, температура и гомогенность. Материал покрытия можно наносить разными способами, среди них:

• Распыление. Материал покрытия наносится на поверхность подготовленных деталей с помощью пистолета-распылителя. Это можно выполнять вручную или на полностью автоматизированной распылительной установке. Размер деталей ограничивается только возможностями условий подготовки и дальнейшей термообработки.

• Погружение с центрифугированием. Детали загружаются в корзину. Покрытие осуществляется путём погружения корзины в ёмкость с материалом покрытия. После погружения производится центрифугирование для удаления остатков покрывающего состава. Применяется для мелких и массовых деталей.

• Погружение с центрифугированием на оснастке. Детали размещаются на оснастке или фиксируются, погружаются с последующим центрифугированием и перемещением через печь в той же оснастке. Применяется для особо ответственных деталей средних размеров.

• Погружение с вытягиванием. Детали погружаются в жидкую среду покрытия, после этого плавно вынимаются. Применяется для покрытия крупных деталей.

Перед нанесением покрытия детали проходят подготовку. При травлении (серной или соляной кислотой) образуется атомарный водород, который может проникнуть в структуру стали, вследствие чего она становится хрупкой. Во избежание такого охрупчивания требуются иные способы предварительной подготовки. Традиционным способом очистки является обезжиривание поверхности с помощью щелочного водного раствора с последующей дробемётной обработкой очень мелкими стальными шариками. Очищающие средства удаляют с металлической поверхности жир, масло и загрязнения. Дробемётной обработкой удаляются окалина и ржавчина путём воздействия на поверхность деталей стальных микрочастиц в форме шариков, ускоряемых в камере с помощью турбины. При применении обоих способов водород не образуется, вследствие чего отсутствует опасность водородного охрупчивания высокопрочных деталей.
После подготовки поверхности наносится покрытие. Детали на подвесах покрывают распылением, детали в корзине окунают в бак с жидким составом и центрифугируют. На поверхности деталей образуется тончайшая плёнка материала покрытия. Для обеспечения заданных свойств цинк-ламельных покрытий далее требуется процесс сушки-спекания.
Детали с покрытием поступают в печь с контролем температурных режимов и времени их прохождения. Совокупное действие температуры и времени зависит от материала, используемого для покрытия и производителя, поскольку каждый производитель цинк-ламельных покрытий имеет собственную запатентованную формулу этих соотношений. Устанавливаемые температуры сушки-спекания – 200 °С, 240 °С и 320 °С. После спекания покрытие структурируется и образует однородный, тонкий, адгезионно-прочный и сухой слой.

Применение
Цинк-ламельные покрытия применяются во всём мире в автомобильной промышленности и строительной отрасли в качестве антикоррозионных покрытий, обеспечивающих катодную защиту. В комбинации с дополнительными тонкослойными покрытиями из материалов органического и неорганического происхождения можно получать различные цвета, обеспечивать стойкость к воздействию химикатов, снижать электропроводность (при применении органических материалов), сохранять прекрасную скручиваемость резьбовых деталей. При необходимости можно применять дополнительные смазки или стопорящие составы.
К стальным деталям, которые могут быть покрыты цинк-ламельным покрытием, относятся: болты, гайки, шайбы, шпильки, винты, саморезы, анкеры, пружины, детали из листовой стали, элементы конструкций и др.
В ветроэнергетических установках такое покрытие наносится на детали с резьбой. Системы покрытий для ветроэнергетических установок сертифицированы немецким классификационным обществом GermanischerLloyd.
Цинк-ламельное покрытие особенно подходит для высокопрочных болтов, винтов, шпилек (класс прочности 10.9 и выше), высокопрочных гаек (класс прочности 10 и выше), деталей конструкций с пределом прочности более 1000 Н/мм² или твёрдостью по Викерсу более 320 HV с целью избежания водородного охрупчивания.

По материалам журнала «Крепёж, клеи, инструмент и …»:

http://fastinfo.ru/pages/po_stranicam_zhurnala/1_51_2015/cinklamelnoe_pokrytie/