Цинкование металла в домашних условиях: методы и технология

Цинкование является одним из самых эффективных способов защиты металлических конструкций от коррозии. Известны несколько методик, с помощью которых достигается результат, начиная от электрохимического осаждения и заканчивая газо-термическим напылением. Однако самым популярным и простым является холодное цинкование металла – способ, подходящих для обработки деталей любого размера, выгодный и доступный даже для использования в домашних условиях.

Общие сведения

Оцинковка – процесс покрытия поверхности металлической детали или целой конструкции определенными веществами, которые защищают ее от внешних разрушающих сил (не физических, а только химических). В основу вещества добавляют цинк. Именно он обладает вышеперечисленными свойствами. Отсюда и название технологии. Достоинства обработанных изделий:

• повышенная прочность, однако, это не спасет от удара;
• меньшая восприимчивость к температурным перепадам;
• агрессивные вещества (химикаты, моющие средства, растворители) не причиняют большого вреда;
• продленный эксплуатационный период без потери качеств;
• анет окисления и ржавления.

Видео: Гаражное цинкование

Процесс обработки цинком

Он востребован во всем мире и применяется на крупносерийном и мелкосерийных производствах, а также многие люди, желающие продлить срок годности купленной продукции, пытаются сами создать специализированный раствор, чтобы им покрыть все необходимые поверхности. Делается это в первую очередь для того, чтобы сделать барьер между металлом и кислородом. Именно он окисляет верхний слой, что впоследствии приводит к появлению ржавчины.

Процедура может быть горячая или холодная, о способах поговорим ниже. Но в целом она низкозатратная из-за простоты покрытия, а также благодаря невысокой себестоимости химического вещества.

Для чего на сталь наносят слой цинка

При эксплуатации в повышенной влажности воздуха (например, любой автомобиль) происходят первые коррозийные процессы. Оцинкованное покрытие может предотвратить это. Объяснение следующее: элемент в растворе, которым покрывается поверхность, создает со стальным изделием гальваническую пару, среди которой доминирующее значение будет у первого вещества, так как отрицательных электронов в заряде у него больше.

При химических процессах окисления (реакция все же происходит) страдает этот верхний слой, но никак не сама сталь, фактически пропитка берет удар на себя. Но так как любая защита имеет тенденцию к разрушению, то и у цинкования есть срок годности. Но это длительный процесс. А если и будет небольшая брешь, то при соприкосновении с водой произойдет еще одна реакция, где на ее месте появиться гидроксид цинка, который выполняет те же барьерные функции. Кроме барьера от взаимодействия с влагой и воздухом, раствор защищает от электрохимического влияния.

Видео: Цинкование металла дома

Популярные материалы для цинкования

Холодное цинкование выполняют с применением различных материалов, которые выбирают в зависимости от целого ряда факторов. К популярным составам, подходящим и для промышленного использования, и для выполнения работ в домашних условиях, относят:

• препарат «Гальванол», обладающий неплохой адгезией с изделиями из чёрных металлов и отличающийся лёгкостью нанесения, возможностью использования в температурном диапазоне –30°C – +50°C и цинкования даже ржавых поверхностей;
• «Цинотан», применяющийся для обработки ёмкостей для хранения нефтепродуктов, труб и резервуаров системы ГВС, опор ЛЭП и гидросооружений;
• краска для холодного цинкования «АнтикорЦинк™», отличающаяся устойчивостью к нефтепродуктам, растворителям, пресной и морской воде, высокой адгезией к поверхности металла, механической прочностью и неплохими эстетическими характеристиками;

  

• «Мастер АК-100» – состав, подходящий для защиты от коррозии автомобильных деталей, включая элементы кузова, строительных и железнодорожных конструкций и опор для линий электропередач;
• «Цинотерм» – раствор, применяющийся в комплексе с любыми лакокрасочными материалами, что позволяет не только защитить металл, но и изменить цвет его поверхности;
• «ЦВЭС» – краска, особенности состава которой (включение в неё цинкового порошка и этилсиликата) позволяют применять её для повышения защитных свойств легированной стали.

Практически все вещества, используемые для холодного цинкования, характеризуются одинаковым серым цветом и расходом в пределах 0,25–0,3 л на 1 м2.

А при выборе конкретного средства следует обращать внимание на их цену и указанные характеристики типа эксплуатационного срока, времени высыхания до подходящего для нанесения следующего слоя уровня прочности и температурного диапазона использования.

Имеет значение и такой параметр, как содержание в материале цинка, находящийся в пределах 85–96%. В то время как срок эксплуатации может достигать 10 лет, период высыхания – от 0,5 до 6 часов, а цена обработки 1 кв. м поверхности начинается с 55–60 руб.

Технология холодного цинкования, видео:

Технология цинкования металла

Полное покрытие раствором возможно в условиях наличия емкости и оборудования, построенного из такого материала, который противостоит агрессивной среде. Процедура происходит в несколько этапов:

• Подготовка. Поверхность полностью очищается, обрабатывается, снимается весь жир и другие пятна, при необходимости производится зачистка или шлифование до ровной плоскости. Затем поверхностный слой удаляется путем травления (посредством электролиза или кислой среды – серной кислоты). От этих манипуляций на верхней части детали образуется пленочка из оксидов. Она отлично соединяется с цинком. Затем нужно качественно высушить заготовку.
• Нанесение цинкового покрытия на металл. Сплав расплавляют до однородного жидкого состояния, нагревая его до температуры в 450 градусов (что немного выше его удельной теплоты плавления). Затем в эту емкость-бассейн погружают изделие. Вытаскивать его можно исключительно после того, как вы убедитесь, что все даже мельчайшие отверстия, углы, щели были обработаны. Так как в обратном случае разрушение начнется именно с них.
• Сушка. Воздействие теплым или холодным воздухом не рекомендуется. Лучше всего, если заготовка будет высыхать в комнатных условиях.

Так как оцинковать металл в домашних условиях своими руками можно только при наличии специальной ванны, которая должна иметь возможность быстрого подключения тока, то разделим их на:

• крупногабаритные;
• среднегабаритные;
• малогабаритные.

Проведение цинкования в домашних условиях

Технологический процесс цинкования подразумевает под собой осаждение катионов металла на аноде. Подобная химическая реакция протекает в ванне с электролитом при воздействии электрического тока.

Где найти электролит

В качестве электролита можно использовать любой раствор солей цинка. Самыми популярными и легкодоступными считаются хлорид цинка и соляная кислота. Также электролит с необходимыми свойствами можно получить методом травления цинка в серной кислоте. Эту реакцию следует проводить очень осторожно. Она сопровождается выделением большого количества тепловой энергии и взрывоопасного водорода.

Травление цинка в серной кислоте с выделением водорода и получением солей цинка

Как получить цинк

Для цинкования в домашних условиях необходимо подготовить цинк, который можно получить следующими способами:

• используя обычные солевые батарейки;
• плавкие предохранители времен Советского Союза;
• любые детали с цинковым покрытием;
• чистый металл, который можно найти в соответствующих магазинах, где продаются химические реактивы.

Схема получения цинка из батареек

Подготовка к выполнению процедуры

Для создания качественного металлического покрытия следует выполнить несколько подготовительных операций:

Процесс цинкования

• подготавливают гальваническую ванну. Ее роль может выполнять любая стеклянная или пластиковая тара;
• устанавливают штативы для анода и катода;
• электролит не должен содержать в составе нерастворенные кристаллы соли, для чего дополнительно вводят дистиллированную воду;
• роль анода выполняет цинковая пластина. Чем больше ее площадь, тем качественнее получится покрытие;
• к аноду присоединяется плюс от источника питания. Данных элементов при желании может быть несколько;
• к катоду присоединяется минус. На его поверхности будут осаждаться частицы цинка;
• катод должен быть очищен от ржавчины и любых загрязнений. Перед обработкой его дополнительно окунают в раствор кислоты;
• катод должен находиться на одном расстоянии от анода, чтобы получилось равномерное покрытие со всех сторон;
• в качестве источника питания применяют любой аккумулятор или блок питания с постоянным током на выходе;
• чем больше сила тока и вольтаж, тем быстрее будет происходить реакция и тем рыхлее получится защитная пленка;
• при использовании автомобильного аккумулятора в цепь включают лампочку накаливания до 20 Вт для снижения силы тока.

Устройство для цинкования в домашних условиях

Технология создания цинковой пленки

Для создания качественного защитного покрытия на поверхности металла после проведенных подготовительных операций источник тока подключают к сети, а катод окунают в гальваническую ванну. Данный процесс должен проходить без бурного кипения. Если такое наблюдается, можно заподозрить слишком большую силу тока в системе. Чтобы снизить ее, в электрическую цепь присоединяют несколько дополнительных потребителей.

Постепенно на поверхности катода будет формироваться металлическое покрытие. Чем дольше протекает этот процесс, тем больше будет толщина защитного слоя на металле.

Как ржавеет

Процесс ржавления складывается из трех воздействий: воздуха, воды и агрессивных сред. При этом они вступают в химические реакции, разрушая целостность молекулярных связей. В результате появляются сначала небольшие, глазом незаметные дырочки, что может выглядеть как шершавость, а затем образуются отверстия. При этом нужно различать окисление – это начальный этап на верхних слоях, и коррозию, то есть более серьезные нарушения в структуре, появление дыр.

Чем сильнее влага и больше агрессоров, тем быстрее происходит процесс, это предотвратит только цинкование металла в домашних или промышленных условиях. Рассмотрим достоинства применения метода.

Локальная оцинковка кузова

Существует старый испробованный способ нанесения защитного покрытия из цинка на стальные детали в домашних условиях. Называется он гальваническое или электролитические нанесение цинкового покрытия. Суть его проста и известна из уроков химии. Берется раствор соли цинка, сульфата или хлорида цинка. Если нет готового раствора, его можно получить, растворив цинк в серной или соляной кислоте соответственно. Готовый хлорид цинка продается под названием «паяльная кислота» в магазинах радиодеталей. Серную кислоту можно купить в магазине автозапчастей, она являет собой электролит для кислотных аккумуляторов.Если получилось найти только кислоту и цинк, то для приготовления раствора, необходимо его просто растворить в кислоте. По правилам нужно положить цинк в кислотостойкую емкость и осторожно подливать кислоту. Цинка нужно взять из расчета примерно 400-450 гр на литр кислоты. Конечно так много раствора готовить вовсе необязательно. При растворении цинка будет происходить химическая реакция с выделением водорода, который горюч и может привести к взрыву. Так что делать это лучше на открытом воздухе подальше от огня. Если цинк полностью растворился в кислоте, нужно подбросить его еще немножко, чтобы убедиться, что кислота выработалась полностью и реакция с выделением пузырьков водорода больше не идет. Полученный раствор должен отстояться до прозрачного состояния, потом его нужно слить с осадка.

Этот раствор будет электролитом. Теперь берется обрабатываемая деталь, к ней подключается «минус» источника тока. «Плюс» подключается к кусочку металлического цинка. Оба они помещаются в электролит, на некотором расстоянии друг от друга, и подается напряжение. 12 вольт от автомобильного аккумулятора или зарядного устройства для него будет достаточно. Под действием тока цинк будет осаждаться на стальной детали, а кусочек цинка будет растворяться и переходить в раствор.Важно, чтобы в раствор был погружен только кусок цинка, но не провод, который к нему подсоединен. Иначе провод тоже будет растворяться и осаждаться на стали, и испортит все дело.Ели все идет правильно, сталь покроется равномерным слоем серого цвета, если сила тока будет слишком высокой, процесс пойдет слишком быстро и получится темное рыхлое покрытие. Обычно хватает тока силой 0,5-1 А.После обработки деталь нужно хорошо промыть водой, а лучше раствором питьевой соды, чтобы нейтрализовать остатки кислоты.

Приминительно к оцинковке кузова автомобиля возникает вопрос, а как же поместить его в этот наш раствор? Автомобиль в раствор помещать не будем, этим занимаются только на производстве.Технология обработки небольших участков кузова такова:Участок полностью очистить от ржавчины шкуркой. Ни в коем случае не ортофосфорной и не уничтожителем ржавчины.При использовании имеющегося аккумулятора, подключаем к его плюсу провод, который идет к кусочку цинка. Очень удобно использовать зажимы для «прикуривания». Минус аккумулятора остается на массе, то есть он, как и положено, подключен к кузову.Цинк нужно обернуть куском ткани несколько раз, чтобы получилось потолще. Ткань не должна касаться ни того, чем этот цинк держите, ни провода. Теперь просто нужно макнуть цинк обмотанный тканью в наш раствор и водить им по участку, который хотим оцинковать. Цинк будет осаждаться на материале кузова.После обработки деталь нужно хорошо промыть водой, а лучше сначала раствором питьевой соды, чтобы нейтрализовать остатки кислоты.Осталось только хорошенько просушить место обработки, после чего его можно грунтовать и красить.

automobile-help.ru

Плюсы

• Ровная поверхность, отсутствие шероховатость, блеск даже без верхнего покрытия.
• Длительной период эксплуатации.
• Долгое время не будет ржавления.
• Простота обработки таким способом – он не требует трудного оборудования, сильного электрического напряжения или дорогостоящих компонентов.

Но при этом необходимо помнить, что вдыхание паров цинка или попадание вещества в организм другим способом может привести к отравлению. Поэтому нельзя нагревать питьевую воду в оцинкованных ведрах (переносить можно, но только не повышая температурный режим) или производить другие манипуляции с пищей (для себя или животных), при этом нагревая изделие.

Видео: Цинкование своими руками

Виды и способы цинкования металла

Эффективность будет обусловлена таким понятием как адгезия, то есть способностью цинкового покрытия прикрепиться к верхнему металлическому слою. Не каждый материал имеет возможность адгезировать с цинком, поэтому для различных сплавов применяют разные процедуры. Также выбор зависит от:

• условий эксплуатации;
• требуемых защитных свойств;
• толщины сформированного слоя.

Рассмотрим подробнее варианты.

Холодная оцинковка

За последнее десятилетие это стало инновационной разработкой, потому что дало возможность получать высококачественный результат без дополнительных финансовых затрат. Отсутствие необходимости дорогостоящего оборудования привело к тому, что можно сделать оцинковку деталей из металла в домашних условиях своими руками – цинкование будет проходить холодным методом. Это стало возможно, когда изобрели «Цинконол». Это раствор, красящее вещество, которое содержит более 90 процентов цинка. А оставшиеся части содержат ингредиенты, отвечающие за то, что он останется до нанесения в жидком состоянии, а затем достаточно скоро схватится.

Красить деталь можно вручную – кисточкой, валиком, краскопультом. Последний – оптимальный метод, когда нужно защитить от ржавления статичные конструкции, которые сложно или невозможно снять. Часто «Цинконол» применяют в автосервисах при восстановительных работах с кузовом. Результаты покрытия цинком в домашних условиях будут хорошими, единственное отличие – недостаточная устойчивость к механическим воздействиям, но их можно компенсировать слоем краски.

Горячая оцинковка

Это самый старый способ, он же является наиболее эффективным. Его этапы мы рассматривали выше, основная задача – расплавить вещество и погрузить в него металлическую конструкцию. Достигаются наивысшие технические качества, но используется метод реже, чем холодный. Это объясняется негативным воздействием на окружающую среду. Еще один недостаток – чтобы полностью обрабатывать неразъемные конструкции большого размера требуется очень массивная ванна, а также много сырья. Но большинство линий электропередач покрыты именно таким старым способом.

Видео: Горячее цинкование металлоконструкций

Гальваническое цинкование металла электролизом – невозможно в домашних условиях

Плюсы – высокая точность, до начала процедуры вы уже точно знаете, какая толщина будет у образуемого слоя. Еще одно достоинство – это привлекательный внешний вид изделия, исключительная гладкость. Нет пузырьков воздуха или прочих посторонних помех.

Сталь и цинк соединяются на уровне молекул, так что адгезия у них полная, можно говорить даже о диффузии материалов. Происходит процедура так. Ванна наполняется электролитом. В раствор, хорошо проводящий ток, помещается конструкция. Подключается электричество. Здесь важно точно выбрать напряжение и длительность сеанса.

Термодиффузионная оцинковка

Сокращенно – ТДЦ. Трудная в исполнении, возможная только в производственных цехах, операция. В замкнутый бокс помещают заготовку. Рядом располагают цинк в сухом состоянии. Нагревают помещение до 2600 градусов. При повышенной температуре происходит изменение агрегатного состояния вещества (из твердого в парообразное), и пары оседают на стенках изделия слоем более 15 мкм, что больше, чем при других способах.

Как покрыть цинком металл газотермическим методом

Основной прием – напыление. То есть смесь, которой нужно обработать поверхность, растворяется в другом газообразном веществе так, что вместе с ним наносится на заготовку. Частицы ударяются на большой скорости и как бы «налипают» на поверхность. При этом, так как это все делается неравномерно и быстро, не появляется гладкий и ровный слой. Он, наоборот, скорее напоминает чешую и состоит из небольших неровностей, ощутимых для прикосновения. По этой причине обязательно нужно сверху покрасить деталь. Это хороший вариант, сохраняющий свои основные защитные свойства, но применяется в основном тогда, когда нет возможности использовать горячую оцинковку или электролиз.

Таблица 1. Сравнение цинка с другими металлами

Таблица 2. Сравнение цинка с цветными металлами

Принцип метода

Холодное цинкование металлоконструкций представляет собой способ покраски металла с помощью специального состава, содержащего большое количество цинка (от 89 до 95%).

Результатом становится образование высыхающей краской прочного покрытия. Причём, защита металла получается не только физической, предотвращающей механическое воздействие, но и катодной, препятствующей развитию коррозии за счёт снижения потенциала.

Методика характеризуется такими особенностями:

• выполнением процесса с помощью валика, распылителя или обычной кисти;
• обеспечением высокого уровня водостойкости, пожаробезопасности и электропроводности обработанного материала;
• минимальной вероятностью деформации металла из-за высоких температур – при цинковании поверхность нагревается всего лишь до 5°С–40°С;
• возможностью нанесения на поверхность конструкции практически любого лакокрасочного материала – исключением являются алкидные краски, имеющие риск отслаивания;
• отсутствием необходимости перемещать обрабатываемую деталь.

С помощью данной методики защищаются конструкции мостов, трубы, элементы железнодорожных путей и дорожных ограждений. Кроме того, цинкование обеспечивает защиту баков, резервуаров и нефтепроводов. А одной из самых популярных сфер применения способа является обработка деталей легкового и грузового транспорта.

Составы холодного цинкования, видео: