Цинк ламельное покрытие что это

Цинк-ламельное покрытие: назначение, основные свойства, способы нанесения. Особенности применения цинк-ламели на крепеже

Цинк-ламельное покрытие: состав, свойства и технология нанесения

Одним из самых распространенных и доступных способов защиты металлических изделий от коррозии является цинкование. Методов нанесения слоя цинка на детали насчитывается много, однако особое место среди них занимает цинк-ламельное покрытие.

Оно стало популярным за счет несложной технологии нанесения малой толщины (10-15 микрометров) при обеспечении высокой степени антикоррозионной защиты металла (в отличие от «горячего» цинкования, шерардизации, гальванического цинкования).

Цинк-ламельный слой имеет «чешуйчатое» строение. Цинк в составе покрытия используется в форме ламелей («пластинок»), которые перекрывают друг друга. Также состав содержит около 10 % алюминия и связующее вещество (смолу).

Благодаря такой структуре цинк-ламельное покрытие характеризуется высокими барьерными свойствами. Оно не пропускает к обработанным поверхностям кислород и другие среды из окружающего пространства.

Нанесение покрытия осуществляется методами окунания или распыления. Для обеспечения сцепления цинк-ламельного слоя и поверхности детали необходимо воздействие высокой температуры – около +230 °С.

Отвержденное покрытие – однородное, сухое, серебристо-серого цвета.

Преимущества и недостатки цинк-ламели

Цинк-ламельное покрытие обладает рядом преимуществ, которые обеспечивают его широкое распространение во многих областях промышленности, таких как машиностроение, авиастроение, строительство зданий и сооружений, нефтегазовая отрасль и другие.

Свойства и преимущества цинк-ламельного покрытия:

• Высокие антикоррозионные свойства
• Термостойкость
• Пластичность, благодаря чему обеспечивается эффективность работы на резьбовых элементах
• Экологичность (по сравнению с другими способами нанесения цинкового покрытия)
• Стойкость ко многим химическим веществам
• Возможность использования в качестве базового слоя

К недостаткам цинк-ламельного покрытия относят минимальные антифрикционные характеристики, невысокую износостойкость, содержание вредных элементов в составе.

Базовое цинк-ламельное покрытие. Новая система покрытий для крепежа

Цинк-ламель может выступать в качестве базового слоя под другие виды материалов, которые выполняют дополнительные функции – смазочную, защитную, придают нужный цвет и тд.

Такой способ применения цинк-ламельного покрытия достаточно распространен, так как оно само обладает практически только антикоррозионными характеристиками.

Например, нанесение на цинк-ламель дополнительного слоя необходимо при обработке резьбовых деталей. Они нуждаются в стабилизации коэффициента закручивания для обеспечения длительной и надежной эксплуатации, поэтому на цинк-ламельное покрытие наносится дополнительный тонкий антифрикционный слой.

Ведущие производители крепежа наносят при изготовлении изделий систему материалов на основе антифрикционного твердосмазочного покрытия MODENGY 1032 с базовым цинк-ламельным слоем.

Комплекс покрытий обеспечивает необходимый коэффициент закручивания в заданном диапазоне, высокую антикоррозионную защиту и длительный срок службы крепежа.

Например, система покрытий используется на крепеже строительных металлоконструкций для стабилизации коэффициента закручивания и защиты от коррозии.

Благодаря высокой эластичности, устойчивости к скалыванию и способности адаптироваться под геометрию сопряженных поверхностей система покрытий эффективно используется на крепеже, обеспечивая увеличения надежности и срока службы резьбовых соединений.

Цинк-ламельное покрытие и системы покрытий на его основе обладают отличными эксплуатационными характеристиками, позволяют многократно увеличить срок службы металлический изделий в агрессивных условиях работы. Они выдерживают высокие нагрузки, отлично изолируют поверхности от влияния внешних факторов и не требуют частого обновления, благодаря чему часто становятся преимущественным вариантом для повышения ресурса крепежа и других деталей.

Цинк-ламельное покрытие: революция в антикоррозионной защите

Ежегодно 10% производимых металлов приходит в негодность из-за ржавчины, что оценивается десятками миллиардов долларов. Это сопоставимо с годовым объёмом продукции крупного металлургического завода. Сберечь оборудование и избежать убытков поможет антикоррозионная защита металла.

Виды антикоррозионной защиты

Существует два основных вида антикоррозионной защиты:

1. Легирование. В обычную углеродистую сталь добавляют различные легирующие элементы: хром, никель, молибден, титан, бор и другие химические элементы, препятствующие окислению металла. В результате получаются стали со множеством специальных свойств. Наиболее распространённый вариант для крепежа – это нержавеющие аустенитные стали марок А2 и А4.
2. Антикоррозионное покрытие металла. На изделии создаётся барьерный слой, устойчивый к воздействию окружающей среды. Для этого используется краска, лак, эмаль, оксидная плёнка или металл – хром, никель, кадмий, а чаще всего цинк. Покрытие крепежа цинком или его сплавом называется цинкованием (оцинковкой) – это наиболее популярный и доступный способ защиты металлических изделий от ржавчины. ​

Типы цинкования

Самые популярные типы цинкования – гальваническое, горячее и термодиффузное и цинк-ламельное.

• Гальванический способ – это цинкование путём электролиза. Даёт наименее стойкое покрытие толщиной 4–20 мкм, не рассчитанное на жёсткие условия эксплуатации, из-за чего этот вид покрытия ещё называют декоративным. Выдерживает внешние воздействия класса С1. Из плюсов – яркий металлический блеск деталей (привлекательный внешний вид), низкая цена и возможность точно дозировать толщину покрытия. Из минусов – опасность водородного охрупчивания при гальваническом цинковании высокопрочных сталей (на крепеже класса прочности выше 8.8) и грязное с точки зрения экологии производство.

​

• «Горячее» цинкование – оцинковка металла путём окунания в ванну с расплавленным цинком при температуре около 460 °C. Простой, недорогой и надёжный способ нанесения защитного покрытия. Толщина цинкового слоя составляет 40-60 мкм, что позволяет выдерживать нагрузки классов С3 и С4. Главное достоинство – высокие антикоррозийные свойства (изделие прослужит до 50 лет). Даже при появлении царапин или сколов на поверхности защитные свойства покрытия будут препятствовать образованию ржавчины. Недостатком технологии является неравномерность толщины покрытия (наплывы цинка достигают 1 мм). Из-за этого её нельзя использовать для защиты деталей, требующих высокой точности изготовления (нельзя применять для крепежа меньше М8). В результате «горячего» цинкования детали получаются матовыми, без металлического блеска. ​

• Термодиффузное цинкование (шерардизация) – насыщение верхнего слоя металлического изделия цинком (термодиффузный слой). Достаточно сложная и дорогая технология нанесения защиты. Производится в разогретых вращающихся центрифугах с цинковой пылью. Температура в контейнере достигает 290–450 °C. Шерардизация позволяет получить толщину покрытия в диапазоне от 6 до 110 мкм, причём покрытие образуется ровное и беспористое, с высокой адгезией к подложке. Защитная способность такого покрытия в 3–5 раз выше, чем у гальванического, и сравнима с горячецинковым. Этот способ используется для защиты металлопродукции специального назначения, например, для деталей железнодорожного транспорта. К минусам стоит отнести небольшую производительность, лимитируемую объёмами камер для цинкования, ограничение размера деталей размером контейнера и отсутствие декоративных свойств у диффузионного покрытия (серые тона, отсутствие блеска).

Свойство/вид покрытия

Гальваническое цинкование

Горячее цинкование

Термодиффузионное цинкование

Цинк-ламельное покрытие

Толщина

Стойкость в соляном тумане до появления коррозии

Более 2000 часов

Достоинство метода

Позволяет обрабатывать детали сложной формы из тонкого металла, позволяет наносить покрытие на металл после операции сварки

Высокая коррозионная стойкость, для крупных деталей – высокая скорость нанесения покрытия

Мощная коррозионная защита и высокая адгезия к подложке (сцепление слоёв). Тонкий слой покрытия

Высочайшая коррозионная стойкость. Простота нанесения на детали сложной формы. Мягкие требования к толщине материала базы. Отсутствие водородного охрупчивания на высокопрочных изделиях. Высокая стойкость к перепадам температур и воздействию химикатов

Недостатки

Низкая коррозионная стойкость, длительное время нанесения покрытия, высокие требования к подготовке поверхности

Требования к минимальной толщине детали во избежание коробления вследствие высокой температуры при нанесении, сложность покрытия деталей средних и малых размеров

Небольшая производительность; ограничение размера деталей, на которые наносится покрытие; дороговизна и сложность технологии

Высокие требования к подготовке поверхности. Необходимость операции спекания в сушильном шкафу, что затруднительно для крупногабаритных деталей

Цинк-ламельное покрытие

Лучше всего из перечисленных видов цинкования от коррозии защищают «горячее» и термодиффузное. Однако у них есть недостатки: сложная и дорогая технология нанесения либо ограничения в типах и размерах деталей, которые покрываются цинком.

В 70-е годы прошлого века, когда развитие промышленности и строительства потребовало новых решений, инженеры стали искать альтернативные виды антикоррозионной защиты – технологически простые и максимально эффективные. Тогда в США разработали и запатентовали новую систему покрытия – цинк-ламельную. При малой толщине слоя (6-12 мкм) данное покрытие обеспечило высокую степень антикоррозионной защиты. Также эта технология препятствует охрупчиванию металла под воздействием водорода.

Свойства

Цинк-ламельное покрытие содержит до 80% цинковых чешуек (ламелей), 10% алюминиевых и связующую основу (акриловые, уретановые, эпоксидные и кремнийорганические смолы). Микроскопические чешуйки расположены параллельно, поэтому перекрывают друг друга, не оставляя «пробелов» на металлической поверхности, куда мог бы попасть кислород. Кроме того, скорость окисления алюминия ниже, чем цинка, поэтому цинк-алюминиевое покрытие в 3 раза устойчивее к коррозии, чем стандартное горячеоцинкованное покрытие.

Цинк-ламельное покрытие можно наносить не только на чёрный металл, но и на оцинкованную сталь, никель, алюминий, медь, нержавеющую сталь и другие металлы. При необходимости на базовое покрытие наносятся дополнительные слои, которые повышают коррозионную и химическую устойчивость, придают нужный цвет и увеличивают износостойкость.

Преимущества цинк-ламельного покрытия

Высокая коррозионная защита (более 2000 часов в камере соляного тумана до появления ржавчины)

Стойкость к перепадам температур

Высокая стойкость к воздействию химикатов

Контролируемый коэффициент трения, который позволяет регулировать момент затяжки

Отсутствие водородного охрупчивания на высокопрочных изделиях

Экологичность (отсутствие вредного шестивалентного хрома)

Широкая цветовая гамма

Надёжность в резьбовых соединениях

Способы нанесения покрытия

1. Распыление. Материал наносится на поверхность подготовленных деталей с помощью пистолета-распылителя вручную или на автоматизированной установке. Размер деталей ограничивается только возможностями условий подготовки и дальнейшей термообработки.
2. Погружение с центрифугированием. Детали загружаются в контейнер с покрывающим составом. Остатки удаляются в центрифуге. Применяется для мелких деталей.
3. Погружение с центрифугированием на оснастке. Детали фиксируются на оснастке, а затем вместе с ней погружаются в состав, центрифугируются и помещаются в печь. Применяется для особо ответственных деталей средних размеров.
4. Погружение с вытягиванием. Детали погружаются в жидкую среду покрытия, после этого плавно вынимаются. Применяется для покрытия крупных деталей.

Отметим, что перед нанесением покрытия детали тщательно готовят. Поскольку при травлении серной или соляной кислотой в структуру стали проникает водород и детали становятся хрупкими, для очистки изделия перед нанесением цинк-ламельного покрытия используется другой способ. Поверхность обезжиривается водно-щелочным раствором, затем окалина и ржавчина удаляются дробемётной обработкой – стальными микрочастицами в виде шариков, которые ускоряются в турбине.

Кроме того, после нанесения каждого слоя цинк-ламельного покрытия происходит процесс сушки-спекания: изделия поступают в печь, разогретую до 200 °С, 240 °С или 320 °С. Таким образом покрытие структурируется и образуется однородный, тонкий, адгезионно-прочный и сухой слой.

Применение цинк-ламельного покрытия

• Транспортное машиностроение

• Производство электрооборудования

• Нефтегазовая отрасль

• Агропромышленность

• Пищевая промышленность

• Производство горно-шахтного оборудования

• Железнодорожная отрасль

Цинк-ламельное покрытие обычно наносится на стальные 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.

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, чтобы избежать водородного охрупчивания.

Вывод

Среди всех видов покрытия цинк-ламельное заметно превосходит аналогичные, выигрывая по физическим и эстетическим параметрам. Несмотря на то, что детали покрываются тонким слоем состава и полностью сохраняют свою форму, они на 100% защищены от коррозии, а металл – от проникновения водорода и охрупчивания. Такое покрытие выдерживает максимальный класс нагрузки – С5. Его просто наносить на детали сложной формы, а требования к толщине материала базы минимальны. Несмотря на очевидные преимущества цинк-ламельного покрытия, в России его пока используют предприятия, которые можно сосчитать по пальцам одной руки.

Заказать изделия с цинк-ламельным покрытием, а также ознакомиться с российскими и международными стандартами применения данного материала вы можете на сайте ЦКИ.

Выступление специалиста в области цинк-ламельных покрытий Максима Крепака в рамках VII специализированной конференции «Крепёж. Качество и ответственность».

Цинк-ламельное покрытие | Технология нанесения | Свойства

Цинк–ламельное покрытие изобретено в 70-х годах прошлого века в США. Сразу же завоевало большую популярность среди других видов антикоррозионной обработки стали.

Цинк-ламель состоит из порошка цинка, алюминия и связующей основы, в качестве которой выступают неорганические и органические (акриловые, уретановые, эпоксидные и кремний-органические) смолы.

Данное покрытие выполняется в несколько слоев. Базовый слой состоит из тонких алюминиевых (10%) и цинковых (70%) чешуек (ламелей). Толщина слоя варьируется от 10 до 15 мкм. Дополнительный защитный слой (лак) наносят для защиты базового от возникновения коррозии цинка в окружающей среде. Помимо этого, нанесение защитного слоя позволяет окрашивать деталь в желаемый цвет, улучшать тепловые и механические свойства поверхности.

Ламели (хлопья) цинка и алюминия укладываются по горизонтали во всех направлениях внахлест в несколько слоев. Схема и микроизображение цинк–ламельного покрытия показано на рисунке 1.

Рисунок 1 — Микроизображение цинк-ламельного покрытия.

Толщина ламелей составляет несколько десятых микрон, благодаря чему можно наносить покрытия толщиной от 4 мкм. Слои располагаются параллельно и склеиваются связующим веществом, обеспечивая плотный и непроницаемый для воздуха и влаги электропроводный слой. Данное покрытие обладает барьерной и электрохимической (анодной) защитой на стали.

Свойства цинк-ламельного покрытия:

• Высокая термостойкость базового слоя при температуре 150° С в течение длительного времени;
• Термостойкость неорганического покровного слоя при 2000° С в течение 2000 часов;
• В процессе нанесения покрытия не образуется и не внедряется в металл водород, что исключает возможность образования трещин, вызванных внутренними напряжениями;
• Покрытие обладает высокой водородной проницаемостью, что делает возможной десорбцию водорода;
• Пластичность покрытия обеспечивает сохранность его в резьбовых соединениях;
• Осаждение покрытия происходит как снаружи, так и внутри детали;
• Возможность придания покрытию любого цвета;
• Осаждение покрытия с заданным коэффициентом трения;
• Покрытие не содержит соединения хрома.

2. Отличия цинк-ламели от других видов цинкования.

Существует несколько методов оцинкования:

• Гальваническое цинкование;
• «Горячее» цинкование;
• Термодиффузионное цинкование;
• Механическое цинкование;
• Конвейерный, или метод Сендзимира;
• Цинк – ламельное покрытие.

Цинк-ламельное покрытие не несет в себе угрозу наводораживания в отличие от гальванического оцинкования. Так же отсутствие шестивалентного хрома и отходов гальванического производства делает технологию цинк-ламельного производства более безопасной для окружающей среды.

Если сравнивать с дорогостоящим горячим цинкованием, то цинк-ламельное покрытие экономически выгоднее. По сравнению с механическим цинкованием покрытие получается лучше сцепленным с основой. Большим достоинством и отличием цинк-ламельного покрытия от всех остальных видов цинкования является возможность нанесения покрытия прямо на месте монтажа. Если в каком-то месте на изделии нарушилось покрытие, его можно нанести заново. Для этого нужен распылитель с композицией, которая способна застывать на воздухе.

При отсутствии в покрытии алюминия белая коррозия наступает быстрее, чем если он будет введен в количестве от 3%. При введении алюминия более 22% возникает риск питтинговой коррозии покрытия. Оптимальная концентрация алюминия составляет 3-7%.

3. Технология и оборудование для нанесения цинк-ламельного покрытия.

Наносить цинк-ламельное покрытие можно не только на черный металл, но и на никель, медь, нержавеющую сталь, а так же легированную сталь.
Цинк-ламельное покрытие наносится на множество видов сталей (углеродистая сталь, нержавеющая сталь, никель, медь и т.д.)

Технология нанесения цинк-ламельного покрытия состоит из нескольких этапов:

• Очищение и обезжиривание деталей;
• Дробеструйная обработка (при необходимости);
• Загрузка деталей в линию;
• Нанесение состава.;
• Предварительный нагрев до 80° С;
• Отверждение при 250° С;
• Нанесение финишных слоев.

Нанесение покрытия может происходить разными способами:

• Распыление раствора из краскопульта, в том числе электростатического (крупногабаритные детали);
• Погружение с вытягиванием (средние и сложнопрофильные детали);
• Погружение с центрифугированием (мелкие детали).

Сушка и спекание производятся в специальных печах. Сначала детали с покрытием предварительно обогревают до температуры 60-80° С. Затем выдерживают в проходной печи при температуре 180-250° С, таким образом покрытие структурируется и образуется однородный адгезионно-прочный слой.

Следующая стадия — принудительное охлаждение и выгрузка изделий.

Последней стадией является нанесение финишного слоя, который усиливает коррозионную стойкость покрытия.

На рисунке 2 изображено конвейерное производство деталей с цинк-ламельным покрытием.

Рисунок 2 — Конвейер по нанесению на изделия цинк-ламельного покрытия.

Цинк-ламельное покрытие ZL

Цинк-ламельное покрытие изделий обеспечивает барьерную и электрохимическую защиту от коррозии. Это покрытие состоит из химически активной магниевой смолы, в которую добавлены хлопья алюминия и цинка. После нанесения покрытия на него воздействуют высокой температурой, в результате чего на изделии образуется цинк-алюминиевый слой, обладающий свойством электропроводимости. Т.к. алюминий окисляется медленнее цинка, цинк-ламельное покрытие показывает лучшие показатели коррозионной устойчивости, чем цинковое покрытие той же толщины, и лишь ненамного уступает нержавеющей стали. Устойчивость цинк-ламельного покрытия на продукции ДКС достигается благодаря особой технологии предварительного обезжиривания изделий, которая позволяет очистить изделие на 98%.