Термодиффузионное цинкование

Из самого названия метода следует, что нанесение цинкового покрытия происходит за счет высокотемпературной диффузии в ферритную подложку с образованием твердых растворов цинка в железе. При обычной комнатной температуре растворимость цинка в альфа-железе не превышает 6%, а железа в твердом цинке не более 0.01%. При температуре 419.5 °С, растворимость цинка в железе доходит до 18%. Тем самым обеспечивается прочнейшая связь цинкового покрытия с подложкой за счет внедрения атомов цинка в структурную решетку железа с образованием интерметаллидов типа соединения FeZn7. Условиями образования диффузионных покрытий является высокая (свыше 375 °С) температура процесса и небольшое различие атомных диаметров покрывающего и покрываемого металлов (в пределах 15-16%). Атомный диаметр альфа-железа составляет 0.254 нм (2.54 А°), и поэтому цинк способен диффундировать в ферритную подложку, так как его атомный диаметр составляет 0.274 нм (2.74 А°)

Механизм образования диффузионного цинкового покрытия упрощенно можно описать следующим образом.

При повышенной температуре (более 260 °С) порошковый цинк приобретает активность за счет увеличения подвижности атомов цинка. В объеме порошковой цинкосодержащей смеси, находящейся в замкнутом пространстве рабочих реторт под действием высокой температуры, цинк переходит в парофазное состояние, отличающееся от газофазного состоянием докритического насыщения. Подвижные атомы паров цинка проникают в пришедшую в движение кристаллическую решетку альфа-железа за счет заполнения вакансий, поскольку под действием температуры атомы железа также пришли в подвижность и во встречное диффузионное движение.

Приникшие в структурную решетку железа атомы цинка вступают в термохимические реакции с железом, образуя твердый раствор цинка в альфа-железе (цинковый феррит). С повышением температуры в результате встречной диффузии цинка путем флуктуации образуются последующие фазы железоцинкового покрытия.

Таким образом, при диффузионном цинковании в порошковых цинкосодержащих смесях на поверхности цинкуемого изделия образуется покрытие, состоящее не из металлического цинка, а из железоцинкового сплава, представляющего ряд интерметаллидных соединений железа с цинком и твердые растворы цинка в железе и железа в цинке.

Отмеченные выше негативные стороны других способов цинкования заставили научно-техническую общественность обратить более пристальное внимание на ТЕРМОДИФФУЗИОННОЕ ЦИНКОВАНИЕ.

К достоинствам этого метода можно отнести следующее:

• Детали цинкуются в герметически закрытых ретортах, поэтому процесс диффузионного цинкования экологически безопасен и не требует создания очистных сооружений;
• Получаемое покрытие не имеет пор и за счет диффузионного слоя имеет прочную адгезионную связь с подложкой;
• Толщина покрытия может быть любой;
• Диффузионный цинк покрывает детали равномерным слоем без наплывов, точно повторяет профиль цинкуемой поверхности, включая глухие отверстия, элементы сложной конфигурации, щели, полости, резьбу;
• Метод позволяет в отличие от других, цинковать длинномерные трубы с обеих сторон, а при необходимости, цинковать только внутреннюю или только наружную поверхность труб, в зависимости от расположения порошковых цинкосодержащих смесей - снаружи или внутри;
• Покрытие имеет высокую твердость (в 3-4 раза выше, чем у горячего цинкового покрытия) и обладает высоким сопротивлением абразивному износу, что позволяет использовать периодически разбираемые трубные соединения в нефтегазовой отрасли до 10-15 лет без замены;
• При сварке металлоизделий с термодиффузионным покрытием цинковое покрытие повреждается только в "ванночке сварного шва, при этом в околошовной зоне сохраняется слой покрытия, который протекторно защищает сварной шов;
• Отходы от производства не требуют захоронения и могут быть использованы в качестве наполнителей строительных бетонных смесей;

Диффузионное цинковое покрытие сертификатом Госсанэпидемнадзора № 78.1.3.315.II.17512.9.99 от 06.09.99г. допущено к контакту с водой питьевого и бытового водоснабжения. Покрытие соответствует требованиям ГОСТ 28426-90, ГОСТ Р51163-98, СНИП 2.03.11-85 изд.2002г., Инструкции № К-106 от 30.12.2003г. Департамента электрификации и электроснабжения ОАО "РЖД", а также требованиям зарубежных стандартов АST MB 633, AST MB 695;

Нет ограничения по химическому составу общераспространенных машиностроительных сталей и чугунов.

Среди недостатков метода следует отметить:

• отсутствие декоративных свойств у диффузионного цинкования (глухие тона, отсутствие блеска)
• а также, при малых толщинах покрытия (до 30 мкм), появление бурого налета, обусловленного выходом из покрытия ионов железа.

Данные недостатки могут устраняться нанесением декоративно-защитных слоев лакокрасочных покрытий.

Области применения металла, оцинкованного термодиффузионным методом:
Термодиффузионное цинкование (ТДЦ) является надежным, высокоэффективным и конкурентоспособным, по отношению к горячему цинкованию. методом защиты от атмосферной. водной и почвенной коррозии. Оно отлично зарекомендовало себя в строительстве и энергетике, транспортной инфраструктуре и химической промышленности, городском и сельском хозяйстве, а так же в других отраслях хозяйства.