Свойства и применение цинковых покрытий

Цинковые покрытия на стали — типичный пример электрохимической защиты. В гальванических коррозионных элементах, образующихся в порах покрытия, цинк растворяется как анод, а сталь (как катод) не подвергается разрушению до тех пор, пока на ней есть слой цинка. В течение долгих лет цинковые покрытия наносили только с целью защиты от коррозии. В современных ваннах можно наносить покрытия с высокими декоративными свойствами: благодаря этому заинтересованность в электролитическом цинке повысилась настолько, что в недалеком будущем цинкованием займутся многочисленные мастерские, в которых этот процесс считался второстепенным. Серьезным препятствием, затрудняющим применение цинковых ванн, является необходимость использования цианидных соединений в соответствии с рекомендациями соответствующих служб.

Большинство гальванических мастерских не в состоянии выполнить эти требования, и поэтому они или полностью отказались от этого процесса или ограничились кислыми ваннами старого типа, непригодными для обработки изделий сложной формы.

В настоящее время ситуация стала значительно более благоприятной, так как применяемые бесцианидные ванны соответствуют требованиям даже весьма требовательных практиков.

Традиционные ванны кислого цинкования.

Использование кислых сульфатных ванн, составляемых из доступных химикатов не требует специальных фирменных добавок. Эти химикаты безвредны и не оказывают такого коррозионного воздействия как современные слабокислые ванны. Существенным недостатком сульфатных ванн является их низкая кроющая способность. По виду своему эти покрытия не могут конкурировать с полученными в ваннах с блескообразователями, но при невысоких требованиях они удовлетворительны. Сульфатные ванны характеризуются высоким катодным выходом по току и, следовательно, они не создают такой водородной хрупкости, как цианидные ванны. Ниже приведены примеры составов, г/л, сульфатных ванн: (кислого цинкования):

Ванна

1

2

ZnSO4•7H2O

180

360

ZnCl2

14

Н3ВО3

12

23

A12(SO4)3•18H2O

30

30

NaCl

15

Декстрин

10

15

Ванна 1 отличается по сравнению с другими ваннами лучшей кроющей способностью, но в ванне 2 большая концентрация цинка, что позволяет работать при больших плотностях тока.

Обе ванны работают при комнатной температуре, рН = 3,5-4,4 и J = 1-2 А/дм2 для ванны 1 и J = 2-3 А/дм2 для ванны 2.

Перед цинкованием в кислой ванне изделия следует тщательно обезжирить и активировать, так как в отличие от цианидных, кислые ванны не имеют очищающих свойств. Сульфатные ванны применяются для цинкования проволоки и полос, для обработки изделий простой формы. (Винты и гайки обрабатываются во вращающихся установках).

Подготовка и эксплуатация сульфатной ванны.

Сульфатные ванны чувствительны к загрязнению металлическими примесями и, следовательно, их составляют из технических химикатов первого сорта. Отдельные компоненты, кроме декстрина, растворяют в горячей воде в эмалированной посуде и переливают в запасную ванну. Декстрин растворяют в отдельном сосуде в небольшом количестве холодной воды, затем нагревают до 60°С и переливают в запасную ванну. Таким образом составленную ванну отфильтровывают в рабочую ванну, дополняют водой до необходимого объема, проверяют pH и предварительно ее прорабатывают ~10 ч при J = 0,2-0,3 А/дм2 со стальными листовыми катодами.

Как уже упоминалось, сульфатные ванны имеют высокий выход по току и не вызывают водородной хрупкости, однако наводороживание деталей может происходить во время операции подготовки, в основном при катодном электролитическом обезжиривании и травлении в кислотах. Появление пузырьков в цинковом покрытии может быть вызвано наводороживанием стали еще перед цинкованием.

Сульфатные ванны требуют частого контроля pH и регулировки серной кислотой или карбонатом натрия. Преимущественно наблюдается повышение pH, так как цинковые аноды, висящие в ванне, во время простоя растворяются. По этой причине не следует оставлять аноды в ванне во время длительных перерывов в работе. Защелачивание ванны приводит к образованию крупнокристаллических покрытий с наростами на острых ребрах.

Образование темных и губчатых покрытий обусловлено металлическими загрязнениями, поэтому необходима электролитическая проработка ванны при малой плотности тока.

Темные покрытия в местах малой плотности тока вызываются несоответствующим качеством декстрина. В таком случае следует добавить пергидроль (1 см3/л) и подвергнуть ванну электролитической обработке при малой плотности тока. Так как отдельные партии декстрина, поставляемые различными поставщиками, разняться, то следует проверить их пригодность в небольшой экспериментальной ванне.

Шероховатость покрытия свидетельствует о наличии в ванне механических загрязнений, образующихся в основном из анодного шлама. Аноды должны быть помещены в мешки из фильтрующей ткани. Сваренные или клепаные изделия, на поверхности которых образуются несплошности, могут корродировать во время складирования или эксплуатации, так как остатки электролита оказывают коррозионное воздействие на сталь. Поэтому изделия необходимо очень тщательно промывать после цинкования.

Снятие цинковых покрытий.

Из-за возможности воздействовать на цинк кислотами и основаниями удаление цинковых покрытий не представляет затруднений. В соляной кислоте, растворенной водой в отношении 1 : 3, цинк растворяется очень быстро, однако при этом может наводородиться стальная подложка. Чтобы избежать этого, следует применять 10%-ный раствор нитрата алюминия. Можно также применять 20 %-ный NaOH, нагретый до 60-80°С.

Цинковые аноды.

В соответствии со стандартами PN-73/H-92912 и PN-77/ /Н-82200 аноды изготовляют в виде кубиков или листов марок Е01, Е02, N0. Толщина листов достигает 5-12 мм, ширина 100-400 мм, а длина 500-1000 мм. Кубики имеют размер 25?25 мм. Для нанесения блестящих покрытий следует применять аноды высокой чистоты (марки «NО»).