Proces cynkowania - na czym polega cynkowanie?

Co to jest cynkowanie?

Proces cynkowania polega na nałożeniu warstwy cynku na elementy metalowe, które łatwo ulegają korozji. Proces cynkowana galwanicznego wykorzystuje do tego celu specjalne roztwory elektrolitowe, w których zanurzany jest element metalowy. Następnie roztwór wraz z elementem podłączany jest do prądu. W wyniku zachodzących reakcji warstwa cynku trwale łączy się z powierzchnią metalu.

Inaczej wygląda proces cynkowania ogniowego, który polega na zanurzeniu metalowego elementu w rozgrzanym do ok. 450 °C cynku. Pod wpływem temperatury cynk również trwale przylega do powierzchni elementu metalowego.

Oba procesy zostały dokładniej omówione w dalszej części artykułu. Każdy z nich ma swoje plusy i minusy. Niezależnie jednak od tego, jakie rodzaje ocynku zostały zastosowane, wszystkie procesy polegają na stworzeniu ochronnej powłoki cynku na powierzchni metalowego elementu.

Cynkowanie metali podatnych na rdzewienie ma na celu ich ochronę przed korodowaniem, a tym samym przedłużana jest żywotność stalowych elementów. W tym wypadku naturalne wydaje się, że warstwa ochronna nie poddaje się korodowaniu, skoro ma przed nim zabezpieczać, tymczasem jest zupełnie inaczej. Powodem tego paradoksu jest to, że rdzewienie (czyli wejście w reakcję z wodą) jest rdzewieniu nierówne.

Warstwa ocynku również wchodzi w reakcję z wilgocią i korodowanie działa podobnie jak w przypadku patyny – chroni ono powierzchnię znajdującą się pod cynkiem. Nawet jeśli zostanie przerwana struktura ocynku, jego ochrona jest wciąż skuteczna – zjawisko to ma nazwę protektorowanie. W przypadku cynkownia rur, które mają kontakt z wodą powyżej 60 °C, ochrona metalu przed korozją może być niższa. Pod wpływem tych warunków może dojść do przerwania ciągłości powłoki, co następnie skutkuje powstaniem wżerów.

Wytrzymałość cynkowania zależna jest od grubości warstwy i od warunków środowiskowych, w których dany element jest zastosowany. Istnieje specjalna skala warunków środowiskowych, która pozwala określić długość ochronnego działania warstwy cynku. W przypadku warstwy cynku wynoszącej 70 μm na elemencie zastosowanym w środowisku, w którym panuje kategoria korozyjności C1, czyli zagrożenie korozją jest znikome i dotyczy głównie zamkniętych, klimatyzowanych pomieszczeń, warstwa ochronna cynku może wytrzymać powyżej 100 lat.

Inaczej wygląda sytuacja, gdy element metalowy z tą samą warstwą cynku umieści się w środowisku bardzo wymagającym, w którym kategoria korozyjności wynosi C5 (oznacza to miejsca o dużej wilgotności: tereny przemysłowe o agresywnej atmosferze lub tereny nadmorskie, w których powietrze dodatkowo charakteryzuje się dużym zasoleniem). Wówczas warstwa cynku może wytrzymać od 8 do 17 lat. Roczny ubytek warstwy cynku wynosi wówczas od 4,2 do 8,4 μm.

Na czym polega cynkowanie?

Cynkowanie jest powszechnie stosowaną metodą ochrony metalowych elementów. Najbardziej popularne jest cynkowanie ogniowe. Technologia dostępna dziś pozwala na pokrycie ochronną warstwą cynku naprawdę dużych przedmiotów. Zatem na czym polega cynkowanie?

Metalowy przedmiot przed procesem zabezpieczenia jest dokładnie oczyszczany – z racji swojej wielkości i funkcjonalnego przeznaczenia poddaje się jego powierzchnię odmiennym procesom, między innymi są to:

• obróbka strumieniowo-ścierna,
• obróbka wibrościerna.

W ich efekcie powierzchnia jest wolna od śladów korozji gazowej, piasku, rdzy, starych powłok. Następnie, aby umożliwić skuteczne pokrycie ocynkiem, materiał jest dokładnie odtłuszczany i poddany wytrawieniu w celu pozbawienia jego powierzchni cząsteczek niemetalicznych, takich jak zgorzelina. Trawienie polega na zanurzeniu elementu w kwasie solnym lub fluorowodorowym, jednak nawet taka kąpiel jest niewystarczająca dla stali, którą poddaje się w dalszej kolejności topnikowaniu. Proces ten polega na kolejnej kąpieli, tym razem w roztworze wodnym chlorku cynku i chlorku amonu, po której powierzchnia stali pozbawiona jest nawet śladowych ilości tlenków. Ostatnim etapem przygotowań jest suszenie w temperaturze do 150 ᵒC. Tak spreparowaną powierzchnię stali poddaje się procesowi cynkowania.

Przygotowane w powyższy sposób elementy stalowe zostają zanurzone w stopionym cynku poddanym uprzednio działaniu wysokiej temperatury (około 450 ᵒC). Cząsteczki żelaza i cynk wchodzą w reakcję, co skutkuje powstaniem na stalowej powierzchni warstwy ich stopu. Tym sposobem po wystudzeniu stalowy element jest trwale zabezpieczony przed oddziaływaniem wilgoci i pary wodnej w powietrzu.

Tak wygląda cynkowanie ogniowe. Technologia pozwala także na dodatkowe zabezpieczenie warstwy cynku przez nałożenie powłoki malarskiej lub przez zastosowanie procesu pasywacji. Oba sposoby pozwalają na naniesienie dodatkowej powłoki na metalowy element, który z kolei chroni warstwę cynku. Przydatne jest to szczególnie w wymagających warunkach środowiskowych.

Cynk można pokryć specjalną farbą, która wykazuje dodatkowe właściwości ochronne. Proces ten pozwala także uzyskać różne efekty kolorystyczne, co jest szczególnie ważne w przypadku elementów wystroju domowego. Z kolei pasywacja polega na naniesieniu na cynk warstwy pasywnej składającej się z tlenku i wodorotlenku cynku – są to produkty reakcji chemicznej cynku z otoczeniem. Warstwa ta zabezpiecza cynk przed dalszą korozją.

Rodzaje cynkowania

Wiesz już, co to jest cynkowanie. Jednak obecnie istnieje kilka rodzajów cynkowania, które różnią się sposobem nakładania ochronnej warstwy cynku. Poniżej znajdziesz dostępne dziś rodzaje cynkowania wraz z ich zaletami oraz wadami.

Proces cynkowania ogniowego, inaczej cynkowanie zanurzeniowe, został już dokładnie opisany wcześniej. Ogólnie mówiąc, polega on na zanurzeniu elementu metalowego w ciekłym i rozgrzanym do 450–500 ᵒC cynku. W ten sposób uzyskuje się wytrzymałą i grubą warstwę cynku, która może przetrwać od 10 do 100 lat. Warstwa ściśle przylega do elementu i nie pozostawia żadnych przerw. Jej grubość można regulować w piecu.

Cynkowanie ogniowe wykazuje dużą odporność na uszkodzenia mechaniczne i korozję. Jest droższe niż cynkowanie galwaniczne. Minusem tego rodzaju cynkownia jest to, że po kąpieli w rozgrzanym cynku powstaje dość nierówna warstwa, na której możliwe są zacieki i zgrubienia, które po wyschnięciu zastygają na powierzchni elementu. Nacieki te mogą być widoczne pod warstwą farby.

Proces cynkowania galwanicznego polega na zanurzeniu elementu stalowego w specjalnej kąpieli elektrolitowej zawierającej związki cynku. Pod wpływem prądu, cząsteczki cynku osiadają na przedmiocie, który następnie jest pasywowany i płukany. Powstała tak warstwa cynku jest równa, pozbawiona jakichkolwiek zgrubień, ale cienka (od 3 do 6 μm) i mało odporna na uszkodzenia mechaniczne. Jednolita warstwa cynku pokryta farbą jest niezwykle atrakcyjna, co powoduje, że proces ten wykorzystywany jest do elementów widocznych, będących częścią wystroju. Cynkowanie galwaniczne jest także stosowane w przemyśle.

Cynkowanie natryskowe zazwyczaj wykorzystuje się do przedmiotów dużych lub mało odpornych na wysoką temperaturę, co wyklucza je z procesu zanurzeniowego. Drut cynkowy jest roztapiany, a następnie za pomocą sprężonego powietrza rozpylany na elemencie. Niestety metoda ta ma swoje wady. Jedną z nich jest brak możliwości dotarcia do trudnodostępnych miejsc jak zgięcia. Powoduje to szczeliny w powłoce cynkowej, które szybciej ulegają korozji.

Ostatnią metoda cynkowania jest cynkowanie proszkowe. Metoda ta jest coraz rzadziej stosowana z powodu dużego nakładu pracy, którego wymaga. Ponadto metoda ta jest mało wydajna, co wyklucza ją z zastosowania w przemyśle. Oczyszczony przedmiot ze stali umieszcza się w sproszkowanym cynku, który zawiera około 6% tlenku cynku. W tego rodzaju kąpieli element przebywa kilka godzin. Dodatkowo przez cały czas utrzymuje się dość wysoką temperaturę 350–400 ᵒC.

Cynkowanie – zastosowanie

Jak już zostało wspomniane, cynkowanie ma uniemożliwić korozję przedmiotów wykonanych ze stali. Co to tak naprawdę oznacza? Przedmioty stalowe są elementami wielu systemów znajdujących się w prywatnych domach. Znajdziesz je w instalacjach grzewczych czy w instalacji elektrycznej. Rdza powoduje uszkodzenie danego elementu, co może prowadzić do przerw np. w dostawie prądu czy ciepła. Korozja może skutecznie uszkodzić także ważne podzespoły samochodu, motoru czy roweru.

Cynkując najważniejsze elementy, które mogą zostać uszkodzone pod wpływem wilgoci, dbasz także o własne bezpieczeństwo. Nie dopuszczasz do np. przerw w dostawie prądu czy ciepła do swojego domu. Ponadto dobrze zabezpieczona instalacja elektryczna zmniejsza ryzyko porażenia prądem.

Cynkowanie zastosowanie znajduje zatem w wielu gałęziach przemysłu m.in. motoryzacyjnym, elektrycznym czy budowlanym. Na wyposażeniu każdego domu znajduje się szereg przedmiotów ocynkowanych, choć nie zawsze każdy zdaje sobie z tego sprawę. Na co dzień korzystasz na pewno z ocynkowanych śrub i wkrętów. Do prac w ogrodzie i domu wykorzystujesz ocynkowaną drabinę, która dzięki temu przetrwa wiele sezonów, niezależnie od miejsca, w którym ją przechowujesz. Swój ogród czy posesję również chętnie ogradzasz ocynkowaną siatką, co pozwala Ci oszczędzić czas i pieniądze na częste wymiany i renowacje ogrodzenia.