Galvanizace

Zinkování je akce s krycím kusu vrstvou zinku za účelem ochrany proti korozi . O léčbě se říká, že je antikorozní . Slovo pochází od jména vynálezce Luigi Galvani (1737-1798), italského fyzika a lékaře, který objevil galvanismus na6. listopadu 1780.

V průmyslu se tento termín v zásadě týká procesů „ zinkování ponorem “ .

Úvod

Dějiny

První patenty na žárové zinkování ponorem (ponořením všech prvků) pocházejí ze 40. let 18. století . Francouzský inženýr Stanislas Sorel získává patent na10. května 1837pro tuto metodu žárového zinkování. V roce 1837 německý fyzik a inženýr naturalizovaný Rus Moritz Hermann von Jacobi objevil galvanické pokovování v Petrohradě . V roce 1854 vytvořil průmyslník a chemik Léopold Oudry elektrochemickou dílnu v Auteuil na adrese 10 rue Cuissard (dnes rue Félicien David). Úspěšně trvale mědí malé části, poté úpravou svého postupu získá řád galvanického měděného pokovování všech předmětů a památek litinou ve městě Paříž a zejména několika fontán.

Chemický princip

Principem je, že z katodové ochrany od anody :

zinek má silnější anodickou tendenci než ocel, a proto bude oxidovat místo oceli, kterou chrání, i když je ocel vystavena vnějšímu prostředí (poškrábání). K redukci kyslíku dochází na oceli a zinek je oxidován, elektrony jsou schopné cirkulovat mezi zinkem a ocelí;
zinek, který má kinetiku oxidace asi 25krát pomalejší než u oceli, je oxidace zpožděna.

Různé procesy

Ke galvanizaci součásti lze použít několik průmyslových procesů:

žárové zinkování. Tento proces také umožňuje kontinuální galvanizaci ocelových plechů a galvanizaci za tepla odstředěním ;
shérardisation ( šeradování ): roztavený zinkový prášek rozprašováním;
galvanizace;
termické stříkání ( termální stříkání );
matoplastika.

Je třeba poznamenat, že bez ohledu na zvolený proces musí být nejprve galvanizovaný díl očištěn (od mastnoty, oxidů, okují , prachu atd.), Jinak by se zinek na dílech špatně (nebo vůbec) neusazoval. „špinavé“ části, díky nimž je galvanizace neúčinná.

Žárové zinkování

Žárové zinkování , nebo přesněji „dip žárové zinkování“ je technika průmysl hutnictví , který se používá k ochraně proti korozi kus oceli se zinkem . Tento proces poskytuje ochrannému povlaku přilnavost, nepropustnost a mechanickou pevnost. Část ošetřená galvanizací se říká, že je pozinkovaná .

Chemické principy

Žárové zinkování zahrnuje potahování a lepení oceli zinkem ponořením oceli do lázně roztaveného zinku při přibližně 450 ° C.

Tento proces nespočívá pouze v nanášení zinku v průběhu několika mikrometrů na povrch oceli. Zinkový povlak je chemicky vázán na základní oceli, protože je zde chemická reakce hutní difúze mezi zinkem a železa nebo oceli na 450 ° C . Když se ocel odstraní ze zinkové lázně, vytvořilo se na jejím povrchu několik vrstev slitin zinku a železa, na kterých stržený zinek tuhne. Tyto různé vrstvy slitin , které jsou pro některé tvrdší než základní ocel, mají čím dál vyšší obsah zinku, čím blíže se dostane k povrchu povlaku. Ošetření musí odpovídat normě ISO 1461 („Žárově pozinkované povrchové úpravy hotových výrobků z litiny a oceli“).

V roce 2014 bylo ve Francii přibližně 55 průmyslových závodů na žárové zinkování. Galvanizují přibližně 600 000 tun oceli ročně, z toho 45% pro budovy ( rámy , zámečnické práce , prvky zábradlí atd.). Ostatní využití se týká pouliční nábytek ( veřejné osvětlení , značení , bariér a nárazových bariér ), energetiky, dopravy (včetně trolejového vedení nosičů) a různé podpory, a to zejména v plaveckých bazénech či na moři, tj. V mimořádně odporného vlhké a / nebo chloru -obsahující rostliny v úpravnách vody nebo čistírnách odpadních vod nebo v budovách hospodářských zvířat v kyselé atmosféře.

Proces galvanizace za tepla na hotových výrobcích (smlouva)

Aplikace zinkového povlaku galvanizací se neomezuje pouze na ponoření ocelového dílu do lázně roztaveného zinku. Galvanizace hotových výrobků probíhá postupně.

Proces aplikace

Galvanizace hotových výrobků se skládá z 8 hlavních stupňů:

odmašťování, jehož účelem je odstranit veškerou špínu a mastnotu, která by zabránila rozpuštění povrchových oxidů železa. Odmašťovací se provádí lázní, které obsahují uhličitan sodný nebo hydroxid sodný s přídavkem detergentů a povrchově aktivních látek při 60 ° C / 80 ° C . Někdy lze použít kyselé odmašťovače;
oplachování, které se provádí po odmaštění, aby nedošlo ke znečištění následujících operací;
moření, jehož účelem je odstranění vodního kamene a jiných oxidů přítomných na povrchu oceli. Moření se provádí v roztoku kyseliny chlorovodíkové zředěné při teplotě místnosti s přídavkem inhibitoru, který umožňuje zabránit napadení oceli, když je bez oxidů. Někdy se používají roztoky kyseliny sírové s nevýhodou práce při 70 ° C vyžadující zahřívání. Mechanické moření ( otryskávání ) může někdy nahradit chemické moření , zejména v případě litiny , aby se odstranil oxid křemičitý z povrchu;
oplachování, také prováděné po odizolování, aby se umyly části solí železa a stopy kyseliny, které by znečišťovaly následující operaci;
tavidlo, které zabrání tomu, aby ocel znovu vstoupila do zinkové lázně. Rozklad tavidla také umožňuje podporovat metalurgickou reakci železo / zinek, když je díl ponořen do zinkové lázně. Taviči se provádí s vodným roztokem chloridu zinečnatého a chloridu amonného zvýšena na 60 ° C ;
sušení prováděné v sušárně, aby se zabránilo zinkovým výčnělkům při ponoření součásti;
horké zinkování (oheň). Kusy se ponoří do lázně roztaveného zinku při teplotě 450 ° C . Časy ponoření se liší podle důležitosti zatížení, rozměrů a tloušťky dílů: od 3 do 4 minut u dílů jednoduchého tvaru a od 10 do 15 minut u masivních sestav nebo dutých těles velkých rozměrů. Z důvodů ochrany životního prostředí je nyní používané olovo ve zinkových lázních nahrazováno cínem . Přítomný je také hliník (méně než 0,01%). Cín se používá kvůli své schopnosti podporovat tekutost zinku, zatímco hliník pomáhá předcházet povrchové oxidaci lázně a podporuje lesk. Do vany lze také integrovat další přídavné prvky (například nikl , vizmut ). Působí mimo jiné na reaktivitu železo-zinek, ke které dochází během této operace;
chlazení a ovládání. Pozinkované díly jsou chlazeny na čerstvém vzduchu a kontrolovány.

V průměru je potřeba 60 až 70 kilogramů zinku k ochraně tuny oceli před korozí. Následující obrázek představuje různé fáze galvanizace hotových výrobků.

Ochrana proti korozi, která přesahuje jednoduchou vrstvu zinku

Žárové zinkování není jen o nanášení zinku na povrch oceli. Zinkový povlak je metalurgicky spojen se základní ocelí, protože mezi zinkem a železem dochází k metalurgické difúzní reakci.

Když je ocel odstraněna z lázně, na jejím povrchu se vytvořilo několik vrstev slitin zinku a železa, na kterých strhávaný zinek tuhne. Tyto různé vrstvy slitin, které jsou tvrdší než základní ocel, mají stále vyšší obsah zinku, čím blíže se povrch povrchové úpravy.

Tato specifičnost spojená s procesem galvanizace tedy poskytuje ochrannému povlaku adhezi, nepropustnost a mechanickou odolnost .

Kromě toho je tloušťka tohoto povlaku větší než tloušťka získaná jinými ochrannými technikami.

Technika založená na relevantní volbě oceli

Povlak žárově pozinkovaného dílu (tloušťka, struktura a vzhled) se liší hlavně podle složení oceli. Jeho obsah křemíku a fosforu hraje důležitou roli v jeho reaktivitě s ohledem na kapalný zinek.

Proto je důležité zvolit správnou ocel, která má být pozinkována. Norma NF A 35-503 (2008) definuje 3 kategorie ocelí vhodných pro pozinkování, v závislosti na obsahu těchto dvou prvků.

Ocele kategorie A a kategorie B jsou normálně reaktivní: po galvanizaci mají krásný jednotný vzhled s tloušťkami alespoň v souladu s normou NF EN ISO 1461.

AFNOR NF 35-503 Standard: Co si pamatovat :

	Aspekt	Mechanická odolnost povlaku	Nátěrová hmota	použití
Kočka. NA	Vynikající	Vynikající	Standard, odpovídá minimu normy	Estetický a antikorozní výzkum
Kočka. B	Studna	Dobrý	Standard, obvykle nad minimum standardu	Výzkum koroze a správný vzhled
Kočka. VS	Způsob	Průměrný	Silnější - pro agresivní prostředí	Optimální hledání ochrany

Tyto prvky jsou čistě orientační.

Ocele kategorie C jsou reaktivnější: jejich vzhled po galvanizaci je matnější, s možností mramorování nebo drsných šedých oblastí, aniž by to mělo vliv na odolnost proti korozi. Tloušťky dosahují 120 až 200 mikronů nebo i více. U dílů vyžadujících delší dobu ponoření mohou překročit 200 mikronů.

(*) Klasifikace ocelí podle obsahu křemíku a fosforu

Živel%	Kategorie A	Kategorie B.	Kategorie C.
Ano	≤ 0,030	≤ 0,040	0,14 ≤ Si ≤ 0,25
Pokud +2,5 P	≤ 0,090	≤ 0,110	-
P	-	-	≤ 0,035

Po dohodě s objednávkou lze provést analýzu produktu.

Proces průmyslového zinkování (pouze pro galvanizaci kontinuálních ocelových svitků)

Odizolování

Aby mohl být díl pozinkován, musí být bezvadný a zbavený nečistot (vodního kamene , mastnoty ). K jeho moření existují dvě hlavní metody: moření kyselinou ( chlorovodíkovou nebo sírovou ) a tryskáním:

Moření kyselinou spočívá v ochlazení části na několik hodin (v závislosti na obsahu kyselin v mořící lázni) v kyselé lázni, do které se přidá činidlo. Toto je nejběžnější metoda, protože umožňuje zbavit se několika stovek kg jednou operací. Tento proces je levný, ale je nevhodný pro vysoce kvalitní součásti (například třída 10.9), protože kyselina oslabuje materiál;
shot peening je posílání malých ocelových granulí různých tvrdostí při velmi vysoké rychlosti na součást. U vysoce kvalitních dílů je to povinné. Kvalita je lepší, ale nákladová cena je vyšší a zpracované množství nižší.

Galvanické zinkování a úprava (pouze pro průběžné zinkování)

Kontinuální linky pro žárové zinkování sestávají z následujících prvků:

odvíječ (podávání ocelových svitků);
nůžky;
svářeč (všechny svitky jsou svařeny tak, aby byla zajištěna kontinuita přítomnosti pásky na výrobní lince);
odmašťování (zajišťuje dobrou přilnavost budoucího povlaku);
otočit do smyčky (zajišťuje kontinuitu napájení v případě vypnutí vstupní sekce)
kontinuální žíhací pec k zajištění rekrystalizace oceli, která jí poskytne dobré mechanické vlastnosti;
zinková lázeň ;
odstředění a sušení;
kožní průchod ;
smyčková věž (zajišťuje kontinuitu posouvání ve střední části při zastavení výstupní části);
kontrolní kabina (kamera pro rozpoznávání tvaru a vizuální kontrola), jejímž cílem je kontrola shody pozinkovaného výrobku (absence vady);
mastné a značení;
nůžky;
navíječe;

Vlastnosti žárově pozinkovaných dílů

Tloušťka tohoto povlaku je větší než tloušťka získaná jinými ochrannými technikami. Například u norem EDF / SNCF ve Francii je tloušťka zinkového povlaku 70 µm. Norma EN ISO 1461 stanoví minimálně 55 µm pro oceli s tloušťkou mezi 1,5 a 3 mm , 70 µm pro oceli s tloušťkou mezi 3 a 6 mm a 85 µm pro oceli s větší tloušťkou do 6 mm .

Obětní vlastnost galvanizace je důležitým faktorem při výběru tohoto procesu. Pokud je kov vystaven žárově pozinkované části, pak reakce mezi železem (Fe + ) a zinkem (Zn - ) zajišťuje, že živá část bude léčena usazením soli zinku.

American Association Galvanizer dává odolnost proti korozi z pozinkovaných kovů:

průmyslové prostředí: 65 let;
tropické prostředí: 70 let;
předměstské prostředí: 85 let;
venkov: 120 let.

V návaznosti na práce provedené sdružením Galvazinc najdete dvě tabulky, které udávají životnost a očekávanou rychlost koroze v závislosti na různých prostředích, kterým může být galvanizovaná ocel vystavena:

průmyslový;
námořník;
městský;
venkovský.

Zinkování za studena neexistuje

Jedná se o nesprávné pojmenování pro galvanické pozinkování . Tento termín se často používá pro aerosolové barvy, které často obsahují hliníkový prášek nebo zinkový prášek ve velmi malém množství. U tohoto systému nedochází k tvorbě intermetalické, tj. Reakce (směsi) mezi železem a zinkem. Ostatní průmyslová odvětví mohou tento termín použít také pro depozice zinku pomocí elektrolytického procesu zvaného elektrolytizace.

Galvanizace centrifugací

Všeobecné

Žárové zinkování má takové výhody, které jeho rozsah pokračuje v expanzi. Stále více dílů malých rozměrů (spojovací materiál, šrouby, závitové tyče atd.) Je žárově pozinkováno.

Technika používaná pro tento typ výroby je odstředivá galvanizace, která se také nazývá galvanizace spinem.

Procesy

Místo toho, aby byly části, které mají být galvanizovány, zavěšeny na sestavy nebo zavěšeny pod výkyvy, jsou umístěny v dávkách do košů a odstředěny na výstupu zinkové lázně. Výhody centrifugace :

všechny tradiční vlastnosti žárového zinkování malých dílů;
pozoruhodná kvalita provedení;
velmi konkurenceschopná cena;
unikátní technika vyvinutá pro galvanizaci závitových tyčí.

Sherardizace

Shérardisation je metoda, vynalezený Sherard Cowper Cowles na začátku XX th století. Tento antikorozní termochemický proces spočívá v difúzi a penetraci zinku do oceli. Sherardizace umožňuje získat povlak typu železo-zinkové slitiny ze dvou vrstev slitiny železa a zinku, částečně rozptýlené gama vrstvy, která obsahuje 21 až 28% železa a kompaktní delta vrstvy, která obsahuje 8 až 10% železa.

Proces

Během sherardizace se částice v pevné fázi zahřívají z 380 na 450 ° C v uzavřeném boxu animovaném pomalou rotací v přítomnosti zinkového prášku a inertního materiálu. Nelegované uhlíkové oceli, HR oceli, slinutý materiál, železo a litina se velmi dobře hodí ke sherardizaci.

Lze provést několik postprocesů:

pasivace bez chromu VI, šedý povrch;
organo-minerální povrch, černý povrch;
mazaný povrch.

Aplikace

Sherardizace je antikorozní a protioděrovou úpravou, splňuje mnoho aplikací v průmyslu:

šrouby, klasické a vysoce odolné šrouby;
řetězy;
silniční zábradlí;
námořní, námořní a podmořský průmysl;
stavební průmysl.

Výhody

Sherardizace má následující výhody:

dlouhá odolnost vůči solnému postřiku ;
vysoká odolnost proti abrazi;
absence vodíkové křehkosti;
dobrá přilnavost k litině;
dobrý respekt k rozměrovým rozměrům dílu díky tenkému povlaku.

Environmentální aspekty

Podle sdružení Galvazinc (sdružení galvanizátorů) je zajímavá ekologická rovnováha materiálu, protože žárové zinkování, i když spotřebovává energii a chemikálie, je „ve srovnání s jinými antikorozními procesy, jako jsou barvy, energeticky dvakrát. Ekonomičtější, více než uvažovaná životnost 60 let […] díky úplné absenci nezbytné údržby ošetřených dílů, aniž by bylo třeba každých 15 let provádět jakékoli malování “ .
Také životnost pozinkovaných dílů by byla delší, zejména v nejagresivnějších prostředích. Pět parametrů by mělo vliv na - nevyhnutelný - korozní jev: teplota, vlhkost, množství srážek, koncentrace znečišťujících látek (typ SO 2 ) a hladina chloru. „V závislosti na místě může agresivita atmosféry snížit životnost místnosti na polovinu.“ Místní ošetření založené na speciální duplexní barvě by bylo vždy možné, aby se prodloužila životnost exponovaných prvků o deset let.

Zdroje

Tato definice pochází ze stránky francouzské asociace pro vývoj galvanizace GALVAZINC ( norma ISO 1461 ) a ze stránky specialisty na galvanizaci Galva Union SA . Tato stránka také nabízí videa o galvanických procesech, která jsou k dispozici v mediální knihovně webu; viz zejména video žárové zinkování centrifugací . Viz také stránky skupiny PRESTIA (člen Galvazinc) a stránky Galva Atlantique (člen Galvazinc).

Poznámky a odkazy

Gallica, „ Nový objev patentovaný 15 let. : Sorelův proces galvanizace železa “ , na gallica.bnf.fr (konzultováno 20. února 2020 ) .
Batiactu, galvanizace, průmyslový proces starý více než sto let, ale stále relevantní
Hubert Demory, „ Tajemství pana Oudryho “ , na mapage.noos.fr (přístup 19. února 2020 ) .
http://www.chardon-couchoud.fr/zinc_electrolytiques.html
http://www.progalva.be/documents/bijlagen/tf-20-la-galvanisation-a-chaud-et-la-protection-cathodique.pdf
http://galvazinc.com/la-galvanisation/le-zinc/technologies-et-proc%C3%A9d%C3%A9s.html
http://www.arcelormittal.com/sections/fileadmin/redaction/pdf/Brochures/Galvanisation_FR.pdf
„ Galvanizace centrifugací - specialista na galvanizaci GALVA UNION “ , Galvanizace a práškové lakování GALVA UNION (přístup 15. srpna 2020 ) .
Rozhovor s Ludovic Neel (Galvazinc) o batiactu , červen 2012

Podívejte se také

Bibliografie

NF EN ISO 1461 červenec 2009 (vydání: AFNOR )
Zinek a antikorozní účinky v 90. letech ( CEFRACOR a Center du Zinc - edice SIRPE)
Zinc est l'anticorrosion - 1993. Zkoušky a představení - Sborník kolokvia ze Saint-Ouen z března 1993 (CEFRACOR a Centre du Zinc - Vydání: EP - Les éditions de physique)
Žárové zinkování (R. Souské - Edition: Dunod )
Koroze a elektrochemie zinku ( Xiaoge Gregory Zhang - vydání: Plenum Press)
Metalografický atlas zinku ( Center de Recherches Métallurgique - edice: Centrum voor Research in de Metallurgie Abbaye du Val-Benoît)
Zincatura a caldo - Processo, proprietà applicationszioni (Associazione Italiana Zincatura - Edition: pubblicomit Edizioni)
Žárové zinkování - univerzálně používaná aplikace
Předejte předpis pro žárové zinkování
Žárové zinkování, ideální ochrana oceli
Žárové zinkování účinným průmyslovým a technologickým procesem
Galvanizace a udržitelná výstavba - Průvodce pro specifikátory
Tipy pro žárové zinkování ponorem