К самому эффективному и распространенному методу защиты деталей от коррозии относится гальваническое цинкование металла. Процесс представляет собой электрохимическую обработку, в ходе которой на поверхность изделия наносится слой цинка. Он не только предохраняет металл от воздействия внешней среды, но и увеличивает его срок службы.
Этот метод особенно популярен для защиты стали, так как цинк образует прочное покрытие, которое предотвращает контакт металла с окружающей средой. Он доступен не только в промышленности, но и в домашних условиях. Однако работая с химическими веществами, важно строго придерживаться инструкций и обеспечивать хорошую вентиляцию помещения.
Не следует забывать, что вдыхание паров цинка или попадание вещества в внутрь организма может привести к отравлению. Поэтому запрещается в оцинкованных ведрах хранить продукты, содержащие кислоты, а также кипятить в них питьевую воду или производить иные манипуляции с пищей нагревая оцинкованное изделие.
Гальваническое цинкование металла заключается в использовании электрохимической реакции, в которой цинковая соль в водном растворе распадается на ионы. При подаче электрического тока металлическое изделие становится катодом, на который осаждается цинк. При этом слой цинка формируется равномерно и прочно соединяется с основным металлом.
Содержание
- Гальваническое цинкование металла — основные материалы
- Цинк в домашних условиях
- Аппарат для гальваники
- Цинкование металла — изготовление электродов
- Рабочий раствор
- Цинкование своими руками
- Цинкование металла — пассивация цинка
- Удаление ржавчины в домашних условия
- Заключение
Гальваническое цинкование металла — основные материалы
Гальваника относится к одному из разделов электрохимической науки. Она направлена на практическое применение осаждения защитной металлической или оксидной пленки на поверхности изделий. Тогда предмету придаются новые функциональные свойства или улучшается его внешний вид.
Гальваническое цинкование металла, как любой технологический процесс, невозможен без соответствующей подготовке к нему. Для начала необходимо иметь представление какие основные материалы и инструменты могут понадобиться для выполнения цинкования в домашних условиях.
В первую очередь потребуется цинкосодержащее вещество, например, металлический цинк, цинковая порошковая краска или цинковый антикоррозийный состав. Из инструментов для подготовки поверхностей невозможно обойтись без шлифовальной машины, щеток и различных растворителей.
Кроме того, для приготовления рабочего раствора, то есть электролита понадобятся кислоты и источник постоянного тока. В дополнение ко всему полезно также иметь средства индивидуальной защиты: перчатки, маску и очки, чтобы избежать контакта с вредными химическими веществами.
Цинк в домашних условиях
Специализированные магазины химреактивов отличаются широким ассортиментом товаров. В них, а также в интернет-магазинах можно найти многие вещества, необходимые для своей домашней мастерской, в том числе и химически чистый цинк в гранулах.
С другой стороны, вопрос как получить цинк в домашних условиях находит свое решение, в плоскости использования некоторых деталей. К ним относятся следующие:
- части старых карбюраторов и бензонасосов;
- внешняя оболочка обычных солевых батареек;
- плавкие мощные вставки из старых электрощитов;
- цинковые патронные ящики;
- мебельная фурнитура;
- китайские смесители для воды и др.
Отличить цинковую деталь от алюминиевой помогает медный купорос. Для этого достаточно очистить поверхность предмета, на которую нанести раствор медного купороса. Изменение цвета этого места на черный указывает, что деталь цинковая, в то время как цвет алюминия остается без изменений.
Аппарат для гальваники
Независимо от вида гальванического покрытия, будь то цинкование, меднение, хромирование, серебрение и прочее, любому процессу гальваники в домашних условиях присущи общие моменты:
- Наличие источника постоянного тока.
- Приготовление раствора электролита.
- Предварительная подготовка изделия к обработке.
- Запуск самого гальванического процесса.
Аппарат для гальваники и гальваническую ванну нетрудно подготовить своими руками. Материалом для гальванической ванны может быть стекло или винилпластик. В простейшем случае источником тока может служить автомобильный аккумулятор на 12 В, автомобильное зарядное устройство или сетевой блок питания с выпрямителем на такое же напряжение. Его мощность и размеры гальванической ванны зависят от габаритов обрабатываемого изделия.
Неплохой вариант источника тока можно изготовить своими руками из компьютерного блока питания, с которого снимается постоянное напряжение 5 В и 12 В. Для контроля напряжения и силы тока желательно использовать вольтметр и амперметр или, в крайнем случае, мультиметр. Наличие регулировки пропускаемого тока обеспечивает дополнительные возможности. Для этого наиболее просто аппарат оснастить реостатом, изготовленным самостоятельно из мощного переменного сопротивления.
Цинкование металла — изготовление электродов
Гальваническое цинкование металла предусматривает процесс электролиза с растворимым анодом, то есть изготавливать электроды надо из цинка. В этом случае цинк анода растворяется, а его ионы переходят в раствор электролита. На катоде, которым служит обрабатываемое изделие, ионы восстанавливаются и осаждаются в виде металлического покрытия.
Способ изготовления электродов из цинка:
- 1. Подготовить формы для отлива электродов, например, из профильной трубы 20х40 мм,
- 2. Разрезать цинковую заготовку на мелкие кусочки.
- 3. Уложить кусочки цинка в самостоятельно изготовленный тигель.
Примечание. Температура плавления цинка примерно 420 градусов и для его расплавления подойдет даже китайская горелка.
- 4. Тигель поместить в импровизированную печь, например, из кирпича.
- 5. Подвести огонь от горелки.
- 6. После расплавления цинка, разогреть формы для отливки электродов, по которым разлить жидкий цинк из тигля.
В результате этого получаются неплохие электроды для гальванического цинкования. Важно, чтобы площадь поверхности электродов была не меньше размеров обрабатываемой детали. Площадь, а также толщина полностью зависят от изготовленной формы, в которую разливается цинк.
Рабочий раствор
Гальваническое цинкование металла проводится в электролите под действием постоянного тока. Для этой цели используется ванна и рабочий раствор на основе солей цинка. К наиболее популярному и легкодоступному электролиту в домашних условиях относится хлорид цинка на основе соляной кислоты. Другой подход предусматривает растворение цинка в серной кислоте. Обе реакции проходят с выделением тепла и водорода или сероводорода соответственно.
Длительность протекания реакций составляет около суток. При этом следует помнить, что водород взрывоопасен, а сероводород оказывает негативно воздействие на здоровье. Поэтому следует соблюдать особую осторожность и иметь хорошо проветриваемое помещение.
В первом случае для приготовления электролита соляную кислоту можно приобрести на строительном рынке. В нее поместить кусочки цинка, которых потребуется 95-100 г на 500 мл кислоты. Конечным продуктом является хлорид цинка, то есть обычная паяльная кислота, которую также можно использовать в качестве активного флюса при пайке.
Во втором случае рабочий раствор готовится из электролита для кислотных аккумуляторов, продаваемом в автомагазинах. Соотношения веществ здесь тоже примерно одинаковые. После завершения реакции получается раствор сульфата цинка и, возможно, небольшой осадок цинка на дне емкости.
Наконец, для получения электролита в домашних условиях можно использовать удобрение сульфат цинка, 200 г которого следует растворить в 0,5 — 1 л воды. Затем в раствор добавить 50 г сернокислого аммония (магния) и 15 г уксуснокислого натрия.
На заметку. Уксуснокислый натрий можно получить из 15 г соды и 16 г 70% уксусной эссенции.
Рабочий раствор с соляной кислотой получается чистый и прозрачный, с кислотным электролитом и удобрением слегка мутноватый. Поэтому раствор влюбом случае необходимо отфильтровать, пропустив через вату.
Цинкование своими руками
В домашних условиях цинкование своим руками доступно только с использование двух технологий: холодной и гальванической. Эти способы не требуют больших финансовых издержек, но обеспечивают создание качественного защитного слоя. Кроме того, сталь и цинк соединяются на уровне молекул, поэтому адгезия у них полная и даже можно считать ее, как диффузию материалов. После обработки цинк со сталью образует так называемую гальваническую пару.
Когда влажная атмосфера, то в порах цинкового покрытия происходит электроктрохимическая коррозия. При этом цинк окисляется, а железо остается под защитой до тех пор, пока на поверхности присутствует такое покрытие. Качество защитного слоя зависит от его толщины, а также от точности и аккуратности подготовительных операций.
Так, при гальваническом цинковании электроды и обрабатываемые предметы вначале промываются в растворе щелочи. Затем они ополаскиваются водой и промываются в растворе кислоты, чтобы удалить оксидные пленки. Нередко для получения желтого цвета металлических деталей при гальванизации используются специальные растворы, а на завершающей стадии на изделие наносится хроматная пленка.
Важно. При разбавлении кислота и щелочь добавляются в воду, но не наоборот.
Цинкование металла осуществляется в следующей последовательности:
- 1. Очистить и отшлифовать обрабатываемую поверхность до ровной плоскости, а затем обезжирить
На заметку. Для обезжиривания можно использовать, например, средство для прочистки труб (обыкновенная щелочь — гидроксид натрия), растворив 1 пакетик в 500 — 600 мл воды.
- 2. Заполнить гальваническую ванну отфильтрованным электролитом.
- 3. Промыть обрабатываемое изделие в растворе щелочи, ополоснуть водой и промыть в растворе кислоты.
- 4. Закрепить в ванне с электролитом изготовленный цинковый анод и катод (обрабатываемую деталь).
- 5. Подключить источник питания, соблюдая полярность.
- 6. Включить источник питания и подать минимальный ток (0,5 А на 1 кв.дм площади), который затем надо отрегулировать.
На заметку. Длительность процесса обычно составляет 10-40 минут при 18 — 25 градусах. Чем он дольше, тем будет толще создаваться на металле защитное покрытие.
- 7. После покрытия изделия цинком отключить источник питания, промыть его в растворе соды и ополоснуть в воде.
- 8. Протереть и высушить изделие.
Наилучший результат получается, когда используется раствор с соляной кислотой (хлорид цинка). Поверхностный оцинкованный слой держится прочно даже при соскабливании его отверткой. Наихудшим результатом обладает раствор аккумуляторного электролита (сульфат цинка).
Оцинковка произошла только в нижней части детали. Электролит в виде удобрения с уксусной эссенцией позволяет получить толстое покрытие цинком, но оно не очень устойчивое и сдирается при сильном нажатии отвертки.
Проведенные испытания показывают, что качество покрытия слоем цинка зависит от тщательной подготовки поверхности, а скорость металлизации — от концентрации растворов и силы тока. Поэтому регулировать качество покрытия можно как изменением соотношения ингредиентов в растворе, так и выбором силы тока.
Блестящее гальваническое цинкование металла со щелочным электролитом «Экомет -ц31» заключается в следующем:
- 1. Очистить поверхности элемента (механическим путем, травлением в растворе серной кислоты с промежуточным промыванием).
- 2. Погрузить изделие на несколько секунд в раствор серной кислоты (электролит для кислотного аккумулятора) и промыть водой.
Предупреждение. Работать в резиновых перчатках и желательно с респиратором. Не касаться руками очищенного элемента.
- 3. Подвесить деталь на катод («-» источника питания) и погрузить полностью в электролит, а в качестве анода («+» источника питания) использовать кусок цинка.
- 4. При установке тока 0,5-3,0 А/дм2 процесс занимает 2-10 минут.
Предупреждение. Не следует спешить подавать большой ток.
- 5. Защитный слой интенсивно осаждается на стороне детали, обращенной к аноду, поэтому ее надо периодически поворачивать
- 6. После окончания процесса элемент промыть в воде.
Цинкование металла — пассивация цинка
Без финишной обработки изделий электролитические покрытия из цинка применяются обычно редко. При финишной обработке цинкового покрытия создается конверсионная пленка, образуемая химическим путем.
Дополнительная защита стальных оцинкованных конструкций осуществляется посредством создания устойчивой оксидной пленки на их поверхностях. Такой процесс называется, как пассивация цинка.
В ходе процесса на поверхности металла образуется слой водонерастворимых солей цинка. Наиболее известны хроматные пленки, когда на химическом уровне осуществляется протравливание конструкции соединениями, содержащими хром.
Образующаяся при этом водонепроницаемое покрытие из окиси хрома толщиной всего 0,01 – 1,5 мкм, но повышает химическую стойкость металла. После цинкования элементы обычно имеют желтоватый матовый оттенок, а после пассивации радужная бесцветная пленка придает им уже голубоватый оттенок.
Оцинкованным изделиям, прошедшим пассивацию, присущи следующие особенности:
- улучшенные химические характеристики поверхностного слоя;
- внешний вид приобретает характерный блеск;
- снижена антикоррозийная активность;
- улучшена защита и механическая прочность.
Пассивация цинка в промышленных условиях включает 4 стадии:
- Подготовительную, как и при цинковании, но электролит подмешивается к металлическим пассиваторам.
- Контакты источников тока подключаются к гальванической ванне с электролитом и к оцинкованной детали.
- Воздействие на цинковую заготовку осуществляется в течение рассчитанного времени.
- На заключительном этапе проверяется качество обработки и однородность созданного оксидного слоя.
Не вдаваясь далее в технологию пассивации цинка, когда изделиям придаются разные оттенки, следует отметить, что этот процесс не из легких. Поэтому в домашних условиях удобнее использовать, к примеру, такой раствор пассивации, как «Экомет-пц12». При этом деталь сразу после оцинковки и промывки в воде погружается в раствор пассивации на 10-15 секунд.
По окончании потребуется вновь промывка детали в воде и горячая сушка. При этом важно, чтобы пассивация не отставала от поверхности, фен следует держать не очень близко к изделию. Прогревать его постепенно и равномерно, контролируя визуально проявление радужного оттенка. Тогда деталь приобретает золотисто-зеленоватый оттенок с переливами.
Удаление ржавчины в домашних условиях
На металлических изделиях ржавчина возникает из-за воздействия: воздуха, воды и агрессивности среды. В этом случае на его поверхности протекают химические реакции, которые разрушают целостность молекулярных связей.
Сначала возникает окисление верхних слоев металла, которое затем переходит в коррозию. Чем влажнее и агрессивнее среда, тем скорее прогрессирует процесс. Тогда надежную защиту может создать цинкование металла.
В то же время покрытие цинком будет надежным, если подготовка металла к нему проведена толково. Поэтому в первую очередь обращается пристальное внимание на удаление ржавчины в домашних условиях. В этом вопросе важная роль отводится легкости процесса и его отдаче, доступности используемых средств и их дешевизне.
Для эффективного удаления ржавчины потребуется:
- перекись водорода — 300 мл;
- лимонная кислота — 80 г (1 пакетик);
- поваренная соль — 15 г (одна ложка).
Все составляющие поместить в стеклянную емкость, тщательно перемешать и опустить ржавую деталь в приготовленный раствор. Реакция процесса длится около получаса и проходит с выделением тепла. Температура раствора может достигать 60 градусов.
После удаления ржавчины деталь нужно промыть в растворе пищевой соды и дополнительно очистить металлической щеткой. Приведенный состав раствора также пригоден для травления печатных плат в домашних условиях.
Заключение
Таким образом, гальваническое цинкование металла — это надежный метод защиты от коррозии, который при правильном использовании может значительно продлить срок службы металлических изделий. Благодаря своей эффективности и доступности, этот процесс находит широкое применение в различных отраслях, от автомобилестроения до строительной индустрии, а также в домашних условиях, способствуя созданию более долговечных и устойчивых к внешним воздействиям конструкций.
Если вы хотите обеспечить долговечность своих инструментов или строительных материалов, это отличный способ добиться желаемого результата. Свои мнения, пожелания и наработки оставляйте в комментариях. Не забудьте поделиться информацией в социальных сетях!
