Что такое цинк-ламельное покрытие
Что необходимо знать при проектировании соединительных элементов
Современные реалии определяют новые вызовы перед российским промышленным сектором, который совсем недавно черпал свое развитие в глобальных европейских компаниях. Данная статья даёт понятие о цинк-ламельном покрытии, обобщает некоторый опыт применения этой технологии, формируя общее представление о ней с точки зрения потребительских качеств.
Цинковые
мелкодисперсные системы
Применение антикоррозионного покрытия, помимо высокой способности к противодействию коррозии, имеет еще целый ряд требований без которых практически невозможно его индустриальное применение. Для крупнейших мировых производителей это чаще всего надежное обеспечение повторяемого качества при очень четко заданных технических параметрах (локальная толщина, коэфф. трения) и неизменных требованиях вписаться в бюджеты. Возможно поэтому отрасль различного рода покрытий сегодня ушла далеко вперед, по сравнению со многими традиционными промышленными секторами. До сих пор, ежегодно всё большая доля металлических деталей обрабатывается по специальной технологии цинк-ламельного покрытия.
Цинк-ламельное покрытие – это лак, состоящий из цинковых и алюминиевых ламелей, нанесенный как правило в несколько слоев на деталь.
В 90-х годах XX века было принято предписание Союза автомобильной промышленности в Европе VDA (Verband der Automobielindustie). Оно включало в себя запрет на применение неэкологичных химических процессов при осуществлении антикоррозийной обработки, в том числе использование шестивалентного хрома (VI), так как это сильнейший канцероген. Этот документ стал своего рода катализатором, стимулировавшим скачкообразное распространение технологии цинк-ламельных покрытий, в автомобильной промышленности. Хотя, справедливости ради, стоит заметить что к тому времени многие инженеры, разрабатывавшие новые крепежные крепежные соединения (тарельчатая наборная пружина, стопорно-клиновая шайба Nord-Lock), уже применяли данный вид покрытия как наиболее оптимальный для метизной продукции. Обратите внимание: почти все разработки массово применяемого крепежа начиная с конца 80-х имеют серебристо-серый цвет, характерный для мелкодисперсной системы.
В России основной действующий стандарт на покрытие ГОСТ Р ИСО 10683-2020 «Изделия крепежные неэлектролитические цинк-ламельные покрытия» идентичен международному стандарту ISO 10683:2014 без корректировок.
Цинк-ламельное покрытие – это лак, состоящий из цинковых и алюминиевых ламелей, нанесенный как правило в несколько слоев на деталь.
В 90-х годах XX века было принято предписание Союза автомобильной промышленности в Европе VDA (Verband der Automobielindustie). Оно включало в себя запрет на применение неэкологичных химических процессов при осуществлении антикоррозийной обработки, в том числе использование шестивалентного хрома (VI), так как это сильнейший канцероген. Этот документ стал своего рода катализатором, стимулировавшим скачкообразное распространение технологии цинк-ламельных покрытий, в автомобильной промышленности. Хотя, справедливости ради, стоит заметить что к тому времени многие инженеры, разрабатывавшие новые крепежные крепежные соединения (тарельчатая наборная пружина, стопорно-клиновая шайба Nord-Lock), уже применяли данный вид покрытия как наиболее оптимальный для метизной продукции. Обратите внимание: почти все разработки массово применяемого крепежа начиная с конца 80-х имеют серебристо-серый цвет, характерный для мелкодисперсной системы.
В России основной действующий стандарт на покрытие ГОСТ Р ИСО 10683-2020 «Изделия крепежные неэлектролитические цинк-ламельные покрытия» идентичен международному стандарту ISO 10683:2014 без корректировок.
Применение покрытия
Молотковые болты для крепления лопастей ветровых энергоустановок
Тем не менее, сегодня существует ряд отраслей, где еще только начинают использовать этот метод обработки простых деталей и сложных металлических конструкций. Данный способ защиты, помимо превосходных противокоррозионных свойств, имеет уникальные дополнительные возможности в использовании, как например, в резьбовых соединениях на гондолах ветроэнергетических установок, где используются молотковые болты, предназначенные для крепления лопастей турбин, работающих в климатических условиях очень высокой коррозионной агрессивности атмосферы (категория С5 по ГОСТ ISO 9223-2017).
Применение цинк-ламельного покрытия в преднапряженных соединениях болтовых металлических конструкций (например, болтов классом 10.9) также получает все более широкое распространение, так как спецификой здесь является высокий предел прочности поверхности болтов, что само по себе является опасностью отпуска в случае нагрева детали до высоких температур. Функциональное решение использования цинк-ламельного покрытия для высокопрочных болтокомплектов требует отдельной статьи.
Применение цинк-ламельного покрытия в преднапряженных соединениях болтовых металлических конструкций (например, болтов классом 10.9) также получает все более широкое распространение, так как спецификой здесь является высокий предел прочности поверхности болтов, что само по себе является опасностью отпуска в случае нагрева детали до высоких температур. Функциональное решение использования цинк-ламельного покрытия для высокопрочных болтокомплектов требует отдельной статьи.
Наряду со всем этим, основное применение данного покрытия в мире – это автомобильная промышленность, где сегодня сосредоточена наибольшая доля инженерного потенциала. Данный вид покрытия является основной технологией антикоррозионной защиты крепежа, пружин и штамповочных деталей в автомобильной промышленности ведущих мировых автопроизводителей последние 20 лет. Свои спецификации на применение ламельных покрытий имеют такие компании, как: BMW, Daimler-Chrysler, Fiat, Ford, GM, Iveco, Jaguar, Landrover, Messier-Bugatti, Porsche, Renault, Renault Truck, TATA Motors Ltd, Toyota Engineering, Volvo CC, Bosch, Liebherr, MAN, GE – General Electrics и многие другие.
В целом, принцип цинк-ламельного покрытия востребован там, где антикоррозионная защита имеет требования к толщине, детали подвержены упругой деформации в процессе эксплуатации или существуют требования к фиксации коэффициента трения в резьбовых соединениях – единственного сегодня индустриального способа нормирования усилия затяжки в заданном диапазоне. Наиболее широкое распространение эта технология получила на изделиях небольшого размера: крепежных деталях и пружинах, защищая их не только от коррозии, но и от химических воздействий, от воздействия температур, увеличивая срок эксплуатации и надежность деталей машин, а также сложных конструкций.
Преимущества цинк-ламельного покрытия по сравнению с другими видами
- Покрытия относятся к типу неэлектролитических и не содержат хром (VI); толщина покрытия составляет от 6 до 15 мкм и температура нанесения покрытий до 240º С, что никогда не сможет являться причиной снижения прочностных характеристик изделий и не нарушает поле допуска покрываемой детали;
- Поверхность данного типа покрытий выдерживает от 6 до 10 циклов затягивания на предельных моментах без разрушения сплошности поверхности покрытия в резьбовом соединении (более подробно о повреждении покрытия читайте в отдельной статье);
- Возможность интеграции смазки в финишные слои покрытия для регулирования коэффициента трения изделия;
- Коррозионная стойкость изделия свыше 700 часов в нейтральном соляном тумане (для сравнения, гальванический цинк, в соответствии со стандартом максимально 96 часов; на практике, как правило, значительно меньше);
- Продукты, а также технология нанесения покрытия, экологичны и абсолютно безвредны для окружающей среды;
- Покрытие имеет также красивый и эстетический внешний вид, матово-серебристого цвета с возможностью придания различных дополнительных цветов.
Состав цинк-ламельного покрытия
Это прежде всего лак, состоящий из мелкодисперсных частиц (ламелей) и связующих веществ, наносимых неэлектролитическим способом. Теоретический размер ламелей составляет 10-20 мкм при их толщине в десятые доли микрона.
Изображение основного слоя покрытия увеличенное в электронный микроскоп
На 70% лак состоит из цинковых ламелей, каждая из которых находится в оболочке. При воздействии воды и кислорода на эти ламели, их оболочки вступают в химическую реакцию, создавая активное противодействие коррозии. Каждая оболочка, взаимодействуя отдельно, имеет кратно большую площадь, по сравнению со сплошной поверхностью.
Кроме того, в составе присутствуют алюминиевые ламели в объеме около 15%, которые являются известным ингибитором коррозии (алюминий пассивирует цинк).
Ламели находятся в связующем веществе, который склеивает их между собой. Чтобы цинковые ламели могли работать, осуществляя защиту, в системе должна сохраняться электропроводность, она является естественным процессом коррозионного взаимодействия. В основном, связующее вещество электропроводность снижает, поэтому его содержание достаточно небольшое в общем объеме лака. В целом, электропроводность покрытия существенно ниже традиционных (например, гальванических) способов антикоррозионной защиты.
Морфология антикоррозионной защиты покрытия устроена такие образом, что при контакте с влагой, защитное покрытие начинает «запирать» само себя продуктами коррозии базового слоя. Это дает возможность обеспечивать высокую коррозионную стойкость при относительно небольшой толщине.
Чаще всего, толщина покрытия составляет от 8 до 20 мкм, наносимого в два слоя:
Кроме того, в составе присутствуют алюминиевые ламели в объеме около 15%, которые являются известным ингибитором коррозии (алюминий пассивирует цинк).
Ламели находятся в связующем веществе, который склеивает их между собой. Чтобы цинковые ламели могли работать, осуществляя защиту, в системе должна сохраняться электропроводность, она является естественным процессом коррозионного взаимодействия. В основном, связующее вещество электропроводность снижает, поэтому его содержание достаточно небольшое в общем объеме лака. В целом, электропроводность покрытия существенно ниже традиционных (например, гальванических) способов антикоррозионной защиты.
Морфология антикоррозионной защиты покрытия устроена такие образом, что при контакте с влагой, защитное покрытие начинает «запирать» само себя продуктами коррозии базового слоя. Это дает возможность обеспечивать высокую коррозионную стойкость при относительно небольшой толщине.
Чаще всего, толщина покрытия составляет от 8 до 20 мкм, наносимого в два слоя:
- основной слой – это электропроводящий материал неорганического происхождения, состоящий в основном из дисперсии цинковых частиц, сориентированных после нанесения покрытия параллельно друг другу и покрываемой поверхности. Этот основной слой, в силу своей электроотрицательности, по отношению к стальной детали, является анодом. Поэтому внешние механические воздействия, влажность воздуха, перепады температур, оказывают свое влияние, в первую очередь, на основной слой защитного покрытия и только после полной его электрохимической коррозии становится возможной коррозия покрытой детали. Кроме того, продукты взаимодействия основного слоя с окружающей средой существенно останавливают скорость протекания коррозии. Толщина одного такого слоя от 5 до 10 мкм.
- финишный слой (дополнительный) – это лак на органической основе, который наносится на основной слой и кроме защиты от механических и природных влияний на детали, предохраняет металлические части от различного рода химических реакций, обеспечивая электроизоляционные свойства. Этот слой, в свою очередь, защищает основной слой от коррозии самого цинка. Лак позволяет окрашивать поверхность деталей в некоторые цвета, а также является превосходным способом регулирования коэффициента трения между резьбовыми деталями, таким образом надежно обеспечивает заданное осевое натяжение в болтовых соединениях. Толщина дополнительного слоя – от 3 до 8 мкм.
Три этапа технологического процесса покрытия
Технологический процесс покрытия деталей составом включает в себя:
1
Подготовка
В моющем растворе сначала промывают детали от грязи, обезжиривают, затем в специальной установке (реакторе) под высоким давлением обрабатывают мелкой дробью, активируя поверхность для нанесения
2
Нанесение
Детали опускают в подготовленный раствор, чаще всего в центрифуге, для обеспечения равномерного нанесения и экономичного удаления излишков лака с поверхности
3
Спекание
Сушка деталей в камерной печи или печи проходного типа при температуре от 180 до 250 градусов
Последние два этапа повторяются несколько раз, до получения необходимой толщины и качества покрытия. Оценка полученного результата выполняется методом воздействия на детали нейтрального соляного тумана в специальных камерах (КСТ).
Из-за того, что цинк-ламельные покрытия ровно ложатся на детали и конструкции, повторяя даже сложную геометрию, внешнее покрытие не повреждается и не лопается, срок службы конструкций увеличивается многократно. Покрытие рекомендовано для деталей, подвергаемых упругой деформации таких как шайбы гровера, пружины и клипсы – там, где требуется стабильная повторяемость свойств и высокая коррозионная стойкость.
Из-за того, что цинк-ламельные покрытия ровно ложатся на детали и конструкции, повторяя даже сложную геометрию, внешнее покрытие не повреждается и не лопается, срок службы конструкций увеличивается многократно. Покрытие рекомендовано для деталей, подвергаемых упругой деформации таких как шайбы гровера, пружины и клипсы – там, где требуется стабильная повторяемость свойств и высокая коррозионная стойкость.
Будущее за цинк-ламельным покрытием
Цинк-ламельные покрытия уже давно и успешно используются в автомобильной промышленности, а также активно внедряют сегодня в наиболее динамично развивающиеся отрасли промышленности такие как, например, транспортное машиностроение, строительство и ветроэнергетика.
Для производства ветровых энергетических станций допущены только самые экологически чистые технологии
Современные технологии сегодня требуют не только высоких прочностных характеристик деталей, сохранения их эксплуатационных свойств в течение длительного времени, но и высокой степени повторяемого коэффициента трения (об этом напишем в отдельной статье). На все эти запросы успешно отвечает данный способ антикоррозионной защиты металлов, позволяющий зачастую значительно экономить затраты.
Еще одна немаловажная деталь такого покрытия – безопасность для здоровья людей и окружающей среды. Потому как уже более 15 лет при изготовлении лака применяется технология пассивации ламелей цинка без использования вредного шестивалентного хрома.
Еще одна немаловажная деталь такого покрытия – безопасность для здоровья людей и окружающей среды. Потому как уже более 15 лет при изготовлении лака применяется технология пассивации ламелей цинка без использования вредного шестивалентного хрома.
Для заказа товара, Вы можете перейти по ссылке в каталог метизных товаров с покрытием.
Кроме того, Обратившись в наш инженерный центр, Вы сможете получить полноценную консультацию по коррозионной стойкости деталей, подбору крепежа по силовым характеристикам и необходимой толщине антикоррозионной защиты.
Кроме того, Обратившись в наш инженерный центр, Вы сможете получить полноценную консультацию по коррозионной стойкости деталей, подбору крепежа по силовым характеристикам и необходимой толщине антикоррозионной защиты.