Горячее цинкование

Горячее цинкование: когда металл становится почти бессмертным

Горячее цинкование — это пожалуй самая честная и надёжная технология защиты стали от ржавчины, которую человечество изобрело за последние 180 лет. Никаких красивых обещаний «25 лет гарантии при правильной эксплуатации» — здесь защита либо есть, либо её почти нет.

Суть процесса проста только на первый взгляд: стальное изделие погружают в ванну с расплавленным цинком при температуре 440 – 460 °C. Но за этой простотой скрывается сложнейшая физико-химическая драма.

Когда чистая сталь (а точнее — железо) встречается с жидким цинком, начинается бурное «знакомство». Первыми рождаются самые твёрдые и хрупкие слои — интерметаллиды железо-цинк:

- Γ-фаза (Fe₃Zn₁₀) — очень тонкая, но сверхтвёрдая прослойка прямо на границе со сталью

- δ₁-фаза (FeZn₇–FeZn₁₀) — основная рабочая лошадка, столбчатая структура

- ζ-фаза (FeZn₁₃) — игольчатые кристаллы, самые крупные и заметные под микроскопом

- η-фаза — практически чистый цинк (99,0–99,9%), который и составляет внешний блестящий слой

Именно эта многослойная «броня» делает горячее цинкование уникальным. Даже если верхний мягкий слой цинка (η) со временем полностью растворится в агрессивной среде — под ним всё равно остаются очень стойкие интерметаллиды, которые продолжают защищать сталь ещё годы.

Средняя скорость коррозии цинка в городской атмосфере — 0,7–2,5 мкм в год. При толщине покрытия 85 – 100 мкм (стандарт для конструкций категории С3–С4 по ISO 12944) получаем прогнозируемый срок службы до первых ремонтов от 35 до 70+ лет в зависимости от климата.

Но самое интересное происходит, когда покрытие всё-таки повреждается (сварка, удар, порез). Здесь вступает в игру знаменитая *катодная защита*:

Цинк — более активный металл в электрохимическом ряду, чем железо.

Поэтому при появлении разрыва в покрытии и доступа влаги с кислородом именно цинк начинает корродировать вместо стали, жертвуя собой. Продукты коррозии цинка (гидроксид, карбонат, основные соли) при этом часто закупоривают дефект и замедляют дальнейшее разрушение.

Интересный факт: радиус действия катодной защиты на плоской поверхности обычно составляет 3 – 8 мм от кромки повреждения. На острых углах и ребрах — значительно меньше. Поэтому конструкторы, которые понимают природу процесса, стараются избегать острых углов и щелей при проектировании.

Ещё один парадокс горячего цинкования: чем грубее и хуже подготовлена поверхность стали перед погружением — тем толще и иногда даже красивее получается покрытие (за счёт более интенсивной реакции). Но при этом резко возрастает риск появления «тёмных пятен», «наростов» и хрупких избыточных интерметаллидов.

Поэтому современные заводы тратят огромные усилия именно на подготовку:

щелочное обезжиривание → травление в HCl → флюсование → тщательная промывка → сушка.

Малейшее нарушение этой цепочки — и вместо красивого кристаллического «снежинки» получаем серый матовый «туман» или толстые некрасивые наплывы.

В последние годы активно обсуждают два тренда:

1. Микролегирование ванны (Al, Ni, Bi, Sn) — позволяет получать более тонкие, равномерные и блестящие покрытия при той же коррозионной стойкости

2. Двойное цинкование + покраска (система Duplex) — даёт синергетический эффект: суммарный срок службы становится больше, чем простая сумма сроков службы каждого слоя по отдельности

Горячее цинкование — это не самая дешёвая и уж точно не самая быстрая технология защиты металла.

Но за почти два века существования она так и не получила достойного конкурента по соотношению «цена / годы жизни без ремонта» в агрессивных атмосферных условиях.

Пока человечество занято созданием надежных опор уличного освещения, мощных высокомачтовых опор, строит мосты, вышки, опоры ЛЭП, ограждения, лестницы и целые промышленные этажерки на открытом воздухе — горячее цинкование, скорее всего, останется самым надёжным и экономически оправданным способом сказать ржавчине:

«Не сегодня. И, вероятно, не в ближайшие полвека».