Galvanische Verzinkung von Metall: Technologie, Ausrüstung

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-02 13:52

Galvanisieren ist eine effektive und kostengünstige und daher gängige Methode, Eisenmetalle vor Korrosion zu schützen. Am häufigsten wird es bei der Herstellung von Beschlägen und Befestigungselementen sowie von Stahlgittern verwendet.

Zinkbeschichtungsverfahren

Die Korrosionsschutzverzinkung wird auf verschiedene Weise durchgeführt, und die Lebensdauer der Beschichtung hängt von der Dicke der Schutzschicht ab.

Das Beschichtungsverfahren hängt von den gewünschten Eigenschaften, der Größe des Produkts und den Bedingungen für seinen weiteren Betrieb ab.

Die einfachste und technisch ausgereifteste, aber ungenügende Widerstandsfähigkeit der Schutzschicht gegenüber mechanischer Beanspruchung ist die K altverzinkung mit Grundierungen, die große Mengen an hochdispersem Zinkpulver enth alten.

Bezogen auf das Volumen der Verzinkungsproduktion nimmt die Feuerverzinkung den zweiten Platz ein. Die auf diese Weise erh altene Beschichtung ist hochwertig und langlebig, aber umweltbedenklich, da eine Zinkschmelze verwendet wird und eine große Menge Strom benötigt wird, um ihre Temperatur auf etwas weniger als 500 ° C zu h alten, chemische Verfahren zur Oberflächenvorbereitung.

Sehr ähnlich dem Feuerverzinken mehrtechnologisches, aber weniger produktives Verfahren der thermischen Diffusionsabscheidung einer Schutzschicht. Es wird eingesetzt, wenn hohe Anforderungen an Dicke und Aussehen der Beschichtung gestellt werden.

Ein weiteres Verzinkungsverfahren ist das gasthermische Spritzen, das zum Schutz großformatiger Produkte und Strukturen verwendet wird, die einfach nicht in ein Bad gelegt werden können.

Die galvanische Verzinkung ist frei von vielen Nachteilen anderer Beschichtungsverfahren und hat ihre positiven Seiten.

Vorteile der Verzinkung

Verzinkung durch Elektrolyse ist die gebräuchlichste Methode.

Der Hauptvorteil, aufgrund dessen die galvanische Verzinkung von Metall verwendet wird, ist ein hoher Schutzgrad der Materialoberfläche vor Korrosion. Eine dünne Zinkschicht erhöht die Lebensdauer von Produkten um ein Vielfaches und reduziert somit die Kosten für deren Wartung und Austausch.

Die Beschichtung ist gleichmäßig, ohne Streifen und Tropfen, und Form und Größe des Produkts bleiben erh alten. Sie können es auf Objekte jeder Art anwenden, sogar auf die komplexesten Formen.

Glatte und glänzende Dekorbeschichtungen bedürfen in den meisten Fällen keiner weiteren Bearbeitung.

Außerdem erfordert der Verzinkungsprozess selbst wenig Aufwand und die Verzinkungsanlagen sind hochproduktiv.

Nachteile der Verzinkung

Das Verfahren zum Aufbringen einer Schutzschicht durch Elektrolyse ist nicht ohne Nachteile.

Der Hauptnachteil istgeringe Haftung von Zink auf Metall, weshalb die Oberfläche des Produkts sorgfältig gereinigt werden muss.

Der Nachteil ist auch die Bildung von Giftmüll während des Beschichtungsprozesses, der eine gründliche Reinigung erfordert.

Die Nichteinh altung der Vorschriften kann zu einer Wasserstofffüllung des Grundmetalls führen, was zur Zerbrechlichkeit des Produkts selbst und zu einer Beeinträchtigung der Beschichtungsqualität führt.

Funktionsprinzip

Verzinkung beruht auf dem Prinzip der Schutzwirkung, die durch die Differenz der elektrochemischen Potentiale von Zink und Eisen bestimmt wird. Da Zink ein niedrigeres elektrochemisches Potential hat, ist seine Beschichtung ein Opferschutz für Eisenmetalle. Das heißt, in einer feuchten Umgebung erleidet er elektrochemische Korrosion.

Bei der Oxidation von Eisen entstehen Oxide, die ein größeres Volumen als das ursprüngliche Metall haben. Der Oxidfilm löst sich und gibt Sauerstoff an das noch nicht oxidierte Metall ab. Und auf Zink bildet sich der Film während der Oxidation dünn und dicht, er lässt Sauerstoff nicht tief in das Metall eindringen und schützt nicht nur die Beschichtung, sondern auch das darunter liegende Grundmetall.

Verzinkungsarten

Galvanische Verzinkung ist eine Technologie der Elektrolyse, also elektrochemische Redoxprozesse in einem Elektrolyten unter Einwirkung von Gleichstrom.

Je nach Zusammensetzung des Elektrolyten wird die Verzinkung in drei Arten unterteilt: Säure, Cyanid und Lauge.

Das am häufigsten verwendete Zinkbeschichtungsverfahren ist leicht sauerElektrolyte, insbesondere für komplex gest altete Gusseisen- und Stahlteile. Produkte aus Kohlenstoff- und legierten Stählen mit dieser Art der Verzinkung sind weniger anfällig für das Auftreten von Wasserstoffversprödung, und das Aussehen ist ausgezeichnet, mit einem wunderbaren dekorativen Effekt in einer breiten Farbpalette.

Zusätzlicher Verzinkungsschutz

Die Schutzwirkung von Zinküberzügen hängt von ihrer Dicke ab, die beim Galvanisieren nur 5 Mikrometer beträgt, und der Beschaffenheit des Elektrolyten.

In manchen Fällen werden die Schutzeigenschaften von Zinküberzügen durch Passivieren, Phosphatieren oder Lackieren verstärkt.

Passivierung (Chromatierung) - chemische Behandlung von Produkten in Lösungen mit Chromsäure oder ihren Salzen, wodurch Chromatfilme auf der Oberfläche gebildet werden. Dieses Verfahren verbessert weniger die schützenden als die dekorativen Eigenschaften, da dadurch der Glanz der Beschichtung erhöht wird und sie in verschiedenen Farben lackiert werden kann.

Beim Phosphatieren (Behandlung in Phosphorsäuresalzen) von verzinkten Produkten bildet sich auf der Oberfläche ein Phosphatfilm. Nach dem Phosphatieren kann noch Farbe aufgetragen werden.

Stufen der Verzinkung

In der Produktion besteht die Verzinkung aus mehreren technologischen Prozessen, die jeweils durch Waschen mit Wasser in einem fließenden Bad oder einem Bürstenwaschverfahren abgeschlossen werden.

Zunächst werden die Produkte gründlich von Rost, Zunder, Prozessfett, Kühlmittelrückständen gereinigtFlüssigkeiten oder Farben und in alkalischen Lösungen entfettet. Anschließend erfolgt die elektrolytische Entfettung.

Danach werden sie in einer wässrigen Salzsäurelösung gebeizt, in der die Oberfläche abschließend gereinigt wird, ohne die Oberflächenschicht zu stören, und es wird enthauptet - aktiviert, bevor die Zinkbeschichtung aufgebracht wird. Erst dann erfolgt die eigentliche Verzinkung.

Danach werden die Produkte ggf. in einer wässrigen Salpetersäurelösung geklärt und von der Oxidhaut gereinigt, anschließend phosphatiert, passiviert und getrocknet.

Beim Verzinken verschiedener Produkte können zusätzliche Arbeitsgänge durchgeführt werden. Beispielsweise wird ein Band vor dem Verzinken abgewickelt, die Enden verschweißt, gerichtet und danach geölt und aufgewickelt.

Anlage zum Verzinken

Eine Verzinkungslinie ist eine bestimmte Abfolge von Spül- und Technologiebädern, in denen eine ein- oder mehrschichtige Zinkbeschichtung mit den erforderlichen funktionellen Eigenschaften entsteht.

Je nach Produktionsvolumen kommen Anlagen mit unterschiedlichem Mechanisierungsgrad zum Einsatz. In großen Unternehmen werden mechanisierte Linien mit automatischer Steuerung installiert. Es gibt Linien mit teilweiser oder vollständiger manueller Steuerung sowie Minilinien.

Die Verzinkungslinie besteht aus mehr als nur Bädern. Es umfasst Transportsysteme unterschiedlicher Bauart, Anlagen zur Abwasserbehandlung,Hilfsausrüstung, die Geräte zum Verzinken, Heizelemente, Wärmetauscher, Kathoden- und Anodenstäbe umfasst.

Zusätzliche Ausrüstung umfasst Belüftungssysteme, Trockenkammern und -schränke, Kühlgeräte, Filtereinheiten, Anlagen zur Herstellung von Demi-Wasser, Pumpen.

Elektrolyte zum Verzinken

Für die galvanische Verzinkung werden je nach Verwendungszweck des Produktes Elektrolyte verwendet, die in zwei Hauptgruppen unterteilt werden.

Elektrolyte, in denen Zink in Form von einfachen hydratisierten Ionen vorliegt, werden als einfache Säuren bezeichnet. Dies sind Borwasserstoff-, Sulfat- und Chloridlösungen.

Komplexe saure und alkalische Elektrolyte enth alten Zink in komplexen Ionen mit positiver und negativer Ladung. Dies sind Ammoniak, Pyrophosphat, Cyanid und andere Lösungen.

Die Art des verwendeten Elektrolyten bestimmt in erster Linie die Abscheidungsrate und dann die Qualität der Zinkabscheidung auf dem Produkt (Kathode).

Aus komplexen Elektrolyten lagert sich Zink mit hoher Ionenstreuung an der Kathode ab. Mit zunehmender Stromdichte nimmt die Metallausbeute ab und die Wasserstoffausbeute zu.

Daher erfolgt die Verzinkung in komplexen Elektrolyten mit geringer Stromdichte, die Beschichtung ist sehr hochwertig, feinkörnig und gleichmäßig.

In leicht sauren einfachen Elektrolyten erfolgt die Verzinkung, auch zu Hause, bei hoher Stromdichte und mit höherer Geschwindigkeit als bei Verwendung komplexer Lösungen. Das Aussehen der Produkte ist gut, aberdie Beschichtung ist nicht sehr hochwertig und eignet sich nur für relativ einfach geformte Produkte.

Verzinkte Verzinkung

Der technologische Prozess der direkten Verzinkung findet in einem Bad mit Elektrolyt statt. Darin werden Produkte aus Eisenmetall abgesenkt, denen über spezielle Elektroden elektrischer Strom (Kathode) zugeführt wird, und reines Zink in Form von Kugeln oder Platten, die in speziellen Maschenabschnitten (Anode) eingelegt sind.

Während einer elektrochemischen Reaktion löst sich Zink unter dem Einfluss eines elektrischen Stroms mit einer Dichte von 1 bis 5 A/dm im Elektrolyten auf, dann setzen sich seine Ionen an der Kathode ab und bilden ein 4-25 Mikrometer dickes Galvanikum Beschichtung.

Mit dieser Technologie erhält man Verbindungselemente (Schrauben und Muttern) mit einer gleichmäßigen und glänzenden Beschichtung.

Automatisierte Verzinkungslinie

Die moderne Verzinkungslinie ist eine vollautomatische Linie, die alle Phasen der Beschichtung durchführt, einschließlich Schweißen und hochwertiger Entfettung von Produkten für verschiedene Zwecke und Konfigurationen.

Die automatische Linie besteht im Allgemeinen aus einer Reihe von technologischen Galvanikbädern, modularen Gleichrichtern, einem Lade- / Entladestand, Transportausrüstung, Ausrüstung für Absaugung, Wasserversorgung und Abwasserentsorgung, einem Metallrahmen mit einer Serviceleiter.

Galvanikbäder können aus Edelstahl, kunststoffbeschichtetem Stahl oder Gummi bestehen. Moderne Bäder, geschweißt aus Polymerplatten, ersetzen zunehmend Metallbehälter. Die Wahl des Badmaterials hängt von der Zusammensetzung und Konzentration des Elektrolyten und der Betriebstemperatur ab.

Verbindungen von Wasserversorgungs- und Kanalisationssystemen und in den meisten Fällen Belüftung befinden sich unter den Badewannen und sind ebenfalls aus Polypropylen.

Die Dimensionen der Linie werden durch ihre Produktivität und die Dimensionen der Galvanikbäder bestimmt.

Galvanische Verzinkung entsteht unter Bildung von Abwässern mit einer hohen Konzentration an Schwermetallionen. Daher werden sie in Behältern aus technischen Polymeren verteidigt, gefiltert, neutralisiert, chemisch ausgefällt, sorbiert und andere Prozesse eingesetzt.

Elektrolytische Verzinkung zu Hause

Galvanische Verzinkung, von den eigenen Händen hergestellt, beginnt mit der Materialauswahl. Der Elektrolyt kann eine Lösung aus Zinkchlorid und Salzsäure in destilliertem Wasser sein. Dies ist die sogenannte Lötsäure, die am häufigsten zu Hause verwendet wird. Handwerker beizen Zink in Batterieschwefelsäure und erh alten Elektrolyt ZnSO_{4, aber dieser Prozess ist gefährlich, weil bei der Reaktion explosiver Wasserstoff und Hitze freigesetzt werden. Auf keinen Fall darf es zu einem Niederschlag ungelöster Salzkristalle im Elektrolyten kommen.}

Reines Zink kann in einem Chemieladen oder Radiomarkt gekauft oder aus Salzbatterien oder Zündern aus der Sowjetunion bezogen werden.

GalvanischDas Bad kann ein Glas- oder Kunststoffbehälter sein. Darin sind Ständer für Anode und Kathode installiert. Die Anode ist eine Zinkplatte, an die ein "Plus" von der Stromquelle angeschlossen ist. Je größer die Anode, desto gleichmäßiger ist die Beschichtung auf der Kathode, dem Produkt, auf das die Schutzbeschichtung aufgebracht wird. Es können mehrere Anoden vorhanden sein, sie können im gleichen Abstand um die Kathode herum angeordnet werden, so dass deren Oberfläche gleichmäßig und gleichzeitig von allen Seiten mit Zink bedeckt wird. Der „Minus“der Stromquelle wird mit der Kathode verbunden.

Auch wenn das Verzinken zu Hause durchgeführt wird, beinh altet die Technologie unbedingt eine gründliche Reinigung und Entfettung des Teils sowie dessen Aktivierung in einer Säurelösung.

Die Stromquelle ist eine Autobatterie mit einer leistungsschwachen Glühlampe oder ein anderer Verbraucher im Stromkreis, damit der Strom im Stromkreis geringer ist, oder ein Netzteil mit konstanter Ausgangsspannung. Wichtig ist, dass während des Verzinkungsprozesses kein schnelles Aufkochen des Elektrolyten auftritt.

Eigentlich findet Galvanisierung statt, wenn die Anoden und die Kathode in den Elektrolyten abgesenkt werden und der Stromkreis geschlossen wird. Je länger der Vorgang dauert, desto dicker ist die Zinkschicht auf dem Produkt.

Mit Hilfe der Verzinkung wird die Schutzbeschichtung auf den Produkten präzise, gleichmäßig und glatt mit einem dekorativen Effekt. Es wird sowohl in der Industrie als auch zu Hause eingesetzt, obwohl eine Abwasserbehandlung aus umweltgefährdenden Abfällen erforderlich ist.