Экологически чистая технология термо- диффузионного цинкования

Содержание 1. Введение. 2. Обзор деятельности ООО «НПО «Защита металлов». 3. Технология термо-диффузионного цинкования. Преимущества покрытия, получаемого по методу термодиффузии. 4. Экологическая чистота метода.
5. Заключение. Введение Общество с ограниченной ответственностью «Научно-производственное объединение «Защита металлов» было основано в 1992г. Основным направлением деятельности компании является повышение стойкости металлических изделий с помощью диффузионных упрочняющих покрытий. Компания является первым предприятием Украины, освоившим массовое производство изделий с диффузионным цинковым покрытием. В настоящее время объем производства превысил 200 тонн в месяц. Изделия с диффузионными покрытиями, обработанные на оборудовании НПО «Защита металлов», были поставлены в более чем 30 стран ближнего и дальнего зарубежья. Высокое качество выпускаемой продукции было отмечено общенациональными дипломами и наградами. Компания работает в тесном сотрудничестве с ведущими производителями Украины, России и Европейского Союза (Болгария, Польша). Основным потребителем продукции нашей компании являются предприятия машиностроения, горнодобывающей, коксохимической и нефтегазодобывающей отраслей, а также энергетики, связи, электропромышленности, строительства и сельского хозяйства. В настоящее время НПО «Защита металлов» является единственным на Украине производителем, освоившим массовый выпуск метизов с термодиффузионным цинковым покрытием. Собственными силами и с привлечением научно-исследовательских организаций на предприятии разрабатываются и внедряются новые технологические процессы, осуществляется постоянное совершенствование техники и технологии. За время своей деятельности компания ООО "Защита металлов" получила несколько сертификатов и наград. 2. Обзор деятельности ООО «НПО «Защита металлов» Основными направлениями деятельности НПО «Защита металлов» являются: 1. Оцинкование продукции, предоставляемой заказчиком. 2. Производство оборудования для термо-диффузионного цинкования. Далее приведен перечень продукции, производимой компанией на постоянной основе. Однако, технологические возможности оборудования ООО «НПО «Защита металлов» позволяют наносить покрытия на изделия любой формы и конфигурации. Таблица 1. Базовый перечень продукции: Болт оцинкованный Гайка оцинкованная Шайба оцинкованная Винт оцинкованный Шуруп оцинкованный Шпилька оцинкованная Гвоздь оцинкованный Арматура высоковольтных изоляторов оцинкованная Муфты оцинкованная Фитинг оцинкованный Пружины оцинкованные Цепи оцинкованные ООО «Научно-производственное объединение «Защита металлов» является производителем и поставщиком оборудования для термодиффузионного цинкования и порошковой смеси для цинкования. С оборудованием поставляется смесь для цинкования, из расчёта цинкования ~ 1 тонны метизов; в последующем обеспечивается бесперебойная поставка смеси в любых количествах, что позволяют производственные мощности ООО «Научно-производственное объединение «Защита металлов». При поставке оборудования специалисты ООО «Научно-производственное объединение «Защита металлов» курируют запуск оборудования и освоение технологии на производственных площадях заказчика. В настоящее время выпускаются три модификации установок для термодиффузионного цинкования малогабаритных изделий, с размерами рабочего пространства 200х800 мм, 300х900 мм и 400х1200 мм, объемами загрузки 50-70 кг, 150-200 кг и 300-400 кг и максимальной потребляемой мощностью 12 кВт, 36 кВт и 50 кВт соответственно. Продолжительность одного цикла цинкования составляет 2-4 часа. Расход цинкового порошка на формирование 1 мкм - 7 г на 1 м2 поверхности изделия. В комплект оборудования входит установка ТДЦ и шкаф управления. По требованию заказчика возможна поставка разделителя - аппарата для отделения оцинкованных изделий от рабочей смеси. Комплекс оборудования по нанесению термодиффузионного покрытия компактен и прост в эксплуатации (занимаемая площадь 25-30 м2). Один человек способен оперировать на пяти установках одновременно. 3. Технология термо-диффузионного цинкования. Преимущества покрытия, получаемого по методу термодиффузии Диффузионное цинкование – это один из наиболее перспективных способов нанесения защитных покрытий на стальные, чугунные или медные изделия. Эти покрытия имеют свойства не достижимые другими видами цинкования и поэтому являются особенно предпочтительными в ряде областей эксплуатации. Диффузионные цинковые покрытия состоят из слоев железо-цинк (от 7 до 20% железа) образующихся путем термо-химической диффузии цинка в поверхность изделий в процессе их нагревания в присутствии цинкового порошка. Покрытия имеют тускло-серую матовую поверхность, точно воспроизводят профиль изделий, в том числе полых и изделий сложной формы (резьбы, маркировка). Такое свойство покрытий, как равномерность, делают их очень удобными для защиты резьбовых поверхностей. Сопряженные детали не нужно механически обрабатывать (прорезать резьбу после нанесения покрытия). Покрытия, полученные методом диффузионного цинкования, имеют существенные преимущества по сравнению с покрытиями, полученными методом горячего цинкования, так как процесс протекает при более низких температурах и это позволяет цинковать термообработанные, в том числе пружинные стали, без потери их механических свойств. Слои сплавов покрытий, полученные в порошке цинка, имеют самую высокую твердость из всех известных цинковых покрытий и низкий коэффициент скольжения, поэтому покрытия хорошо противостоят абразивному износу и деформации, гайки не ослабевают в процессе эксплуатации. Диффузионное цинковое покрытие является жаростойким. Гладкая матовая поверхность служит прекрасной основой для прочного сцепления с краской, резиной, клеем, не требуя при этом специальных грунтовых покрытий. Окрашивание после диффузионного цинкования обеспечивает защиту, превышающую суммарный срок службы двух покрытий (цинкового и краски), если их применять независимо. Поскольку процесс диффузионного цинкования сухой, то он очень удобен для деталей, полученных спеканием, и для небольших узлов, которые можно цинковать в собранном виде. Для удовлетворения изложенных потребностей было разработано и изготовлено специальное технологическое оборудование, позволяющее цинковать 200 тн метизов в месяц и разработаны технические условия «Крепёжные и другие изделия с термодиффузионным цинковым покрытием» ТУ У 28.5-31831164-002-2004.
Рисунок 1. Установка термо-диффузионного цинкования. Испытания, проведенные ведущими мировыми исследовательскими институтами, показали высокую коррозионную стойкость термодиффузионного цинкового покрытия. В сравнении с другими видами цинковых покрытий коррозионная стойкость термодиффузионного покрытия выше, чем у аналогичного показателя горячего цинкования в 1,5-2 раза, а гальванического в 3-5 раз при одинаковой толщине. А если учесть то, что толщина термодиффузионного цинкового покрытия при необходимости может достигать 100 мкм, а скорость коррозии диффузионного слоя ниже, чем у гальванического и горячего цинка, срок службы изделий, подвергнутых термодиффузионному цинкованию, увеличивается в десятки раз.
Коррозионная стойкость железоцинковых фаз диффузионного цинкового покрытия даже выше, чем у чистого цинка в первую очередь за счет участия в пассивации покрытия ферритов цинка (ZnFeO2, ZnFe2CО4) наряду с ZnO. Выводы термодинамики подтверждаются сравнительными коррозионными испытаниями гальванических, горячецинковых и диффузионных цинковых покрытий. Так, во всех случаях скорость коррозии убывает обратно пропорционально квадратному корню от времени выдержки, т.е. лимитируется диффузией кислорода через пассивационную пленку. Скорость коррозии для диффузионных цинковых покрытий минимальна. Сопоставление данных по времени, прошедшего до появления «красной» ржавчины и стационарного потенциала корродирующего образца показало, что защитные свойства цинкового покрытия определяются не только его электрохимическими свойствами, но и способностью покрытия к химическому растворению, а поскольку в диффузионном цинковом покрытии присутствуют интер-металлиды цинка, скорость растворения которых намного меньше, чем продуктов коррозии цинка, что и объясняет более высокую степень катодной защиты диффузионных цинковых покрытий. Таблица 2. Сравнительные характеристики цинковых покрытий Показатели Диффузионное Горячее Гальваническое Внешний вид покрытия серое-матовое светло-серый глянец Состав покрытия железо-цинковый сплав практически чистый цинк Толщина покрытия 5-150мкм 45-160мкм 5-20мкм Коррозионная стойкость покрытия высокая (возможно применение в агрессивных, промышленных атмосферах) средняя низкая Равномерность точное воспроизводство формы изделия (не требуется прорезать резьбу) требуется дополнительная механическая обработка (прорезка резьбы) неравномерность толщины, обусловленная конфигурацией поверхности Влияние на механические свойтсва изделий возможно цинковать термообработанные, в т.ч. пружинные стали без потери прочности и упругости происходит отпуск и водородное охрупчивание Твердость покрытия высокая (отсутствие абразивного износа, деформации, гайки не ослабевают в процессе эксплуатации) низкая (высокий коэффициент скольжения) Требования к подготовке поверхности не предъявляются или дробеструйная или пескоструйная обработка или галтовка высокие: обезжиривание, травление, промывка, флюсование и др. Адгезия к основному металлу высокая, отсутствие трещин и отслоений растрескивание, отслаивание Нарушение покрытия при сварке высокая жаростойкость, покрытие в стык к сварному шву выгорает на 20-25мм Возможность нанесения лакокрасочных покрытий высокая адгезия, возможность нанесения без грунтовки необходимо применение травящих грунтовок Влажность процесса процесс сухой (возможно цинкование сварных соединений, деталей в сборе) цинкование в расплаве (невозможно цинковать сложные узлы, детали в сборе) цинкование в электролите (невозможно цинковать сложные узлы, детали в сборе) Выбросы, отходы пракически отсутствуют, экологически безвредно вредные выбросы в атмосферу, необходимость очистных сооружений необходимость очистных сооружений и утилизации сточных вод 4. Экологическая чистота метода В настоящее время в Украине ужесточаются санитарно-гигиенические нормы и увеличиваются расходы на утилизацию вредных веществ. В этом контексте хотелось бы еще раз отметить экологическую чистоту метода термодиффузионного цинкования. Использование специальной насыщающей смеси позволило полностью уйти от химической обработки деталей перед нанесением покрытия. Таким образом, исключается не только водородное охрупчивание деталей, но и использование химически грязных и вредных растворов, которые отрицательно влияют на здоровье людей и окружающую среду. Весь процесс нанесения покрытия происходит в порошковой среде, в герметически закрытом контейнере. Тем самым исключается любая возможность выбросов цинка в окружающую атмосферу. Таким образом, можно утверждать, что технология экологически чиста и безвредна. Заключение При оценке экономической эффективности перехода от гальванической технологии к диффузионному цинкованию деталей было установлено, что период окупаемости оборудования составляет от 6 месяцев до 1 года поскольку прямые расходы на нанесение термодиффузионного покрытия толщиной 15 мкм на 1 тн метизов составляют 200-500 грн, в то время как стоимость гальванического покрытия 1 тн метизов составляет 1,5-10 тыс грн (по цене 85 грн/м2). Кроме того, полностью исчезают затраты на водоснабжение, утилизацию отходов и очистные мероприятия. Таким образом, без учета увеличения срока службы изделий, подвергнутых диффузионному цинкованию, окупаемость оборудования для диффузионного цинкования составляет менее 1 года. А если учесть повышение эксплуатационных свойств изделий, подвергнутых диффузионному цинкованию, экономический эффект для отдельного предприятия может составлять сотни тысяч долларов.