PL219297B1 - Sposób cynkowania ogniowego wyrobów stalowych - Google Patents

Abstract

Sposób cynkowania ogniowego wyrobów stalowych, w którym wyroby stalowe poddaje się kolejno kąpieli odtłuszczającej, kąpieli trawiącej, płukaniu, kąpieli topnikowej, suszeniu w piecu i kąpieli cynkowej. Kąpiel topnikową prowadzi się w temperaturze od 40°C do 50°C i w czasie do 10 minut w roztworze zawierającym 25-50% wagowych chlorku amonu, 50-75% wagowych chlorku cynku oraz środek zwilżający, który stanowi alkohol tłuszczowy etoksylowany 4 molami tlenku etylenu, dodany w ilości od 0,01% do 0,05% wagowych roztworu.

Description

Opis wynalazku

Niniejszy wynalazek dotyczy sposobu cynkowania ogniowego wyrobów stalowych.

Wyroby stalowe często ulegają fizycznemu zużyciu podczas ich użytkowania, gdyż nieustannie podlegają działaniu takich czynników jak czynniki mechaniczne, cieplne, chemiczne, elektrochemiczne, mikrobiologiczne i inne. Przy wzajemnym oddziaływaniu tych czynników w materiałach zachodzą reakcje prowadzące do korozji.

Jednym ze skutecznych sposobów ochrony stali przed korozją jest oddzielenie stali od substancji powodującej korozję przez naniesienie na powierzchnię stali powłoki ochronnej, mającej na celu opóźnienie lub w korzystnym wypadku nawet eliminację możliwej korozji. Dla wyrobów wykonywanych ze stali narażonych na korozję przez długi okres, najczęściej stosowana jest metoda nanoszenia powłoki metalicznej polegająca na zanurzeniu w kąpieli płynnego metalu, zwykle cynku, który nie reaguje na wodę w warunkach obojętnych. Metoda ta nazywana jest metodą cynkowania ogniowego.

Typowy proces cynkowania ogniowego przedstawiony w książce pt. „Cynkowanie Ogniowe” pod redakcją Dr Peter Maa3 i Dr Peter Pei3ker, Placet, W-wa 1993 r., str. 35 - 85, przebiega następująco. Początkowo wyroby stalowe poddaje się wstępnemu przygotowaniu polegającemu na usunięciu z powierzchni stali wszelkich zanieczyszczeń. Do tego celu wyroby te poddaje się najpierw kąpieli odtłuszczającej usuwającej lekkie zanieczyszczenia (głównie pochodzenia organicznego takie jak tłuszcze, oleje, smary). Następnie wyroby płucze się, choć w przypadku kąpieli odtłuszczającej kwaśnej (przykładowo na bazie kwasu solnego) nie jest potrzebne płukanie pomiędzy odtłuszczaniem a trawieniem. Dalej wyroby poddaje się kąpieli trawiącej usuwającej substancje niemetaliczne, takie jak rdza oraz ponownie płukaniu.

Do trawienia stosuje się zwykle kąpiele na bazie kwasu solnego. Tak przygotowane wyroby poddaje się następnie kąpieli topnikowej, mającej na celu uaktywnienie uprzednio wytrawionych i wypłukanych powierzchni, tak aby powierzchnia ta szybko i równomiernie wchodziła w reakcje z płynną kąpielą cynkową odbywającą się w dalszej kolejności. Jako topniki stosuje się roztwory chlorku cynku oraz chlorku amonu.

Głównym zadaniem tego etapu przygotowania powierzchni wyrobów stalowych do cynkowania ogniowego jest przede wszystkim poprawienie zwilżalności, a także zabezpieczenie odtłuszczonego i wytrawionego wyrobu przed utlenianiem powierzchni, aż do momentu zanurzenia w roztopionym cynku.

Po kąpieli topnikowej wyroby suszy się w piecu, przy czym suszenie powłoki topnika odbywa się korzystnie w temperaturze nie przekraczającej 100°C.

W kolejnym kroku odbywa się kąpiel cynkowa w temperaturze powyżej temperatury topnienia cynku, zwykle ok. 450°C. Następuje wtedy szybka reakcja między żelazem i cynkiem, która prowadzi do powstania na powierzchni stali powłoki cynkowej.

Technologia cynkowania ogniowego wykorzystuje zjawisko dyfuzji, które polega na „wnikaniu” atomów cynku w zewnętrzną warstwę stali podczas „kąpieli” w roztopionym cynku. W ten sposób na powierzchni elementu stalowego tworzy się stop żelazo-cynk. Podczas wyjmowania ocynkowanego przedmiotu z kąpieli cynkowej, na zewnętrznej powierzchni stopu pozostaje warstwa czystego cynku.

Tak ocynkowane wyroby poddaje się w końcowym etapie obróbce wykańczającej.

Przykładowo z polskiego opisu patentowego nr PL189651 znany jest sposób metalizacji zanurzeniowej, zwłaszcza cynkowania powierzchni stalowych obejmujący operacje oczyszczania powierzchni metalowej w kąpieli odtłuszczającej, kąpieli trawiącej, kąpieli aktywującej i/lub kąpieli topnikowej, suszenia oczyszczonych powierzchni oraz nakładania powłoki metalowej metodą zanurzen iową, przy czym poszczególne procesy prowadzi się w ściśle określonych warunkach.

Celowym byłoby udoskonalenie sposobu cynkowania ogniowego dla uzyskania dokładniejszego pokrycia powłoką elementu poddawanego cynkowaniu, przy jednoczesnym skróceniu czasu i obniżeniu kosztów procesu.

Przedmiotem wynalazku jest sposób cynkowania ogniowego wyrobów stalowych, w którym wyroby stalowe poddaje się kolejno kąpieli odtłuszczającej, kąpieli trawiącej, płukaniu, kąpieli topnikowej, suszeniu w piecu i kąpieli cynkowej, charakteryzujący się tym, że kąpiel topnikową prowadzi się w temperaturze od 40°C do 50°C i w czasie do 10 minut w roztworze zawierającym 25 - 50% wagowych chlorku amonu, 50 - 75% wagowych chlorku cynku oraz środek zwilżający, który stanowi alkohol tłuszczowy etoksylowany 4 molami tlenku etylenu, dodany w ilości od 0,01% do 0,05% wagowych roztworu.

Korzystnie, jako środek zwilżający stosuje się alkohol cetylowy (C₁₆H₃₃OH) etoksylowany 4 molami tlenku etylenu (C2H4O).

PL 219 297 B1

Korzystnie, kąpiel trawiącą prowadzi się w temperaturze ok. 20°C w kwasie solnym o stężeniu od 16% do 18% z dodatkiem od 0,005% do 0,02% środka zwilżającego, który stanowi alkohol tłuszczowy etoksylowany 4 molami tlenku etylenu.

Korzystnie, kąpiel odtłuszczającą prowadzi się w temperaturze od 30°C do 40°C w roztworze kwasu solnego HCI o stężeniu 4% oraz środka do odtłuszczania z dodatkiem od 0,005% do 0,02% środka zwilżającego, który stanowi alkohol tłuszczowy etoksylowany 4 molami tlenku etylenu.

Dzięki dodaniu do kąpieli topnikowej nowego środka zwilżającego, który stanowi alkohol tłuszczowy etoksylowany 4 molami tlenku etylenu, uzyskano znaczne zmniejszenie napięcia powierzchniowego i wzrost intensywności działania trawiącego topnika. Poprawia to pokrycie roztworem topnika wytrawionego elementu przeznaczonego do cynkowania, przy jednoczesnym zmniejszeniu ilości zużycia topnika i skróceniu czasu w kąpieli topnikowej.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia schematycznie proces technologiczny cynkowania ogniowego.

Przed właściwym procesem cynkowania wyroby stalowe muszą zostać odpowiednio przygotowane na pokrycie cynkiem. W pierwszym kroku 101 wyroby te poddaje się w wannie kąpieli odtłuszczającej, która usuwając lekkie zanieczyszczenia ma na celu poprawić jakość otrzymanej powłoki cynkowej.

Odtłuszczanie prowadzi się w kąpieli zawierającej 4% stężenie kwasu solnego HCI oraz środek ₃ do odtłuszczania, przykładowo CHP DEGRESAN WM w ilości 10 litrów na 1 m³ kąpieli, w temperaturze 30 - 40°C, do momentu uzyskania zadawalającego efektu odtłuszczenia, zwykle około kilkunastu minut. Proces odtłuszczania wpływa korzystnie na kolejne procesy skracając czas i koszty trawienia oraz cynkowania.

W przypadku kąpieli odtłuszczającej kwaśnej - na bazie kwasu solnego nie jest potrzebne płukanie pomiędzy odtłuszczaniem a trawieniem. Jeśli jednak byłaby stosowana inna kąpiel odtłuszczająca, to w kroku 102 wyroby płucze się w wannie z wodą w celu wypłukania z nich substancji odtłuszczającej.

W kolejnym etapie, w kroku 103, wyroby poddaje się kąpieli trawiącej w roztworze zawierającym kwas solny HCI o stężeniu od 16% do 18%, usuwając w ten sposób substancje niemetaliczne, takie jak rdza i uzyskując czystą powierzchnię niezbędną do cynkowania ogniowego, zgodnie z normą czystości Be wg DIN 55928, cz. 4 [3.2].

Trawienie odbywa się w temperaturze pokojowej, około 20°C i w czasie do momentu uzyskania zadawalającego efektu, zwykle od kilkunastu minut do kilku godzin.

Następnie wyroby poddaje się w kroku 104 płukaniu w wannie z wodą w temperaturze otoczenia i w czasie do kilku minut, aby zabezpieczyć przed przenoszeniem się na powierzchni wyrobów substancji trawiącej do topnika.

Tak przygotowane wyroby poddaje się następnie, w kroku 105, kąpieli topnikowej w wannie z roztworem topnika zawierającym 25-50% wagowych chlorku amonu, 50-75% wagowych chlorku cynku, oraz środek zwilżający, który stanowi alkohol tłuszczowy etoksylowany 4 molami tlenku etylenu (C₂H₄O), dodany w ilości od 0,01% do 0,05% wagowych roztworu. Zastosowany środek zwilżający znacznie zmniejsza napięcie powierzchniowe kąpieli topnikowej. Kąpiel prowadzi się w temperaturze od 40 do 50°C i w czasie do 10 minut. Kąpiel ta pełni rolę obróbki lekko trawiącej i ma na celu uaktywnienie uprzednio wytrawionych i wypłukanych powierzchni, tak aby powierzchnia wyrobów szybko i równomiernie wchodziła w reakcje z płynną kąpielą cynkową odbywającą się w dalszej kolejności.

Jako alkohol tłuszczowy w środku zwilżającym stosować można przykładowo alkohol cetylowy (C₁₆H₃₃OH), dla którego reakcja przedstawia się następująco:

C!6H₃₃OH + 4 C2H4O C16H33(C2H4O)4OH

Dodanie nowego środka zwilżającego powoduje znaczny wzrost intensywności działania trawiącego topnika, a tym samym poprawienie pokrycia roztworem topnika wytrawionego elementu przeznaczonego do cynkowania. Jednocześnie następuje dzięki temu zmniejszenie ilości zużycia topnika oraz skrócenie czasu kąpieli topnikowej, co znacznie obniża koszty procesu.

Po kąpieli topnikowej, w kroku 106, wyroby suszy się, korzystnie w piecu w temperaturze nie przekraczającej 100°C, zwykle 70 - 80°C, w czasie do kilkunastu minut.

W kolejnym kroku 107 tak przygotowane wyroby poddaje się kąpieli cynkowej w wannie z roztopionym cynkiem gat. Z1 o zawartości czystego cynku 99,995%.

Cynkowanie odbywa się w temperaturze około 450°C w czasie do 10 minut. Wynurzone z kąpieli wyroby stalowe zawierają na swojej powierzchni warstwę stałego cynku, stanowiącego powłokę ochronną, która ma na celu opóźnienie lub nawet eliminację powstającej korozji.

PL 219 297 B1

Dla zwiększenia skuteczności procesów trawienia i odtłuszczania, zwilżacz zmniejszający napięcie powierzchniowe dodawany w trakcie kąpieli topnikowej, dodaje się także do kąpieli trawiącej i odtłuszczającej w ilości od 0,005% do 0,02% wagowych danej kąpieli.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób cynkowania ogniowego wyrobów stalowych, w którym wyroby stalowe poddaje się kolejno kąpieli odtłuszczającej, kąpieli trawiącej, płukaniu, kąpieli topnikowej, suszeniu w piecu i kąpieli cynkowej, znamienny tym, że kąpiel topnikową prowadzi się w temperaturze od 40°C do 50°C i w czasie do 10 minut w roztworze zawierającym 25 - 50% wagowych chlorku amonu, 50 - 75% wagowych chlorku cynku oraz środek zwilżający, który stanowi alkohol tłuszczowy etoksylowany 4 molami tlenku etylenu, dodany w ilości od 0,01% do 0,05% wagowych roztworu.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako środek zwilżający stosuje się alkohol cetylowy (C16H33OH) etoksylowany 4 molami tlenku etylenu (C2H4O).
3. 3. Sposób według zastrz. 1 lub 2, znamienny tym, że kąpiel trawiącą prowadzi się w temperaturze ok. 20°C w kwasie solnym o stężeniu od 16% do 18% z dodatkiem od 0,005% do 0,02% środka zwilżającego, który stanowi alkohol tłuszczowy etoksylowany 4 molami tlenku etylenu.
4. 4. Sposób według zastrz. 1 lub 2, znamienny tym, że kąpiel odtłuszczającą prowadzi się w temperaturze od 30°C do 40°C w roztworze kwasu solnego HCI o stężeniu 4% oraz środka do odtłuszczania z dodatkiem od 0,005% do 0,02% środka zwilżającego, który stanowi alkohol tłuszczowy etoksylowany 4 molami tlenku etylenu.