Recubrimientos de zinc por difusión térmica (TDC)
Este método se aplicó por primera vez en Inglaterra a principios del siglo XX y se denominó "sherardización" (por el nombre del inventor: Sherard ( Sherard Cowper-Coles )).
El recubrimiento de zinc por difusión térmica es un ánodo para los metales ferrosos y protege electroquímicamente el acero. Tiene una fuerte adhesión (adherencia) al metal base debido a la difusión mutua de hierro y zinc en las fases intermetálicas superficiales de Zn-Fe, por lo que el recubrimiento es poco susceptible de pelar o astillarse bajo impacto, tensión mecánica y deformación del procesado. productos
La ventaja de la tecnología de recubrimiento por difusión térmica en comparación con los recubrimientos galvánicos no radica solo en su superioridad en la resistencia a la corrosión, sino también en el hecho de que no provoca la fragilización del metal por hidrógeno.
El recubrimiento de zinc por difusión térmica sigue exactamente los contornos de los productos, tiene un espesor uniforme en toda la superficie (con fluctuaciones de tolerancia de 30-80 micras, debido a la falta de una tecnología de aplicación completa en este momento), incluidos productos de complejo forma y conexiones roscadas.
La esencia de la tecnología de recubrimiento de zinc por difusión térmica es que se forma un recubrimiento anticorrosión como resultado de la saturación de zinc de la superficie de los productos metálicos en un medio en polvo a una temperatura de 400–500 ° C, y la elección de la temperatura depende sobre el tipo de productos de acero, el grado de acero y los requisitos de los fabricantes de piezas. Esta tecnología teóricamente permite obtener cualquier espesor de recubrimiento en productos de tamaño pequeño (hasta varios dm2) en el rango de 5 a 150 micras ajustando los cambios de temperatura y tiempo de procesamiento. En productos con una superficie compleja (por ejemplo, intercambiadores de calor, productos con secciones roscadas, productos con cavidades internas abiertas), productos de gran área (por ejemplo, tuberías de más de 50 cm de largo), la dispersión en el espesor del recubrimiento después del procesamiento generalmente alcanza 60-80 micras en diferentes zonas. El proceso se lleva a cabo en un recipiente herméticamente cerrado con la adición de una mezcla de polvo de zinc finamente disperso y un absorbente de humedad, como carbón triturado (tecnología Neozinc), a las partes tratadas. La pasivación (acabado de piezas) tiene por objeto evitar la formación de productos de corrosión amarillos o blancos en superficies expuestas a atmósferas de alta humedad, agua salada, atmósferas marinas o ciclos de condensación y secado.
La protección de los metales contra la corrosión asegura el funcionamiento a largo plazo de varias partes, estructuras y estructuras. Alrededor del 10% de la producción anual de acero y productos de acero pierden anualmente sus características técnicas debido a la corrosión, que se estima en decenas de miles de millones de dólares. Una de las formas más comunes de proteger los metales de la corrosión es el recubrimiento de zinc. La elección del zinc no es casual y se explica por el alto valor negativo del potencial redox del par Zn 2+ /Zn. Este metal protege anódicamente al metal base (hierro), es decir, el zinc se disuelve en el par galvánico Fe-Zn. Una alternativa electroquímica al zinc es el cadmio , pero su uso está prohibido en muchos países debido a su alta toxicidad. En la Federación Rusa , el revestimiento de cadmio tiene un uso limitado y, por regla general, solo es posible con un permiso especial. El grosor del recubrimiento protector de zinc se selecciona según el propósito del producto y sus condiciones de operación. Un análisis de las condiciones para el uso de varios productos metálicos muestra que un recubrimiento protector ( anticorrosión ) para estas condiciones no solo debe tener una mayor resistencia a la corrosión, sino también ser resistente al desgaste abrasivo y tener un alto grado de adherencia a la superficie. del producto protegido.
Recubrimientos galvánicos (electrolíticos) . Los recubrimientos en la superficie de los productos se aplican en soluciones electrolíticas bajo la acción de una corriente eléctrica. Los componentes principales de estos electrolitos son las sales de zinc. El método galvánico de protección de productos metálicos tiene baja resistencia a la corrosión (alrededor de 140 horas en una cámara de niebla salina neutra ), no permite recubrir productos de configuración compleja, provoca fragilización por hidrógeno cuando se prepara la superficie para galvanizar productos de alta resistencia , no permite desmontaje de productos metálicos, tiene un bajo grado de adherencia con la superficie. Este tipo de protección tiene, más bien, una función decorativa.
Recubrimientos metálicos . Los recubrimientos se aplican rociando zinc fundido con un chorro de aire o gas caliente. Según el método de pulverización, se utiliza alambre de zinc (varilla) o polvo de zinc. En la industria se utilizan la pulverización a la llama y la metalización por arco eléctrico .
Recubrimientos ricos en zinc . Estos recubrimientos son composiciones que consisten en un aglutinante y polvo de zinc. Como aglutinantes se utilizan diversas resinas sintéticas (epoxi, fenólicas, de poliuretano y similares), barnices, pinturas y polímeros. Exhiben las propiedades de la pintura en lugar de los revestimientos metálicos.
Galvanizado en caliente . Por regla general, el galvanizado en caliente se utiliza para proteger grandes estructuras metálicas de la corrosión. El galvanizado de piezas pequeñas y piezas roscadas no proporciona la calidad requerida de la superficie galvanizada. Después de desengrasar, lavar, decapar y volver a lavar, las piezas del tambor se sumergen en un baño (generalmente de cerámica) de zinc fundido. La rotación del tambor proporciona un flujo de masa de zinc en relación con las piezas para llenar todos los poros y microfisuras. Luego se retira el tambor del baño y se hace girar para eliminar el exceso de zinc mediante centrifugación . Se forma pandeo en las piezas, queda exceso de zinc en las roscas internas, la rosca debe mecanizarse, eliminando así la capa protectora de zinc, lo que provoca aún más la corrosión. Este método no es aplicable para piezas pequeñas, como sujetadores métricos . No aplicable para piezas de acero aleado y de alta resistencia.
Recubrimientos de zinc por difusión térmica . Permiten la protección contra la corrosión de piezas fabricadas con cualquier grado de acero, incluso de alta resistencia, y fundición sin cambiar las propiedades del metal base, piezas de configuración compleja con orificios, piezas ensambladas, soldadas y roscadas. Limitar el tamaño de las piezas al tamaño del contenedor.
Recubrimiento de zinc por difusión térmica a baja temperatura. La tecnología de galvanizado por difusión térmica a baja temperatura tiene una serie de ventajas fundamentales sobre las tecnologías alternativas para proteger los productos metálicos de la corrosión y el desgaste, asegurando el cumplimiento de los estándares tecnológicos modernos y los requisitos ambientales. El proceso tecnológico de difusión térmica a baja temperatura proporciona una profunda modificación de la capa superficial de un producto metálico, otorgándole, además de propiedades anticorrosivas, nuevas propiedades de plasticidad y al mismo tiempo resistencia al desgaste abrasivo, lo que hace Es posible aumentar el ciclo de vida de los productos metálicos de diversas industrias (construcción, petróleo y gas, agricultura, energía y transporte) de dos a diez veces. La innovación en la tecnología de galvanizado por difusión térmica a baja temperatura es que el zinc se difunde con el metal a una temperatura de 100 C por debajo de su punto de fusión, sin violar las propiedades especiales de los aceros de alta resistencia y mejorando las propiedades mecánicas de las piezas [1] .
Los revestimientos combinados son una combinación de revestimiento de zinc, pintura o polímero. En la práctica mundial, tales revestimientos se conocen como "sistemas dúplex". Dichos revestimientos combinan el efecto protector electroquímico de un revestimiento de zinc con el efecto protector impermeabilizante de un revestimiento de pintura o polímero. Cabe señalar que los recubrimientos de zinc galvanizado y metalizado no contienen compuestos intermetálicos (fases) y consisten en zinc de la composición química correspondiente. Los recubrimientos de zinc en caliente obtenidos por galvanización en caliente (a partir de zinc fundido) y los recubrimientos de difusión aplicados a partir de mezclas de polvo a base de zinc tienen un mecanismo de formación similar: difusión. Sin embargo, la difusión de zinc en el metal es diferente: con el uso de un recubrimiento de zinc caliente, la difusión es de 0,1 ÷ 3 %, galvanización por difusión térmica - 50 ÷ 70 %. De acuerdo con el diagrama de fase del sistema Fe-Zn, la estructura de estos recubrimientos contiene una serie de fases similares (compuestos intermetálicos). Sin embargo, la estructura general de estos recubrimientos sigue siendo diferente, así como sus propiedades.
El proceso de recubrimiento es un ciclo tecnológico cerrado, dividido en varias operaciones:
1ª etapa: limpieza mecánica preliminar con granalladora o granalladora; 2ª etapa: carga de las piezas limpias en el contenedor; agregar una mezcla saturante que consiste en polvo fino de zinc y carbón triturado como absorbente; 3ª etapa: purgar el recipiente herméticamente cerrado con nitrógeno para reducir al mínimo posible la humedad del aire en el interior del recipiente; 4ª etapa: realización de un proceso de difusión térmica calentando el recipiente a una temperatura predeterminada, que asegura la aplicación de una capa de zinc a la superficie revestida de las piezas; 4ª etapa: descarga de piezas del contenedor con su limpieza simultánea de los restos de la mezcla de saturación y pasivación. 5ª etapa: enfriamiento del producto terminado. Las piezas destinadas a la aplicación de los siguientes tipos de recubrimientos (pinturas, encolados, plastificados, etc.) suelen pasivarse 1 vez. En todos los demás casos, se realizan dos operaciones de pasivación, con lavado intermedio de las piezas. Para obtener un recubrimiento anticorrosión de alta calidad, todas las etapas tecnológicas son igualmente importantes y son componentes iguales del proceso tecnológico. Cabe señalar que la tecnología de recubrimiento no hace excepción para ningún tipo de piezas que, por su tamaño, peso y configuración, se incluyan en el contenedor tecnológico del equipo que se encuentra actualmente en servicio. Lo único a tener en cuenta es que para productos con secciones roscadas, la tensión y el perfil cambiarán debido a la imposición de una capa adicional de metal con un espesor no controlado en el perfil (ver arriba para una tolerancia de 30-80 micras) . Al galvanizar ambas partes atornilladas el problema se agrava, se requiere cambiar las normas de torques de atornillado para productos terminados, redactar y consensuar complementos a la documentación reglamentaria vigente, etc. En consecuencia, es necesario recubrir el hilo por separado con el mínimo espesor posible (lo que es tecnológicamente imposible hoy), o abandonar el recubrimiento del hilo (lo que conduce a la creación de un par galvánico y anula la protección del ánodo del recubrimiento), o realizar cambios en el diseño del producto incluso en el momento de su fabricación a partir de metales ferrosos (cambiar el diámetro y perfil de las roscas). Los equipos diseñados para procesar piezas de diferente tamaño se fabrican bajo pedido. Así, en la etapa de desarrollo de las especificaciones técnicas, se determinan las dimensiones totales del contenedor y hornos, así como la potencia de las demás unidades de la línea, el rendimiento de la granalladora y granalladora, plantas de pasivación y secado. La etapa de preparación de la superficie incluye ultrasónico, granallado o arenado de las piezas, lo que es especialmente importante para los productos metálicos que tienen incrustaciones después del tratamiento térmico durante la producción.
El primero es la capacidad del proceso tecnológico para obtener cualquier espesor de recubrimiento requerido por el cliente. El segundo es la falta de pegado de piezas. Este es uno de los aspectos más negativos del zinc caliente y la galvanoplastia. La tercera ventaja se refiere a la forma externa e interna de las piezas. El mercado ruso mostró que la mayoría de los sujetadores y cualquier otra parte auxiliar solían pintarse, plastificarse o simplemente dejarse sin recubrir, ya que tenían conexiones roscadas, agujeros huecos y ciegos, conexiones complejas y soldaduras. Una ventaja es también la ausencia de afluencia de zinc en lugares de depresiones o juntas. La cuarta ventaja se relaciona con la posibilidad de procesamiento posterior de piezas con diferentes tipos de pinturas, plastificantes, etc. Casi todos los tipos de pinturas industriales se adhieren bien al recubrimiento por difusión térmica. La alta adherencia aumenta la resistencia a la corrosión, prácticamente se excluyen la hinchazón y el desprendimiento de las pinturas de la superficie. Se aumenta la vida útil de las piezas con doble revestimiento, lo que conlleva un importante ahorro en su funcionamiento. La quinta ventaja es el respeto al medio ambiente del proceso (si no hay necesidad de desengrasar el producto).
El resultado final es inestable e incontrolable. Para obtener un recubrimiento uniforme y continuo de alta calidad en toda la superficie de los productos, se requieren operaciones tecnológicas, cuyo resultado no se puede guardar en el ciclo de producción:
En diciembre de 2003, el Departamento de Electrificación y Suministro de Energía de JSC Russian Railways emitió instrucciones para el uso de galvanizado por difusión térmica de partes y estructuras de la red de contacto. Esta instrucción se aplica a los recubrimientos protectores de zinc aplicados mediante galvanización por difusión térmica en piezas roscadas, accesorios, estructuras de redes de contactos y otros productos hechos de acero al carbono y con bajo contenido de carbono, incluida una mayor resistencia, en piezas de hierro fundido y metales no ferrosos de la red de contactos. , incluidos los accesorios de extremo de porcelana de hierro fundido. Desde enero de 2008, se han emitido GOST para sujetadores de alta resistencia para estructuras metálicas, que indican el uso de un recubrimiento de difusión térmica para proteger pernos, tuercas y arandelas de alta resistencia contra la corrosión.