Galwanizacja metalu

Galwanizacja metalu to dość prosty proces i polega na zanurzaniu elementów ze stali w kadzi zawierającej stopiony cynk. Żelazo znajdujące się w stopie stali wchodzi w reakcję z cynkiem, tworząc ściśle powiązaną powłokę stopu. Galwanizacja metalu tworzy wytrzymałą warstwę, która chroni stal przed korozją nawet w najtrudniejszych warunkach, a do tego zapewnia trwałość bez konieczności odświeżania procesu na dziesięciolecia. Odporność zabezpieczonej stali zależy oczywiście od otoczenia i warunków w nim panujących, ale można śmiało stwierdzić, że jest ona 30-krotnie większa niż odporność wersji surowej. Na odporność stali ocynkowanej galwanicznie ma oczywiście wpływ grubość uzyskanej powłoki. Nie należy również zapominać, że o wytrzymałości metalu zadecyduje też środowisko, w jakim metal się znajduje. Niezależnie od tego czy stal będzie wystawiona na działanie atmosfery, promieni UV, śniegu, mrozu, wody czy będzie osadzona w glebie lub betonie to jej żywotność będzie znacznie przedłużona. Galwanizacja metalu spowoduje, że będzie on praktycznie bezobsługowy przez długie lata, a obserwacja metalu w pierwszych latach jego użytkowania określi nam częstotliwość konserwacji.

Spis treści:

1. Na czym polega galwanizacja metalu?
2. Jak przygotować metal do galwanizacji?
3. Galwanizacja metalu i jej zalety.
4. Jakie są wady galwanizacji metalu?
5. Jakie produkty są wykonane ze stali ocynkowanej?
6. W jakich branżach wykorzystuje się stal ocynkowaną?

Na czym polega galwanizacja metalu?

Galwanizacja metalu to połączenie cynkowania ogniowego i wyżarzania. Przed rozpoczęciem cynkowania, metal należy oczyścić roztworem kaustycznym, a następnie wytrawić w roztworze kwaśnym. Proces rozpoczyna się od cynkowania ogniowego, w którym metal zanurza się w gorącej kąpieli cynkowej o temperaturze ok. 435-455°C. Kąpiel cynkowa zawiera co najmniej 98% czystego cynku. W trakcie kąpieli cynk reaguje z żelazem zawartym w stopie stali, tworząc szereg warstw stopu cynku i żelaza, aby na końcu procesu uzyskać powłokę wierzchnią o zawartości 100% cynku. Po wyjęciu powleczona cynkiem powierzchnia reaguje z tlenem, tworząc tlenek cynku, a następnie reaguje z dwutlenkiem węgla, tworząc węglan cynku. Powleczony cynkiem metal zostaje przepuszczony przez silne strumienie powietrzne w celu usunięcia nadmiaru cynku. Metal jest później bardzo krótko podgrzewany w specjalnym piecu do wyżarzania w temperaturze 500-565°C. To powoduje dyfuzję warstw żelaza i cynku, a następnie utworzenie warstw stopu tych pierwiastków. Proces galwanizacji metalu kończy kontrola stali ocynkowanej. Jest to proste, gdyż cynk nie zareaguje z zanieczyszczoną stalą, więc kontrola polega na wizualnej ocenie produktu. Warto również przeprowadzić testy grubości powłok i zgodności z normami ASTM.

Jak przygotować metal do galwanizacji?

Przed rozpoczęciem procesu galwanizacji metalu konieczne jest odpowiednie przygotowanie materiału. Stal zanim zostanie zanurzona w kąpieli stopionego cynku musi zostać odpowiednio przygotowana. Materiał musi zostać poddany odtłuszczaniu, trawieniu i topnikowaniu.

Odtłuszczanie/czyszczenie żrące polega na tym, że gorący roztwór alkaliczny, kąpiel z łagodnym kwasem lub biologiczna kąpiel czyszcząca usuwają zanieczyszczenia ze stali tj. brud, tłuszcz czy olej.

Trawienie ma na celu usunięcie zgorzeliny walcowniczej i tlenków żelaza. Stal musi więc przejść przez rozcieńczony roztwór ogrzanego kwasu siarkowego lub kwasu solnego.

Topnikowanie to końcowy etap przygotowania powierzchni. Wszelkie pozostałe na niej tlenki są usuwane w roztworze chlorku amonowo-cynkowego. Następnie na stali jest nakładana warstwa ochronna, która będzie zapobiegać dalszemu tworzeniu się tlenków przed docelowym cynkowaniem.

Galwanizacja metalu i jej zalety

Powłoka cynkowa stanowiąca warstwę wierzchnią elementów ocynkowanego metalu, ma sporo zalet:

• blokuje wnikanie substancji, wywołujących korozję i znacznie opóźnia pojawienie się rdzy,
• wydłuża ochronę metalu na dziesięciolecia, gdyż ocynkowana stal przemysłowa wytrzyma nawet 50 lat w przeciętnych warunkach, a około 20 lat w środowisku narażonym na działanie wody,
• wzmacnia fizyczną odporność metalu, gdyż powłoki ocynkowane są nie tylko ogólnie grubsze od innych, ale tworzą bezpośrednie wiązania metalurgiczne ze stalą, co zapewnia im wyjątkową odporność na uszkodzenia,
• na stal ocynkowaną nie mają wpływu substancje kwaśne, tj. np. kwas solny czy siarkowy,
• nadaje się do malowania, dzięki czemu zyskuje dodatkową warstwę chroniącą przed korozją,
• w przypadku cynkowania ogniowego powlekane są wszystkie części poddawane cynkowaniu, a tym samym chronione. Nawet te trudne w obróbce lub niemożliwe do zabezpieczenia w przypadku innych metod ochrony antykorozyjnej jak np. ostre narożniki, wgłębienia, otwory czy obszary normalnie niedostępne,
• koszt początkowy cynkowania jest niższy niż w przypadku innych stosowanych powłok antykorozyjnych do stali. Dodatkowo metoda ta zapewnia również niższe koszty użytkowania długoterminowego, a to również dzięki stosunkowo rzadkiej konserwacji, która nie wymaga w związku z tym wysokich nakładów,  
• łatwość kontroli bieżącego stanu ocynkowanego elementu – wystarczy wzrokowe sprawdzenie czy powłoka nie ma uszkodzeń.

Jakie są wady galwanizacji metalu?

Jak każda z metod ochrony przed korozją, tak i ta ma swoje wady:

• powłokę cynkową można usunąć przy pomocy magnesu, a wtedy pozbawiona ochrony cynkowej stal zardzewieje. Przewidując kontakt z magnesem warto więc zabezpieczyć ocynkowaną powierzchnię warstwą tworzywa sztucznego lub włókna szklanego,
• ocynkowana powłoka może odpryskiwać i tworzyć nierówną powierzchnię, która przyśpieszy korozję i skróci żywotność metalu,
• nie każdy element da się ocynkować – problemem są bardzo małe detale, ale również bardzo duże przekraczające wymiary zbiorników do cynkowania,
• powierzchnie ocynkowane są bardzo twarde i wytrzymałe, a więc nie będą odpowiednie do użycia tam, gdzie wymagana jest elastyczność czy spawanie,
• naprawa uszkodzonych powłok cynkowych wymaga specjalnych umiejętności, a także doświadczenia oraz technologii,
• proces cynkowania wymaga czasu, gdyż nałożony cynk musi dobrze ostygnąć i osadzić się na stali, aby nie ulec uszkodzeniu od razu po zakończeniu procesu.

Jakie produkty są wykonane ze stali ocynkowanej?

Stal ocynkowana w procesie galwanizacji metalu jest dostępna w różnych postaciach. Ze względu na niskie koszty jej eksploatacji oraz niezwykłą wytrzymałość, korzysta z niej wiele branż. Jest mocna, trwała i odporna na drobne uderzenia i zadrapania. Można tu wymienić np. takie detale jak:

• rury i drut ocynkowany,
• duże elementy ze stali ocynkowanej wykorzystywane w branży budowlanej,
• części samochodowe np. elementy karoserii samochodów ciężarowych i autobusów,
• części urządzeń gospodarstwa domowego np. pralek, klimatyzatorów, suszarek do włosów, części komputerowych itp.
• wieże elektryczne wysokiego napięcia, przekładnie ochronne, znaki drogowe, nakrycia włazów drogowych, części kanałów ściekowych czy rurociągów,
• ochrona ścian i filarów na budynkach komercyjnych,
• ławki przystankowe, balkony, werandy, klatki schodowe, chodniki i drabiny,
• słupy oświetleniowe, słupy wysokiego napięcia,
• bramy, kraty drzwiowe i okienne, osłony okienne i drzwiowe,
• rzeźby, pomniki ,instalacje artystyczne,
• metalowe kubły, wiadra, nakrętki, śruby, gwoździe i inne drobne elementy

W jakich branżach wykorzystuje się stal ocynkowaną?

Branża budowlana mieszkaniowa lub komercyjna wykorzystuje stal ocynkowaną ze względu na jej trwałość i estetykę.

Branża telekomunikacyjna wykorzystuje ją przy okablowaniu telefonicznym i puszek sprzętowych ze względu na małe szanse uszkodzenia i konieczność konserwacji,

Branża motoryzacyjna do wyrobu karoserii (do 80% korpusu samochodu składa się ze stali ocynkowanej), która zyskuje dzięki temu gwarancje antykorozyjne,

Branża rolnicza a konkretnie sprzęt rolniczy, który jest wyjątkowo podatny na korozję ze względu na trudne warunki pracy, ale też silosy rolnicze czy kojce dla zwierząt hodowlanych,

Branża wiatrowa i fotowoltaiczna ze względu na przymus nieprzerwanego działania jest zależna od wysokiej jakości komponentów.