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.

Proces ten można zaliczyć do metod metalizacji powierzchni, których wspólnym celem jest nanoszenie metalicznej warstwy pozwalającej zmienić właściwości powierzchni obrabianego elementu.

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. Powłoka cynkowa może być również łączona z innymi sposobami wykończenia. Jednym z nich jest kataforeza, która może stanowić kolejną warstwę zwiększającą ochronę antykorozyjną elementu,
• 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.