Mạ kẽm kim loại: công nghệ, thiết bị

2024 Tác giả: Howard Calhoun | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-02 14:05

Mạ kẽm là một cách hiệu quả và rẻ tiền, và do đó là một cách phổ biến để bảo vệ kim loại đen khỏi bị ăn mòn. Thông thường nó được sử dụng trong sản xuất phần cứng và ốc vít, cũng như lưới thép.

Phương pháp tráng kẽm

Mạ chống ăn mòn được thực hiện theo nhiều cách khác nhau và tuổi thọ của lớp phủ phụ thuộc vào độ dày của lớp bảo vệ.

Phương pháp phủ phụ thuộc vào đặc tính yêu cầu của nó, kích thước của sản phẩm, điều kiện để sản phẩm hoạt động thêm.

Phương pháp đơn giản nhất và tiên tiến nhất về mặt công nghệ, nhưng không đủ khả năng chống lại ứng suất cơ học của lớp bảo vệ, là mạ kẽm lạnh sử dụng sơn lót, có chứa một lượng lớn bột kẽm phân tán cao.

Về khối lượng sản xuất mạ, mạ kẽm nhúng nóng chiếm vị trí thứ hai. Lớp phủ thu được theo cách này có chất lượng cao và bền, nhưng không an toàn với môi trường, vì kẽm được sử dụng, và cần một lượng điện lớn để duy trì nhiệt độ của nó dưới 500 ° C, các phương pháp chuẩn bị bề mặt hóa học.

Rất giống với mạ kẽm nhúng nóng hơnphương pháp công nghệ, nhưng kém hiệu quả hơn về sự lắng đọng khuếch tán nhiệt của một lớp bảo vệ. Nó được sử dụng khi yêu cầu cao về độ dày và bề ngoài của lớp phủ.

Một phương pháp mạ kẽm khác là phun nhiệt bằng khí, được sử dụng để bảo vệ các sản phẩm và cấu trúc có kích thước lớn mà đơn giản là không thể đặt trong bồn tắm.

Mạ kẽm không có nhiều nhược điểm của các phương pháp phủ khác và có những mặt tích cực của nó.

Ưu điểm của mạ kẽm

Mạ kẽm bằng phương pháp điện phân là phương pháp phổ biến nhất.

Ưu điểm chính mà kim loại mạ kẽm được sử dụng là mức độ bảo vệ cao của bề mặt vật liệu khỏi bị ăn mòn. Một lớp kẽm mỏng làm tăng tuổi thọ của sản phẩm lên nhiều lần và do đó giảm chi phí bảo trì và thay thế chúng.

Lớp phủ đều, không bị vệt và xuống màu, giữ nguyên hình dạng và kích thước của sản phẩm. Bạn có thể áp dụng nó cho các đối tượng có hình dạng bất kỳ, ngay cả những hình dạng phức tạp nhất.

Lớp phủ trang trí mịn và sáng bóng không cần xử lý thêm trong hầu hết các trường hợp.

Ngoài ra, bản thân quy trình mạ kẽm đòi hỏi ít chi phí và các đơn vị mạ kẽm có năng suất cao.

Nhược điểm của mạ kẽm

Phương pháp phủ lớp bảo vệ bằng phương pháp điện phân không phải là không có nhược điểm.

Nhược điểm chính làđộ bám dính của kẽm với kim loại thấp, do đó bề mặt của sản phẩm phải được làm sạch cẩn thận.

Nhược điểm là còn hình thành chất thải độc hại trong quá trình phủ, cần phải làm sạch nghiêm túc.

Không tuân thủ các chế độ có thể dẫn đến việc làm đầy hydro của kim loại cơ bản, dẫn đến sự dễ vỡ của bản thân sản phẩm và vi phạm chất lượng của lớp phủ.

Nguyên lý hoạt động

Mạ kẽm dựa trên nguyên tắc tác dụng bảo vệ, được xác định bằng sự khác biệt về thế điện hóa của kẽm và sắt. Vì kẽm có thế điện hóa thấp hơn, nên lớp phủ của nó là lớp bảo vệ hy sinh đối với kim loại đen. Tức là trong môi trường ẩm ướt, chính anh ta là người bị ăn mòn điện hóa.

Khi sắt bị oxi hóa, oxit được tạo thành có khối lượng lớn hơn kim loại ban đầu. Màng oxit trở nên lỏng lẻo và truyền oxi đến kim loại vẫn chưa bị oxi hóa. Và trên kẽm, trong quá trình oxy hóa, màng tạo thành mỏng và dày đặc, nó không cho oxy vào sâu bên trong kim loại, bảo vệ không chỉ lớp phủ mà còn bảo vệ kim loại cơ bản bên dưới.

Các loại mạ kẽm

Mạ kẽm là công nghệ điện phân, tức là quá trình oxy hóa khử điện hóa trong chất điện phân dưới tác dụng của dòng điện một chiều.

Theo thành phần của chất điện phân, xi mạ kẽm được chia thành ba loại: axit, xyanua và kiềm.

Phương pháp tráng kẽm được sử dụng phổ biến nhất trong môi trường có tính axit nhẹchất điện phân, đặc biệt đối với các bộ phận bằng gang và thép có cấu hình phức tạp. Các sản phẩm được làm bằng thép cacbon và thép hợp kim với kiểu mạ này ít bị hiện tượng lún hydro hơn và hình thức bên ngoài rất đẹp, với hiệu ứng trang trí tuyệt vời với nhiều màu sắc.

Bảo vệ mạ kẽm bổ sung

Hiệu quả bảo vệ của lớp phủ kẽm phụ thuộc vào độ dày của nó, chỉ 5 micron khi được mạ điện và bản chất của chất điện phân.

Trong một số trường hợp, các đặc tính bảo vệ của lớp phủ kẽm được tăng cường bằng cách thụ động hóa, phốt phát hóa hoặc sơn.

Thụ động hóa (mạ crôm) - xử lý hóa học các sản phẩm trong dung dịch có axit cromic hoặc muối của nó, do đó các màng crômatit được hình thành trên bề mặt. Quá trình này không nâng cao quá nhiều đặc tính bảo vệ như quá trình trang trí, vì kết quả là độ bóng của lớp phủ được nâng cao và nó có thể được sơn với nhiều màu sắc khác nhau.

Khi phốt phát hóa (xử lý bằng muối axit photphoric) của các sản phẩm mạ kẽm, một lớp màng phốt phát được hình thành trên bề mặt. Sau khi phốt phát hóa, sơn vẫn có thể được áp dụng.

Các giai đoạn mạ kẽm

Trong sản xuất, mạ kẽm bao gồm một số quy trình công nghệ, mỗi quy trình được hoàn thành bằng cách rửa bằng nước trong bồn chảy hoặc phương pháp rửa bằng bàn chải.

Đầu tiên, sản phẩm được làm sạch hoàn toàn rỉ sét, cáu cặn, dầu mỡ quá trình xử lý, cặn nước làm mátchất lỏng hoặc sơn và được tẩy dầu mỡ trong dung dịch kiềm. Sau đó, quá trình khử dầu bằng điện phân diễn ra.

Sau đó, chúng được ngâm trong dung dịch nước của axit clohydric, trong đó bề mặt cuối cùng được làm sạch mà không làm ảnh hưởng đến lớp bề mặt và nó được chặt đầu - kích hoạt trước khi áp dụng lớp phủ kẽm. Chỉ sau đó mới là mạ kẽm thực sự.

Sau đó, nếu cần, các sản phẩm được làm sạch và làm sạch màng oxit trong dung dịch nước của axit nitric, sau đó được photphat hóa, thụ động hóa và làm khô.

Khi mạ các sản phẩm khác nhau, các thao tác bổ sung có thể được thực hiện. Ví dụ: một dải không được buộc trước khi mạ kẽm, các đầu được hàn, làm thẳng và sau khi nó được bôi dầu và quấn lại.

Thiết bị mạ kẽm

Dây chuyền mạ kẽm là một trình tự cụ thể của quá trình tráng và bể công nghệ, trong đó lớp mạ kẽm một hoặc nhiều lớp với các đặc tính chức năng cần thiết được tạo ra.

Phù hợp với khối lượng sản xuất, các thiết bị có mức độ cơ giới hóa khác nhau được sử dụng. Tại các doanh nghiệp lớn đều lắp đặt các dây chuyền cơ giới hóa có điều khiển tự động. Có những dòng có điều khiển một phần hoặc toàn bộ bằng tay, cũng như những dòng nhỏ.

Dây chuyền mạ kẽm không chỉ bao gồm các bồn tắm. Nó bao gồm các hệ thống vận chuyển có thiết kế khác nhau, thiết bị xử lý nước thải,thiết bị phụ trợ, bao gồm các thiết bị để mạ kẽm, bộ phận gia nhiệt, bộ trao đổi nhiệt, thanh cực âm và cực dương.

Thiết bị bổ sung bao gồm hệ thống thông gió, buồng sấy và tủ, thiết bị làm lạnh, bộ lọc, thiết bị sản xuất nước khử nước, máy bơm.

Điện giải mạ kẽm

Đối với mạ kẽm, tùy theo mục đích của sản phẩm mà sử dụng chất điện phân, được chia thành hai nhóm chính.

Chất điện phân, trong đó kẽm ở dạng ion đơn giản ngậm nước, được gọi là có tính axit đơn giản. Đây là các dung dịch hydroboric, sunfat và clorua.

Chất điện phân có tính axit và kiềm phức tạp chứa kẽm ở dạng ion phức mang điện tích âm và dương. Đây là amoniac, pyrophosphat, xyanua và các dung dịch khác.

Loại chất điện phân được sử dụng chủ yếu quyết định tốc độ lắng đọng và sau đó là chất lượng của cặn kẽm trên sản phẩm (cực âm).

Từ chất điện phân phức tạp, kẽm lắng xuống catốt với khả năng tán xạ ion cao. Khi mật độ dòng điện tăng lên, hiệu suất của kim loại giảm và năng suất của hiđro tăng lên.

Do đó, mạ kẽm trong chất điện phân phức hợp được thực hiện ở mật độ dòng điện thấp và lớp mạ có chất lượng rất cao, hạt mịn và đồng nhất.

Trong các chất điện phân đơn giản có tính axit nhẹ, quá trình mạ kẽm, kể cả ở nhà, diễn ra với mật độ dòng điện cao, với tốc độ cao hơn so với khi sử dụng các dung dịch phức tạp. Sự xuất hiện của các sản phẩm là tốt, nhưnglớp phủ có chất lượng không cao và chỉ phù hợp với các sản phẩm có hình dạng khá đơn giản.

Mạ kẽm

Quy trình công nghệ mạ kẽm trực tiếp diễn ra trong bể có điện phân. Các sản phẩm làm bằng kim loại đen được đưa vào trong đó một dòng điện (cực âm) được cung cấp qua các điện cực đặc biệt và kẽm nguyên chất ở dạng quả bóng hoặc tấm được đặt trong các phần lưới đặc biệt (cực dương).

Trong phản ứng điện hóa, dưới tác dụng của dòng điện có mật độ từ 1 đến 5 A / dm, kẽm sẽ hòa tan trong chất điện phân, sau đó các ion của nó đọng lại trên catot, tạo thành một lớp mạ dày 4-25 micron. lớp phủ.

Nhờ việc sử dụng công nghệ này mà các chốt (bu lông và đai ốc) có được một lớp phủ đồng nhất và sáng bóng.

Dây chuyền mạ kẽm tự động

Dây chuyền mạ kẽm hiện đại là dây chuyền hoàn toàn tự động, thực hiện tất cả các công đoạn sơn phủ, bao gồm hàn và tẩy dầu mỡ chất lượng cao của sản phẩm cho các mục đích và cấu hình khác nhau.

Dây chuyền tự động thường bao gồm một bộ bồn tắm mạ điện công nghệ, bộ chỉnh lưu mô-đun, giá xếp / dỡ hàng, thiết bị vận chuyển, thiết bị thông gió thải, cấp nước và xử lý nước thải, khung kim loại với thang dịch vụ.

Bồn tắm mạ điện có thể được làm bằng thép không gỉ, thép lót nhựa hoặc cao su. Các bồn tắm hiện đại, được hàn từ các tấm polyme, ngày càng thay thế các thùng chứa kim loại. Việc lựa chọn vật liệu làm bồn tắm phụ thuộc vào thành phần và nồng độ của chất điện phân và nhiệt độ hoạt động.

Thông tin liên lạc của hệ thống cấp thoát nước và trong hầu hết các trường hợp, hệ thống thông gió được đặt dưới các bồn tắm và cũng được làm bằng polypropylene.

Kích thước của dây chuyền được xác định bởi năng suất của nó và kích thước của bể mạ điện.

Mạ kẽm xảy ra với sự hình thành nước thải có nồng độ các ion kim loại nặng cao. Do đó, chúng được bảo vệ, lọc, trung hòa, kết tủa hóa học, hấp thụ và các quá trình khác được sử dụng trong các thùng chứa làm bằng polyme kỹ thuật.

Mạ kẽm điện phân tại nhà

Mạ kẽm do chính tay mình sản xuất bắt đầu từ khâu chọn nguyên liệu. Chất điện phân có thể là dung dịch kẽm clorua và axit clohydric trong nước cất. Đây được gọi là axit hàn, thường được sử dụng tại nhà. Những người thợ thủ công ngâm kẽm trong pin axit sulfuric và nhận được chất điện phân ZnSO_{4, nhưng quá trình này rất nguy hiểm, vì hydro gây nổ và nhiệt được giải phóng trong quá trình phản ứng. Trong mọi trường hợp không được có kết tủa của các tinh thể muối chưa tan trong chất điện phân.}

Kẽm nguyên chất có thể mua ở cửa hàng hóa chất hoặc chợ radio, hoặc có thể lấy từ pin muối hoặc cầu chì từ Liên Xô.

Galvanicbồn tắm có thể là một hộp thủy tinh hoặc nhựa. Giá đỡ cho cực dương và cực âm được lắp trong đó. Cực dương là một tấm kẽm được nối với một "dấu cộng" từ nguồn điện. Anode càng lớn thì lớp phủ trên catốt càng đồng đều, sản phẩm mà lớp phủ bảo vệ sẽ được áp dụng. Có thể có một số cực dương, chúng có thể được đặt xung quanh cực âm với khoảng cách như nhau sao cho bề mặt của nó được phủ kẽm đồng đều và đồng thời từ mọi phía. "Dấu trừ" của nguồn điện được nối với cực âm.

Ngay cả khi mạ kẽm được thực hiện tại nhà, công nghệ nhất thiết phải bao gồm làm sạch và tẩy dầu mỡ kỹ lưỡng của bộ phận, cũng như kích hoạt nó trong dung dịch axit.

Nguồn điện là ắc quy ô tô có đèn sợi đốt công suất thấp hoặc trong mạch tiêu thụ khác để cường độ dòng điện trong mạch thấp hơn, hoặc nguồn điện có điện áp ra không đổi. Điều chính là không được để chất điện phân sôi nhanh trong quá trình mạ kẽm.

Thực ra, hiện tượng mạ xảy ra khi cực dương và cực âm được hạ xuống chất điện phân và mạch điện được đóng lại. Quá trình diễn ra càng lâu, lớp kẽm trên sản phẩm càng dày.

Với sự trợ giúp của mạ kẽm, lớp phủ bảo vệ trên sản phẩm trở nên chính xác, đồng nhất và mịn, có tác dụng trang trí. Nó được sử dụng cả trong công nghiệp và gia đình, mặc dù thực tế là phải xử lý nước thải từ chất thải nguy hại cho môi trường.