Galwanizacja

Galwanizacji jest działanie z części osłonowej z warstwą cynku w celu ochrony przed korozją . Uważa się, że zabieg jest antykorozyjny . Słowo to pochodzi od nazwiska wynalazcy Luigiego Galvani (1737-1798), włoskiego fizyka i lekarza, który odkrył galwanizm na6 listopada 1780.

W przemyśle termin ten zasadniczo odnosi się do procesów „ cynkowania ogniowego ”   .

Wprowadzenie

Historia

Pierwsze patenty na cynkowanie ogniowe (poprzez zanurzenie wszystkich elementów) pochodzą z lat czterdziestych XIX wieku . Francuski inżynier Stanislas Sorel uzyskuje patent na10 maja 1837 r.dla tej metody cynkowania ogniowego. W 1837 roku niemiecki fizyk i inżynier naturalizował Rosjanina Moritza Hermanna von Jacobiego, który odkrył galwanizację w Sankt Petersburgu . W 1854 r. przemysłowiec i chemik Léopold Oudry stworzył warsztat elektrochemiczny w Auteuil przy rue Cuissard 10 (dziś rue Félicien David). Udaje mu się trwale miedziować małe części, a następnie, modyfikując swój proces, uzyskuje porządek miedziowania galwanicznego wszystkich obiektów i pomników z żeliwa w mieście Paryż, aw szczególności kilku fontann.

Zasada chemiczna

Zasada polega na ochronie katodowej przez anodę protektorową  :

Różne procesy

Do cynkowania części można zastosować kilka procesów przemysłowych:

Należy zauważyć, że niezależnie od wybranego procesu, część do galwanizacji musi być najpierw oczyszczona (ze smaru, tlenków, zgorzeliny , kurzu itp.), w przeciwnym razie cynk będzie mocno (lub wcale) osadzał się na częściach. "brudne" części, przez co galwanizacja jest nieefektywna.

Cynkowanie na gorąco

Cynkowania ogniowego , lub bardziej precyzyjnie „zanurzeniowego cynkowania na gorąco” jest techniką przemyśle metalurgii , który jest wykorzystywany w celu ochrony przed korozją kawałek stali z cynkiem . Proces ten nadaje powłoce ochronnej przyczepność, nieprzepuszczalność i wytrzymałość mechaniczną. Mówi się, że część poddana galwanizacji jest ocynkowana .

Zasady chemiczne

Cynkowanie ogniowe polega na powlekaniu i spajaniu stali cynkiem poprzez zanurzenie stali w kąpieli stopionego cynku o temperaturze około 450  °C.

Proces ten polega nie tylko na osadzeniu cynku na kilku mikrometrach na powierzchni stali. Powłoka cynkowa jest chemicznie związana ze stalą bazową, ponieważ zachodzi metalurgiczna reakcja dyfuzji pomiędzy cynkiem a żelazem lub stalą do 450  °C . Gdy stal jest usuwana z kąpieli cynkowej, na jej powierzchni utworzyło się kilka warstw stopów cynk-żelazo, na których zestala się zawarty w niej cynk. Te różne warstwy stopów , z których niektóre są twardsze niż stal podstawowa, mają coraz większą zawartość cynku, im bliżej powierzchni powłoki. Obróbka musi być zgodna z normą ISO 1461 („Powłoki cynkowane ogniowo na gotowych produktach żeliwnych i stalowych”).

W 2014 roku we Francji istniało około 55 zakładów przemysłowych zajmujących się cynkowaniem ogniowym. Galwanizują około 600 000 ton stali rocznie, z czego 45% przeznaczone jest na budynki ( ramy , metaloplastyka , elementy balustrad itp.). Inne zastosowania odnoszą się do ulicznej mebli ( oświetlenia publicznego , oznakowanie , bariery i zderzeniowych barier ), energetyki, transportu (w tym sieci trakcyjnej przewoźników) i różnych podporach, w szczególności w basenach lub na morzu, tj. W szczególnie nieprzyjemny wilgotne i / lub chloru - zawierające zakłady uzdatniania wody lub oczyszczalnie ścieków lub budynki inwentarskie w kwaśnej atmosferze.

Proces cynkowania ogniowego wyrobów gotowych (kontrakt)

Nakładanie powłoki cynkowej przez cynkowanie nie ogranicza się do zanurzenia części stalowej w kąpieli stopionego cynku. Galwanizacja gotowych wyrobów odbywa się etapami.

Proces aplikacji

Cynkowanie wyrobów gotowych składa się z 8 głównych etapów:

Średnio do ochrony tony stali przed korozją potrzeba od 60 do 70 kilogramów cynku. Poniższy rysunek przedstawia różne etapy cynkowania gotowych produktów.

Ochrona przed korozją wykraczająca poza zwykłe osadzanie cynku

Cynkowanie ogniowe to nie tylko osadzanie cynku na powierzchni stali. Powłoka cynkowa jest metalurgicznie związana ze stalą bazową, ponieważ zachodzi metalurgiczna reakcja dyfuzji między cynkiem a żelazem.

Gdy stal jest usuwana z kąpieli, na jej powierzchni utworzyło się kilka warstw stopów cynk-żelazo, na których zestala się zawarty w niej cynk. Te różne warstwy stopów, które są twardsze niż stal podstawowa, mają coraz większą zawartość cynku, im bliżej powierzchni powłoki.

Tak więc ta specyfika związana z procesem cynkowania zapewnia powłoce ochronnej przyczepność, nieprzepuszczalność i odporność mechaniczną .

Ponadto grubość tej powłoki jest większa niż grubość uzyskana innymi technikami ochrony.

Technika oparta na odpowiednim doborze stali

Powłoka części ocynkowanej ogniowo (grubość, struktura i wygląd) różni się głównie w zależności od składu stali. Zawartość krzemu i fosforu odgrywa ważną rolę w jego reaktywności w stosunku do ciekłego cynku.

Stąd tak ważny jest wybór odpowiedniej stali do galwanizacji. Norma NF A 35-503 (2008) definiuje 3 kategorie stali nadających się do cynkowania, w zależności od zawartości tych dwóch pierwiastków.

Stale kategorii A i B są zwykle reaktywne: po cynkowaniu mają piękny jednolity wygląd o grubości co najmniej zgodnej z normą NF EN ISO 1461.

AFNOR NF 35-503 Standard: O czym należy pamiętać  :

Aspekt Odporność mechaniczna powłoki Masa powlekająca posługiwać się
Kot. W Doskonały Doskonały Standard, spełnia minimum normy Badania estetyczne i antykorozyjne
Kot. b Dobrze Dobrze Standard, generalnie powyżej minimum standardu Badania korozji i prawidłowy wygląd
Kot. VS Droga Średni Silniejszy - do agresywnych środowisk Optymalne poszukiwanie ochrony

Te elementy mają charakter wyłącznie orientacyjny.

Stale kategorii C są bardziej reaktywne: ich wygląd po cynkowaniu jest bardziej matowy, z możliwością marmurkowania lub szorstkich szarych obszarów, bez wpływu na odporność na korozję. Grubości sięgają od 120 do 200 mikronów, a nawet więcej. Mogą przekraczać 200 mikronów w przypadku części wymagających dłuższego czasu zanurzenia.

(*) Klasyfikacja stali według zawartości krzemu i fosforu

Element% Kategoria A Kategoria B Kategoria C
tak ≤ 0,030 ≤ 0,040 0,14 ≤ Si ≤ 0,25
Jeśli +2,5 P ≤ 0,090 ≤ 0,110 -
P - - ≤ 0,035

Po uzgodnieniu z zamówieniem można przeprowadzić analizę produktu.

Przemysłowy proces cynkowania (tylko do cynkowania ciągłych kręgów stalowych)

Schemat

Rozbiórki

Aby ocynkować część, musi być nienaganna i wolna od brudu ( zgorzeliny , tłuszczu ). W celu wytrawiania stosuje się dwie główne metody: trawienie kwasem ( chlorowodorowym lub siarkowym ) oraz śrutowanie:

Cynkowanie i kondycjonowanie (tylko do cynkowania ciągłego)

Ciągłe linie cynkowania ogniowego składają się z:

Charakterystyka części ocynkowanych ogniowo

Grubość tej powłoki jest większa niż uzyskana innymi technikami ochrony. Na przykład dla norm EDF / SNCF we Francji grubość powłoki cynkowej wynosi 70 µm. Norma EN ISO 1461 narzuca minimum 55  µm dla stali o grubości od 1,5 do 3  mm , 70  µm dla stali o grubości od 3 do 6  mm oraz 85  µm dla stali o grubości większej do 6  mm .

Właściwość protektorowa galwanizacji jest ważnym czynnikiem przy wyborze tego procesu. Rzeczywiście, jeśli metal jest odsłonięty na części ocynkowanej ogniowo, reakcja między żelazem (Fe + ) i cynkiem (Zn - ) zapewnia, że ​​część pod napięciem zostanie zagojona przez osadzanie soli cynku.

Amerykański galwanizator Stowarzyszenie daje odporność na korozję metali galwanizowanych:

Po pracach przeprowadzonych przez stowarzyszenie Galvazinc znajdziesz dwie tabele, które wskażą żywotność i spodziewaną szybkość korozji w zależności od różnych środowisk, którym może być narażona stal ocynkowana:

Cynkowanie na zimno nie istnieje

Jest to mylące określenie cynkowania galwanicznego . Termin ten jest często używany dla farb w aerozolu, które często zawierają proszek aluminiowy lub proszek cynkowy w bardzo małych ilościach. W tym systemie nie dochodzi do powstania związku międzymetalicznego, czyli reakcji (mieszaniny) między żelazem a cynkiem. Inne gałęzie przemysłu mogą również używać tego terminu dla osadów cynku w procesie elektrolitycznym zwanym galwanizacją elektrolityczną.

Galwanizacja przez wirowanie

Generał

Cynkowanie ogniowe ma takie zalety, że jego zakres będzie się rozwijać. Coraz więcej części o małych wymiarach (łączniki, śruby, pręty gwintowane itp.) jest cynkowanych ogniowo.

Techniką wykorzystywaną do tego typu produkcji jest cynkowanie odśrodkowe, zwane również cynkowaniem wirowym.

Procesy

Zamiast wieszać na zespołach lub podwieszać pod huśtawkami, galwanizowane części są umieszczane w partiach w koszach i odwirowywane na wylocie kąpieli cynkowej. Zalety wirowania  :

Szerardyzacja

Shérardisation to metoda wymyślona przez Sherard Cowper Cowles na początku XX th  wieku. Ten antykorozyjny proces termochemiczny polega na dyfuzji i wnikaniu cynku w stal. Szerardyzacja umożliwia otrzymanie powłoki typu stop żelazo-cynk z dwóch warstw stopu żelazo-cynk, częściowo rozproszonej warstwy gamma zawierającej od 21 do 28% żelaza oraz zwartej warstwy delta zawierającej 8 do 10% żelaza.

Proces

Podczas szerardyzacji części w fazie stałej są podgrzewane od 380 do 450  ° C w zamkniętym pudełku animowanym przez powolny obrót w obecności proszku cynkowego i materiału obojętnego. Stale węglowe niestopowe, stale HR, materiały spiekane, żelazo i żeliwo bardzo dobrze nadają się do szerardyzacji.

Można przeprowadzić kilka postprocessingu:

Aplikacje

Szerardyzacja jest obróbką antykorozyjną i przeciwścierną, spełnia wiele zastosowań w przemyśle:

Korzyści

Szerardyzacja ma następujące zalety:

Aspekty środowiskowe

Według Galvazinc Związku (związki ocynkowni), to EcoBalance materiału jest interesujące, ponieważ cynkowanie ogniowe, ale zużywa energii i chemikaliów, jest „w porównaniu z innymi procesami przeciwkorozyjne, takie jak farby, energicznie dwukrotnie bardziej ekonomiczny, ponad uważane żywotność 60 lat […] dzięki całkowitemu brakowi niezbędnej konserwacji obrabianych części, bez konieczności malowania co 15 lat  ” .
Żywotność części ocynkowanych byłaby również dłuższa, szczególnie w najbardziej agresywnych środowiskach. Na zjawisko korozji będzie miało wpływ pięć parametrów: temperatura, wilgotność, wielkość opadów, stężenie zanieczyszczeń (typu SO 2 ) oraz poziom chloru. „W zależności od lokalizacji agresywność atmosfery może skrócić o połowę żywotność pomieszczenia”. Zawsze możliwa byłaby obróbka miejscowa na bazie specjalnej farby duplex, aby przedłużyć żywotność eksponowanych elementów o dziesięć lat.

Źródła

Definicja ta pochodzi ze strony francuskiego stowarzyszenia zajmującego się rozwojem cynkowania GALVAZINC ( norma ISO 1461 ) oraz ze strony specjalisty cynkowania Galva Union SA . Ta strona oferuje również filmy wideo na temat procesów cynkowania dostępne w bibliotece multimediów witryny; zobacz w szczególności wideo cynkowanie ogniowe metodą wirowania . Zobacz także stronę grupy PRESTIA (członek Galvazinc) i Galva Atlantique (członek Galvazinc).

Uwagi i referencje

  1. Gallica, „  Nowe odkrycie opatentowane przez 15 lat. : Proces Sorela do galwanizacji żelaza  ” , na gallica.bnf.fr (konsultacja 20 lutego 2020 r . ) .
  2. Batiactu, galwanizacja, proces przemysłowy sprzed ponad stu lat, ale wciąż aktualny
  3. Hubert Demory, „  The secrets of Monsieur Oudry  ” , na mapage.noos.fr (dostęp 19 lutego 2020 r . ) .
  4. http://www.chardon-couchoud.fr/zinc_electrolytiques.html
  5. http://www.progalva.be/documents/bijlagen/tf-20-la-galvanisation-a-chaud-et-la-protection-cathodique.pdf
  6. http://galvazinc.com/la-galvanisation/le-zinc/technologies-et-proc%C3%A9d%C3%A9s.html
  7. http://www.arcelormittal.com/sections/fileadmin/redaction/pdf/Brochures/Galvanisation_FR.pdf
  8. "  Galwanizacja przez wirowanie - GALVA UNION specjalista w zakresie cynkowania  " , o Galwanizacji i malowaniu proszkowym GALVA UNION ( dostęp 15 sierpnia 2020 ) .
  9. Wywiad z Ludovicem Néelem (Galvazinc) przeprowadzony przez batiactu , czerwiec 2012

Zobacz również

Bibliografia

Powiązane artykuły

Linki zewnętrzne