Противотаранное устройство стоит на въезде круглый год. Летом на него воздействует жара и УФ-излучение, зимой реагенты, снег, перепады температур от −30 до +5 °С за сутки. Плюс постоянные механические нагрузки: удары колес, вибрация от проезда фур, абразивный износ. В таких условиях от антикоррозийной защиты зависит срок службы оборудования. Поэтому выбор технологии нанесения покрытия играет важную.
Горячее цинкование долгое время считалось стандартом. Но производители противотаранных устройств все чаще используют термодиффузионное цинкование. Эта технология кратно продлевает ресурс противотаранных устройств. Поэтому нужно разобраться, в чем шерардизация превосходит горячее цинкование и почему это важно для безопасности объекта.
Что такое термодиффузионное цинкование
Термодиффузионное цинкование – процесс насыщения поверхности стали цинком при температуре 290–450 °С в герметичной камере. Технология также известна как шерардизация. Такое название появилось в честь британского химика Шерарда Каупер-Коулса, который запатентовал ее еще в 1900 году.
Отличие метода заключается в том, что цинк не наносится на поверхность, он диффундирует вглубь металла. В результате образуется интерметаллический слой, в котором цинк и железо образуют монолитную кристаллическую структуру. Она не отслаивается, ее трудно повредить.
Толщина диффузионного слоя регулируется временем выдержки и температурой. Для противотаранных устройств стандартный диапазон – 15–110 мкм в зависимости от требований к уровню защиты.
Сравнение термодиффузионного цинкования с другими методами защиты
Наиболее распространены 3 технологии цинкования металлоконструкций:
- Горячее цинкование – деталь погружается в ванну расплавленного цинка при температуре около 450 °С. Толщина покрытия находится в пределах 45–200 мкм. Оно механически связано с металлом, но граница раздела остается.
- Гальваническое цинкование – электрохимическое осаждение цинка из раствора. Толщина слоя 6–30 мкм. Метод позволяет формировать равномерное по толщине покрытие, но оно отличается относительной низкой устойчивостью к механическим воздействиям.
- Термодиффузионное цинкование – диффузионное проникновение цинка в структуру металла на глубину 15–110 мкм. Четкой границы раздела нет, покрытие является частью самой детали.
Для противотаранных устройств различия методов защиты играют важную роль.
Максимально надежная адгезия
У напыления или нанесенного покрытия есть граница раздела «металл – цинк». На ней начинается разрушение при механическом воздействии. Удар, вибрация, истирание и покрытие начинает отслаиваться локально. Под отслоившимся участком начинается коррозия.
При термодиффузионном цинковании такой границы нет. Цинк интегрируется в кристаллическую решётку стали. И у защитного слоя градиентный состав:
- У поверхности сосредоточен почти чистый цинк.
- Глубже образуются интерметаллические фазы с нарастающей долей железа.
Адгезия диффузионного слоя превышает 3 000 Н/мм². При горячем цинковании этот показатель находится в диапазоне 600–900 Н/мм², а у гальванического – 200–400 Н/мм². Такое покрытие на противотаранном блокираторе держится долгие годы, не разрушается под воздействием химических реагентов, влаги или механической нагрузки.
Равномерная защита деталей сложной формы
Противотаранные устройства – сложные металлоконструкции с:
- резьбовыми отверстиями;
- внутренними полостями;
- сварными швами;
- труднодоступными пазами направляющих;
- острыми ребрами и углами.
Горячее цинкование не позволяет создавать равномерный слой на таких деталях. На углах и ребрах он получается более толстым, во внутренних полостях и резьбах он тонкий или его нет. Это приводит к образованию уязвимых мест там, где геометрия уже создает концентраторы напряжений.
При термодиффузионном цинковании процесс формирования защитного слоя протекает в газовой фазе. Активированный цинк проникает во все полости, на все поверхности независимо от ориентации детали. В результате формируется равномерный защитный слой. Отклонение по глубине проникновения цинка не превышает 15% даже во внутренних резьбах.
Это означает, что соединения после шерардизации сохраняют точность. Поэтому не нужно прогонять метчик или калибр. После горячего цинкования перед сборкой нужно обрабатывать до 70% резьбовых соединений.
Устойчивость к коррозии
Ресурс антикоррозийной защиты оценивается по результатам испытаний в камере соляного тумана. Это стандартный тест по ГОСТ Р 9.307 и ISO 9227.
Вот сравнение по времени до появления белой коррозии (продуктов цинка) и красной ржавчины (поражение стали) трех методов защиты:
- Гальваническое цинкование при толщине слоя 12 мкм. Белая ржавчина появляется через 48–96 часов, красная – через 240–500 часов.
- Горячее цинкование при толщине слоя 85 мкм. Белая ржавчина появляется через 500–700 часов, красная – через 1 500–2 000 часов.
- Термодиффузионное цинкование при проникновении порошка на глубину 60 мкм. Белая ржавчина появляется через 1 000–1 500 часов, красная – через 3 000–4 000 часов.
При равной толщине диффузионное покрытие превосходит, нанесенное горячим методом в 1,5–2 раза. Такое преимущество обусловлено тем, что интерметаллические фазы железо-цинк химически более инертны, чем чистый цинк, нанесенный горячим методом.
Для противотаранных устройств, которые подвергаются воздействию таких дорожных реагентов, как хлорид натрия, кальция, магния, это существенное преимущество. Хлориды ускоряют коррозию цинка. Но разрушить диффузионный слой значительно труднее, чем осажденный.
Механическая прочность покрытия
Противотаранные устройства постоянно подвергаются механическим нагрузкам. Каждый проезд автомобиля создает:
- удар при наезде на пандус;
- вибрацию при работе привода;
- циклические нагрузки на направляющие и сварные швы.
И тут нужно сравнить твердость (в единицах по шкале Виккерса) защиты, нанесенной разными способами:
- горячее цинковое покрытие – 40–70 HV;
- гальваническое – 70–100 HV;
- термодиффузионное – 250–400 HV.
Это означает, что диффузионный слой в 3–5 раз устойчивее к истиранию. Он остается целым там, где цинковое не выдерживает нагрузки.
Особенно хорошо это видно на направляющих блокиратора, которые подвергаются истиранию при каждом цикле подъема/опускания устройства. Наблюдения показали, что на объектах с интенсивным трафиком (более 300 проездов в сутки) горячее цинковое покрытие на направляющих изнашивается до критического уровня за 2–3 года, а термодиффузионное – через 7–9 лет.
Отсутствие водородного охрупчивания
Это технический нюанс, о котором редко говорят. Но для высоконагруженных деталей противотаранных устройств, таких как пружины, болты класса прочности 10.9 и выше, деталей привода он важен.
Гальваническое цинкование сопровождается выделением водорода в процессе электролиза. Он диффундирует в металл, накапливается на дефектах кристаллической решетки. Результатом становится снижение пластичности стали, из-за чего возрастает риск хрупкого разрушения под нагрузкой. Для деталей с высоким пределом прочности (более 1 000 МПа) это реальная угроза.
Термодиффузионное цинкование проводится в сухой порошковой среде без электролиза. Поэтому водородного охрупчивания нет, и высокопрочные детали сохраняют расчетные механические характеристики.
Термодиффузионное цинкование противотаранных устройств — технологически обоснованное решение для оборудования, которое работает в условиях постоянных механических нагрузок, воздействия агрессивных химикатов и перепадов температур.