Цинк нержавеющая сталь

Когда слышишь 'цинк нержавеющая сталь', первое, что приходит в голову — гальваническое покрытие. Но в реальности всё сложнее. Многие до сих пор путают цинкование нержавейки с обычной оцинковкой, а ведь это принципиально разные процессы. Вот на этом подводном камне мы в ООО Чжэньцзян Синшэн Стальное Литье споткнулись лет пять назад, когда получили заказ на кронштейны для портовых кранов.

Почему цинк и нержавейка — не всегда удачный тандем

История с теми кронштейнами — классический пример. Заказчик требовал нержавеющая сталь AISI 304 с цинковым покрытием 'для надёжности'. Мы тогда молодостью погрешили — сделали по ТУ, не вдаваясь в физико-химические нюансы. Результат? Через полгода эксплуатации в морской атмосфере — точечная коррозия в местах микротрещин покрытия. Оказалось, при повреждении цинкового слоя возникает гальваническая пара, где нержавейка работает как катод, а цинк — как жертвенный анод. Но в агрессивной среде это даёт обратный эффект.

Сейчас при заказе компонентов для нефтехимического оборудования мы всегда уточняем условия эксплуатации. Если речь о температурных перепадах (например, для теплообменников), цинкование вообще противопоказано — при нагреве выше 200°C начинается межкристаллитная коррозия. Лучше использовать пассивацию или электрополировку.

Кстати, для судовых насосов мы вообще отказались от цинкования в пользу газотермического напыления. Да, дороже на 15-20%, но срок службы в солёной воде увеличивается втрое. Проверили на партии импеллеров для насосов ЦНС-180 — после двух лет эксплуатации покрытие сохранило целостность.

Когда цинкование нержавейки оправдано

В дорожно-строительной технике, где абразивный износ сочетается с атмосферными воздействиями, цинк-нержавеющие комбинации работают неплохо. Например, для креплений отвалов бульдозеров используем нержавеющая сталь 420 с цинкованием методом шерардизации. Толщина покрытия 25-40 мкм, после — хроматирование. Важно не превышать температуру процесса 400°C, иначе теряются антикоррозийные свойства основы.

Для лесозаготовительной техники (ножи харвестеров) пробовали разные варианты. Цинкование электролитическое показало себя хуже всего — покрытие 'сползало' при работе с мерзлой древесиной. Термодиффузионное дало лучшие результаты, но увеличивало стоимость конечного продукта на 30%. В итоге остановились на локальном цинковании только режущих кромок.

Интересный случай был с заказом от металлургического комбината — требовались направляющие ролики для прокатного стана. Температура +80°C, постоянный контакт с водой эмульсии. После испытаний шести прототипов выбрали вариант с цинк-никелевым покрытием на нержавейке 316L. Ключевым оказался контроль pH эмульсии — при значениях ниже 6.5 начиналось отслоение.

Технологические тонкости, которые не пишут в ГОСТах

При цинковании нержавеющая сталь мартенситного класса (типа 420) нужно контролировать скорость охлаждения — если после процесса сразу на воздух, появляются микротрещины. Мы охлаждаем ступенчато: сначала до 150°C в печи, потом естественным образом. Для аустенитных сталей (304, 316) критична подготовка поверхности — обычное травление не подходит, нужна электролитическая активация.

Частая ошибка — нанесение цинка на шлифованную поверхность. Адгезия будет низкой, даже при использовании активаторов. Мы перед цинкованием всегда делаем пескоструйную обработку с корундом фракции 80-120 мкм. Да, это увеличивает время подготовки на 20%, но зато покрытие держится годами.

Для ответственных узлов (например, в портовом хозяйстве для такелажных систем) мы используем комбинированное покрытие: сначала меднение, потом цинкование. Медь дает дополнительную защиту от подплёночной коррозии. Проверяли на образцах в условиях морского тумана — срок до первого коррозионного очага увеличился с 18 до 42 месяцев.

Альтернативы, которые мы испытывали

Кадмирование — даёт прекрасные результаты, но экологические ограничения делают его малоприменимым. Из современных методов стоит отметить цинк-алановые композиции, но их стоимость пока слишком высока для серийного производства.

Для компонентов металлургического оборудования, работающих при высоких температурах (до 600°C), мы тестировали диффузионное алитирование. Защитные свойства хорошие, но процесс требует специального оборудования. В ООО Чжэньцзян Синшэн Стальное Литье пока не внедрили эту технологию массово — только штучные заказы.

Интересный опыт получили с газотермическим напылением цинка на нержавейку для деталей судовых насосов. Покрытие получается пористым, требует обязательной пропитки полимерными составами. Зато выдерживает кавитацию лучше, чем гальванические покрытия.

Практические рекомендации для инженеров

При проектировании соединений из разнородных материалов помните о электрохимическом ряде напряжений. Если нержавеющая сталь контактирует с оцинкованной сталью в присутствии электролита (дождевая вода, конденсат), нержавейка будет катодом, а цинк — анодом. Это приводит к ускоренной коррозии цинкового покрытия.

Для крепёжных элементов в портовом хозяйстве мы рекомендуют использовать изолирующие прокладки — например, из паронита или фторопласта. Это простое решение увеличивает срок службы соединений в 2-3 раза.

При выборе толщины цинкового покрытия учитывайте не только условия эксплуатации, но и возможность механических повреждений при монтаже. Для гаек и болтов, которые будут затягиваться с большим моментом, лучше ограничиться 8-12 мкм, иначе покрытие сминается.

Что в итоге

Цинкование нержавеющей стали — не панацея, а инструмент, который нужно применять с пониманием физико-химических процессов. В некоторых случаях оно действительно продлевает срок службы, в других — может его сократить.

За 12 лет работы в ООО Чжэньцзян Синшэн Стальное Литье мы накопили достаточно статистики, чтобы давать обоснованные рекомендации. Главное — не слепо следовать ТУ, а анализировать реальные условия работы детали. Часто достаточно правильной термической обработки или выбора другой марки стали, чтобы решить проблему без дополнительных покрытий.

Сейчас, кстати, всё чаще возвращаемся к классическим решениям — для многих применений в дорожно-строительной технике обычная углеродистая сталь с качественным цинкованием показывает себя лучше, чем нержавейка с покрытием. Дешевле, надёжнее, проще в ремонте. Но это уже тема для отдельного разговора.