Широкое распространение цинковых покрытий в гальванической практике для защиты от коррозии изделий из чёрного металла объясняется их высокими защитными свойствами. Потенциал цинка отрицательнее потенциала чёрных металлов (стали, железа, чугуна), т. е. цинк для указанных выше металлов является анодным покрытием и защищает их от коррозии электрохимически. Защитные свойства таких покрытий сохраняются даже при малой толщине слоя, а также при наличии в нём пор или обнажённых участков.

Важную роль играет также низкая стоимость цинка по сравнению со многими цветными металлами.

Скорость разрушения цинкового покрытия составляет примерно 1,0–1,5 мкм год для местности, характеризующейся наличием в атмосфере значительных количеств сернистого и углекислого газов.

Значительное уменьшение скорости разрушения цинковых покрытий достигается специальной обработкой их в растворах солей хромовой кислоты, а также за счёт фосфатных и оксидных плёнок, образующихся в результате применения химических и электрохимических видов обработки цинкового покрытия.

Цвет покрытия (по ГОСТ 9.301-86) серебристо-белый или серебристо-серый с голубоватым оттенком. Допускаются незначительные радужные оттенки, если нет особых требований к декоративным свойствам покрытия. Детали с цинковым покрытием не являются бракованными если:

1) матовая поверхность после гидропескоструйной и металлпескоструйной очистки, галтования, травления;

2) потемнение или ослабление интенсивности цвета хроматного покрытия на деталях после термообработки;

3) более тёмный или более светлый оттенок хроматного покрытия в отверстиях и пазах, на внутренних поверхностях и вогнутых участках деталей сложной конфигурации, острых кромках, углах;

4) матовые полосы вокруг отверстий;

5) единые механические повреждения хроматного покрытия не более 2% общей площади;

6) изменение интенсивности цвета или потемнения после прогрева с целью обезводороживания и проверки прочности сцепления.

Практическое применение находят следующие способы нанесения цинковых покрытий:

1) погружение изделий в расплавленный цинк (горячий способ);

2) метод термической диффузии;

3) металлизация распылением металлом из пульверизатора;

4) контактный метод осаждения цинка;

5) электролитический метод.

Горячий способ покрытия заключается в том, что изделия погружают в ванну с расплавленным металлом или же нагретую поверхность деталей натирают расплавленным металлом.

К недостаткам этого способа следует отнести неравномерность толщины слоя и большой расход металла. Этот способ непригоден для деталей со сложной формой и резьбой.

Диффузионный способ нанесения основан на диффузии в поверхностные слои деталей какого-либо металла при высокой температуре. Диффузионные покрытия наносят при нагреве деталей в твёрдой (порошкообразной), жидкой или газообразной фазе металла.

Способ металлизации распылением заключается в нанесении на поверхность деталей слоя металла распылением расплавленного металла.

Способ контактного осаждения осуществляется без применения внешнего источника тока, за счёт вытеснения менее благородными металлами более благородных из растворов их солей. Толщина таких покрытий, как правило, невелика и защитные свойства их невысоки.

Электролитический метод цинкования. Хотя цинк в ряду напряжений стоит немного левее водорода (Е°= –0,76 В), однако осаждение его не встречает затруднений, что объясняется высоким значением перенапряжения выделения водорода на цинке. Благодаря этому в обычных условиях электролиза водород на катоде выделяется в незначительных количествах, и ток в основном расходуется на осаждение цинка.

Основными преимуществами электролитического метода цинкования являются:

1) высокая степень чистоты электролитически осаждённого цинка, зависящая главным образом от чистоты анодов и химикатов, применяемых для составления ванн;

2) высокая химическая стойкость цинковых покрытий, полученных электролизом, обусловленная чистотой осадка;

3) малый расход цинка, обусловленный возможностью точного регулирования количества отлагаемого цинка и толщины покрытия;

4) хорошие механические свойства покрытия (эластичность покрытия и хорошая сцепляемость с основой).

Цинковые покрытия, полученные электролитическим способом, отличаются также достаточно высокой стойкостью против коррозии в условиях тропического климата.

Как видно из вышенаписанного, электролитический метод нанесения цинкового покрытия является наиболее удовлетворяющим требованиям, которые предъявляются к покрываемой детали.

Так как на деталь необходимо нанести защитно-декоративное покрытие, то по ГОСТ 9.303-84 минимальная толщина покрытия должна составлять 6 мкм, а максимальная 9 мкм.

В таком случае будет наноситься цинковое покрытие Ц6.хр.бцв. со следующими свойствами (по ГОСТ 9.303-84):

1) Цинковое покрытие является анодным по отношению к стали ст3, и защищает её от коррозии до температуры 70 °С, при более высоких температурах – механически. Покрытие предотвращает контактную коррозию стали ст3 при сопряжении с деталями из алюминия и его сплавов; обеспечивает свинчиваемость резьбовых деталей.

2) Для повышения коррозионной стойкости цинковое покрытие хроматируют. Хроматирование одновременно улучшает декоративный вид покрытия. Хроматная плёнка механически непрочная.

3) Цинковое хроматированное покрытие теряет свой декоративный вид при условии периодического механического воздействия (прикосновение инструмента, рук и т. д.)

4) Электрохимическое цинкование вызывает потерю пластичности стали в результате её наводораживания. Стали с пределом прочности более 1380 МПа (140 кгс/мм2) цинкованию не подлежат.

5) Покрытие обладает прочным сцеплением с основным металлом, низким сопротивлением механическому истиранию и повышенной хрупкостью при температуре выше 250 °С и ниже минус 70 °С. покрытие обладает низкой химической стойкостью к воздействию продуктов, выделяющихся при старении органических материалов.

6) Микротвёрдость покрытия в среднем составляет 490–1180 МПа (50–120 кгс/мм2); удельное сопротивление при 18 °С составляет 5,75·10-8 Ом·м.

Для цинкования применяют три типа электролитов: кислые, щелочные цианистые и щелочные нецианистые (цинкатные).

Во всех этих электролитах цинк находится в виде двухвалентных ионов.

Из кислых электролитов цинк выделяется в результате разряда на катоде двухвалентных ионов цинка:

ZnSO4 = Zn2+ + SO42-, (3.1)

Zn2+ + 2e = Zn. (3.2)

На разряд ионов цинка расходуется почти весь ток, так как выделение водорода ничтожно мало. Убыль ионов цинка из растворов компенсируется растворением анодов. Последнее протекает без выделения кислорода.

Протекание указанных электродных процессов на практике несколько нарушается из-за присутствия в электролите примесей, выделение которых наряду с выделением водорода несколько снижает катодный выход по току.

Кроме того, наряду с чисто электрохимическим растворением анодов происходит частичное химическое растворение цинка благодаря присутствию в растворе некоторого количества свободной кислоты.

Оба эти процесса – разряд посторонних катионов и химическое растворение анодов – изменяют коэффициенты использования тока на электродах и требуют периодической корректировки электролита.

Рассеивающая способность кислых электролитов весьма низкая.

Сульфатный электролит содержит (г/л):

ZnSO4·7H2O…………………………… …………………… …… 200-300

Al2(SO4)3·18H2O…………………………………………………… ………30

Na2SO4·10H2O……………………… ……….…….…………………50-100

Блескообразующая добавка…………………….………………………1-5

Процесс ведётся при 18–25 °С и при рН=3,5–4,5. Плотность тока в перемешиваемых ваннах составляет от 2 до 10 А/дм2 и выше.

Сульфатные ванны, несмотря на целый ряд преимуществ (устойчивость в работе, высокий выход металла по току, отсутствие в составе электролита ядовитых веществ), применяются главным образом для цинкования изделий простой конфигурации (листов, ленты, проволоки и т. п.) )