Толщина цинкового покрытия: нормы ГОСТ для разных способов цинкования

От чего зависит толщина цинкового покрытия

Цинк защищает сталь от коррозии электрохимически: он активнее железа и корродирует сам, пока не израсходуется весь слой. Поэтому срок службы и долговечность цинкового покрытия почти пропорциональны его толщине. Какую толщину можно получить и какая нужна, зависит от четырёх факторов:

1. Способ нанесения цинка. Гальваническое покрытие осаждают током из электролита слоем в микрометры, горячее растёт в расплаве цинка до десятков микрометров, напыление даёт сотни микрометров.
2. Условия эксплуатации. В отапливаемом помещении хватает 6 мкм, на открытом воздухе без окраски нужно 15 мкм гальванического цинка или горячее покрытие.
3. Материал и толщина детали. При горячем цинковании на толстом металле и стали с кремнием покрытие получается толще; для чугуна и высокопрочной стали выбор способа ограничен.
4. Конструкция детали. Резьба, посадки и точные размеры ограничивают толщину сверху: горячий цинк заплывает витки, а гальванический слой учитывают в допуске.

Как устроен каждый способ, чем он хорош и где не подходит — в статье о методах цинкования. Здесь — только толщина: нормы, классы, перевод единиц и контроль.

Толщина гальванического цинкового покрытия

Для гальванического цинкования толщину выбирают по ГОСТ 9.303-84: таблица 1 задаёт минимальную толщину покрытия в зависимости от условий эксплуатации и наличия дополнительной защиты. Для хроматированного цинка на углеродистой стали:

В скобках — номер группы условий эксплуатации по ГОСТ 9.303-84 для изделий умеренного и холодного климата; полная расшифровка групп 1–8 — в статье о ГОСТ 9.303. Для морского климата хроматированный цинк без окраски стандарт не рекомендует.

Цифра в обозначении покрытия — минимальная толщина: Ц9.хр — не менее 9 мкм цинка с хроматированием. Максимальную толщину задаёт таблица 3 того же стандарта: для минимальной 6, 9, 15 и 24 мкм — соответственно 9, 15, 21 и 33. На резьбе толщину ограничивает шаг: 3, 6, 9 и 12 мкм при шаге до 0,45, 0,5–0,75, 0,8–1,75 и 2–6 мм. Если на резьбе цинк тоньше, чем нужно для условий эксплуатации, резьбовое соединение или деталь дополнительно защищают смазкой или окраской.

Хроматная плёнка поверх цинка в толщину покрытия не входит: перед измерением её удаляют. Она замедляет коррозию самого цинка и улучшает декоративный вид, а её масса нормирована отдельно — до 0,5 г/м² для бесцветной и до 1,0 г/м² для радужной. Подробнее — на странице цинкования с хроматированием.

Толщина покрытия при горячем цинковании

Горячее цинкование регламентирует ГОСТ 9.307-2021. Стандарт распространяется на стальные конструкции, изделия из фасонного проката и листа, трубы, изделия из проволоки, крепёж, стальные и чугунные отливки, поковки и штамповки. Толщина покрытия должна быть не менее 40 мкм, а минимальные значения зависят от толщины цинкуемого металла: чем толще элементы изделия, тем дольше они прогреваются в ванне и тем толще растёт слой.

Локальная толщина — среднее нескольких измерений на одном контрольном участке, средняя — среднее по участкам, равномерно распределённым по изделию. Другие правила стандарта, которые влияют на толщину:

• Состав стали. Рекомендуется низкоуглеродистая сталь с углеродом 0,05–0,25 % и суммой Si + 2,5P от 0,2 до 0,37 %; стали за этими пределами цинкуют по отдельной технологии, для неуказанных марок проводят пробное цинкование. Кремний и фосфор ускоряют рост железоцинковых слоёв.
• Массивные изделия. На прокате толще 10 мм покрытие получается толстым из-за большего времени в расплаве. На узлах из металла разной толщины и состава толщина цинка может заметно различаться.
• Резьба. В зоне резьбы толщина покрытия не регламентируется.
• Увеличение толщины. Если марка стали или конструкция не позволяют получить нужную толщину изменением параметров и режима процесса, при подготовке поверхности её обрабатывают дробью.
• Белая коррозия дефектом не считается, если после её удаления толщина покрытия выше минимальной.

Для деталей с резьбой и точными размерами, где горячий цинк заплывает профиль, применяют гальваническое или термодиффузионное цинкование.

Толщина термодиффузионного цинкового покрытия

Термодиффузионное цинковое покрытие получают в цинковом порошке во вращающемся контейнере, равномерный слой повторяет профиль детали, в том числе витки; процесс идёт без электролита и водородного охрупчивания стали не даёт. ГОСТ Р 9.316-2006 делит покрытия на пять классов по толщине; для каждого класса задано минимальное время испытания в соляном тумане.

Толщина более 50 мкм — по согласованию с потребителем. Покрытие обозначают буквами «ТД», класс указывают по согласованию.

Напыление и холодное цинкование

Газотермическое напыление цинка даёт самый толстый слой. ГОСТ 28302-89 задаёт толщину по агрессивности среды: при слабоагрессивной атмосфере — 100–150 мкм без окраски, при среднеагрессивной — 200–250 мкм без окраски или 120–180 мкм под окраску; для закладных деталей и арматуры в бетоне — 150–200 мкм. Так защищают мосты, резервуары, трубопроводы и другие крупные конструкции. Напылённый слой пористый, поэтому его пропитывают или окрашивают.

Холодное цинкование — краска с высоким содержанием цинкового порошка. ГОСТ 9.307-2021 допускает её для восстановления непрокрытых участков горячего цинка: не менее двух слоёв общей толщиной от 100 мкм, при содержании цинка в сухой плёнке не менее 95 %.

Классы цинкового покрытия оцинкованного листа

Для оцинкованного листа и рулона толщину цинка задают не в микрометрах, а классом покрытия — массой цинка в граммах на квадратный метр с двух сторон. ГОСТ 14918-2020 устанавливает классы цинкового покрытия от 60 до 600 и даёт справочную толщину с одной стороны.

В таблице даны не все классы стандарта: есть ещё 150 и 500 — 10,5 и 35,1 на сторону. Класс записывают в обозначении проката: «Ц275» — цинковое покрытие класса 275. Покрытие может быть дифференцированным, например 275/200 — разная масса цинка на сторонах; его делают по согласованию сторон. Для классов 450 и более допускается разнотолщинность покрытия по кромке.

Отсюда два частых вопроса. Цинк 100 — это 7,0 мкм на сторону: по толщине сопоставимо с гальваническим покрытием 6 мкм, которое ГОСТ 9.303-84 назначает для отапливаемых помещений. Цинк 275 — 19,3 мкм на сторону, в 2,75 раза больше, и во столько же раз дольше срок службы слоя в той же атмосфере.

Перевод массы цинка в толщину покрытия

Масса и толщина связаны плотностью цинка — 7,1 г/см³ (по ней стандарт на прокат считает справочную толщину). Слой цинка толщиной 1 мкм на площади 1 м² весит 7,1 г.

• Толщина, мкм = масса на одну сторону, г/м² / 7,1.
• Масса на одну сторону, г/м² = толщина × 7,1.
• Класс листа — масса с двух сторон, поэтому её сначала делят пополам: класс 275 → 137,5 г/м² на сторону → 19,4 мкм.

Для гальванического цинка Ц15 масса слоя — около 107 г/м² на сторону, для горячего цинка средней толщиной 85 мкм — около 600 г/м².

Срок службы цинкового покрытия и толщина слоя

Срок службы слоя приблизительно равен его толщине, делённой на скорость коррозии цинка. Скорость зависит от категории коррозионной агрессивности атмосферы по ГОСТ ISO 9223-2017: от 0,1 мкм в год в сельской местности до 8,4 мкм в год при сильном промышленном загрязнении и у моря.

C2 — сельская местность и малые города, C3 — городская атмосфера, C4 — промышленные зоны и побережье, C5 — сильное промышленное загрязнение и морской климат. Расчёт по скорости первого года даёт ориентир до первого ремонта, а не гарантию: хроматирование и окраска продлевают срок, контакт с другими металлами и застой влаги сокращают. Подробнее о категориях сред — в статье о защите металла от коррозии.

Какую толщину цинка выбрать для изделия

Толщина — компромисс между сроком службы, размерами и стоимостью. Толстый слой служит дольше, но горячий цинк заплывает резьбу и даёт натёки, а гальванический слой приходится учитывать в допусках размеров. Типичные решения по назначению и применению изделия:

Для агрессивных сред — морского климата, промышленной атмосферы категорий C4–C5 — одного цинка часто мало: применяют цинк под лакокрасочным покрытием. Такая комбинированная защита служит дольше, чем цинк и окраска по отдельности, а толщину цинка под краску ГОСТ 9.303-84 разрешает уменьшить.

Как измерить толщину цинкового покрытия

Толщину цинкового покрытия на стали проверяют неразрушающим методом — магнитным толщиномером, — а в спорных случаях разрушающим. Методы для гальванического покрытия описаны в ГОСТ 9.916-2023 (он заменил ГОСТ 9.302-88), для горячего — в ГОСТ 9.307-2021.

Порядок измерения магнитным толщиномером:

1. Прибор. Погрешность толщиномера — не более ±10 %, измерительный прибор поверен.
2. Где мерить. На ровной поверхности без резьбы и накатки, не ближе 5 мм от рёбер, отверстий и мест контакта с подвеской; у кромок после плазменной и лазерной резки — не ближе 10 мм. На крепеже — на головке болта и торце гайки. Контрольные участки на длинномерных и габаритных изделиях выбирают с учётом их формы и геометрии; на внутренних поверхностях толщину проверяют, только если это указано в документации.
3. Сколько измерений. Для горячего цинка — среднее не менее пяти измерений у краёв и в середине поверхности изделия, для гальванического — не менее трёх на детали или по одному на трёх–пяти мелких деталях.
4. Когда мерить. До дополнительной обработки — хроматирования, консервационной смазки; хроматную плёнку перед измерением удаляют.
5. Арбитражный метод — металлографический: из изделия вырезают образец, делают поперечный шлиф и измеряют толщину под микроскопом в трёх и более точках на участке около 1 см. Среднюю толщину горячего покрытия можно определить и гравиметрически — по разнице массы образца до и после снятия цинка.

Толщиномер покажет толщину цинка вместе с хроматной плёнкой и краской, поэтому на окрашенной детали он измеряет всю систему покрытий. Если показания расходятся с сертификатом или документом о качестве, сначала проверяют настройку прибора по эталонам и место измерения.

Внешний вид и контроль качества цинкового покрытия

Толщина — не единственный показатель качества. Перед замером покрытие осматривают с расстояния около 25 см при освещённости не менее 300 лк.

Кроме толщины и внешнего вида, проверяют прочность сцепления покрытия с основным металлом, а для хроматированного цинка — защитные свойства плёнки каплей реактива. Если результат по толщине или сцеплению неудовлетворительный, проверку повторяют на удвоенном количестве изделий.

Как указать толщину цинка в чертеже

Обозначение покрытия записывают по ГОСТ 9.306 в технических требованиях чертежа и в нормативной документации на изделие. Примеры для цинка:

• Ц9.хр — гальваническое цинковое покрытие не менее 9 мкм с хроматированием;
• Ц15.хр.бцв — 15 мкм с бесцветным хроматированием;
• Ц6.фос — 6 мкм с фосфатированием, например под окраску;
• горячее покрытие обозначают способом получения «Гор», термодиффузионное — буквами «ТД» с классом по ГОСТ Р 9.316-2006;
• для листа и рулона — класс покрытия в обозначении проката, например «Ц275 ГОСТ 14918-2020».

Как читать обозначение целиком и какие сокращения бывают — в статье об обозначении покрытий.

Гальваническое цинкование в технопарке ЗЭМ

Гальванический участок технопарка наносит цинковое покрытие на стальные детали по чертежу:

• цинкование с хроматной или фосфатной плёнкой и с изоляцией участков — слой до 30 мкм, детали до 1000 мм;
• цинкование болтов и винтов — до 15 мкм, габарит до 100 мм;
• обезводороживание после цинкования деталей из высокопрочной стали.

Стойкость покрытия выбранной толщины можно проверить в испытательной лаборатории технопарка: ускоренные климатические испытания включают соляной туман, влажность до 98 % и смену температур от −75 до +180 °C.