Оцинкованный крепеж: из чего он, где работает и сколько служит

Оцинкованный крепеж — это стальные болты, винты и гайки с цинковым слоем в несколько микрометров. Цинк корродирует вместо стали, поэтому срок службы зависит прежде всего от толщины слоя и среды, а не от самого факта оцинковки. Ниже — что именно задать в чертеже, чтобы покрытие дошло до конца срока.

Что такое оцинкованный крепеж и из чего он состоит

Оцинкованный крепеж — болт, винт, гайка или шайба из стали с тонким цинковым слоем сверху. Оцинкованная сталь в такой детали остаётся углеродистой или легированной: цинковое покрытие не превращает основу в нержавеющую. Гальванический слой считают микрометрами. Годную толщину назначает чертёж, а не общая подпись «оцинковано».

Гальванический цинк и горячее цинкование решают разные задачи. У горячего слоя толщина превышает 2 mil (около 50 мкм), и резьбу под такой слой иногда перенарезают: витки остаются без цинка. Гальваника держит несколько микрометров и резьбу обычно не перерезает. Анодирование — другой процесс и другой металл основы. Разницу двух покрытий разобрали отдельно: чем оцинковка отличается от анодирования.

Из чего состоит оцинкованный болт, если все слои заказаны:

• Стальная основа: углеродистая или легированная, нержавеющей она не становится.
• Цинковое покрытие: электролитический слой, толщина в микрометрах.
• Хроматная плёнка поверх цинка.
• Органическое покрытие сверху, если его отдельно записали в чертёж.

Без трёх цифр в заявке — тип слоя, толщина, место замера — цех поставит то, что принято у него по умолчанию. Для ответственного узла этого мало. На гайке и шайбе правило то же: сталь внутри, цинк снаружи.

Как цинк защищает сталь от коррозии?

Монета Lincoln Cent производилась из оцинкованной стали в 1943 году. Фото: US Mint (coin), National Numismatic Collection (photograph by Jaclyn Nash) · Public domain

Цинковое покрытие защищает оцинкованную сталь протекторно: цинк корродирует первым и закрывает сталь даже на царапине, пока рядом остался цинк. Коррозия идёт в две стадии. Сначала расходуется цинк, и на поверхности появляется белый налёт. Красная ржавчина начинается только после прорыва цинкового покрытия до стали.

Белый налёт — продукты коррозии цинка: слой ещё работает и закрывает сталь. Ржавчина цвета кирпича значит, что цинк в этом месте закончился.

Белая коррозия пугает на входном контроле, хотя крепёж ещё держит соединение. Сам по себе налёт не равен дыре до металла. Браком он становится, когда чертёж отдельно запретил изменение вида.

Красная ржавчина — уже коррозия стали. Время до неё задаёт толщина покрытия: тонкий слой пробивается раньше толстого при той же среде. Поэтому строка «оцинковать» без микрометров не обещает срок.

Хроматирование после цинкования задерживает белую коррозию. Тип плёнки сверяют с чертежом и переносят в заявку дословно. Общие требования к покрытиям и их контролю задаёт ГОСТ 9.301. Хроматная плёнка отодвигает белый налёт и не заменяет толщину цинка.

Факт. Красная ржавчина появляется только после прорыва цинка до стали, и срок до неё зависит от толщины слоя.

Какой толщины нужен слой цинка на крепеже?

У части гальванических покрытий на крепеже толщину увеличили на 50–100 %: с 5 мкм до 8 или 11 мкм. Так отвечают на более жёсткие требования по солевому туману. Поверх цинка может лежать органическое покрытие, оно добавляет барьер, но не отменяет микрометры цинка под ним. Минимум и место замера пишет заказчик. Гальваник не обязан угадать их по слову «оцинковать».

Минимум часто приходится на зону низкой плотности тока. Чтобы в точке замера гарантировать 5 мкм, гальваник наносит около 9 мкм. Если в заявке не сказано, где мерить, протоколы с разных участков разойдутся, и оба будут формально верными. В чертёж вписывают участок: головка, стержень или резьба.

Мнение. Если крепёж работает на резьбе во влажном узле, задавайте минимум на резьбе, а не там, где цеху удобнее мерить.

Щелочной или кислый электролит

Щелочные электролиты дают более ровную толщину по детали и помогают удержать минимум в трудной точке. Кислые лучше подходят для закалённых и термообработанных крепежей. Выход по току щелочной ванны около 60 %. В чертёж обычно не вписывают марку ванны. Вписывают ограничение: класс прочности, закалка, точка минимума. Тип электролита цех выбирает под это ограничение.

Цинковые сплавы: когда чистого цинка мало

Оцинкованные гвозди в строительстве административного здания, 1938 год. Фото: Massachusetts. Metropolitan District Water Supply Commission, Pike, Stuart D.,… · Public domain

Чистого цинка не хватает, когда при той же толщине нужна заметно большая стойкость в солевом тумане или когда резьба не позволяет нарастить слой. Сплавы цинка с никелем, кобальтом и железом дают в солевом тумане в 3–6 раз большую стойкость, чем чистый цинк той же толщины. Цинк-никелевое покрытие в этой группе обгоняет цинк-кобальт: с ростом доли никеля стойкость при той же толщине растёт.

Выход доли или толщины за допуск роняет стойкость. По виду партии этого не определить. Сплавы хроматируются сложнее чистого цинка и требуют специальных составов. Жёлтая плёнка на сплаве часто выходит бронзовой, фиолетовой или радужной, и защита от этого не слабее. Поэтому по цвету плёнки качество не оценивают: сверяют с чертежом код покрытия и протокол.

Сколько служит оцинкованный крепеж и как это проверить?

Срок службы оцинкованного крепежа — не одно число лет. Его задают толщина покрытия, среда и то, что лежит поверх цинка. Без среды цифра «служит N лет» в заявке ничего не обещает. Рабочий способ — расписать срок несколькими критериями и под каждый назвать своё испытание.

Срок службы оцинкованного крепежа можно задать тремя критериями: внешний вид, разборка ручным инструментом и удержание соединения. Красная ржавчина закрывает только один из них.

Пример такой записи: четыре года крепёж сохраняет вид, шесть лет его разбирают обычным ручным инструментом, не меньше десяти лет он держит соединение. Это образец формулировки, а не обещание срока для любого климата. В заявке те же три вопроса: когда допустим белый налёт, когда деталь ещё обязана открутиться, когда стык имеет право потерять усилие.

Одного критерия «нет красной ржавчины» мало. Для узла, который обслуживают, в требования вносят и вид, и разборку.

Длинные испытания в солевом тумане плохо совпадают с долгой эксплуатацией. Часть покрытий в тумане показывает себя лучше, чем в циклических испытаниях и на изделии. Ускоренные испытания по ГОСТ 9.308 не предназначены для определения срока службы покрытия в природных условиях. Для ответственного крепежа просят циклические испытания и называют критерий отказа: белый налёт или красная ржавчина. Часы в камере без критерия отказа не читаются.

Где оцинковка не подходит или требует осторожности

Стальной крепёж в контакте с алюминием или магнием образует гальваническую пару. Алюминий и магний в паре со сталью менее благородны: без защиты они корродируют первыми, а болт при этом может выглядеть целым. Пару и защиту выбирают на чертеже, до сборки узла.

В паре сталь и алюминий без защиты разрушается алюминий. Стальной болт при этом может остаться без рыжих пятен.

Варианты решения: изолирующие шайбы, защитное покрытие контактирующих деталей или другая пара материалов. Для оцинкованного крепежа в контакте с магнием часть заказчиков требует жёлтую хроматную плёнку и затем обработку щелочным силикатным раствором. Что из этого держит узел, выбирают по среде и записывают в чертёж.

Отдельный риск — водородное охрупчивание. При электролитическом цинковании риск растёт у высокопрочной стали. Прогрев после покрытия, чтобы снять водород, может понадобиться. Температуру и выдержку берут из чертежа, в заявке их не придумывают.

Какой слой резьбы живёт в вашей среде — соль, влага, контакт с алюминием — разобрано отдельно: какое покрытие резьбы выбрать для вашей среды.

Что указать в чертеже и заявке на оцинкованный крепеж?

Подрядчик не додумает за заказчика толщину, точку замера и критерий испытания. В чертёж и в заявку мы вносим шесть позиций в том порядке, в котором их читает технолог. Пропуск любой оставляет выбор цеху, и партия может пройти приёмку по чужому правилу.

1. Материал основы и класс прочности болта, винта или гайки.
2. Тип покрытия: чистый цинк или сплав; для сплава — доля никеля, кобальта или железа.
3. Толщина в микрометрах и участок, где считают минимум: головка, стержень или резьба.
4. Хроматирование: тип плёнки.
5. Испытания: циклические или солевой туман, число часов и критерий — белый налёт или красная ржавчина.
6. Приёмка: протокол толщины в названной точке и, для сплава, доля легирующего элемента в осадке.

Требования к слою сверяют с ГОСТ 9.301. Обозначение покрытия копируют из чертежа заказчика: номер из чужого каталога не подставляют, в обозначении сидят и металл, и толщина, и обработка.

В протоколе толщины должна стоять та же точка, что в чертеже. Для сплава рядом с микрометрами нужна доля легирующего элемента: если она вышла из окна по кобальту или никелю, стойкость падает, а внешний вид партии остаётся прежним.

Частые ошибки при заказе оцинкованного крепежа

Ржавый болт через сезон чаще начинается с пустой строки в заявке, чем с ошибки ванны. Пять ошибок повторяются от заказа к заказу. Каждая оставляет цеху право выбрать слой самому.

• Написать «оцинковать» без толщины и точки замера. Минимум на резьбе тогда никто не гарантирует.
• Выйти за допуск по составу сплава или по толщине. Стойкость падает, глаз этого не видит.
• Принять белый налёт за брак и пропустить красную ржавчину как допустимый тон.
• Для ответственного узла ограничиться часами в солевом тумане. Часть покрытий в камере держится лучше, чем на изделии.
• Выбрать цех без контроля толщины и доли сплава в осадке. Для сплава это потеря стойкости.

Перед отправкой пройдите чертёж по этим пяти строкам. Если нет толщины, точки замера и критерия отказа, допишите их до запуска. Ориентиры по стоимости — на странице цены на металлообработку. Пришлите чертёж с заполненными позициями: изготовление деталей по чертежам считают по нему, а не по одному слову «оцинковать».

Частые вопросы

Источники

• Trends in Fastener Finishing — Products Finishing, обзор покрытий крепежа
• ГОСТ 9.301. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Общие требования — Росстандарт
• ГОСТ 9.308. Методы ускоренных коррозионных испытаний — текст области применения стандарта