Флюсование

Хотя в последнее время широкое распространение получили такие методы травления, при которых на поверхности обрабатываемых изделий не остается продуктов травления и влаги, во многих случаях погружение цинкуемых изделий в расплав осуществляется через слой флюса *. Назначение флюса сводится к удалению продуктов реакции железа с травильными растворами, не полностью удаляемыми при промывке, а также окислов, которые появляются на поверхности протравленного железа под действием влаги и кислорода воздуха. Флюсы также способствуют смачиванию поверхности железа расплавленным цинком, уменьшая его поверхностное натяжение.

При горячем цинковании флюс, как правило, состоит из хлористого аммония и хлористого цинка. Полагают, что при взаимодействии флюса с расплавленным цинком образуются комплексные соединения по реакциям:
  Zn + 2NH₄Cl→Zn(NH₃)₂Cl₂ + H₂,
   Zn (NH₃) 2Cl₂ → ZnNH₃Cl₂ + NH₃.

Восстановление окислов железа может протекать по реакциям:
  FeO + NH₄Cl → FeOHCl + NH₃,
  FeOHCl + ZnNH₃Cl₂ → FeCl₂ + ZnOHCl + NH₃.

Аналогично реагируют и окислы цинка. По имеющимся литературным данным, железо растворяется во флюсе в 3 раза быстрее, чем в расплавленном цинке и, несмотря на незначительную продолжительность контакта с флюсом, определенное количество его переходит в гартцинк. При цинковании с расплавленным флюсом наиболее целесообразно применять двойную соль хлористого цинка с хлористым аммонием (ZnCl₂·3NH₄Cl) с добавкой 6% глицерина.

Цинкование с ее «подсушенным флюсом» заключается в том, что перед погружением изделия в ванну цинкования концентрированный раствор флюса предварительно подогревают и осушивают. Флюс состоит из 9% хлористого аммония, остальное — хлористый цинк. Для лучшего омывания поверхности железа флюсом в раствор добавляют 1—2% глицерина, содержание соли 30 г на 100 см³ воды. Предельное количество железа в растворе 5,68 г/л; при большем содержании его осаждают гидроокисью аммония в присутствии перекиси водорода. Раствор нагревают до 100° С, что способствует высушиванию флюса и удалению водорода, поглощенного при травлении.

Исходя из изложенного следует различать два способа флюсового цинкования — мокрое и сухое. При мокром цинковании травленые промытые листы мокрыми погружают в цинковый расплав через находящийся на поверхности ванны расплавленный флюс. Один хлористый цинк не может при этом играть роль флюса; находясь длительное время на поверхности расплавленного цинка, хлористый цинк превращается в основную соль. При дополнительном введении NH₄Cl который разлагается на NH₃ и HCl, высвободившийся NH₃ связывается с ZnCl₂ в комплекс.

При сухом цинковании флюс находится в отдельной ванне. В данном случае в качестве флюса используют один хлористый цинк, иногда с небольшой добавкой хлористого аммония. Стальной лист проходит через концентрированный раствор ZnCl₂. Сушка флюса должна быть быстрой, оптимальной считается температура в пределах 150—200° С. В процессе сушки флюс теряет большую часть воды. Поскольку такой флюс действует слабее, необходимо более тщательно подготавливать поверхность стали — она должна быть хорошо обезжирена и протравлена.

При мокром цинковании травильное действие флюса примерно в 2 раза выше, чем при сухом, и протекает в области температур от 100° С до температуры цинкового расплава. Мокрым способом можно удалить все дефекты обезжиривания и травления. При сухом цинковании положительное влияние оказывает добавляемый иногда к расплаву алюминий в количестве до 0,2%, который предотвращает поверхность цинкового расплава от окисления. Такое действие алюминия объясняется его большим сродством к кислороду (теплота реакции 380 ккал/моль вместо 85 ккал для ZnO). Кроме того, незначительные количества алюминия в цинке позволяют окислам алюминия (Al₂O₃) создать тончайшую пленку (~10^-5 см), которая защищает находящиеся под ней слои расплава от дальнейшего окисления. Визуально эта пленка не видна и создается впечатление, что цинк сохраняет свой блеск. При мокром способе цинкования нельзя вводить в ванну алюминий в количествах, превышающих 0,02—0,03%, так как он реагирует с солями флюса, образуя соединения AlCl₃·NH₃, которое при температуре флюса находится в газообразном состоянии.

При сухом цинковании также наблюдаются небольшие потери алюминия в результате его реакции с кристаллизационной водой сухого флюса. Образующийся на входной стороне так называемый цинковый пепел состоит в значительной степени из Al₂O₃. Для пополнения потерь алюминия его вводят с избытком (1,5% от массы цинка), причем толщина алюминиевой окисной пленки и фазовый состав цинкового покрытия при этом не меняются.