В ПГУ нашли метод, способный сделать металлоизделия более износостойкими, прочными и долговечными
Ученые подведомственного Минобрнауки России Пензенского государственного университета (ПГУ) готовы предложить промышленникам новый способ гальванического цинкования. Теперь металл для изготовления деталей во всех отраслях промышленного производства металлоизделий, проката и строительных конструкций станет более устойчивым к коррозии, износостойким и защищенным. Способом заинтересовалось крупное промышленное предприятие Пензенской области.
Гальваническое цинкование — распространенный, эффективный и недорогой метод антикоррозионной защиты стальных и чугунных металлоконструкций, деталей машин. А также хозяйственного инвентаря и прочих металлоизделий бытового и промышленного назначения. Гальваническое покрытие, плюсом ко всему, обеспечивает более привлекательный внешний вид изделиям.
В промышленном производстве используют и другие способы покрытий металлоизделий: холодное, горячее, газотермическое и другие. Однако именно гальваническое цинкование выигрывает по совокупности преимуществ (невысокая себестоимость процесса и его относительная простота). Этот способ в несколько раз дешевле и не требует обеспечения дорогостоящим оборудованием и больших энергозатрат.
«Наряду с защитными свойствами, гальваническое цинкование также наделяет металл декоративными качествами. Это обусловлено равномерностью распределения покрытия по поверхности и точным повторением покрытия конфигурации детали», — поделилась Альфия Янгуразова, один из разработчиков метода, старший преподаватель кафедры «Химия и методика обучения химии» ПГУ.
Гальваническое цинкование происходит следующим образом. Детали погружают в ванну с электролитом и подключают к источнику постоянного тока. В результате электрохимической реакции цинк оседает на поверхности деталей, формируя защитный слой.
Перед этим очищают и обезжиривают металлическую деталь (конструкцию), удаляют следы коррозии или других включений (красок, лака). Затем протравливают в растворе кислот — это помогает удалить ржавчину. И только потом приступают к гальваническому цинкованию в ванне с электролитом, удалению пленки окиси азотной кислотой, фосфатированию (повышает износостойкость и твердость) и пассивации (дополнительная защита цинкового слоя). После каждого этапа заготовку промывают и сушат. Завершается гальваническое цинкование металла тщательной просушкой.
Научный коллектив ПГУ (декан факультета промышленных технологий, электроэнергетики и транспорта, профессор, д-р техн. наук Сергей Киреев, доцент кафедры «Химия» Светлана Киреева, старший преподаватель кафедры «Химия и методика обучения химии» Альфия Янгуразова) разработал новый режим электроосаждения цинковых покрытий из цинкового электролита с использованием гальваностатических импульсов прямоугольной формы.
Так, во время импульса тока формируется гальваническое покрытие цинком на поверхности детали. А во время паузы восстанавливается концентрация ионов цинка у поверхности катода, там происходит десорбция (испарение) газов и других процессов.
«Меняя амплитуду, длительность импульса и паузы можно в значительной степени влиять на ход процесса и управлять свойствами покрытий. Так мы добиваемся нужных характеристик для металлоизделия. Он становится более устойчивым к коррозии, износостойким и защищенным», — рассказала Альфия Янгуразова.
Благодаря разработанному режиму достигается высокое сцепление металла и покрытия. Детали и конструкции более твердые, износостойкие и устойчивые к коррозии. Такой подход превосходит известные технологические решения.
«А также режим позволяет существенно улучшить другие физико-химические и функциональные свойства гальванических покрытий», — добавила исследователь.
Ученые активно проверяют свой метод в лабораториях вуза и не только. У них имеется договоренность с крупным производственным предприятием Пензенской области АО «ПО „Электроприбор”» о промышленной апробации с последующим внедрением в производство.
В этом году молодой исследователь Альфия Янгуразова стала лауреатом I степени Международного конкурса научных статей «Прорыв в науке». Статья по этой тематике также была опубликована в журнале, индексируемым ВАК. В 2020 году она стала победителем программы Фонда содействия инновациям «УМНИК» (исследования по статье лежали в основе проекта).