V súčasné dobe sú rozšírené tri technologické princípy zinkovania: mokré zinkovanie, pri ktorom sa namorené predmety ponárajú do taveniny cez vrstvu roztaveného tavidla, ktorý je na hladine roztaveného zinku; suché zinkovanie, pri ktorom sa pokovované predmety ponárajú do vodného roztoku tavidla a po vysušení do roztaveného zinku; beztavidlový spôsob spočíva v oxidácii s následnou redukciou povrchu pokovovaného materiálu.
Vzniknutá povrchová vrstva aktívneho redukovaného železa umožňuje pri ponorení do taveniny zinku reakciu so zinkom. Mokré a suché zinkovanie je vhodné pre súčasti zložitého tvaru s viacerýni dutinami. Oxidoredukčný spôsob je určený pre kontinuálny spôsob zinkovania drôtov a pásov (napr. Sendzimírov spôsob). Teplota taveniny zinku sa pohybuje od 430 - 470 °C. Vzniknuté zinkové povlaky sú spojené so základným materiálom difúznou medzivrstvou, ktorá je zložená z tvrdých a krehkých zliatinových fáz železa a zinku, ktoré sa vytvárajú podľa binárneho diagramu Fe-Zn.
Povlaky vytvorené tavidlovými spôsobmi sú o väčšej hrúbke v porovnaní s povlakmi vytvorenými na pásoch pozinkovaných kontinuálne, ktoré je možné tvárniť bez porušenia celistvosti povlaku. Zinkové povlaky majú vysokú odolnosť proti atmosférickej korózii, ale menej odolávajú v atmosfére s vysokým obsahom priemyslových nečistôt, najmä SO3. Nie sú vhodné pre ochranu oceľových a liatinových súčastí pri kontakte v tečúcej vode a v pare.
Zinok vytvára pevný a nepriepustný povlak s dlhodobou životnosťou, ktorý chráni oceľ tým, že na povrchu vytvára bariérový efekt. Zinok tzv. obetuje sám seba, aby chránil oceľ až do existencie posledného atómu, čo znamená, že oceli poskytuje katodickú ochranu, pretože zinok má nižší elektródový potenciál než železo. Oceľ sa tak stáva katódou a zinok pôsobí pritom ako anóda.
Životnosť zinkového povlaku je úmerná hrúbke povlaku. Technologicky je hrúbka vrstvy ovplyvnená chemickým zložením základného materiálu, zložením a teplotou taveniny zinku, času ponorenia a rýchlosťou vyberania predmetov z taveniny zinku. Zväčšovanie hrúbky povlaku zhoršuje zároveň jeho priľnavosť. Zinkové povlaky sa často z estetických dôvodov povlakujú ešte náterom pre zabezpečenie dlhšej životnosti výrobku. Dobre odolávajú tvrdej vode v rozmedzí pH 6,5 - 12 a sú použiteľné do vody o teplote max. 40 °C. V morskej vode majú dobrú odolnosť z dôvodu vyššej toxicity zinku, ktorá zabraňuje narastaniu flóry na povrchu oceľovej konštrukcie. Životnosť je určená časom do vzniku korózie na 5 % povrchu.
Medzi hlavné parametre, ktoré majú vplyv na kvalitu pozinkovaných výrobkov môžme zaradiť chemické zloženie výrobku, čistotu povrchu výrobku, drsnosť oceľového povrchu, napätie v podkladovom výrobku, technologický postup žiarového ponorného zinkovania, chemické zloženie taveniny, alebo teplotu taveniny. Medzi vedľajšie parametre patri sprievodné prvky v oceli, hrúbka zinkového povlaku, konštrukcia výrobku (riešenie spojov, otvorov, tolerancie), dodatočné opracovanie.
Na žiarové zinkovanie sú vhodné nelegované konštrukčné ocele, nízkolegované ocele, liatina. Nevhodné sú automatové ocele. Povrch podkladového kovu je potrebné upraviť pred ponorením do zinkového kúpeľa odmasťovaním, morením na čistý stav povrchu. Odporúča sa moriť v kyseline chlorovodíkovej a pre odliatky v kyseline fluorovodíkovej, alebo použiť elektrolytické morenie pre odliatky. Povrchové nečistoty, ktoré sa nedajú odstrániť morením (napr. nečistoty obsahujúce uhlík, zvyšky valcovacích olejov, olej, tuk, náter, zvarovú trosku, a pod.), je potrebné odstrániť pred morením. Drsnosť oceľového povrchu má vplyv na hrúbku a štruktúru zinkového povlaku. Nerovnosti povrchu podkladového kovu sú viditeľné aj po zinkovaní. Oceľové povrchy s vysokou drsnosťou, ktorá sa dosiahne abrazívnym čistením, hrubým brúsením spôsobujú tvorbu hrubšej vrstvy zinkového povlaku. Rezanie plameňom mení zloženie a štruktúru ocele v tepelne ovplyvnenej zóne takým spôsobom, že hrúbky povlaku podľa normy EN ISO 1461 sa dajú ťažko dosiahnuť. Preto, pre zabezpečenie požadovanej hrúbky povlaku v oblasti rezania plameňom je potrebné rezné plochy mechanicky opracovať. V oceli niektoré prvky napr. kremík, fosfor tiež ovplyvňujú hrúbku aj vzhľad zinkového povlaku. Pri rôznych podieloch kremíka a fosforu vznikajú nerovnomerné, lesknúce, alebo tmavošedé povlaky. V súčastnosti sa konajú výskumné práce zamerané na vplyv sprievodných prvkov v oceli (EN ISO 14713).
Počas procesu zinkovania sa v podkladovom kove čiastočne uvoľňujú napätia a môžu spôsobiť deformácie žiarovo zinkovaného výrobku. Oceľové výrobky tvarované za studena (ohýbaním) môžu v závislosti od druhu ocele a rozsahu tvarovania za studena skrehnúť. Preto sa podľa možností snažíme vyhýbať tomuto procesu. V prípadoch, ak sa požaduje tvárniť za studena, je potrebné napätia, ktoré vznikajú v tomto procese, odstrániť (pred morením a zinkovaním) tepelným spracovaním. Tepelné spracované ocele, alebo ocele tvárnené za studena, sa ohriatím v zinkovom kúpeli čiastočne popustia, a tým dôjde k určitému zníženiu pevnosti. Vytvrdené, alebo vysoko pevné ocele môžu vykazovať také napätia v ťahu, že pri morení sa zvýši rizko trhlín v oceli. Pri rozmerovo veľkých výrobkoch sa bežne vyžaduje aj dlhší čas ponoru v zinkovom kúpeli, pričom veľká hrúbka podkladového materiálu môže mať za následok vznik zinkových povlakov o väčšej hrúbke.
Ako súčasť technologického procesu zinkovania sa môže do zinkového kúpeľa pridávať malé množstvo prísadových prvkov, ako hliník, cín, kremík, antimón, na zmiernenie negatívnych účinkov určitého obsahu kremíka, fosforu, ktoré sa nachádzajú v oceli. Prísadové prvky ovplyvňujú tvorbu vzniku štruktúry zinkového povlaku, nemusia byť ich obsahy normalizované. Prísady ovplyvňujú najmä mechanické vlastnosti povlaku. Na pozinkovanie sa doporučuje neukľudnená oceľ bez obsahu kremíka, pretože pri 0,15 - 0,20 % Si v ukľudnenej oceli dezoxidovanej kremíkom vzniká krehký, odstraňujúci zinkový povlak. Možné je používať aj poloukľudnené ocele odkysličené kremíkom. Kremík (podobne ako aj fosfor), v menšej miere než fosfor urýchľuje difúziu železa a narastanie fáz typu ?1 a ?. Najviac ovplyvňuje rast zinkových povlakov a jeho štruktúru hliník. So stúpajúcou koncentráciou 0,005 - 0,05 % Al sa zlepšuje vzhľad povlaku (lesklý povrch). Priaznivo ovplyvňuje povlak do 0,3 % Al. Cín v spojení s hliníkom priaznivo pôsobí na zlepšenie vzhľadu povlaku, tvorí tzv. zinkové kvety v štruktúre.Väčšinou sa používa cín do 1 %, pričom však spôsobí zväčšenie hrúbky intermetalických fáz v priemere o 38 % pri obsahu 0,5 % Sn v Zn kúpeli. Do zinkového kúpeľa sa môže pridávať aj antimón do 0,3 %, pretože zvyšuje rozpustnosť Fe v tavenine.
Konštrukčné riešenie výrobkov, ktoré sa žiarovo zinkujú, musia zohľadňovať proces zinkovania. Pri výrobkoch so závitom, spojovacích súčiastok sa musia dodržiavať príslušné predpisy podľa normy. S ohľadom na zabezpečenie chodu závitu je potrebné sa dohodnúť na zodpovedajúcej hrúbke povlaku. Neexistujú žiadne požiadavky na zinkový povlak vnútorných závitov, ktoré sa prerezávajú, alebo dodatočne obrábajú po žiarovom zinkovaní. Hrúbky zinkových povlakov pre výrobky so závitmi je potrebné prispôsobiť hrúbkam povlakov pre výrobky, ktoré sa musia ponechať pre odstreďovanie pre zabezpečenie kvality závitu. Zinkový povlak na skrutke chráni elektrochemickou cestou vnútorný závit v zmontovanej jednotke. Z tohto dôvodu sa nevyžaduje zinkový povlak na vnútornom závite. V špeciálnych oblastiach použitia, napr. pri ohrievačoch vody (zásobníkoch, valcových nádobách, a pod.), ktoré sú určené na kontakt s pitnou vodou, musí povlak zodpovedať svojim zložením požiadavkám na pozinkované rúry podľa EN 10 240. Ak sú pozinkované výrobky horúce a vlhké, nesmí sa ukladať na seba, je potrebné ich ponechať bez manipulácie v suchom prostredí, aby nedošlo k odstráneniu zinkového povlaku z povrchu výrobku.
Rozmerovo menšie výrobky sa zinkujú v košoch alebo v prípravkoch, ktoré sa musia bezprostredne po vytiahnutí zo zinkovej taveniny ponechať na odstreďovanie, pre odstránenie prebytočného zinku. Aby sa zabránilo možnej tvorbe škvŕn na zinkovom povlaku, tzv. bielej hrdzi (ZnCO3.3Zn(OH)2), vo vlhkých atmosférických podmienkach, pozinkované výrobky je možné ešte povrchovo upraviť duplexným systémom, čo umožňuje vzrast životnosti z 30 rokov na 25 - 50 rokov. S rastúcou teplotou Zn kúpeľe rastie hrúbka povlaku bez ohľadu na chemické zloženie podkladového kovu. S rastúcim časom ponorenia predmetu narastá aj hrúbka zinkového povlaku, ktorý sa postupne spomaľuje, okrem ocelí, ktoré obsahujú 0,06 - 0,12 % Si, pri ktorých k tomuto spomaleniu rastu vrstvy nedochádza. U ocelí s obsahom Si do 0,035 %, má obsah fosforu vyšší vplyv na rast hrúbky povlaku ako pri 0,020 % Si. Vplyv fosforu bol pozorovaný u ocelí s vyšším obsahom Si najmä pri nízkych teplotách asi 440 °C. Vplyv fosforu pri nižšom obsahu než 0,020 % P je zanedbateľný na rast hrúbky zinkového povlaku.
Ing. Lívia Hubová,
TU Košice, FVT Prešov
Všechny obrázky, tabulky a grafy naleznete v tištěné podobě časopisu.