Победителем конкурса «УМНИК» создан новый способ повышения прочности металлоизделий

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 конкурса «УМНИК» Фонда содействия инновациям (исследования по статье лежали в основе проекта).

Данные о правообладателе фото и видеоматериалов взяты с сайта «Фонд содействия инновациям», подробнее в Правилах сервиса