Цинкование — Под этим названием известен в технике процесс покрытия цинковым слоем поверхностей металлических предметов в видах предохранения их от окисления действием воздуха и влаги. Оцинковываются преимущественно железные и стальные предметы: телеграфная и телефонная проволока, проволочные ткани и канаты, листовое железо, железная посуда и т. д. Оцинкованные поверхности не отличаются таким красивым внешним видом, как луженые (т. е. покрытые слоем олова), но зато обладают, сравнительно с последними, большею устойчивостью против разрушительного действия ржавчины, а также большею дешевизной. Цинк защищает находящийся под ним металл не только чисто механически, подобно олову, но еще и вследствие образовании с железом гальванической пары (см. Железо). Образующаяся, под влиянием развивающегося гальванического тока и действия кислорода на цинк, окись цинка образует, кроме того, как бы поверхностную кору на слое цинка, предохраняющую последний от дальнейшего окисления; этим защищающее действие цинка по отношению к железу еще более усиливается. Оцинкованная телеграфная проволока, в продолжение 25 лет подвергавшаяся действию атмосферических влияний, не проявляет почти никаких следов ее порчи, между тем как не оцинкованная уже через 12 — 15 лет становится совершенно негодной к дальнейшему употреблению. Благодаря указанным гальваническим свойствам цинка, оцинкованные железные (и стальные) предметы носят нередко название «гальванизированных». Первая идея защиты железных предметов от ржавчины путем покрытия их цинковым слоем относится еще к сороковым годам XVIII в. К концу того же столетия обнародовано уже было подробное описание способа Ц., в главнейших чертах сходного с ныне применяемым, но все эти опыты ограничивались лабораториями. В фабричных же размерах Ц. было введено лишь с 1840 г., и с тех пор процесс этот почти не подвергся изменениям, усовершенствованы лишь конструктивные детали вспомогательных приборов. Различная форма и размеры цинкуемых предметов обуславливают и различное устройство цинковальных приборов. Типами таковых являются: приборы для Ц. листов, для Ц. проволоки и для Ц. предметов небольших размеров, но разнообразных внешних очертаний. Ц. листов и проволоки получило наибольшее развитие, и заведения, избравшие эти специальности, имеют нередко размеры больших заводов. Наиболее выдающиеся из них находятся в Вестфалии, Рейнской провинции и в Бельгии. Они представляют отчасти отделения проволочных и прокатных заводов, отчасти же самостоятельные промышленные заведения.
Железные листы, предназначенные к оцинковке, предварительно подвергаются протраве их кислотами — серною или соляною. Последняя, оказывая такое же действие, предпочитается за ее дешевизну. Раствор составляется из 7 об. частей воды на 1 об. ч. соляной кислоты, и действию подобного раствора лист подвергается дважды. Протравленный в первом чану с кислотным раствором лист переносится в другой чан, с чистой водой, обмывается в нем, а затем погружается в третий чан, с кислотным раствором той же крепости, что и в первом чану. По выходе из вторичной протравы, сообщающей поверхностям листа совершению чистый металлический блеск, лист вносится в сушильную камеру, температура воздуха в которой поддерживается при 50°С, и после просушки в ней поступает в цинковальный аппарат. При этом предварительно обнаженная металлическая поверхность листов покрывается раствором из 2 частей хлористого цинка, 1 ч. нашатыря и 30 ч. соляной кислоты, разведенных 30 частями воды. После новой просушки листа на его поверхности отлагается беловатый налет соли, предохраняющий металл от окисления. После этой подготовки лист погружается в ванну с расплавленным цинком. Ванны для расплавленного цинка изготовляются из толстого железа, а в новейшее время — из литой стали. Чтобы цинк плотно и равномерно пристал к цинкуемой металлической поверхности, необходимо поддерживать ванну постоянно в весьма жидком, т. е. сильно перегретом состоянии. А так как расплавленный цинк при высокой температуре сильно окисляется, покрываясь пленкой цинковой окиси, весьма мешающей успеху операции Ц., то, в предупреждение окисления, держат расплавленную цинковую ванну под толстым слоем нашатыря. Самый цинк должен быть, по возможности, чист; поэтому, когда от продолжительного действия аппарата количество цинка в ванне уменьшится, самый же цинк загрязнится, удаляют из нее загрязненный цинк и затем наполняют свежим. Погружаемый в ванну цинкуемый лист не должен оставаться в ней слишком долго. Если передержать лист в ванне, то слой цинка выйдет слишком толстым и притом столь хрупкий, что дальнейшие манипуляции с подобным листом (загибка, разрезка, отгибание швов и т. п.) сделаются невозможны без повреждении нанесенного слоя цинка. Поддержание цинковой ванны в требуемой степени жидкоплавкости и установление должной продолжительности погружении в нее цинкуемых листов требуют со стороны руководителя процессом большой опытности, и выработанные приемы обыкновенно держатся в большом секрете. Цинкуемые листы захватываются клещами, подвешенными на роликах, и погружаются в ванну в вертикальном положении, затем вынимаются и кладутся в ванну, наполненную холодною водою, в которой и оставляются до полного охлаждения. Прием этот (весьма распространенный) сам по себе уже вызывает хрупкость нанесенного цинкового слоя. Поэтому гораздо безопаснее погружать вынимаемые из цинковой ванны листы не в холодную, а в кипящую воду, оставляя их постепенно охлаждаться вместе с водою. Еще лучше вместо воды применять кипящее сало или пальмовое масло. При Ц. железных листов, подвергаемых дальнейшей механической обработке (напр., штампованию), только таким путем и можно достигнуть необходимой вязкости цинкового слоя. Дав листам охладиться до 50 — 60°, их вынимают, дают хорошенько стечь салу или маслу, затем обмывают тщательно щелоком и обтирают насухо мягкими тряпками. Листы, охлажденные в воде, просушивают погружением в ящик с опилками или отрубями, или прямо обтирают этими веществами, забрав их в горсть. Слишком большая крепость кислотного раствора, в котором травятся листы перед Ц., имеет следствием хрупкость цинковой оболочки, а потому должна быть избегаема. Вместо простых клещей для погружения в ванну листов устраиваются иногда вращающиеся валки, помещаемые ниже поверхности расплавленного цинка и протаскивающие заложенный между ними лист через ванну. При больших и толстых листах, подлежащих Ц., подобное приспособление безусловно необходимо. Железо обладает свойством легко сплавляться с цинком. Вследствие этого стенки железных ванн, под влиянием действия расплавленного цинка, быстро выедаются и продырявливаются. Для защиты железных ванн покрывают стенки раствором жидкого стекла, в который подмешана тонко измельченная и отсеянная глина. Последней прибавляется столько, чтобы раствор принял молочный цвет. Слою подобного раствора дают совершенно просохнуть, а затем наносят поверх его второй, третий и следующие слои, пока железо не перестанет просвечивать сквозь обмазку. Затем разводят под ванной слабый огонь и дают обмазке окончательно окрепнуть. В такую ванну кладется сначала лишь часть цинка и расплавляется, а затем в него погружаются дальнейшие порции цинка. Предохранительная обмазка дозволяет ванне служить несколько лет, если только с нею обращаться осторожно. Употребляются иногда вместо железных цинкоплавильных ванн кирпичные пламенные печи, с подом, заделанным в виде корыта и одетым огнеупорною глиною.
Ц. мелких железных изделий разнообразной формы (напр., крючьев, цепей, гвоздей, колец, кронштейнов и т. п.) производится, в общих чертах, подобно вышеописанному, с отступлениями, вызываемыми лишь особенностями размеров и внешних очертаний этих изделий. Предназначенные к оцинковке изделия кладутся, прежде всего, в чан с раствором серной или соляной кислоты, затем омываются водою и просушиваются. После этого они складываются по нескольку в проволочную сетку и погружаются сначала в раствор хлористого цинка и нашатыря, а затем в расплавленный цинк. Сетка при этом встряхивается, чтобы дать возможность цинку проникнуть во все извилины предметов, а также на все те места, в которых к ним прикасалась сетка. Погружение длится 2 — 3 мин., после чего предметы вынимаются и закладываются на под небольшой пламенной печи, осыпаются угольным порошком и нагреваются до красного каления. Под действием жара избыток цинка, не вошедший в сплав с железом, расплавляется и стекает на пониженную часть печного пода, откуда он потом собирается. Предметы выгребаются кочережкою на возвышенную часть пода и переворачиваются, пока цинковая оболочка их совершенно не затвердеет. Тогда они вынимаются из печи и обтираются щетками с целью удалить приставший к их поверхности угольный порошок. Для получения более прочной оцинковки железные предметы, тщательно протравленные, прежде нежели будут подвергнуты оцинковке, омедняются, для чего погружаются в раствор из 1 части медного купороса на 10 ч. воды, оставляются в нем несколько секунд, затем ополаскиваются водою и погружаются в расплавленный цинк. При Ц. железных листов толщина цинковой оболочки составляет от 0,006 до 0,043 мм, что соответствует весу цинка на каждом квадратном метре оцинкованной поверхности от 45 до 300 грамм.
После листового железа, чаще всего подвергается Ц. железная проволока, огромные количества которой предназначаются для телеграфных и телефонных проводов и проч. Ведение этой операции может быть выгодно лишь при массовом производстве, а след., доступно лишь крупнейшим проволочным заводам, на которых работа эта и выполняется с недостижимым для мелких предприятий совершенством. Сущность проволокоцинковального процесса та же, что и при Ц. железных листов, и заключается в том, что проволока, вытравленная в кислотном растворе и получившая чистую металлическую поверхность, погружается в ванну с расплавленным цинком. Получение оболочки, прочно держащейся и дозволяющей гнуть проволоку без риска облупить цинк, достигается лишь путем долгого опыта и значительных издержек. Многие фирмы, вложив в это дело значительные капиталы, вынуждены были, в конце концов, отказаться от него за невозможностью конкурировать с изделиями уже установившихся производств. В сущности, все сводится к тщательной предварительной очистке проволоки, поддержанию надлежащей темпер. цинковой ванны и соответствующей скорости движения по ней проволоки. Слишком горячий цинк образует на проволоке красивую, блестящую, но очень непрочную (хрупкую) оболочку. Слишком холодный, густой цинк дает оболочку толстую, а потому также непрочную. Тот же результат получается, если проволока остается в цинковой ванне слишком долго, хотя бы цинк, сам по себе, был и достаточно жидок. При надлежаще соразмеренных скорости протягивания проволоки через цинковую ванну и температуре цинк отлагается на проволоке тонкою оболочкою, которая держится весьма прочно. При сгибании проволоки оболочка эта, хотя и дает трещины, но не соскакивает с железа. Внешний вид такой тонкой цинковой оболочки, правда, значительно уступает толстой оболочке. Для лучшей очистки проволоки, перед погружением ее в цинковую ванну, ее травят нередко не в холодном, а в сильно (до красного каления) нагретом состоянии. Доказано, что при этом уничтожение ржавчины на поверхности проволоки происходит более совершенно и без молекулярных изменений, вызываемых в металле холодною протравою. Само собою разумеется, что прокаливание проволоки перед ее протравою не должно служить, само по себе, источником образования окалины, а потому нагревают проволоку не на голом огне, а в особых трубках из шамотной массы (или железных, обмазанных глиною), которые омываются пламенем лишь снаружи и доводятся до красного каления. Каждая проволочная нить пропускается через свою особую трубку. Раскаленная проволока протаскивается затем через ванну со слабым раствором соляной кислоты. Пудлинговое железо требует более крепкого раствора, нежели литое. В большинстве заведений предпочитается, однако же, холодная протрава проволоки и лишь пропускают протравленную уже проволоку над открытым пламенем с целью ее просушки. Чтобы воспрепятствовать проволоке уносить на себе слишком толстый слой цинка, пропускают ее при выходе из цинковой ванны через слой грубозернистого песку, который и стирает с проволоки избыток цинка. Протягивание проволоки через ряд последовательных аппаратов производится равномерно и автоматически, для чего проволочная нить, свиваемая с упруго вращающейся катушки, навивается на барабан, приводимый в равномерно вращательное движение от механического привода. Общая схема расположения всех частей одного из лучших проволокоцинковальных приборов представлена на прилагаемом рисунке.
Бунты проволоки, которую предстоит оцинковать, надеваются на катушки aa, насаженные на вертикальные оси. Проволочная нить направляется с катушки на направляющий валик с, а с него идет в травильную ванну b, причем огибает с нижней стороны два погруженных в эту ванну направляющих валика dd, поднимается кверху, огибает (сверху) направляющий валик с, а с него переходит на направляющий валик е, проходя попутно над пламенем для высушивания. Очищенная и просушенная проволока направляется затем в ванну с расплавленным цинком f, куда погружается особыми вилками. По выходе из этой ванны, проволочная нить огибает еще два направляющих валика и затем наматывается на свой особый барабан. Ряд таких барабанов, насаженных попарно на горизонтальные оси, виден на левой стороне рисунка. На каждой оси, кроме двух барабанов, заклинено еще винтовое колесо.
Все эти винтовые колеса приводятся во вращение бесконечными винтами, насаженными на общий вал, движимый от привода. Вращение этих барабанов и вызывает протаскивание проволочных нитей через все перечисленные выше части цинковального прибора. Описываемый аппарат требует для его помещения площади в 25 м в длину, при 3 м в ширину (не считая необходимых по обе его стороны проходов). Зато проволока идет в нем постоянно в одном и том же направлении, не испытывая вредных перегибов. Травильные ванны устраиваются из песчаниковых плит, связанных в стыках асфальтом, или же из цементной массы в виде монолитного ящика. В видах экономии устраиваются и деревянные ванны из толстых клепок, плотно прифугованных одна к другой. Внутри стенки такой деревянной ванны одеваются свинцовыми листами, а чтобы предохранить и эти последние от разъедания кислотою, в свинцовый ящик вставляется второй деревянный ящик, уже из тонких досок, который от времени до времени и сменяется. Для удержания пропускаемых проволочных нитей в растворе в ванну вставляются два направляющих валика. Валики эти отформованы из цементной массы и насажены наглухо на железные оси, могущие вращаться на их цапфах. Если проволока вводится в кислотный раствор в раскаленном состоянии, то, отдавая свой жар кислотному раствору, она привела бы его в нежелательное кипение. Поэтому, в таких случаях употребляются травильные ванны с двойными дном и стенками, между которыми циркулирует холодная вода. Подобное устройство можно сообщить лишь свинцовым ваннам. Над кислотною ванною устраивается обыкновенно шатер с вытяжною трубою, служащий для удаления отделяющихся вредных паров. Размеры травильной ванны делаются обыкновенно одинаковыми с размерами цинковой ванны. Цинковая ванна склепана из толстых железных листов (стенки в 22 мм, а дно в 25 мм толщиною). Размеры ее (при расчете на пропуск 12 проволок одновременно) 90 × 200 см, при глубине в 45 см. Опорою ванне служат стенки из огнеупорного кирпича, возведенные на поду печи и образующие один продольный и несколько поперечных каналов. Кирпичными же стенками (выложенными изнутри огнеупорным кирпичом) ванна окружена и с боков, причем между ее стенками и кирпичными стенами оставлен зазор в 128 мм, заполняемый коксом. Сожиганием этого кокса развивается жар, передающийся боковым стенкам ванны, а через них цинку. Дно ванны не подогревается. Для регулирования горения кокса, в кирпичных стенах, окружающих ванну устроены люки, закрываемые кирпичами. Открывая эти люки, можно усилить горение в прилегающих местах коксового слоя, а прикрывая их — ослабить. Наблюдение за состоянием расплавленной массы цинка показывает, в каких местах требуется поднять или ослабить жар. Через эти же люки производится прочистка коксовых камер и удаление из них изгари. В части печи, обращенной к травильной ванне, устроена топка с решеткою, на которой также сжигается кокс. Жаром, им развиваемым, просушиваются проволочные нити перед поступлением их в цинковую ванну. На стенках печи укреплены две пары подшипников для направляющих валиков и пара стоек, между которыми укрепляются вилки, направляющие проволоки в цинковой ванне. Вилки подвешены к двум перекладинам, укрепленным на стойках, и снабжены дырами, дозволяющими перестанавливать вилки глубже, коль скоро уровень расплавленного цинка в ванне понизится. Приемные барабаны заклинены попарно на осях; на тех же осях в середине насажено по винтовому колесу, получающему вращательное движение от продольного вала. Над каждым барабаном помещен направляющий ролик, обеспечивающий правильную намотку проволоки. Вместимость описываемой ванны 600 пд. расплавленного цинка. Ц. ведется непрерывно — днем и ночью, в будни и праздники, т. е. однажды расплавленный цинк уже не допускается до охлаждения и отвердения. Оцинковка увеличивает вес проволоки на 4,5 до 10,5%, смотря по толщине ее. Полежав на воздухе, оцинкованная проволока постепенно утрачивает красивый белый цвет и приобретает синевато-серый оттенок. На оцинковку каждых 1000 кг проволоки закладывается в ванну, средним числом, 110 кг цинка, из коих, хотя и остается неизрасходованным до 40 кг, но уже в виде перегорелого цинка, негодного на дальнейшее Ц. (хотя и могущего быть употребленным в литейных). Кроме того, на то же количество проволоки расходуется 27 кг соляной кислоты, 4 кг нашатыря и 4 кг кокса. Железная цинковальная ванна служит не более года. Было сказано, что для очищения выходящей из ванны проволоки от избытка цинка употребляется песок, сквозь который заставляют проходить проволочные нити. На расплавленную поверхность цинка насыпается слой древесно-угольного порошка, а поверх его — слой песка. Для той же цели (очистки избытка цинка) применяются железные скребки, или же кожаные подушки, между которыми пропускаются оцинкованные и еще горячие проволочные нити. Вместе с цинком, проволока оставляет в этих приспособлениях и различные приставшие к ней на пути нечистоты. При вступлении в цинковый раствор, проволока проходит через слой нашатыря, насыпанный на поверхность расплавленного цинка. Опытом установлены следующие приблизительные наивыгоднейшие скорости протягивания: для телеграфной проволоки — от 15 до 40 мм, для проволоки № 20 — от 30 до 70 мм и для проволоки № 10 и тоньше — от 100 до 140 мм в секунду (номера проволоки подразумеваются по международной метрической проволочной мерке).
Кроме описанного, чисто механического способа Ц., применяется также Ц. с помощью гальванического тока. В отличие от предыдущего «горячего» способа Ц., последний способ носит название «холодного». При современных средствах электротехники Ц. электрохимическим способом не представляет никаких затруднений. К сожалению, цинковая оболочка, осажденная этим способом на железной поверхности, очень неустойчива к окисляющему действию воздуха и влаги и быстро превращается в цинковую окись, так что главная цель процесса остается невыполненною или выполненною лишь весьма несовершенно. Для Ц. холодным способом можно употребить раствор из 2 ч. цинкового купороса на 10 ч. воды, подкисленный слегка серною кислотою. Но при этом требуется наличность весьма интенсивного электрического тока. Процесс значительно облегчается, если вместо указанного выше раствора применить щелочной раствор цинка. Для этого растворяют цинковый купорос в воде и прибавляют к нему едкого щелока в таком количестве, чтобы образовавшийся вначале осадок гидрата цинковой окиси снова совершенно растворился. В раствор этот погружают большие пластины цинка и соединяют их с медным полюсом гальванической батареи, цинкуемый же железный предмета соединяют с ее цинковым полюсом. При этом на железной поверхности отлагается равномерный слой цинка, чрезвычайно красивого оттенка, но, как уже замечено было выше, весьма непрочный. Чтобы предохранить его, в свою очередь, от окисления, нередко покрывают оцинкованное таким способом изделие слоем прозрачного лака. Ввиду изложенного, электрохимический способ Ц. не может быть применен во всех тех случаях, когда оцинкованному изделию предстоит находиться долгое время на воздухе или в воде. К нему с успехом прибегают, однако же, в тех случаях, когда оцинкованные изделия предназначаются для комнатного употребления, причем Ц. заменяет в этих случаях дорогое лужение. Таким способом цинкуются, напр., тонкие железные листы, идущие на выделку некоторой домашней утвари, детских игрушек и т. п., которые и заменяют белую жесть.