Processo di zincatura a caldo

Le fasi del processo di zincatura

Come altri processi di protezione superficiale, la zincatura a caldo consta di due fasi principali: la preparazione della superficie da trattare e la zincatura vera e propria.
Per l’ ottenimento di una zincatura di qualità, occorre che la superficie dell’ acciaio da zincare sia perfettamente pulita, in modo che nessuna presenza di ossido ed altri contaminanti possa frapporsi nel contatto del ferro nella sua forma metallica con lo zinco fuso del bagno al momento dell’ immersione. Che la superficie dell’ acciaio si presenti perfettamente ridotta e metallica è una condizione indispensabile perché la reazione metallurgica di formazione del rivestimento di zincatura abbia luogo.

La preparazione (pre-trattamento) della superficie dei manufatti di acciaio consiste nell’ asportazione di impurità, sporco e strati di ossido, mediante due fasi successive che sfruttano l’ azione chimica dei bagni di sgrassaggio, prima e di decapaggio acido, poi.

La formazione del rivestimento protettivo avviene durante l’ immersione nello zinco fuso. In questa fase, si sviluppa sulla superficie di acciaio uno strato di rivestimento per reazione intermetallica tra la fase solida e la fase liquida (tra zinco e ferro dell’ acciaio).

In effetti lo zinco diffonde all’ interno della superficie dell’ acciaio, formando una serie di leghe zinco/ferro a tenore di zinco crescente verso l’ esterno.

I tempi di immersione e permanenza nel bagno di zincatura sono molto diversificati da situazione a situazione. In taluni casi, occorre anche un’ attenzione particolare durante la procedura di estrazione. Queste circostanze rendono difficile l’ automatizzazione della fase di immersione nello zinco fuso. Tuttavia, nuove tecnologie offrono la possibilità di automatizzazione del pre-trattamento chimico, che ovviamente risulta di più facile attuazione nel caso delle produzioni a maggiore specializzazione, quali, ad esempio, le applicazioni nel settore delle recinzioni stradali, guardrail, paletti e pannelli fonoassorbenti.

Le “differenti” zincature a caldo

I trattamenti denominati zincatura a caldo nelle diverse tipologie di impianto, utilizzano tutti lo stesso processo metallurgico, la medesima reazione intermetallica per l’ ottenimento dello strato protettivo, in modo da ottenere tipologie diverse di prodotti zincati.
La zincatura a caldo generale è un processo batch, cioè adatto al trattamento di lotti, con produzione discontinua. Si tratta in genere di trattamento superficiale realizzato conto terzi in prevalenza su manufatti di ferro ed acciaio pre-assemblati per cui la zincatura costituisce molto spesso l’ ultima fase della produzione.

Ciò vale per la carpenteria di qualsiasi peso e forma, per la minuteria centrifugata e per i prodotti in acciaio più disparati, ma anche per articoli destinati ad impieghi specifici come, ad esempio, barriere autostradali e tralicci per la conduzione di linee elettriche.

Viti, bulloni, chiodi ed altre minuterie che necessitano di rispettare tolleranze dimensionali stringenti o che hanno esigenze di presentare condizioni superficiali controllate, possono essere lavorate in zincatura generale, ma vengono sottoposte a centrifugazione successivamente all’ estrazione dal bagno, per allontanare gli eccessi di zinco. La centrifuga determina un aspetto del rivestimento più regolare e consente l’ accoppiamento agli elementi filettati dopo la zincatura. Le norme prevedono, ovviamente, spessori di rivestimento inferiori rispetto agli altri articoli trattati in zincatura generale. Per i dettagli tecnici, vedere la parte finale di questo capitolo.

Il rivestimento di zincatura che si ottiene su tubi, filo e lamiera zincati a caldo è analogo a quello che si ottiene in zincatura generale, ma per la produzione vengono utilizzate diverse soluzioni tecnologiche ed impiantistiche.

Tubi

Per i tubi, data la singolarità del prodotto, si utilizzano impianti semi-automatici, con fasi di processo simili alla zincatura generale. La fase realmente automatica è quella del passaggio dei tubi nelle vasche di zincatura dopo il loro posizionamento sulle rastrelliere con operazione manuale. Peculiare è lo step di processo che prevede la soffiatura dopo l’ estrazione dal bagni di zinco, mediante getti di vapor acqueo essenzialmente per liberare il lume interno dei tubi dall’ eccesso di zinco dopo l’ estrazione.

Filo e lamiere

Per filo e lamiere zincati a caldo sussistono sostanziali differenze rispetto alla zincatura generale per quel che riguarda la preparazione superficiale, la determinazione del tempo di permanenza nel bagno di zinco e le modalità di immersione (o passaggio) e di estrazione dallo zinco.
La zincatura di nastri e lamiere da coil avviene in continuo. La preparazione superficiale delle lamiere non è, in genere, realizzata mediante azione di fluidi, ma attraverso trattamenti termici in grado di bruciare e rimuovere i residui di emulsione oleosa, e di ottenere la riduzione degli ossidi in atmosfera inerte. Inoltre, per la zincatura delle lamiere e nastri, è possibile (o più agevole) una certa determinazione dello spessore dello strato di zinco, ottenuta sia impiegando sistemi meccanici (come ad esempio rulli), sia controllando la composizione del bagno di zincatura e dell’ acciaio dei coil.

Fasi produttive della zincatura generale

Nella zincatura generale i pezzi da trattare devono essere sospesi alle traverse (bilancini) per poter essere movimentati e traslati da un bagno di trattamento all’ altro. La zincatura, soprattutto nel caso della lavorazione conto terzi, costituisce di norma l’ ultimo stadio nella finitura di manufatti in acciaio preassemblati e caratterizzati da estrema variabilità di massa, forma geometrica ed ingombro. E’perciò necessario il ricorso a diverse modalità di carico alle traverse: si utilizzano apparecchiature di sospensione le cui forme sono spesso il risultato della peculiare esperienza dello zincatore nonché della tipologia degli articoli più frequentemente trattati. Comune è il ricorso ad aggancio mediante filo di ferro intrecciato, ma anche una gamma disparata di attrezzi.

La preparazione superficiale

La superficie dell’ acciaio dei pezzi grezzi in genere, all’ ingresso dell’ impianto di zincatura, presenta chiazze e strati di contaminanti, quali ruggine e calamina, prodotti dell’ ossidazione ed altre sostanze estranee, come saponi, oli, vernici, scorie di saldatura e di fusione, assieme ad altri residui, prodotti dalle lavorazioni precedenti. Per la loro rimozione, in genere si sottopone l’ acciaio ai trattamenti chimici di sgrassaggio e decapaggio.
In casi particolari, in cui i pezzi si presentino particolarmente sporchi o contaminati da sostanze che non possono essere rimosse con i trattamenti chimici, si ricorre alla pulizia meccanica. Ciò succede, ad esempio, in presenza di residui di vernici, smalti, scorie di saldatura, resine siliconiche anti-spruzzo (usate talvolta nelle saldature). Per la loro rimozione sono utilizzate la molatura, la spazzolatura o la sabbiatura, in sostituzione o aggiunta al ciclo normale.

All’ esame visivo che di norma viene effettuato all’ ingresso del materiale in zincheria non sempre questi contaminanti risultano immediatamente rilevabili, magari perché su aree di esigua estensione o di difficile individuazione. Tuttavia se essi non vengono accuratamente rimossi, sono causa di difetti dello strato protettivo, anche molto evidenti. Infatti, nelle aree interessate dalla loro presenza si ha il mancato sviluppo dello strato di zincatura, e, per converso, la formazione di vistose bruciature nerastre, dovute alla presenza dei residui combusti delle sostanze organiche portate a contatto con lo zinco del bagno fuso. Per evitare questi inconvenienti è bene di proteggere le superfici da zincare dalla contaminazione. Occorre sempre ricordare di non effettuare sui pezzi da zincare marcature con vernici o pennarelli con smalti non idrosolubili.

Sgrassaggio

Con i bagni di sgrassaggio si ottiene l’ eliminazione degli oli (refrigeranti, antiossidanti, lubrificanti) e grassi deposti sulla superficie durante la produzione e l’ assemblaggio dei manufatti in acciaio.
I bagni di sgrassaggio alcalini contengono idrossido di sodio, carbonati, fosfati, silicati, tensioattivi superficiali che rimuovono l’ olio ed i grassi dalla superficie del metallo attraverso l’ emulsione. La concentrazione, la temperatura del bagno e il tempo di immersione dei pezzi determinano l’ efficienza del bagno di sgrassaggio. Il normale intervallo di temperature di esercizio per bagni di sgrassaggio riscaldati è 30 - 70°C. I bagni possono avere diversa composizione. Indicativamente, possono consistere di una soluzione di idrossido di sodio 1 - 10%, con l’ aggiunta di altri reagenti alcalini come soda, silicato di sodio, fosfati alcalini condensati e borace nonché specifici tensioattivi, agenti di emulsione e di dispersione.

Al trattamento di sgrassaggio alcalino segue il lavaggio per evitare il trascinamento di sostanze alcaline all’ interno dei bagni di decapaggio acido. In tal caso, infatti, gli agenti di sgrassaggio alcalini, con la loro azione neutralizzante, ne abbrevierebbero il tempo di utilizzo.

I bagni di sgrassaggio acidi sono ottenuti a partire da acidi inorganici forti (come acido cloridrico e/o acido fosforico) diluiti con additivi, emulsionanti ed inibitori della corrosione. Gli agenti dello sgrassaggio acido formano di solito emulsioni di olio stabili, che possono creare qualche difficoltà nella manutenzione del bagno per la loro scrematura e separazione. Nel loro utilizzo c’ è, tuttavia, un certo vantaggio, consistente nella possibilità di omissione del successivo step di lavaggio con conseguente riduzione del consumo di acqua.

L’ energia necessaria per determinare il riscaldamento dei bagni alla temperatura di esercizio proviene da olio combustibile o da gas, a seconda delle condizioni locali di ogni impianto. In molti casi, i sistemi di sgrassaggio vengono riscaldati tramite il recupero di calore dai fumi esausti del forno di zincatura, mediante serpentine per lo scambio di calore. La durata massima di attività della soluzione sgrassante è di solito di circa 1-2 anni ma, in taluni casi particolari, può superare i 5 anni.

Decapaggio

Il successivo step di processo consiste nel decapaggio in acido, che serve a rimuovere incrostazioni, ossidi e ruggine eventualmente presenti sui pezzi da sottoporre a zincatura. L’ agente di decapaggio più utilizzato è l’ acido cloridrico diluito, ma è possibile anche l’uso di altri acidi inorganici come l’ acido solforico e, in casi molto particolari, l’ acido fluoridrico (ad esempio, decapaggio delle ghise). Un impianto di zincatura generale di solito comprende una serie di bagni di decapaggio con concentrazione di acido variabile. L’ acido cloridrico normalmente viene acquistato in soluzione al 28 - 33% circa e diluito fino al 12 -16%. Per prevenire un decapaggio eccessivo dei pezzi d’ acciaio e per proteggere le vasche, si aggiungono al bagno inibitori di decapaggio che diminuiscono l’ aggressività nei confronti del metallo. Si possono utilizzare anche inibitori di evaporazione. Durante l’ esercizio delle vasche il contenuto di ferro del bagno di decapaggio aumenta mentre la quantità di acido libero diminuisce, rendendo necessario il rabbocco occasionale del bagno, attraverso l’ aggiunta di acido fresco. Il decapaggio diviene impossibile in presenza di concentrazioni eccessive di FeCl2, ma di solito il bagno di decapaggio viene sostituito o rigenerato prima di raggiungere questa condizione. Il decapaggio presso l’ impianto con sezione di pretrattamento aperta viene effettuato a temperatura ambiente. In tal caso, il consumo medio di acido è di circa 20kg per tonnellate di prodotto, ma è molto variabile in funzione delle condizioni superficiali dell’ acciaio: un intervallo realistico è 10-40 kg/ton.
Per temperature superiori a quella ambiente (ma non oltre i 40°C), è possibile l’ applicazione dei sistemi a tunnel chiuso, in cui le vasche di pretrattamento sono racchiuse in uno spazio più o meno isolato, a costituire una sorta di cappa aspirante. L’ uso di questi sistemi riscaldati rende possibili tempi di trattamento minori e richiede una minore quantità di acido. Inoltre, innalzando la temperatura del bagno di decapaggio, si può renderne possibile l’ uso a concentrazioni relativamente alte di FeCl2, ad esempio 175-200g/l con il bagno a 35°C. Uno svantaggio è dato dal fatto che le emissioni ed i vapori generati dalle vasche di acido sono maggiori in termini relativi e, quindi, sono raccolti e, in alcuni casi, purificati da apparecchiature di abbattimento adeguate.

Lavaggio

Il lavaggio post-decapaggio è uno stadio molto importante nel processo di zincatura, dal momento che prolunga la vita dei bagni di trattamento successivi, riduce la produzione di rifiuti e incrementa il riutilizzo dei sottoprodotti. Dopo lo sgrassaggio ed il decapaggio, l’ acciaio assemblato viene lavato-immerso in bagni d’ acqua, che talvolta vengono riscaldati. Il lavaggio ha lo scopo di impedire il trascinamento di acido, ferro e sali di ferro dal decapaggio all’ interno dei bagni di flussaggio ed oltre, fino alla vasca di zincatura. L’ effetto del trascinamento del ferro dissolto consisterebbe in un incremento della generazione di mattes e, conseguentemente, in aumento di consumo di zinco, a parità di spessore di rivestimento applicato sui pezzi.

Flussaggio

Il flussaggio rappresenta uno stadio di processo peculiare per la zincatura a caldo. Per la realizzazione di questa fase vi sono due diverse soluzioni tecnologiche:
- nella zincatura a secco, il processo di gran lunga più utilizzato, i manufatti vengono immersi in una soluzione flussante costituita da sali quali il cloruro di zinco (ZnCl2), il cloruro di ammonio (NH4Cl) e sali doppi del tipo ZnCl2·NH4Cl·2H2O (in soluzione è, talora, presente anche una piccola quantità di potassio cloruro - KCl - che limita l’ emissione di fumi), in modo tale che la concentrazione dei sali della soluzione si porti ad un valore ottimale. La zincatura a secco prevede necessariamente la fase successiva di essiccazione e preriscaldamento.

- nella zincatura ad umido gli stessi agenti di flussaggio formano uno strato di sale fuso, più o meno spesso, galleggiante sulla superficie del bagno di zincatura. Le parti in acciaio da zincare vengono fatte passare attraverso lo strato di flussante all’ interno del bagno di zinco. Ad immersione ultimata (dopo la reazione metallurgica dello zinco con il ferro), lo strato di sale fuso viene spostato dalla superficie del bagno e raccolto da un lato per mezzo di palette, per permettere l’ estrazione dal bagno di zinco senza ulteriore contatto con il flussante. In questo caso non è necessario eseguire una fase di essiccazione e preriscaldamento.

Questo sistema è vetusto e destinato a cadere in disuso, perché non consente una produttività ottimale della vasca di zincatura.

Flussaggio: cos’ è?

Per capire a cosa serve realmente il flussaggio occorre osservare ciò che accade nella vasca di zincatura durante la successiva fase di immersione: nello zinco fuso, a temperature superiori a 200°C, il cloruro di ammonio del flussante si decompone in ammoniaca (NH3) e acido cloridrico (HCl), il quale produce un effetto di decapaggio aggiuntivo e elimina l’ ossido che residua eventualmente dalla fase di decapaggio o che si forma nel tragitto sui pezzi verso la vasca di zincatura.
Inoltre, i sali di flussaggio abbassano la tensione superficiale nel bagno, consentendo una migliore bagnabilità tra zinco fuso e superficie di acciaio. Nel caso della zincatura a secco, il sottile film di sali (cloruro di zinco in particolare) contribuisce a proteggere dall’ ossidazione la superficie metallica dell’ acciaio, finché il manufatto non viene immerso nello zinco fuso, preservando le parti ad alta temperatura, non ancora immerse, dalle interazioni con l’ atmosfera. Questo è particolarmente importante quando il tempo di essiccazione è lungo.

La concentrazione totale di sali di flussaggio (la somma di cloruro di zinco, cloruro di ammonio e sale doppio) e il rapporto tra cloruro di zinco e cloruro di ammonio sono entrambi molto importanti. Il cloruro di ammonio in un buon bagno di flussaggio, spesso rappresenta il 40 - 60% del sale di flussaggio. Il cloruro di ammonio assicura una veloce essiccazione ed una migliore rimozione degli ossidi di ferro dalla superficie dei pezzi, ma provoca anche più fumo, schiumature (ceneri) e mattes durante il processo di rivestimento. Quando il pretrattamento dei manufatti è insufficiente occorre una maggiore quantità di cloruro di ammonio. Nella zincatura a secco la vasca di flussaggio viene mantenuta alla temperatura di 25-50°C. Il valore del pH dei bagni di flussaggio è normalmente tenuto approssimativamente a 4,5. Il pH del bagno di flussaggio può comunque variare tra 1 e 5. Onde non riscontrare variazioni di acidità, in alcuni casi, si utilizzano sali costituenti un sistema tampone. Si può riscontrare l’ uso di additivi che servono a conferire una maggiore bagnabilità e fluidità al sale doppio, ottenendo una maggiore scorrevolezza del sale ed un migliore comportamento durante l’ immersione nella vasca dello zinco fuso. In genere, il bagno di flussaggio viene tenuto in condizioni ottimali attraverso impianti di rigenerazione in continuo.

Essiccazione e preriscaldamento

L’ essiccazione viene ottenuta in un forno apposito, situato in prossimità del forno di zincatura. In effetti, il forno recupera in parte il calore dei fumi di combustione, anche se nella maggior parte dei casi occorrono bruciatori supplementari per consentire il funzionamento di questa apparecchiatura. L’ essiccazione completa del manufatto permette di ridurre gli spruzzi ed le eiezioni di metallo nel momento in cui il pezzo viene immerso nel bagno di zinco. Il beneficio che si ottiene in questa fase è duplice, dal momento che il manufatto da zincare risulta pre-riscaldato e migliorano le condizioni della reazione di formazione dello strato, riducendo ed ottimizzando i tempi di permanenza nel bagno di zinco.

Immersione nello zinco fuso

I pezzi fuoriusciti dai forni per l’ essiccazione vengono lentamente introdotti nella vasca di zinco fuso. L’ insieme dei pezzi sospesi alle traverse viene detto calata.
Durante l’ immersione della calata, la superficie del ferro lentamente si libera dai sali di flussaggio che, reagendo con il bagno per le alte temperature, scorificano. I pezzi, perfettamente ridotti e privi di strati di ossido, vengono bagnati dallo zinco e sulla superficie avviene la reazione metallurgica di formazione del rivestimento metallico protettivo.La scoria o schiumatura povera di zinco che si forma (tradizionalmente indicata con il termine cenere) galleggia sulla superficie del bagno, da dove viene allontanata con un’ operazione di spalettatura necessariamente manuale.

E’ in questa fase che l’ acciaio in superficie reagisce con lo zinco, formando un rivestimento consistente in una serie di strati di leghe ferro-zinco a differente composizione e struttura cristallina, sovrastata da uno strato di zinco con la composizione del bagno che si deposita per trascinamento, come già accennato. Il tempo di immersione nel bagno varia da qualche minuto per manufatti d’ acciaio relativamente poco spessi, fino a 15 minuti per oggetti assemblati con profili di spessore maggiore. I pezzi da zincare vanno lasciati in immersione finché non raggiungono la temperatura del bagno e non si completa la reazione di formazione dello strato.

Dal punto di vista pratico, l’ avvenuta zincatura coincide con il placarsi della superficie del bagno dal caratteristico moto turbinoso dello zinco, determinato dallo sviluppo di gas e vapori.

Alcuni manufatti di forma o massa particolare possono richiedere tempi di immersione più lunghi. Oggetti assemblati con lamiere d’ acciaio più spesse possiedono una maggiore inerzia termica. Ciò implica che impiegano tempi più lunghi per portarsi alla temperatura del bagno. La fase di immersione è, dunque, tanto più lunga quanto più spesso è il materiale. Ciò, a parità di altre condizioni (per esempio, a parità di composizione dell’ acciaio), dato il più lungo tempo di permanenza alle alte temperature, fa sì che a spessori maggiori dell’ acciaio corrispondano spessori maggiori del rivestimento.

Lo zinco fuso in vasca viene tenuto usualmente ad una temperatura di 440-460°C. Per applicazioni speciali, il bagno di zincatura può essere gestito a temperature più elevate, fino a 530°C ed oltre. In tal caso si parla di zincatura ad alta temperatura. Ciò viene richiesto nel trattamento di alcune categorie di acciai e di alcuni tipi specifici di componenti.

La vasca di zincatura

Le vasche di zincatura sono fatte di acciaio a basso tenore di carbonio, fatte di una lega particolare per essere poco reattive con lo zinco. Infatti, in caso contrario, le pareti si assottiglierebbero per la reazione con lo zinco e si forerebbero nei punti dove l’ aggressione fosse più violenta. Per il riscaldamento della vasca si usano bruciatori a gas o, raramente, a gasolio. La vasca è costruita per resistere agli elevati carichi idrostatici e agli stress termici generati durante il riscaldamento alle temperature di esercizio.
Il pelo libero dello zinco si trova a livello della pavimentazione o qualche decina di centimetri più in alto, per consentire agli operatori la rimozione delle schiumature dal bagno, durante le operazioni di estrazione delle calate.

Per le vasche ceramiche, usate per lo più per la zincatura delle minuterie, si usa un riscaldamento con bruciatori ad immersione o con riscaldatori a cappa quando la temperatura dello zinco sia superiore a 460°C.

L’ estrazione dei manufatti

Dopo che la reazione di formazione dello strato si compie, avviene l’ estrazione dal bagno. Si tratta di una operazione delicata in cui, con l’ aiuto di movimenti adatti, si favorisce il drenaggio del metallo liquido. Durante l’ estrazione si forma sulla superficie dei pezzi un ulteriore rivestimento di zinco che ha la stessa composizione del bagno di metallo fuso e conferisce l’ aspetto brillante all’ acciaio appena trattato. Ad estrazione avvenuta, quando i pezzi sono ancora sospesi sul bagno si eliminano gli ultimi residui dello zinco in eccesso, colpendo o, in alcuni casi, scuotendo i manufatti.
La reazione ferro/zinco di formazione dello strato continua anche dopo l’ estrazione fino alla temperatura di circa 200°C, alla quale i fenomeni di diffusione avvengono ormai a velocità trascurabile. I pezzi ormai zincati vengono poi raffreddati in aria o acqua e ispezionati. Successivamente si provvede alla pesatura per determinare il peso del rivestimento e valutarne il costo. Infine viene valutata la qualità del rivestimento che deve rispettare prescrizioni normative riguardo ai valori minimi dello spessore (misurato in μm o, più raramente, in g/m2) ed ai requisiti di aspetto. Le piccole imperfezioni della superficie vengono riparate ed i manufatti vengono sganciati e preparati per la spedizione

Rifinitura

Durante l’ estrazione dei pezzi dalla vasca, può accadere che lo zinco fluido, gocciolando, indurisca formando leggeri ispessimenti o gocciolature.
Generalmente, se tali difetti hanno dimensioni modeste, non creano problemi al manufatto. Tuttavia, qualora le parti zincate debbano essere assemblate o montate in maniera precisa, in caso di difficoltà, i sovraspessori e i piccoli accumuli possono essere rimossi per abrasione. In ogni caso, le imperfezioni vanno eliminate quando sono acuminate, poiché in fase di trasporto, montaggio o utilizzo, potrebbero causare ferite agli operatori oppure staccarsi negli urti, lasciando scoperte piccole superfici di acciaio.

Per rimuovere tali ispessimenti è preferibile operare manualmente con una lima, con l’ aiuto di una mola angolare e di un disco flessibile. In tal modo, è più facile controllare che il rivestimento non venga tolto completamente lasciando l’ acciaio privo di protezione.
Le gocciolature possono, invece, essere eliminate impiegando una fiamma ossidrica. Una fiamma leggera è in grado di fondere localmente lo zinco senza bruciarlo. Una volta fluido, lo zinco superfluo gocciola via da solo o, nel caso in cui ciò non avvenga, può essere facilmente rimosso con una spazzola di ferro o una spatola metallica.

Similmente, se si zinca una struttura in acciaio cui sono saldati elementi filettati (non in centrifuga), è necessario rimuovere lo zinco in eccesso dalla filettatura per renderla nuovamente efficiente. Per quanto riguarda i filetti maschi, il metodo più efficace, semplice e rapido consiste nel fondere il rivestimento con una fiamma e spazzolare via lo zinco fluidificatosi. Per le filettature femmina la protezione dei filetti per impedire il contatto con lo zinco deve essere comunque praticata a monte della zincatura.

In presenza di cerniere e articolazioni, la solidificazione dello zinco irrigidisce queste parti impedendo loro di muoversi. Anche in questo caso è utile ricorrere alla fiamma ossidrica per fondere il rivestimento di zinco. Una volta reso fluido lo zinco, le cerniere, nuovamente mobili, vanno mantenute in movimento finché il rivestimento non si sia solidificato.

Questa operazione garantisce la conservazione della mobilità delle articolazioni anche dopo la solidificazione dello zinco. Pertanto, quando è possibile, è opportuno che tali giunture vengano mosse immediatamente dopo l’ estrazione dal bagno, senza attendere il raffreddamento del rivestimento, evitando così di ricorrere alla rifusione dello zinco.
Dopo zincatura di strutture quali cornici o telai con reti di filo ondulato o griglie, è possibile che in alcune parti restino residui di zinco dalla consistenza di una sottile membrana. Se dovessero causare qualche problema, in relazione a specifici utilizzi, per eliminarli sarà sufficiente impiegare una spazzola metallica.

E’ parimenti sufficiente l’ utilizzo della spazzola metallica per la rimozione di residui di schiumature (ceneri) eventualmente depositate sulla superficie del manufatto per un difetto nell’ operazione di spalettatura. L’ inclusione di ceneri è innocua per la protezione offerta all’ acciaio. Essa interviene a zincatura già formata ed interessa gli strati più esterni del rivestimento, da dove può essere rimossa senza danno. Ben diverso è il caso dell’ inclusione di sali di flussaggio (di morfologia differente e ben caratterizzabile), che va rimossa con accuratezza e deve essere seguita da un trattamento di riparazione dello strato, tramite vernici ad alto tenore di zinco, spray ovvero metallizzazione o riporto di zinco con barrette di lega a basso punto di fusione. Stesso destino per le piccole aree che per diversi motivi dovessero risultare non ricoperte.

Un prodotto di qualità è tale da non mostrare difetti intollerabili. Le aree riparate non possono superare in totale lo 0.5% della superficie del manufatto ed ogni singola area da riparare non può superare i 10cm2 di estensione, a norma UNI EN ISO 1461.

Zincatura di minuterie centrifugate

I piccoli oggetti da zincare che necessitano di centrifugazione, come chiodi accessori, raccordi, bulloni, dadi, viti, rondelle ecc. vengono sottoposti agli stessi pretrattamenti chimici di pulizia superficiale ed immersi nel bagno di zinco, raccolti in cestelli forati.
A zincatura avvenuta, il cestello viene estratto dal bagno di zinco e posto in una centrifuga, dove viene eliminato l’ eccesso dello zinco, onde evitare goccioline ed irregolarità e rispettare le tolleranze dimensionali di norma. In genere si procede al raffreddamento in acqua che evita l’ incollaggio dei pezzi gli uni agli altri.

La centrifuga può causare l’ asportazione parziale dell’ ultimo strato di zinco puro che, come detto in precedenza, tende a depositarsi sui pezzi estratti dalla vasca. Ne risulta una superficie più opaca rispetto agli altri manufatti zincati, anche perché per la zincatura delle minuterie, le temperature dello zinco fuso sono generalmente più elevate, intorno ai 460-470°C. Ciò determina una reazione più veloce, che persiste oltre l’ estrazione fino ad interessare lo strato di zinco puro, determinando così l’ affiorare delle zinco-leghe.

D’ altronde, la minore viscosità dello zinco alle alte temperature consente una maggiore facilità di pulizia. Talvolta, per usi particolari, si applicano temperature fino a 550 – 560°C. Per tali temperature (già oltre i 470°C) si utilizzano vasche di zincatura in ceramica.

Temperature così elevate possono compromettere le proprietà meccaniche dei bulloni ad alta resistenza, oltre la classe 8.8. Inoltre, in questo caso, il decapaggio precedente la zincatura può indurre infragilimento da idrogeno, per cui oltre quella classe la zincatura non è consigliabile. Per ovviare a questo inconveniente si possono utilizzare bulloni di spessore maggiorato della classe di resistenza inferiore o una maggiore quantità di bulloni sempre di resistenza inferiore.

Durante la centrifugazione, lo zinco in eccesso viene eliminato abbastanza facilmente dai filetti delle viti dei bulloni. Possono essere efficacemente zincati a caldo bulloni con diametro superiore a 8 mm e talvolta si raggiungono risultati soddisfacenti anche per dimensioni inferiori. Per le parti filettate è necessario lasciare tra maschio e femmina una tolleranza pari a quattro volte lo spessore del rivestimento (normalmente intorno ai 40 μm).

I dadi, invece, vengono, di norma, zincati prima che venga realizzata la filettatura. Il filetto del dado non è rivestito, ma la protezione catodica viene esercitata dal rivestimento del filetto maschio, una volta che dado e vite sono serrati, ed è sufficiente a garantire la protezione contro la corrosione. Infatti, una volta realizzato il serraggio del bullone, la continuità elettrica è garantita per la protezione elettrochimica. Inoltre, i prodotti della corrosione dello zinco del filetto della vite riempiono lo spazio vuoto e sigillano l’ accoppiamento.

Se vengono zincati dadi già dotati di filettatura è necessario ripassarli, successivamente, con maschiatura appropriata. Ciò deve essere realizzato al fine di garantire che i filetti maschio e femmina siano accoppiati in maniera opportuna, in modo che il carico sui filetti stessi sia portato interamente dal substrato di acciaio e lo zinco non esplichi impropriamente tenuta meccanica.

Zincatura dei tubi in impianti dedicati

Gli impianti che producono tubi di acciaio zincato sono molto simili alle zincherie di zincatura generale dal momento che i tubi subiscono la stessa preparazione superficiale e l’ immersione nello zinco fuso. Una differenza consiste nella tecnica con cui i tubi vengono fatti passare nello zinco per mezzo di un sistema di trascinamento semi-automatico. Infatti i tubi, provenienti da trattamento chimico di sgrassaggio, decapaggio e flussaggio, vengono posti su una rastrelliera ed avviati manualmente ad un sistema di trasporto che li porta automaticamente in immersione in vasche dall’ apposita configurazione. Il tempo di permanenza all’ interno della vasca è regolato dalla velocità con cui i tubi attraversano il bagno nella sezione trasversale della vasca.
Rispetto alla zincatura generale il processo di zincatura dei tubi comprende uno stadio aggiuntivo successivo detto soffiatura: all’ interno dei tubi appena estratti dalla vasca, viene soffiato vapore acqueo ad elevata pressione al fine di ottenere l’ uniformità dello strato interno e l’ allontanamento dello zinco in eccesso e delle ceneri, che altrimenti li ostruirebbero.

Zincatura di fili e lamiere

Gli impianti che producono zincatura a caldo su filo o lamiera da coil (nastro) si basano, invece, su processi continui completamente automatici.
Per la produzione di filo zincato si applica un processo simile alla zincatura generale in impianti dedicati. In questo caso, calcolando la velocità di percorrenza ed i tempi di permanenza opportuni nelle vasche, si ottengono produzioni in continuo completamente automatiche. Gli eccessi di zinco vengono rimossi con mezzi meccanici.

Anche la zincatura delle lamiere in continuo, caratterizzata da una differenza sostanziale nella preparazione superficiale, si basa sul passaggio continuo del nastro metallico attraverso lo zinco fuso per un appropriato tempo di residenza. La preparazione superficiale posteriore allo sgrassaggio della lamiera consiste nel passaggio attraverso un forno ad atmosfera controllata per consentire all’ acciaio di ottenere le caratteristiche richieste e raggiungere la temperatura ottimale prima dell’ immersione nel bagno fuso. In certi casi (come nel caso di impiego di forni a fiamma diretta) nella preparazione superficiale delle lamiere, lo sgrassaggio e la pulizia superficiale non sono ottenuti mediante azione di fluidi, ma attraverso trattamenti termici in grado di rimuovere i residui di emulsione oleosa bruciandoli e di ottenere la riduzione degli ossidi in atmosfera inerte. Per la zincatura delle lamiere e nastri è anche possibile (o più agevole) il controllo dello spessore dello strato di zinco, che si ottiene sia controllando la composizione del bagno e dell’ acciaio dei coil, sia attraverso l’ impiego di rulli meccanici.

I forni di trattamento superficiale pre-zincatura possono essere:

Forno Sendzimir: è un tipo di forno continuo orizzontale, costituito da:

- zona di preriscaldamento, separata dal resto del forno, in cui il nastro è riscaldato direttamente. Attraverso l’ ossidazione viene pulito dai residui di emulsione oleosa (zona ossidante);
- zona di riduzione in cui si ha la riduzione degli ossidi in atmosfera controllata riducente (H2/N2) e zona di mantenimento a riscaldamento indiretto per la transizione di stato (ricristallizzazione) e normalizzazione dell’ acciaio, in atmosfera inerte;
- zona di raffreddamento in cui il nastro viene raffreddato ad una temperatura leggermente superiore a quella del bagno di zinco fuso.

Forno a fiamma diretta (D.F.F.): il forno a fiamma diretta (tipo non ossidante) può essere suddiviso in varie sezioni:

- sezione di preriscaldamento, con recupero del calore dei fumi provenienti dal forno di riscaldamento;
- il forno di riscaldamento, in cui il nastro viene posto a contatto diretto con la fiamma;
- sezione di ricottura, dove, attraverso un riscaldamento elettrico o tramite elementi radianti, il nastro viene riscaldato e mantenuto a temperatura adeguata in atmosfera riducente;
- sezione di raffreddamento del nastro, suddivisa in più parti aventi velocità di raffreddamento diverse;
- sezione di uscita, da cui il nastro viene avviato al bagno di zinco fuso.

Questa tipologia di forno consente la pulizia della superficie del nastro, cosa che rende non sempre necessario lo sgrassaggio preliminare del metallo.

Forno a tubi radianti (R.T.F.): il nastro di lamiera viene fatto passare all’ interno del forno riscaldato tramite serpentine radianti che consentono lo scambio di calore senza contatto con i fumi di combustione. L’ atmosfera nel forno è controllata per realizzare un ambiente riducente(H2/N2). La zona di mantenimento può essere riscaldata con tubi radianti o con resistenze di tipo elettrico. Questo tipo di forno, in combinazione con uno sgrassaggio alcalino preliminare, consente di ottenere standard qualitativi molto elevati e di migliorare l’ aderenza del successivo rivestimento metallico.
 

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