:: Show last analit ::

Cold galvanizing: protection of metal from corrosion

ООО «Протектор М» 49005, г. Днепр,  ул. Дзержинского д.7, оф. 66/а. e-mail: protectorm@ukr.net

Контактные телефоны: Моб.: (093) 561-08-75 Сергей Николаевич Моб.: (098) 008-70-79 Сергей Николаевич Моб.: (050) 367-02-90 Игорь Вячеславович

Хорошо известно, что наиболее длительную (до 25-50 лет) защиту стали от коррозии обеспечивают цинковые покрытия. Однако нанесение их традиционными методами, такими, например, как горячее цинкование или электрохимическое осаждение, на крупногабаритные металлоконструкции технически трудноосуществимо и на практике не используется.

В сравнении с традиционными методами наиболее доступным, дешевым, а иногда и единственно возможным оказывается метод холодного цинкования, то есть нанесение на подготовленную поверхность способами, применяемыми для обычных красок, специального цинксодержащего состава, в результате чего образуется покрытие, обладающее такими же антикоррозионными свойствами, как и покрытие, полученное методом горячего цинкования.

Горячо — холодно

При нанесении на железо (сталь) цинк защищает его как по барьерному (изоляционному) типу (что более выражено для горячего цинкования, где цинк сразу образует сплошное влагонепроницаемое покрытие), так и по электрохимическому (протекторному) типу, где цинк в присутствии влаги, выполняя роль анода по отношению к железу, расходуется для его защиты, а образующиеся при этом соединения цинка “залечивают” дефекты покрытия, предотвращая коррозию железа.

Протекторный тип защиты более характерен для холодного цинкования, особенно в стадии первоначального формирования покрытия, так как оно имеет определенную пористую структуру, через которую возможен доступ влаги к поверхности стали, приводящий к образованию электрохимической пары цинк – железо. В процессе дальнейшей эксплуатации происходит уплотнение структуры покрытия и постепенный переход его защитного действия от протекторного к барьерному.

Таким образом, покрытие, полученное методом холодного цинкования, по истечении определенного времени, зависящего от условий эксплуатации (в основном влажности), защищает сталь по тому же механизму, что и покрытие, нанесенное горячим способом.

Дальнейшее действие цинка по электрохимическому типу защиты (как и для горячеоцинкованных поверхностей) происходит только тогда, когда по тем или иным, в том числе механическим причинам, нарушается целостность нанесенного покрытия и влага проникает к поверхности стали.

Согласно стандарту ISO 3549:1995 (DIN 55969) составы для холодного цинкования, обеспечивающие активную электрохимическую защиту по всей поверхности (повсеместную и свободную передачу электронов как между частицами цинка внутри покрытия, так и от частиц цинка к поверхности стали), должны содержать в сухом покрытии не менее 94% чистого цинка с размером частиц 12- 15 мкм или не менее 88% цинка с размером частиц 3-5 мкм.

Более высокие концентрации цинка увеличивают защитное антикоррозионное действие покрытия, а использование “атомизированной” (измельченной до 5 мкм и менее) цинковой пудры, при прочих равных условиях, способствует повышению адгезии (за счет облегчения диффузионного взаимодействия цинка и железа), эластичности, снижению пористости покрытия и получению более гладкой (менее шероховатой) поверхности.

Цинкнаполненные (цинксодержащие) краски, не отвечающие вышеуказанному стандарту, не относятся к составам для холодного цинкования и не образуют электропроводного цинкового покрытия, адекватного по свойствам и срокам эксплуатации горячеоцинкованному. Цинк, присутствующий в них, играет роль специального (в том числе цветообразующего) пигмента, усиливающего лишь барьерную (пленочную) защиту за счет своего окисления и “закупоривания пор” в слое краски.

Почему цинк?

Цинк – серебристо-белый, в нормальных условиях довольно хрупкий металл; плотность 7,1 г/cм3, tпл. 420 °С. Так же, как и железо, цинк относится к группе металлов повышенной термодинамической нестабильности, имеющей значение электродного потенциала меньше, чем потенциал водородного электрода при рН = 7 (–0,413 В). Однако вода почти не действует на цинк. Это объясняется тем, что при взаимодействии цинка с водой на его поверхности образуется гидроксид, который практически не растворим в воде и препятствует дальнейшему течению реакции. Даже в слабокислой среде коррозия чистого цинка замедлена, что связано с достаточно высоким значением перенапряжения выделения водорода на цинке (–1 В). При содержании в цинке сотых долей процента примесей таких металлов как, например, медь и железо, имеющих меньшее значение перенапряжения выделения водорода (соответственно –0,6 и –0,5 В), скорость взаимодействия цинка с кислотами увеличивается в сотни раз.

На воздухе цинк окисляется, покрываясь тонкой, но прочной пленкой оксида или основного карбоната цинка. Эта пленка надежно защищает цинк от дальнейшего окисления и обусловливает высокую коррозионную стойкость металла.

В противоположность этому ржавчина, например, не образует сплошной пленки на поверхности железа и между отдельными кристаллами гидратированного оксида железа III, имеются большие просветы, наличием которых и объясняется склонность железа к прогрессирующей коррозии. Высокие противокоррозионные свойства цинка при нанесении его на железо (сталь) обусловлены еще и тем, что цинк имеет электрохимический потенциал ниже, чем железо (–760 мВ и –440 мВ соответственно), поэтому в электрохимической паре цинк-железо, возникающей в присутствии воды (влаги), цинк выполняет роль анода и растворяется, а стальная подложка (железо) роль катода:

Zn – 2e– = Zn2+

Н2О + 1/2 О2 + 2е– = 2ОН–,

в результате чего имеет место пассивация стали за счет подщелачивания. Ионы цинка реагируют с диоксидом углерода, находящимся в воздухе. Это сопровождается образованием плотных слоев нерастворимых карбонатов цинка, тормозящих дальнейшее развитие коррозионного процесса.

Просто и эффективно

Использование метода холодного цинкования эффективно как для получения самостоятельного покрытия и предварительного грунтования, так и для межоперационной защиты стали и ремонта ранее оцинкованных поверхностей. Применение метода имеет ряд неоспоримых преимуществ по сравнению с горячим цинкованием:

• отсутствие ограничений по размерам цинкуемых поверхностей;
• возможность производить подготовку поверхности на месте;
• возможность легко сваривать конструкции, покрытые составами для холодного цинкования;
• возможность на месте оцинковывать сварные швы;
• легкость в ремонте, в том числе нарушенных (при транспортировке и монтаже) участков цинкового покрытия;
• отсутствие необходимости демонтажа, транспортировки к месту цинкования и обратно и последующего монтажа конструкций; возможность цинкования в широком диапазоне температур: от –20 до +40 °C;
• возможность получения эластичного покрытия, выдерживающего как механическую деформацию, так и термическое расширение и сжатие в широком диапазоне температур;
• высокая степень сцепления других ЛКМ, в том числе порошковых красок, с оцинкованной поверхностью;
• возможность оцинковывать собственными силами и любым способом (погружением в состав, кистью, валиком, распылением).

Уже сегодня составы для холодного цинкования, как самостоятельно, так и в системах покрытий, успешно используются на практике в Украине и за ее пределами. В частности, при защите от коррозии мостовых сооружений, тоннелей, строительных металлоконструкций, элементов городской инфраструктуры, столбов освещения, опор ЛЭП, металлических кровель, резервуаров, фасадов и арматуры зданий и др. Пользователи отмечают эффективность метода, его простоту, относительно невысокую стоимость и весьма быструю эксплуатационную окупаемость.

На месте и по месту

Особые возможности открываются для применения этого метода для антикоррозионной защиты светопроникающих конструкций, фасадных систем, даже металлических профилей, используемых во внутренних полостях металлопластиковых конструкций.

Так, например, новое здание Национального театра в Пекине было спроектировано и построено европейскими фирмами, а покрытие несущих металлоконструкций и ажурного крепления фасадных светопроникающих элементов (почти 90% всей площади поверхности здания) выполнено методом холодного цинкования. Метод применяют для строительства парников, заданий производственного и общественного назначения. В Украине уже есть опыт применения холодного цинка для строительства и ремонта самых ответственных сооружений, включая ЧАЭС, мостовые переходы, шлюзные ворота и многое другое, то есть там, где практически невозможно нанести защиту в заводских условиях, или где “штатное” покрытие нарушено от времени или в процессе изготовления.

Внедрение в практику современных и перспективных методов антикоррозионной защиты, в частности таких, как холодное цинкование, позволит резко сократить ущерб, наносимый в результате коррозии металлов, который в промышленно развитых странах достигает 5% национального дохода.

(Статья опубликована на сайте http://okna.ua/library/ и в журнале ОКНА. ДВЕРИ. ВИТРАЖИ / №5 2006)

:: Analit archive ::