Холодное цинкование, как наиболее эффективный метод защиты металлоконструкций от коррозии

Холодное цинкование, как наиболее эффективный метод защиты металлоконструкций от коррозии

С.А.Васильев, главный специалист ООО «Мастеръ», к.т.н.

В статье рассматриваются теоретические основы и преимущества практического использования холодного цинкования и, в частности состава, предлагаемого компанией «Мастеръ» - АК – 100 – жидкий цинк, как наиболее эффективного метода для защиты металлоконструкций от коррозии , альтернативного горячему цинкованию.

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.

Холодное цинкование – это нанесение на подготовленную поверхность специального цинксодержащего состава, в результате которого образуется покрытие, обладающее такими же антикоррозионными свойствами, как и покрытие, полученное методом горячего цинкования.

Прежде всего рассмотрим те свойства цинка, которые определяют эффективность его применения для антикоррозионной защиты стали.

Цинк – серебристо – белый, в нормальных условиях довольно хрупкий металл; плотн.

~7, 1 г/см3, tпл.~4200С.

Цинк относится к группе металлов повышенной термодинамической нестабильности, имеющей значение электродного потенциала меньше, чем потенциал водородного электрода при PH=7(-041380).

Вода почти не действует на цинк. Это объясняется тем, что образующийся на поверхности цинка при взаимодействии его с водой гидроксид практически не растворим и препятствует дальнейшему течению реакции. Даже в слабокислой среде коррозия чистого цинка замедленна, что связано с достаточно высоким значением перенапряжения выделения водорода на цинке (~1В). 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, 5В), 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 обуславливает большую коррозионную стойкость металла.

В противоположность этому ржавчина, например, не образует сплошной пленки на поверхности железа и между отдельными кристалликами окиси железа имеются очень большие просветы, наличием которых и объясняется склонность железа к коррозии.

Высокие противокоррозионные свойства цинка при нанесении его на железо (сталь) обусловлены еще и тем, что цинк имеет электрохимический потенциал ниже, чем железо (-760 и –440 мв соответственно), поэтому в электрохимической паре цинк – железо, возникающей в присутствии воды, цинк выполняет роль анода и растворяется, а металлическая подложка роль катода:

Zn – 2e - ZnІ+

H2O + ЅO2+2e-2OH?

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

Из перечисленных выше свойств цинка следует, что при нанесении на железо (сталь), цинк защищает его как по барьерному (изоляционному) типу, что более характерно для горячего оцинкования поверхности, где цинк сразу образует сплошное влагонепроницаемое покрытие), так и по электро – химическому (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 стали.

Протекторный тип защиты более характерен для холодного цинкования особенно в стадии первоначального формирования покрытия, т.к. 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 переход его защитного действия от протекторного к барьерному.

Таким образом, покрытия, полученные методом холодного цинкования по истечении определенного времени, зависящему от условий эксплуатации (влажности, агрессивности среды и т.п.), защищают сталь по тому же механизму, что и цинковые покрытия, полученные горячим способом.

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

Согласно стандартам ISO 3549 (DIN 55969) составы для холодного цинкования, обеспечивающие активную электрохимическую защиту по всей поверхности (повсеместную и свободную передачу злектронов 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 – 5мкм (более высокие концентрации цинка увеличивают защитное антикоррозионное покрытия). Цинконаполненные (цинкосодержащие) краски, не отвечающие вышеуказанному стандарту, обеспечивают лишь локальную защиту стали, только в местах случайно возникших электрических цепочек и не относятся к составам для холодного цинкования.

Отсюда так же следует, что покрытия, полученные с использованием цинкосодержащих составов, отвечающих требования для холодного цинкования должны обладать определенной электропроводностью по всему слою покрытия. Покрытия, полученные с использованием цинксодержащих составов не относящихся к материалам для холодного цинкования, либо вообще не обладают электропроводностью, либо она проявляется только на отдельных участках покрытия в местах случайно возникших электрических цепочек.

Основные технические характеристики предлагаемого компанией «Мастеръ» состава для холодного цинкования – АК-100 «жидкий цинк» (liguid ZINC) приведены в таблице, где так же указаны основные приемы по предварительной подготовке поверхности и нанесению покрытия.

Использование метода холодного цинкования, помимо, как для получения самостоятельного покрытия и предварительного грунтования под покрывные материалы, эффективно и для межоперационной защиты стали и ремонта ранее оцинкованных поверхностей.

Применение метода имеет ряд преимуществ по сравнению с горячим цинкованием:

· Отсутствие ограничений по размерам цинкуемых поверхностей;

· Возможность легко сваривать конструкции, покрытые методом холодного цинкования;

· Возможность оцинковывать сварные швы на месте;

· Легкость в ремонте;

· Минимальные затраты на подготовку поверхности;

· Возможность цинкования в широком диапазоне температур – от –20 до + 400С;

· Отсутствие необходимости демонтажа и транспортировки к месту цинкования обратно;

· Высокая степень сцепления других ЛКМ с оцинкованной поверхностью;

· Возможность оцинковывать собственными силами и любым способом (погружением в состав, кистью, валиком, распылителем).

Уже сегодня состав для холодного цинкования - АК-100 компании «Мастеръ», успешно используется на практике. В частности, при защите от коррозии мостовых сооружений, строительных конструкций, опор ЛЭП, для антикоррозионной обработке агрегатов и деталей кузова автомобилей и др. Пользователи отмечают его эффективность, простоту в использовании и весьма быструю эксплуатационную окупаемость.