ЦИНКУВАННЯ ТЕРМОДИФУЗІЙНЕ - Холодне цинкування
Захист від корозії
Добре відомо, що найбільш тривалий (до 25-50 років) захист сталі від корозії забезпечують цинкові покриття, що обумовлено унікальними властивостями металевого цинку та рядом хімічних та електрохімічних процесів, що протікають при його взаємодії з навколишнім середовищем та сталевою підкладкою. Цинк - сріблясто-білий, у нормальних умовах досить крихкий метал щільністю -7,1 г/см3, температура плавлення
420°С. Так само, як і залізо, цинк відноситься до групи металів підвищеної термодинамічної нестабільності, що має значення електродного потенціалу менше, ніж потенціал водневого електрода при рН = 7 (-0,413). Проте вода майже діє на цинк. Це пояснюється тим, що при взаємодії цинку з водою на поверхні утворюється гідроксид, який практично не розчинний і перешкоджає подальшому перебігу реакції. Навіть у слабокислому середовищі корозія чистого цинку уповільнена, що пов'язано з досить високим значенням перенапруги виділення водню на цинку (-1В). При вмісті в цинку сотих часток відсотка домішок таких металів, як, наприклад, мідь і залізо, що мають менше значення перенапруги виділення водню (відповідно 0,6 і 0,5 В), швидкість взаємодії цинку зкислотами збільшується у сотні разів. На повітрі цинк окислюється, покриваючись тонкою, але міцною плівкою оксиду або основного цинку карбонату. Ця плівка надійно захищає цинк від подальшого окислення та зумовлює високу корозійну стійкість металу. На противагу цьому іржа, наприклад, не утворює суцільної плівки на поверхні заліза і між окремими кристалами гідратованого оксиду заліза III, є великі просвіти, наявністю яких і пояснюється схильність заліза до прогресуючої корозії. Високі протикорозійні властивості цинку при нанесенні його на залізо (сталь) обумовлені ще й тим, що цинк має електрохімічний потенціал нижче, ніж залізо (-760 і - 440 мВ відповідно), тому в електрохімічній парі цинк - залізо, що виникає в присутності води (вологи), цинк виконує роль анода і розчиняється, а металева підкладка (залізо) - роль катода, внаслідок чого має місце пасивація сталі за рахунок підлужування. Іони цинку реагують з діоксидом вуглецю, що у повітрі. Це супроводжується утворенням щільних шарів нерозчинних карбонатів цинку, що гальмують розвиток корозійного процесу. З перерахованих вище властивостей цинку випливає, що при нанесенні на залізо (сталь) цинк захищає його як за бар'єрним (ізоляційним) типом (що більш характерно для гарячого цинкування, де цинк відразу утворює суцільне вологонепроникне покриття), так і по електрохімічному ( протекторному) типу, де цинк, у присутності вологи, виконуючи роль анода по відношенню до заліза, витрачається для його захисту, а сполуки цинку, що при цьому утворюються, «заліковують» дефекти покриття, запобігаючи корозії заліза. Традиційні методи нанесення цинкових покриттів, такі, наприклад, як гаряче цинкування абоелектрохімічне осадження при захисті великогабаритних металоконструкцій технічно важко здійснити і на практиці не використовуються. У порівнянні з традиційними методами найбільш доступним, дешевим, а іноді й єдиним можливим виявляєтьсяметод холодного цинкування, розроблений відносно недавно, у 80-х роках ХХ ст. вченими Уральського Відділення української Академії Наук (УРО РАН).
Холодне цинкування - це нанесення на підготовлену поверхню способами, що застосовуються для звичайних фарб, спеціального цинксодержащего складу, в результаті чого утворюється покриття, що володіє такими ж антикорозійними властивостями, як і покриття, отримане методом гарячого цинкування. Для холодного цинкування більш характерний протекторний тип захисту, особливо у стадії початкового формування покриття, так як воно має певну пористу структуру, через яку можливий доступ вологи до поверхні сталі, що призводить до утворення електрохімічної пари цинк-залізо. У процесі подальшої експлуатації відбувається ущільнення структури покриття та перехід його захисної дії від протекторної до бар'єрної. Таким чином, покриття, отримане методом холодного цинкування, після закінчення певного часу, що залежить від умов експлуатації (в основному вологості), захищає сталь за тим самим механізмом, що і покриття, нанесене гарячим способом. Подальша дія цинку за електрохімічним типом захисту (так само, як і для гарячеоцинкованих поверхонь) відбувається тільки тоді, коли з тих чи інших, у тому числі механічних причин, порушується цілісність нанесеного покриття та волога проникає до поверхні сталі.
Переваги холодного цинкування:
- відсутність обмежень за розмірами цинкуваних поверхонь;
- можливість проводити підготовку поверхні дома;
- можливість легко зварювати конструкції, покриті складами холодного цинкування;
- можливість дома оцинковувати зварні шви;
- легкість у ремонті, у тому числі порушених (при транспортуванні та монтажі) ділянок цинкового покриття;
- можливість цинкування у широкому діапазоні температур (від -20 до + 40 ° С);
- відсутність необхідності демонтажу, транспортування до місця цинкування та назад, та подальшого монтажу конструкцій;
- можливість отримання еластичного покриття, що витримує як механічну деформацію, так і термічне розширення та стиск у широкому діапазоні температур;
- високий ступінь зчеплення інших ЛКМ, зокрема порошкових фарб з оцинкованою поверхнею;
- можливість оцинковувати власними силами та будь-яким способом (зануренням до складу, пензлем, валиком, розпилювачем);
- нижча витратність та енергоємність.
Холодне цинкування: особливості методу
Цинксодержащий склад або, як часто називають цинкнаполненная фарба (ЦНК), наноситься на поверхню металу розпиленням (пневматичним чи безповітряним), пензлем, валиком і формується цинкове покриття. На початковому етапі працює протекторний (електрохімічний) тип захисту. При подальшій експлуатації відбувається «заліковування» дефектів покриття (пор) нерозчинними сполуками цинку, ущільнення структури покриття та перехід від протекторного до бар'єрного типу захисної дії. Таким чином, покриття, отримане методом холодного цинкування, після закінчення певного часу, що залежить від умов експлуатації, захищає сталь за тим же механізмом, що і покриття, нанесене гарячим способом.цілісності покриття (частіше з механічних причин: при транспортуванні, монтажі, експлуатації, термічному розширенні-стисканні), знову відновлюється електрохімічний тип захисту цинкового покриття. Відповідно до стандартів ISO 3549 (DIN 55969) склади для холодного цинкування, що забезпечують активний електрохімічний захист по всій поверхні (повсюдну та вільну передачу електронів як між частинками цинку всередині покриття, так і від частинок цинку до поверхні сталі), повинні містити в сухому покритті щонайменше 94% чистого цинку. Цинкнаповнені (цинксодержащіе) фарби, що не відповідають вищезгаданому стандарту, не відносяться до складів для холодного цинкування і не утворюють електропровідного цинкового покриття, адекватного за властивостями та термінами експлуатації з гарячеоцинкованим. Цинк, присутній у них, виконує лише роль спеціального (у тому числі кольороутворюючого) пігменту, що посилює лише бар'єрний (плівковий) захист за рахунок свого окислення та «закупорювання пор» у шарі фарби. Такі «лжецинкнаповнені» фарби легко визначити за низькою щільністю близькою до традиційних лакофарбових матеріалів (1,0 – 1,8 кг/л). Склади (фарби) для холодного цинкування мають, як правило, густини вище (2,2 – 2,8 кг/л).
Область застосування покриттів на основі ЦНК
- антикорозійний захист мостів та мостових споруд;
- антикорозійний захист резервуарів;
- антикорозійний захист портових та гідроспоруд;
- антикорозійний захист опор високовольтних ліній електропередач та порталів ОРУ;
- антикорозійний захист дорожніх огорож;
- антикорозійний захист опор освітлення;
- антикорозійний захист щогл стільникового зв'язку;
- антикорозійний захист залізничного рухомого складу;
- антикорозійназахист трубопроводів;
- антикорозійний захист обладнання промислових підприємств;
- антикорозійний захист будівельних металоконструкцій;
та інших металоконструкцій, де потрібний тривалий та ефективний антикорозійний захист.
Склади на основі ЦНК використовують як самостійні покриття, так і для відновлення поверхонь з «ушкодженим захистом» (як гаряче-, так і холоднооцинкованих).
На українському ринку представлений широкий асортимент складів для холодного цинкування: ELZn, хімгранд, цинол, гальванол