Архивная версия статьи, 2004 год (без графики и таблиц)

  Холодное цинкование. Теория и практика

Цель статьи — привлечь внимание предприятий, организаций, ведомств, отраслевых проектных и научно-исследовательских институтов к методу холодного цинкования как наиболее перспективному для широкого внедрения в практику по антикоррозионной защите конструкций из черных металлов. Мы не станем загружать читателя серьезными выкладками, но чтобы разговор был предметным, а доводы убедительными, рассмотрим теоретические основы и остановимся на примерах использования материалов, обработанных методом холодного цинкования. Суть и преимущества метода 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 ними наиболее доступным, дешевым, а иногда и единственно возможным оказывается метод холодного цинкования. Холодное цинкование — это нанесение на подготовленную поверхность приемами, используемыми в работе с обычными красками, специального цинксодержащего состава, в результате чего образуется покрытие, обладающее теми же антикоррозионными свойствами, что и полученное методом горячего цинкования. Цинк и его основные свойства Прежде чем перейти к описанию самих составов остановимся на теоретических основах метода, в частности, рассмотрим свойства цинка, определяющие эффективность его применения для антикоррозионной защиты стали. Цинк — серебристо-белый, в нормальных условиях довольно хрупкий металл плотностью около 7,1 г/см3 с температурой плавления около 420 °С. Так же, как и железо, он относится к группе металлов повышенной термодинамической нестабильности и имеет меньшее значение электродного потенциала по отношению к водородному электроду при pH, равном 7 (-0,413 В). Однако вода на цинк почти не действует. Это объясняется тем, что при взаимодействии цинка с водой на его поверхности образуется гидроксид, который практически нерастворим и препятствует дальнейшему течению реакции. Даже в слабокислой среде коррозия чистого цинка замедлена, что связано с достаточно высоким значением перенапряжения выделения водорода* на цинке (примерно 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 его от дальнейшего окисления и обуславливает высокую коррозионную стойкость. В противоположность этому ржавчина не образует сплошной пленки на поверхности железа, и между отдельными кристаллами гидратированного оксида железа III имеются большие просветы, которыми и объясняется склонность этого металла к прогрессирующей коррозии. Высокие противокоррозионные свойства цинка при нанесении на железо (сталь) объясняются еще и тем, что цинк имеет более низкий электрохимический потенциал, чем железо (Е0 равно -0,76 и -0,44 В соответственно), поэтому в электрохимической паре «цинк — железо», возникающей в присутствии воды, цинк выполняет роль анода и растворяется, а металлическая подложка (железо) — роль катода. Результат — пассивация стали за счет подщелачивания. На языке формул это выражается так: Zn — 2e ґZn2+ H2O + 1/2O2+2eґ2OH–. Ионы цинка реагируют с диоксидом углерода, находящимся в воздухе. Это сопровождается образованием плотных слоев нерастворимых карбонатов цинка, тормозящих дальнейшее развитие коррозионного процесса. Два типа защиты Перечисленные выше свойства цинка предопределяют его способность при нанесении на железо (сталь) обеспечивать ему защиту барьерного (изоляционного) типа (что более характерно для горячего цинкования, при котором цинк сразу образует сплошное влагонепроницаемое покрытие), так и электрохимическим (протекторным) способом, когда цинк при попадании воды выполняет роль анода по отношению к железу и расходуется для его защиты, а образующиеся при этом соединения цинка «залечивают» дефекты покрытия, предотвращая коррозию железа. Протекторный тип защиты более характерен холодному цинкованию, особенно в стадии первоначального формирования покрытия, когда оно еще имеет пористую структуру, через которую возможен доступ влаги к поверхности стали, приводящий к образованию электрохимической пары «цинк – железо». В процессе дальнейшей эксплуатации происходит уплотнение структуры, и защитное действие переходит от протекторной стадии к барьерной. Таким образом, покрытие, полученное методом холодного цинкования, по истечении определенного времени, зависящего от условий эксплуатации (в основном влажности), защищает сталь по тому же принципу, что и покрытие, нанесенное горячим способом. Дальнейшее действие цинка по электрохимической схеме (так же, как и на горячеоцинкованных поверхностях) происходит только тогда, когда по тем или иным причинам, в т. ч. механическим, нарушается целостность покрытия, и влага проникает внутрь, к поверхности стали. Требования и их реализация Согласно стандартам ISO 3549 (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, частицы которого должны быть размером 12–15 мкм, или не менее 88% цинка с частицами в 3–5 мкм. Более высокая концентрация усиливает антикоррозионное действие покрытия, а использование атоминизированной (менее 5 мкм) цинковой пудры при прочих равных условиях способствует повышению адгезии (за счет облегчения междиффузионного взаимодействия цинка и железа) и эластичности, снижению пористости покрытия и в конечном итоге — получению более гладкой поверхности. Цинкнаполненные (цинксодержащие) краски, не отвечающие вышеуказанному стандарту, не относятся к составам для холодного цинкования и не образуют электропроводного покрытия, адекватного по свойствам и срокам эксплуатации горячеоцинкованному. Присутствующий в них металл выполняет роль специального (в т. ч. цветообразующего) пигмента, усиливающего лишь барьерную (пленочную) защиту за счет своего окисления и «закупоривания пор» в слое краски. Приведенная в статье таблица знакомит с конкретными свойствами состава для холодного цинкования на примере одноупаковочных органоразбавляемых продуктов, производимых компаниями России и Бельгии. В настоящее время на нашем рынке представлены и такие составы, где в качестве связующего используются «жидкое стекло» (цинк-силикатные краски), эпоксидные или кремнийорганические смолы. Однако одним из факторов, сдерживающих внедрение этих материалов в широкую практику антикоррозионной защиты, является неудобная фасовка в два и даже три пакета: «связующее + цинковый порошок + отвердитель», «связующее + цинковый порошок» или в лучшем случае «связующее с цинком + отвердитель». Понятно, что это не всегда устраивает потребителя ввиду непродолжительной жизнеспособности готового состава. Помимо этого, возникают и определенные сложности из-за работы с пылящим высокодисперсным порошком при смешивании компонентов непосредственно на рабочей площадке. В этом плане годные к применению одноупаковочные составы, конечно, более приемлемы. Еще раз о преимуществах метода Использование метода холодного цинкования эффективно как для предварительного грунтования и получения самостоятельного покрытия, так и для межоперационной защиты стали и ремонта ранее оцинкованных поверхностей. Перечислим его неоспоримые преимущества перед горячим цинкованием. Это: • отсутствие размерных ограничений для обрабатываемых поверхностей; • возможность подготовки поверхности непосредственно на рабочем участке; • легкая свариваемость конструкций с покрытием; • цинкование сварных швов на месте установки конструкции; • простота ремонта поврежденных участков покрытия; • широкий диапазон температуры обработки — от -20 до +40 °С; • получение эластичного покрытия, выдерживающего как механическую деформацию, так и термические расширение и сжатие при большом температурном перепаде; • высокая адгезия цинкового покрытия с ЛКМ, в т. ч. с порошковыми красками; • возможность справиться собственными силами, выбрав один из способов: погружение в состав, использование кисти, валика, распылителя. Уже сегодня составы для холодного цинкования и самостоятельно, и в системах покрытий успешно используются в России и за ее пределами. Они служат для защиты мостовых сооружений, туннелей, строительных металлоконструкций, городских столбов освещения, опор ЛЭП, металлических кровель, резервуаров, трубопроводов, арматуры зданий, агрегатов и деталей автомобильных кузовов. Пользователи отмечают действенность метода, его простоту, относительно невысокую стоимость и довольно быструю окупаемость. Более широкое внедрение в практику современных и перспективных методов защиты, в частности, холодного цинкования, позволит резко сократить ущерб от коррозии металлов, исчисляемый в промышленно развитых странах суммой, достигающей 5% от национального дохода. С. А. Васильев, кандидат технических наук * Перенапряжение выделения водорода — величина поляризации (отклонения) потенциала электрода от равновесного значения, необходимая для выделения водорода на электроде с определенной скоростью.

 Важно:
  ДЛЯ ОБМЕНА КНОПКАМИ - возьмите наш код, поставьте его на Ваш сайт и добавьте Ваш ресурс ЗДЕСЬ

Код кнопки:


Главная | Рубрикатор | Размещение рекламы | Рекламные агентства | Обзор выставок
Строчная реклама | Рынок металлов | Статьи и анонсы | Адреса фирм из статей
Содержание справочника ЛКМ | Анкета для посетителей | Доска объявлений | Страница ссылок