Разрушительное воздействие коррозии на металлы известно уже много столетий. Почти с тех пор, как металлы использовались в качестве строительного материала, люди постоянно искали способы повысить их долговечность в агрессивных средах. Одним из наиболее распространенных методов защиты металлов (в основном стали) является цинкование .
В 1742 году химик, известный как Мелуэн, обнаружил, что цинковое покрытие можно нанести на железо, погрузив его в расплавленный цинк . Это открытие вызвало волну исследований в научном сообществе и заложило основу для гальванизации. В 1780 году итальянский физик Луиджи Гальвани, в честь которого назван этот процесс, заметил, что контакт между двумя разнородными металлами приводит к протеканию электрического тока. Со временем понимание процесса цинкования значительно улучшилось, и к 1850 году британская гальваническая промышленность ежегодно использовала 10 000 тонн цинка для защиты железа. Так зародилась индустрия, которая продолжает процветать и по сей день.
Оцинкованная сталь играет важную роль в нашей повседневной жизни. Он часто используется в нескольких секторах, включая строительство, транспорт, сельское хозяйство и энергетику, и это лишь некоторые из них. Существует два основных метода цинкования стали; Это горячее цинкование и холодное цинкование. В этой статье мы рассмотрим оба этих метода гальванизации и обсудим, чем они отличаются.
Что такое гальванизация?
В своей простейшей форме гальванизация представляет собой нанесение цинкового покрытия на поверхность металла (обычно стали или железа). В основном он используется в качестве защитной меры для предотвращения коррозии и, как следствие, увеличения срока службы защищаемого металлического компонента. При правильном нанесении на стальную поверхность цинковые покрытия обеспечивают два основных типа защиты: барьерную защиту и гальваническую защиту .
Барьерная защита
Когда цинковое покрытие наносится на поверхность, оно высыхает и затвердевает, образуя защитный слой оксида цинка , непроницаемый для воздуха и влаги, тем самым устраняя один из компонентов, необходимых для возникновения коррозии – электролит. Поскольку нижележащая стальная подложка не может контактировать с внешним воздухом или влагой, дальнейшая коррозия предотвращается.
Гальваническая защита
Однако гальванизация наиболее известна своим одноименным методом защиты. Гальваническая защита, также известная как катодная защита, защищает нижележащую стальную подложку от коррозии, жертвуя при этом самой собой. Этот тип защиты особенно полезен в ситуациях, когда защищаемая сталь может стать открытой из-за царапин, порезов, вмятин или повреждения покрытия.
Поскольку цинк является высокореактивным и электроотрицательным металлом, он возьмет на себя роль анода и, следовательно, начнет корродировать первым, если соседняя сталь окажется незащищенной. Цинк будет продолжать обеспечивать гальваническую защиту до тех пор, пока покрытие не будет полностью израсходовано.
Горячее цинкование
Горячее цинкование является одним из наиболее распространенных видов цинкования. Этот процесс включает в себя покрытие железного или стального предмета путем его погружения в ванну с расплавленным цинком при температуре около 449°C. После извлечения из ванны цинковое покрытие на внешней стороне чугуна или стали вступает в реакцию с кислородом атмосферы, образуя оксид цинка (ZnO) .
Оксид цинка далее реагирует с диоксидом углерода, образуя защитный слой, известный как карбонат цинка (ZnCO 3 ) . Эта матовая сероватая пленка относительно стабильна и плотно прилегает к поверхности железа или стали. При горячем цинковании цинк химически связывается и становится частью защищаемой стали.
Хотя концепция горячего цинкования может показаться простой, этот процесс состоит из нескольких важных этапов (рис. 2). Сталь сначала проходит три этапа очистки, чтобы подготовить поверхность к цинкованию; это обезжиривание , травление и флюсование . Обезжиривание применяется для удаления грязи, масла и других органических остатков; мягкая кислотная ванна или травление травит сталь и удаляет окалину и оксид железа; а флюсование дополнительно удаляет любые оксиды и покрывает сталь защитным слоем, который предотвращает образование дальнейших оксидов на поверхности стали перед цинкованием.
После завершения процесса очистки и высыхания конструкции ее можно погрузить в ванну с расплавленным цинком. Расплавленный цинк течет внутри и вокруг железного или стального предмета, тщательно покрывая его и защищая все поверхности. Затем материал с покрытием вынимают из ванны и сушат на воздухе перед проверкой.
Холодное цинкование
Холодное цинкование – это просто нанесение на поверхность стального элемента краски, богатой цинком, для защиты его от коррозии. Таким образом, термин «холодное цинкование» считается неправильным среди некоторых специалистов в области нанесения покрытий.
Цинковые краски можно наносить кистями, валиками, краскопультами и т. д. Покрытия можно наносить и методом электрогальванизации . Краски с высоким содержанием цинка, используемые при холодном цинковании, отличаются от обычных покрытий наличием связующего соединения. Эти связующие позволяют цинку механически связываться со сталью, обеспечивая эффективный уровень защиты.
Как и горячее цинкование, холодное цинкование может обеспечить барьерную защиту, а также некоторую степень катодной защиты. Однако цинковая пыль, присутствующая в краске или покрытии, должна иметь достаточно высокую концентрацию, чтобы способствовать электропроводности между сталью и цинком .
Подготовка поверхности, необходимая для нанесения покрытий с высоким содержанием цинка, менее сложна, чем подготовка поверхности методом горячего погружения. Перед началом работ по нанесению покрытий поверхность стали должна быть чистой и сухой. Обычно сначала используют проволочную щетку для удаления ржавчины или других продуктов коррозии , которые могут присутствовать. Грязь, жир, химикаты и другие органические соединения также должны быть удалены соответствующим образом. После подготовки поверхности на нее наносится цинковое покрытие в необходимое количество слоев.
Сравнение горячего и холодного цинкования
Хотя горячее и холодное цинкование служат одинаковым целям, их метод применения и характеристики существенно различаются. К сожалению, холодное цинкование не обеспечивает такого же уровня защиты, как его аналог горячего погружения . Поскольку холодное цинкование представляет собой просто покрытие, оно не может связываться с металлом на химическом уровне и, как таковое, не обладает такой же долговечностью, стойкостью к истиранию и возможностями катодной защиты, как горячее цинкование.
Хотя холодное цинкование не соответствует характеристикам горячего цинкования, оно имеет свои преимущества. Холодное цинкование идеально подходит для экономичного и быстрого нанесения на небольшие конструкции и компоненты. Процессы горячего погружения более дороги и лучше подходят для более крупных конструкций, обычно для тяжелых промышленных условий.
Выбор метода цинкования в конечном итоге сводится к поиску правильного баланса между стоимостью и характеристиками покрытия для конкретного применения.
