Прогнозирование долговечности цинковых покрытий стальных конструкций при атмосферной коррозии.
Факторы, влияющие на долговечность защитного цинкового покрытия стальных конструкций и изделий. Влияние влажности, состава атмосферы, формы конструкций и контакта покрытия с другими металлами на скорость протекания коррозионных процессов.
Коррозия
Наиболее эффективным способом защиты от атмосферной коррозии стальных конструкций и изделий пока остается покрытие защитным слоем цинка, выполняемое разными способами и в последние годы включаемое в перечень обязательных мероприятий по антикоррозионной защите в отечественные стандарты (ГОСТ 9.101-2002, СН 277-80, ГОСТ 31384-2008 и т.д.). Основным материалом для формирования активных сред, в которых осуществляется обработка стальных изделий и конструкций, является цинковая проволока по ГОСТ 13073-77 или цинковый порошок (пудра, пыль) по ГОСТ 12601-76 (в том числе для приготовления цинконаполненных красок для механического нанесения покрытий). Все способы оцинкования различаются между собой по толщине образуемого защитного слоя и его равномерности распределения по поверхности, технологии, финансовой затратности и по структуре покрытия, что оказывает существенное влияние на долговечность.
По типу формируемых связей и сцепления с базовым металлом стального изделия все способы оцинкования можно разделить на образующие поверхностные пленки с достаточно четким разделением защитного слоя и поверхности стали (окрашивание цинконаполненными составами, металлизация напылением цинка воздушным потоком) и формирующие многослойное покрытие из интерметалидов (сплавов цинка и железа) с поверхностным слоем из чистого цинка (горячее оцинкование в расплавах, термодиффузионное оцинкование, гальванизация). Первая группа способов оцинкования дает тонкие покрытия, способные отслаиваться от базового металла. Горячее и термодиффузионное оцинкование позволяют получить толстые покрытия с превалирующими по объему и толщине слоями интерметалидов.
В целом чистый цинк и цинк в сплавах с железом окисляется в атмосфере по следующим реакциям:
- первоначального окисления 2Zn + O 2 = 2ZnO (неустойчиво);
- гидратации 2Zn + 2H 2 O + O 2 = 2Zn (OH) 2 (неустойчиво);
- взаимодействия с углекислым газом воздуха в присутствии хлоридов 6Zn + 4CO2 = 4CO 8NaCl + 7O 2 + 6H 2 O = 4Zn (OCL) 2 + 2Zn (HCO 3) 2 + 8NaOH (неустойчиво);
- взаимодействия с серным газом (промышленная атмосфера) Zn + O 2 + SO 2 = ZnSO 4 (неустойчиво);
- карбонизации 5Zn (OH) 2 + 2CO 2 = 3 2ZnCO 0,3 Zn (OH) 2 + 2H 2 O (стабильное).
Ясно, что чем больше толщина покрытия и число молекул цинка в нем, тем более долговечной будет антикоррозионная защита при равных условиях эксплуатации (составе атмосферы, температуры, влажности).
Помимо общей толщины защитного слоя, который при горячем и термодиффузионном оцинковании в 5-6 раз больше, чем при металлизации распылением или окрашивании цинконаполненными составами, на долговечность протекторной защиты влияет скорость окисления чистого цинка и цинка, связанного в сплавах с железом. Значительные по толщине слоя интерметаллидов коррозируют гораздо медленнее, чем условно чистый цинк, что обуславливает более высокую долговечность покрытий, полученных способами погружения в расплавы и термодиффузионного оцинкования. Здесь нужно отметить, что появление матовых пятен на поверхности оцинкованного изделия или общая потеря блеска, характерного для окисленного слоя чистого цинка в покрытиях, говорит о нарушениях верхней пленки в многослойном покрытии, но не вызывает сколь значимого ухудшения защитных свойств интерметаллидных слоев, получаемых при горячем и термодиффузионном оцинковании.
Определяющим долговечность антикоррозионной защиты фактором считается влажность атмосферного воздуха и/или продолжительность контакта покрытия с влагой осадков, конденсатом, влагой, остаточной влагой в местах сочленения конструкций и т.д. Продолжительность контакта с влагой обуславливает зависимость долговечности цинковой защиты от формы стальной конструкции. Сварные или связанные болтовыми соединениями конструкции имеют много проблемных участков, где скапливается влага осадков или конденсат, что ускоряет коррозионные процессы.
В то же время гладкие стальные конструкции и изделия менее склонны к атмосферной коррозии благодаря открытой, интенсивно высушиваемой поверхности.
Большое влияние на долговечность антикоррозионной защиты оказывает контакт оцинкованного покрытия с другими металлами. Образующиеся при этом гальванические пары вызывают локальные коррозионные процессы язвенного типа и могут привести к быстрому разрушению защитного цинкового покрытия. Причем биметаллическая коррозия зависит от окружающей среды, «поставляющей» электролит для электрохимической коррозии.
Здесь: «0» - коррозия очень незначительная, «1» - умеренная коррозия, «2» - сильная коррозия, «3» - опасная (Источник: Британский Институт Стандартизации (British Standard Institute), стр. 6484: 1979, таблица 23.)
