Холодное цинкование: защита металла от коррозии.

Хорошо известно, что наиболее длительную (до 25-50 лет) защиту металла 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, то есть нанесение на подготовленную поверхность способами, применяемыми для обычных красок, специального цинксодержащего состава, в результате чего образуется покрытие, обладающее такими же антикоррозионными свойствами, как и покрытие, полученное методом горячего цинкования.

При нанесении на металлическую поверхность цинк защищает его как по барьерному (изоляционному) типу (что более характерно для горячего цинкования, где цинк сразу образует сплошное влагонепроницаемое покрытие), так и по электрохимическому (протекторному) типу, где цинк, в присутствии влаги выполняя роль анода по отношению к металлу, расходуется для его защиты, а образующиеся при этом соединения цинка "залечивают" дефекты покрытия, предотвращая коррозию металла.

Протекторный тип защиты более характерен для холодного цинкования, особенно в стадии первоначального формирования покрытия, так как 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, покрытие, полученное методом холодного цинкования, по истечении определенного времени, зависящего от условий эксплуатации (в основном влажности), защищает сталь по тому же механизму, что и покрытие, нанесенное горячим способом.

Дальнейшее действие цинка по электрохимическому типу защиты (как и для горячеоцинкованных поверхностей) происходит только тогда, когда по тем или иным, в том числе 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 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 с размером частиц 12- 15 мкм или не менее 88% цинка с размером частиц 3-5 мкм.

Более высокие концентрации цинка увеличивают защитное антикоррозионное действие покрытия, а использование "атоминизированной" (5 мкм) цинковой пудры, при прочих равных условиях, способствует повышению адгезии (за счет облегчения междиффузионного взаимодействия цинка и железа), эластичности, снижению пористости покрытия и получению более гладкой (менее шероховатой) поверхности.

Цинкнаполненные (цинксодержащие) краски, не отвечающие вышеуказанному стандарту, не относятся к составам для холодного цинкования и не образуют электропроводного цинкового покрытия, адекватного по свойствам и срокам эксплуатации с горячеоцинкованным. Цинк, присутствующий в них, выполняет роль специального (в том числе цветообразующего) пигмента, усиливающего лишь барьерную (пленочную) защиту за счет своего окисления и "закупоривания пор" в слое краски.

Почему цинк?

Цинк - серебристо-белый, в нормальных условиях довольно хрупкий металл; плотность -7,1 r/cм3, tm -420 °С. Также, как и железо, цинк относится к группе металлов повышенной термодинамической нестабильности, имеющей значение электродного потенциала меньше, чем потенциал водородного электрода при рН = 7 (-0,413 В). Однако вода почти не действует на цинк. Это объясняется тем, что при взаимодействии цинка с водой на его поверхности образуется гидроксид, который 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 (-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 цинк от дальнейшего окисления и обусловливает высокую коррозионную стойкость металла.
В противоположность этому ржавчина, например, не образует сплошной пленки на поверхности железа и между отдельными кристаллами гидратированного оксида железа III, имеются большие просветы, наличием которых и объясняется склонность железа к прогрессирующей коррозии. Высокие противокоррозионные свойства цинка при нанесении его на железо (сталь) обус-ловлены 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 (влаги), цинк выполняет роль анода и растворяется, а металлическая подложка (железо) роль катода.
В результате чего имеет место пассивация стали за счет подщелачивания. Ионы цинка реагируют с диоксидом углерода, находящимся в воздухе. Это сопровождается образованием плотных слоев нерастворимых карбонатов цинка, тормозящих дальнейшее развитие коррозионного процесса.

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

Применение метода имеет ряд неоспоримых преимуществ по сравнению с горячим цинкованием:

отсутствие ограничений по размерам цинкуемых поверхностей;
возможность производить подготовку поверхности на месте;
возможность легко сваривать конструкции, покрытые составами для холодного цинкования;
возможность на месте оцинковывать сварные швы;
легкость в ремонте, в том числе нарушенных (при транспортировке и монтаже) участков цинкового покрытия;
отсутствие необходимости демонтажа, транспортировки к месту цинкования и обратно и последующего монтажа конструкций; возможность цинкования в широком диапазоне температур - от -30 до +40 °С;
возможность получения эластичного покрытия, выдерживающего как механическую деформацию, так и термическое расширение и сжатие в широком диапазоне температур;
высокая степень сцепления других ЛКМ, в том числе порошковых красок с оцинкованной поверхностью;

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

Уже сегодня составы для холодного цинкования, как самостоятельно, так и в системах покрытий, успешно используются на практике в Украине и за ее пределами. В частности, при защите от коррозии мостовых сооружений, тоннелей, строительных металлоконструкций, элементов городской инфраструктуры, столбов освещения, опор ЛЭП, металлических кровель, резервуаров, фасадов и арматуры зданий и др. Пользователи отмечают эффективность метода, его простоту, относительно невысокую стоимость и весьма быструю эксплуатационную окупаемость.