Коррозия цинковых покрытий. Причины возникновения. Методы предотвращения и защиты

Коррозия цинковых покрытий. Причины возникновения.

Методы предотвращения и защиты.

                 Сталь является наиболее распространенным материалом, используемым сегодня. Однако у стали есть один большой недостаток – высокая скорость коррозии. Поэтому защита стальных конструкций и компонентов имеет большое экономическое значение.

Лучшая защита от коррозии для стали достигается с помощью цинка. Цинк более устойчив к коррозии, чем сталь. Например, в прибрежной атмосфере скорость коррозии цинка составляет около 1/25 от скорости коррозии стали. Цинк обязан своей высокой степенью устойчивости к атмосферной коррозии образованию нерастворимых основных карбонатных пленок. Условия окружающей среды, которые мешают образованию таких пленок, могут довольно быстро воздействовать на цинк. Покрытия из цинка обычно считаются наиболее экономичным средством защиты от коррозии.

Цинковые покрытия защищают сталь от коррозии:

·         За счет барьерного эффекта они не допускают попадания кислорода и влаги на стальную поверхность.

·         Обеспечивая катодную защиту царапин, сколов, кромок и т. д.

1. Типы коррозии цинка и факторы влияния:

- Электрохимическая коррозия. Степень электрохимической коррозии зависит от электропроводности жидкости, которая влияет на защитное действие цинкового слоя на больших или меньших площадях.

- Значение pH жидкости имеет наибольшее значение. Скорость коррозии цинка обычно низкая и стабильная в диапазоне pH 5,5—12,5 при температурах от 0 до +20 °C. Коррозия за пределами этого диапазона обычно происходит быстрее.

- Жесткая вода, содержащая известь и магний, менее агрессивна, чем мягкая вода. Вместе с углекислым газом эти вещества образуют труднорастворимые карбонаты на поверхности цинка, защищая цинк от дальнейшей коррозии.

- Мягкая вода часто воздействует на цинк, поскольку отсутствие солей препятствует образованию защитного слоя.

- Если скорость потока превышает 0,5 м/с, то образование защитного слоя на поверхности цинка замедляется и коррозия ускоряется.

- Температура воды имеет большое значение для скорости коррозии. Выше примерно +55 °C образующие слой продукты коррозии приобретают крупнозернистую структуру и теряют адгезию к цинковой поверхности. Они легко смещаются и обнажают новый, свежий цинк для непрерывного и быстрого коррозионного воздействия. Скорость коррозии достигает максимума примерно при +70 °C, после чего она снижается, так что при +100 °C она примерно такая же, как при +50 °C. Последовательность коррозии в воде очень сложна и сильно зависит от очень небольших изменений в составе воды. Поэтому трудно дать общеприменимые правила.

Информация основана на практическом опыте и дает рекомендации для некоторых различных типов воды.

2. Пятно влажного хранения.

Иногда на оцинкованных поверхностях появляется белый, мучнистый и объемный, слой называемый пятном влажного хранения, или белой ржавчиной (рис. 1). Белая ржавчина образуется на материалах с недавно оцинкованными, блестящими поверхностями и особенно в щелях между плотно упакованными листами, уголками и подобными материалами. Предпосылкой является то, что материал подвергается воздействию конденсата или дождевой воды в условиях, когда влага не может быстро испариться. Цинковые поверхности, которые уже получили нормальный защитный слой продуктов коррозии, редко подвергаются воздействию. Когда цинковые покрытия подвергаются воздействию воздуха, образуются оксид цинка и гидроксид цинка. Под воздействием углекислого газа в воздухе они преобразуются в основные карбонаты цинка. Если доступ воздуха к цинковой поверхности ограничен, как в узких щелях, то эта область получает недостаточно углекислого газа для образования нормального слоя карбонатов.

Слой пятна от влажного хранения объемный и пористый и слабо прикреплен к цинковой поверхности. Коррозия может развиваться до тех пор, пока на поверхностях остается влага. Когда образовалось пятно от влажного хранения, предмет следует сложить, чтобы поверхности быстро высохли. Это остановит воздействие, и при свободном доступе воздуха сформируется нормальный защитный слой.

Рис. 1. Пятно от влажного хранения. Белая ржавчина.

Белая ржавчина — это тип коррозии цинка, которая имеет очень сложную природу и представляет собой гидратированный карбонат цинка или гидроксид цинка.

Белая ржавчина обычно развивается в средах с высоким содержанием влаги и реактивностью цинка. Белая ржавчина также известна как белая коррозия или белое пятно хранения.

Пятно от влажного хранения — это термин, который обычно дается белой ржавчине, которая позже превращается в черную и, наконец, в красную ржавчину, когда влага остается на цинковом покрытии. Белый или серый налет образуется в результате ускоренной коррозии цинкового покрытия, когда оно хранится во влажных и плохо проветриваемых условиях.

Цинк является очень реактивным материалом и образует оксид цинка при смешивании с кислородом воздуха - это тонкий твердый слой, который образует защитную пленку на оцинкованном покрытии. Для создания этого слоя покрытию требуется углекислый газ. После формирования этот слой становится устойчивым к атмосферным воздействиям и сводит к минимуму дальнейшую коррозию.

Рис. 2. Первая стадия коррозии

• Температура.
• Соленость воздуха.
• Уровень диоксида серы.
• Относительная влажность.
• Количество осадков.
• Хранение в укромном месте.
• Толщина покрытия.

Диоксид серы в воздухе, естественная кислотность дождя и другие реактивные вещества могут сократить срок службы оцинкованной стали. Высокая проводимость морской воды также увеличивает риск коррозии, преобразуя покрытый цинк в водорастворимый хлорид цинка. Оцинкованные автомобильные рамы коррозируют в зимний сезон из-за дорожной соли.

Первый этап: углубления на поверхности создают карманы для влаги

Карманы влаги лишают цинковое покрытие углекислого газа, необходимого для формирования его защитной «анодированной» пленки. Первая реакция — белая ржавчина, которая затем ускоряется до черной ржавчины, поскольку цинк продолжает лишаться воздуха.

Поздние стадии: красно-коричневая ржавчина

Самая серьезная стадия — красно-коричневая ржавчина, которая образуется после того, как цинк постоянно лишен воздуха.

   Рис. 3.  Более поздние стадии коррозии

Атмосферная коррозия. Поведение цинка и цинковых покрытий при атмосферном воздействии было тщательно изучено в ходе испытаний, проведенных по всему миру. Поведение цинка в определенной атмосферной среде можно предсказать в разумных пределах. Точное сравнение коррозионного поведения в атмосфере является сложным из-за множества факторов, таких как преобладающее направление ветра, тип и интенсивность едких паров, количество морских брызг и относительные периоды влажности или конденсации и сухости. Однако общепризнанно, что скорость коррозии цинка низкая; она колеблется от 0,13 мкм/год в сухой сельской атмосфере до 0,013 мм/год в более влажной промышленной атмосфере. Важными факторами, контролирующими скорость коррозии цинка в атмосферных условиях, являются:

·         Продолжительность и частота увлажнения

·         Скорость высыхания поверхности

·         Масштабы промышленного загрязнения атмосферы.

В сухом воздухе цинк медленно подвергается воздействию атмосферного кислорода. На поверхности цинка образуется тонкий, плотный слой оксидов, а затем поверх него формируется внешний слой. Хотя внешний слой иногда отслаивается, нижний слой остается и защищает металл, ограничивая его взаимодействие с кислородом. В этих условиях, которые встречаются в некоторых тропических климатических зонах, цинк окисляется очень медленно.

Скорость высыхания также является важным фактором, поскольку тонкая пленка влаги с более высокой концентрацией кислорода способствует коррозии. Атмосферная коррозия определяется как коррозия, вызываемая воздухом при температурах от -18 до +70°C на открытом воздухе и в закрытых помещениях всех видов. Ухудшение состояния атмосферы иногда называют выветриванием. Это определение охватывает большое разнообразие сред с различной коррозионной активностью. Факторы, определяющие коррозионную активность атмосферы, включают промышленное загрязнение, загрязнение морской среды, влажность, температуру (особенно разброс между дневными максимумами и минимумами, который влияет на конденсацию и испарение влаги) и осадки.

Коррозия цинка в воде. Коррозия цинка в воде в значительной степени контролируется примесями, присутствующими в воде. Природные воды редко бывают чистыми. Даже дождевая вода, которая дистиллируется природой, содержит азот, кислород, CO ₂ и другие газы, а также захваченную пыль и частицы дыма. Вода, которая течет по земле, несет с собой размытую почву, гниющую растительность, живые микроорганизмы, растворенные соли, а также коллоидные и взвешенные вещества. Грунтовые воды также содержат соли кальция, магния, железа и марганца. Морская вода содержит много этих солей в дополнение к высокому содержанию NaCl. Все эти посторонние вещества в природных водах влияют на структуру и состав образующихся пленок и продуктов коррозии на поверхности, которые в свою очередь контролируют коррозию цинка. Помимо этих веществ, на водную коррозию цинка влияют такие факторы, как pH, время воздействия, температура, движение и перемешивание жидкости. Как и в атмосфере, коррозионная стойкость цинкового покрытия в воде зависит от его изначальной способности образовывать защитный слой, реагируя с окружающей средой. В дистиллированной воде, которая не может образовывать защитную накипь, чтобы уменьшить доступ кислорода к поверхности цинка, воздействие более сильное, чем в большинстве типов бытовой или речной воды, которые содержат некоторые соли, образующие накипь. Способность воды образовывать накипь зависит в основном от трех факторов:

концентрации ионов водорода (значение pH), общего содержания кальция и общей щелочности. Если значение pH ниже того, при котором вода будет находиться в равновесии с карбонатом кальция (CaCO ₃ ), вода будет стремиться растворять, а не откладывать накипь. Воды с высоким содержанием свободного CO ₂ также склонны быть агрессивными по отношению к цинку.

Коррозия в растворенных солях и кислотах. Цинк не используется в контакте с кислотами и сильными щелочными растворами, так как он быстро корродирует в таких средах. Очень разбавленные концентрации кислот ускоряют скорость коррозии. Щелочные растворы средней крепости гораздо менее едкие, чем соответствующие концентрации кислот, но все еще достаточно едкие, чтобы ухудшить качество цинка. Некоторые соли, такие как дихроматы, бораты и силикаты, действуют как ингибиторы водной коррозии цинка.

Органические соединения. Многие органические жидкости, которые имеют почти нейтральный pH и практически не содержат воды, не воздействуют на цинк. Поэтому цинк и оцинкованные изделия обычно используются с бензином, глицерином и ингибированным трихлорэтиленом. Присутствие свободной воды может вызвать локальную коррозию из-за отсутствия доступа к кислороду. Когда присутствует вода, цинк может действовать как катализатор при разложении таких растворов, как трихлорэтилен, в результате чего происходит кислотное воздействие. Некоторые органические соединения, содержащие кислотные примеси, такие как низкосортный глицерин, воздействуют на цинк. Хотя нейтральные мыла не воздействуют на цинк, в разбавленных мыльных растворах может образовываться некоторое количество цинковых мыл.

Рис. 4 Шкала электрохимического потенциала в морской воде.

Газы. Цинк можно безопасно использовать в контакте с большинством распространенных газов при нормальных температурах, если отсутствует вода. Содержание влаги стимулирует атаку на покрытие. Сухой хлор не влияет на цинк. Сероводород H2S  также безвреден, поскольку образуется нерастворимый сульфид цинка ZnS. С другой стороны, SO2  и  хлориды оказывают коррозионное действие, поскольку образуются водорастворимые и гигроскопичные соли.

4. Методы устранения мокрых пятен на оцинкованном металле

·   Уберите предметы, в которых скопилась влага, и дайте цинку «подышать».

·   Удалите имеющуюся белую ржавчину жесткой щетинной щеткой (не проволочной) и выставьте ее на воздух.

Размещайте изделие там, где все поверхности будут иметь:

·         достаточную вентиляцию,

·         среду без химикатов,

·         чистую поверхность, свободную от загрязнений и отложений, которые препятствуют циркуляции воздуха.

·         применяйте защитное покрытие с функцией девотеринг.

Рис. 5. Методы хранения и размещения оцинкованных изделий.

Во избежание образования пятен от влажного хранения на недавно оцинкованных поверхностях профилированная сталь, балки и конструкции следует укладывать под углом и поворачивать, чтобы не допустить скопления воды.

5. Защитные покрытия Petrofer для предотвращения коррозии цинка.

   Компания Petrofer предлагает для решения данной проблемы широкую линейку антикоррозионных покрытий ISOTECT, с функцией девотеринг и созданием тонкой восковой пленки, которая препятствует воздействию влаги на поверхность оцинкованного изделия и блокирует реакцию образования белой ржавчины.

Данные покрытия могут наносится как методом распыления, так и погружением в ванну. Покрытия являются эффективными, экономичными, безопасными и стойкими, позволяя сохранять товарный вид и поверхность оцинкованного изделия чистой и блестящей на весь период хранения.

Мы готовы произвести подбор покрытия и предложить решение на основании условий вашего технологического процесса, хранения готовой продукции, атмосферы окружающего воздуха и уровня влажности на вашем складе.

ООО «Аллея Групп»

март 2025 г.

автор Науменко М.