Rola cynku w ochronie przeciwkorozyjnej stali – przegląd zastosowań
Metaliczny cynk, w różnych postaciach, jest nadal masowo i z doskonałymi rezultatami wykorzystywany w wielu technikach ochrony przed korozją konstrukcji a także wyrobów stalowych eksploatowanych w różnych warunkach – w atmosferze, wodzie i ziemi. Niniejsze opracowanie ma na celu wskazanie różnych sposobów wykorzystania właściwości tego metalu zarówno w uzyskiwaniu efektów barierowych w powłokach, jak i polaryzacji elektrochemicznej w systemach ochrony katodowej.
Cynk (Zn) został odkryty w 1746 r. Jest metalem dość ciężkim o gęstości 7,14 g/cm3, o barwie srebrzystej z niebieskawym odcieniem. Odcień ten jednak w wilgotnym powietrzu szybko zanika wskutek powierzchniowego utlenienia. Jest średnio twardy a także ciągliwy. Temperatura topnienia wynosi 419,5°C. Reaguje chemicznie z kwasami nieutleniającymi i utleniającymi, a także mocnymi zasadami. Związki chemiczne cynku, np. produkty utlenienia, są białe. Cynk jest dobrym przewodnikiem prądu elektrycznego a także diamagnetykiem. W zwykłej temperaturze jest kruchy. W 100-150°C staje się kowalny i ciągliwy, zaś powyżej 200°C kruchość powraca, tak że można go sproszkować.
Cynk należy do metali nieszlachetnych. Jego potencjał normalny względem elektrody wodorowej wynosi 0,76 V. Cynk reaguje z rozcieńczonymi kwasami z wydzieleniem wodoru. Reakcja ta praktycznie nie zachodzi lub przebiega bardzo wolno w przypadku użycia metalu szczególnie czystego. Przyczyną tego jest dość znaczne nadnapięcie, jakie wykazuje wodór, wydzielając się na powierzchni cynku, które można znacznie przyśpieszyć przez dodanie do kwasu niewielkich ilości soli metalu szlachetniejszego niż cynk (np. miedzi).
Cynk a korozja
W szeregu napięciowym metali cynk zajmuje jedną z najwyższych pozycji, ustępując jedynie magnezowi. Oznacza to, że w kontakcie z innymi metalami (stopami) w środowisku elektrolitycznym (np. wodzie) cynk będzie anodą. Będzie ulegał przyspieszonemu procesowi korozji, jednocześnie zmniejszając też szybkość utleniania (korozji) metalu znajdującego się z nim w kontakcie. Na rys. 1 przedstawiono opracowany a także upowszechniony przez firmę produkującą jachty L-36.com [1] szereg napięciowy metali/stopów powszechnie stosowanych w technice. Uwzględniono w nim szereg typowych stopów metali konstrukcyjnych.
Reakcja cynk – woda
Chcąc zilustrować zachowanie się metalicznego cynku w kontakcie z wodą o różnym pH (w zakresie środowisk od kwaśnego do alkalicznego), niezbędne jest posłużenie się tzw. diagramem Pourbaix. Ilustruje on występujące produkty reakcji metalu z wodą, w zależności od potencjału E i pH środowiska. Na diagramie zaznaczone są obszar termodynamicznej trwałości wody, a także obszary występowania cynku w formie metalicznej oraz związków chemicznych reakcji metalu z wodą. Taki diagram dla cynku przedstawia rys. 2.
Poniżej obszaru termodynamicznej trwałości wody wydziela się z wody wodór, powyżej – tlen. Z diagramu wynika, że metaliczny cynk w normalnych warunkach w kontakcie z wodą w warunkach atmosferycznych pokrywa się warstewką węglanu cynku. Na wyrobach cynkowych tworzą się więc białe produkty korozji cynku. W niektórych kręgach, np. chłodnictwie, nazywane są „białą rdzą”.
Zastosowanie cynku
Z wieloma metalami cynk tworzy też stopy. Spośród nich największe znaczenie mają stopy z miedzią (mosiądze i tombaki) jak również z miedzią i niklem. Duże znaczenie techniczne do celów ochrony przeciwkorozyjnej ma stop cynku z 25% aluminium, z którego wytwarza się np. powłoki cynkowe.
Największe ilości cynku przerabiane są jednak na blachę cynkową, służącą do krycia dachów, do wyrobu rynien deszczowych, wanien, wiader itp. Do podobnych celów używa się też blachy stalowej pokrytej cynkiem dla ochrony przed korozją. W ostatnich latach, wskutek upowszechnienia norm europejskich dotyczących wymagań stosowania systemów ochrony elektrochemicznej przed korozją, wzrasta także zainteresowanie wykorzystaniem do tego celu anod (protektorów) cynkowych.
Cynk jako powłoka przeciwkorozyjna na stali
Możliwość pokrywania przedmiotów stalowych cynkiem w celu uzyskania zwiększonej odporności wyrobu na korozję stali zaowocowała opracowaniem szeregu technologii przemysłowych tworzenia takich powłok w procesie ogólnie nazywanym cynkowaniem. Powłoka cynkowa w normalnych warunkach atmosferycznych jest znacznie bardziej odporna na korozję niż stal węglowa. Jeżeli jest bezpośrednio narażona na oddziaływanie warunków atmosferycznych, pokrywa się cienką warstwą produktów korozji cynku na swojej powierzchni. W skrajnych przypadkach – białymi osadami, które – dopóki są szczelne – spowalniają dalszy proces korozji cynku.
W przypadku przerwania szczelności powłoki cynkowej będzie ona w dalszym ciągu chronić stal przed korozją. Utworzy się bowiem ogniwo galwaniczne stal-cynk, w którym katodą będzie stal, a anodą bardziej elektroujemny cynk. W rezultacie, pomimo utraty ciągłości warstwy cynku, w miejscach tych zahamowany zostanie proces korozyjny stali. Warunkiem koniecznym, aby tak się stało, jest oczywiście obecność środowiska elektrolitycznego – wody. Dlatego też opisany mechanizm ochrony przed korozją stali uzyskiwany za pomocą powłok cynkowych najlepiej zdaje egzamin dla wyrobów eksploatowanych w wilgotnym środowisku atmosferycznym lub w zanurzeniu w wodzie.
Efekt barierowy
Reasumując, powłoka cynkowa na stali, oddzielając powierzchnie zabezpieczanej stali od agresywnego otoczenia, wywołuje efekt barierowy. Oddziela stal od środowiska korozyjnego, a w przypadku jego utraty (pojawienia się nieszczelności w powłoce) tworzy z podłożem ogniwo galwaniczne. Dzięki temu hamuje lub całkowicie eliminuje procesy korozyjne stali.
Mogą zainteresować Cię również
Przemysł 4.0: era automatyzacji i robotyzacji produkcji – Konferencja Techniczna w Bydgoszczy
11 kwietnia w City Hotel Bydgoszcz odbędzie się Konferencja Techniczna „Automatyzacja i robotyzacja produkcji – kierunek Przemysł 4.0” organizowana przez Axon Media. Spotkanie skierowane jest do praktyków, którzy poszukują innowacyjnych rozwiązań w zakresie automatyzacji oraz ...
Automatyka zabezpieczająca w instalacjach energetycznych
Z artykułu dowiesz się: jak prawo charakteryzuje konieczne elementy bezpieczeństwa instalacji energetycznej,kto ponosi odpowiedzialność za bezpieczeństwo takiej instalacji,z czym wiąże się scalenie urządzeń ciśnieniowych na ...
Nitowanie – co to takiego i jak przebiega?
Spawanie, chociaż ma swoje zalety, nie sprawdza się w każdym wypadku. W niektórych projektach znacznie lepiej jest zastosować nitowanie. Elementy są wówczas połączone szybko i trwale. W poniższym tekście odpowiadamy na pytania, co to jest nitowanie, jak je przeprowadzać oraz j...
Program „Polska Metrologia”
Z artykułu dowiesz się: na czym polega program „Polska Metrologia”;kto skorzystał już z programu;co będzie efektem działania projektu. „Polska Metrologia” to program buduj...
ZBUD polski producent urządzeń transportu bliskiego i pozycjonerów spawalniczych
ZBUD to firma, która rozwija się i rośnie w siłę już prawie 40 lat. Obecna w Polsce i za granicą zdobyła renomę, produkując urządzenia dźwignicowe. Ceniona za niezawodną jakość oraz komfort współpracy, celnie odpowiada na potrzeby współczesnego rynku. Produkowane przez firmę...
Dni Otwarte w DIG Świtała! Temat główny: prasy krawędziowe
W firmie DIG Świtała w dniach 4-8 marca 2024 odbyły się kolejne dni otwarte – tym razem tematem wiodącym spotkania były prasy krawędziowe. Co działo się na spotkaniu i czego mogli spodziewać się goście? Odwiedzający mieli mo...
Wybrane maszyny i urządzenia stosowane w procesach gięcia
W niniejszym artykule dokonano przeglądu maszyn i urządzeń wykorzystywanych w procesach gięcia rur, profili, drutu oraz sprężyn. Przedstawiono charakterystykę giętarek wybranych producentów dostępnych na rynku polskim. Urządzenia podzielono na: giętarki trzpieniowe, giętarki b...
Metody łamania wiórów w obróbce skrawaniem – cz. II
Z artykułu dowiesz się: jakie są sposoby łamania wiórów;od czego zależy wybór metody łamania;jakie są wady i zalety poszczególnych metod. Dobór odpowiedniej metody łamania...
Ocena ryzyka a odporność sieci i systemów informatycznych na incydenty cyberbezpieczeństwa
Z artykułu dowiesz się: co wpływa na bezpieczeństwo systemu informatycznego;jakie elementy należy wdrożyć zgodnie z obowiązującymi normami;które sektory przemysłowe powinny zwrócić szczególną uwagę na kwestie cyberbezpieczeń...
Targi BUDMA 2024 – Podsumowanie
2 lutego br. w stolicy Wielkopolski zakończyły się najbardziej rozpoznawalne europejskie targi dedykowane sektorowi budownictwa – Międzynarodowe Targi Budownictwa i Architektury BUDMA oraz towarzyszące im Targi Maszyn Budowlanych INTERMASZ/INFRATEC, a także Targi KOMINKI, któr...
Właściwości warstwy wierzchniej wybranych stopów metali po cięciu laserem
Z artykułu dowiesz się: jakie są wady i zalety technologii cięcia laserowego;od czego zależą właściwości materiału po cięciu;jakie badania przeprowadzono. Proces wytwarzan...
Analiza procesu spawania plazmowego – cz. I
Z artykułu dowiesz się: jaki jest wpływ parametrów spawania na jakość złączy;gdzie stosuje się technologię spawania plazmowego PTA;jak zachodzące w łuku plazmowym zjawiska wpływają na proces cięcia.
Kompendium wiedzy o najnowszych rozwiązaniach w branży produkcyjnej – Konferencja Techniczna w Bydgoszczy
Już 10 kwietnia w City Hotel Bydgoszcz odbędzie się organizowana przez Axon Media Konferencja Techniczna „Niezawodność i Utrzymanie Ruchu w zakładach produkcyjnych” stanowiąca idealną okazję do wymiany doświadczeń między przedstawicielami branży UR.
Logo na elewacji – zmora Kierownika Budowy i GW
W branży budowlanej, zwłaszcza w przypadku budynków przemysłowych, takich jak hale i obiekty wielkopowierzchniowe oznakowania są tak samo istotne jak pozostałe elementy wyposażenia. Jednak, gdy nadchodzi moment umieszczenia logo na ...
Bezpieczeństwo pracy z laserami czyszczącymi
Na czym polega technologia czyszczenia laserowego i jakie są jej zalety? Co wyróżnia lasery czyszczące spośród innych technologii? Uniwersalność procesu czyszczenia laserowego sprawia, że może być z powodzeniem stosowan...
Opóźnienie w łańcuchu dostaw. Jak uniknąć kar umownych?
Z artykułu dowiesz się: na jakie problemy narażasz się, jeśli nie wykonasz zamówienia dla klienta na czas; jak uniknąć kary wynikającej z umowy, jeśli opóźnienie nie jest Twoją winą;jak przejść proces reklamacji, nie tracąc ...
Kalendarium wydarzeń
Relacje
„Hutnictwo żelaza i stali w Polsce. Wyzwania i szanse dla szarej i zielonej stali”
23 listopada w Centrum Informacji Naukowej i Bibliotece Akademickiej w Katowicach odbyła się konferencja „Hutnictwo żelaza i stali w Polsce. Wyzwania i szans...
Sprawdź więcejEMO 2023 – Mazak Go Green
Podczas targów EMO 2023, które odbyły się 18-23 września br. w Hanowerze, firma Yamazaki Mazak zaprezentowała swoją wizję zaawansowanych rozwiązań technologi...
Sprawdź więcejEnergetab 2023
Za nami trzy intensywne dni 36. międzynarodowych targów energetycznych ENERGETAB. Były one niezwykle pracowite dla 433 wystawców, którzy starali się zaprezen...
Sprawdź więcejI Mazowieckie Sympozjum Obróbki Skrawaniem
W dniu 22 czerwca br. na Wydziale Mechanicznym Technologicznym Politechniki Warszawskiej odbyło się I Mazowieckie Sympozjum Obróbki Skrawaniem, współorganizo...
Sprawdź więcej