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).

STAL_9-10_22_Wojciech_Sokolski_CYNK_OCHRONA_PRZECIWKOROZYJNA_STALI_RYS_1
1. Techniczny szereg napięciowy metali [1]; grafika autor

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.

STAL_9-10_22_Wojciech_Sokolski_CYNK_OCHRONA_PRZECIWKOROZYJNA_STALI_FOT_1
Fot. 1. Śruba napędowa statku – widoczne umocowane na sterze i kadłubie anody cynkowe; zdjęcie autor

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.

STAL_9-10_22_Wojciech_Sokolski_CYNK_OCHRONA_PRZECIWKOROZYJNA_STALI_RYS_2
2. Diagram Pourbaix dla cynku; grafika autor
STAL_9-10_22_Wojciech_Sokolski_CYNK_OCHRONA_PRZECIWKOROZYJNA_STALI_FOT_2
Fot. 2. Przykład (niefrasobliwego) zamocowania anody cynkowej wewnątrz przestrzeni napełnianej wodą morską; zdjęcie autor


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.

Przemysł maszynowy może zwiększyć produktywność nawet o połowę dzięki innowacjom i sztucznej inteligencji

Producenci maszyn i urządzeń mogą zwiększyć produktywność o 30-50 proc. Ułatwia to sztuczna inteligencja, narzędzia cyfrowe i wdrażanie rozwiązań wspierających gospodarkę obiegu zamkniętego i redukcję odpadów. Tak wynika wynika z najnowszego raportu firmy doradczej Bain &amp...

Partner kategorii:

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 ...

nity-plastikowe-i-nity-metalowe-ktore-wybrac-i-dlaczego

Nity plastikowe i nity metalowe – które wybrać i dlaczego?

Proces nitowania pozwala na stałe łączenie poszczególnych elementów konstrukcyjnych. Same nity są spoiwem o doskonałym zacisku. Poznaj właściwości nitów plastikowych oraz metalowych, aby wybrać odpowiednie do konkretnego łączenia. D...

Partner kategorii:

Zaskakujący porządek uciskanych stopów

W stopach niklowo-kobaltowo-chromowych atomy niklu układać się mogą pod wpływem nacisku w regularne wzory - pokazały symulacje międzynarodowego zespołu. Do tej pory sądzono, że takie uporządkowania mogą tworzyć się jedynie pod wpływem obróbki termicznej.

branza-tsl-czy-cudzoziemcy-zapelnia-wakaty-w-branzy-transportowej

Czy cudzoziemcy zapełnią wakaty w branży transportowej?

W obliczu rosnącego niedoboru kierowców, polska branża TSL szuka skutecznych sposobów na przyciągnięcie pracowników. Wyzwaniem staje się znalezienie metod atrakcyjniejszych niż podwyżki płac. Napływ cudzoziemców z Ukrainy i Białorusi nie gwarantuje już wypełnienia luk kadrowyc...

Partner kategorii:

Co trzeci przetwórca tworzyw sztucznych inwestuje w park maszyn i urządzeń

Polskie przedsiębiorstwa przetwarzające tworzywa sztuczne zwiększyły swoją zdolność do konkurowania. Świadczy o tym wzrost sub-indeksu MiU dla tej branży o 6,15 pkt. Jest to efekt m.in. zwiększenia nakładów na modernizację parku maszyn i urządzeń (MiU) oraz automatyzację pro...

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...

netskope

Hakerzy z kolejnymi sposobami na atakowanie

Atakujący próbują wykraść cenne dane, takie jak szczegóły płatności od organizacji i klientów, ale także dane wizualne uzyskane na przykład z kamer. W tym sektorze odnotowuje się dwa razy więcej pobrań złośliwego oprogramowania z...

elementy-hali-stalowej-charakterystyka-fot-2

Elementy hali stalowej – charakterystyka

Hale stalowe są jednymi z najbardziej popularnych obiektów budownictwa przemysłowego. Z tego też powodu elementy konstrukcyjne hali stalowej są bardzo dobrze poznane i opisane w wielu źródłach literaturowych, co pozwala na optymalne wykorzystanie ich nośności.

STAL_3-4_24_Agnieszka_Skoczylas_STOPY_METALI_PO_CIECIU_LASEREM_iStock-1459336381

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...

OZE

Szybko rośnie udział odnawialnych źródeł w krajowym miksie energetycznym. Potrzebne przyspieszenie w inwestycjach w sieci przesyłowe

W ubiegłym roku odnawialne źródła energii stanowiły już ponad 40 proc. mocy zainstalowanej w krajowym miksie energetycznym. Odpowiadały za 27 proc. całkowitej produkcji energii. Tym samym Polska pobiła kolejne rekordy, ale w kontekście rozwoju OZE na rodzimym rynku wciąż poz...

logo-na-elewacji-zmora-kierownika-budowy-i-gw-fot-3

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 ...

czyszczenie laserowe
Partner kategorii:

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...

Spadły ceny produkcji sprzedanej przemysłu. Co z branżą obróbki metali?

Według wstępnych danych w marcu 2024 r. ceny produkcji sprzedanej przemysłu spadły zarówno w stosunku do lutego 2024 r. – o 0,1%, jak i w porównaniu z analogicznym miesiącem poprzedniego roku – o 9,6%.

Relacje

Katalog produktów

Sklep

STAL Metale & Nowe Technologie 1-2/24

STAL Metale & Nowe Technologie 1-2/24

Zamów
Nowoczesne Hale 1/2024

Nowoczesne Hale 1/2024

Zamów
Utrzymanie Ruchu 1/2024

Utrzymanie Ruchu 1/2024

Zamów
Fastener 1/2023

Fastener 1/2023

Zamów
Metody diagnostyki maszyn i urządzeń w predykcyjnym utrzymaniu ruchu

Metody diagnostyki maszyn i urządzeń w predykcyjnym utrzymaniu ruchu

Zamów
Rozwiązania energooszczędne wykorzystywane w budownictwie wielkopowierzchniowym (e-book)

Rozwiązania energooszczędne wykorzystywane w budownictwie wielkopowierzchniowym (e-book)

Zamów
Gwinty - rodzaje, wymiary, podstawowe obliczenia

Gwinty - rodzaje, wymiary, podstawowe obliczenia

Zamów
Koła zębate – projektowanie, wytwarzanie, pomiary, eksploatacja

Koła zębate – projektowanie, wytwarzanie, pomiary, eksploatacja

Zamów
Inżynieria doskonałości w procesach biznesowych. Przewodnik po teorii i dobrych praktykach

Inżynieria doskonałości w procesach biznesowych. Przewodnik po teorii i dobrych praktykach

Zamów
Metrologia. Wybrane zagadnienia (e-book)

Metrologia. Wybrane zagadnienia (e-book)

Zamów
Przewodnik po technologiach przemysłu 4.0

Przewodnik po technologiach przemysłu 4.0

Zamów
Vademecum projektanta. Budownictwo halowe (e-book)

Vademecum projektanta. Budownictwo halowe (e-book)

Zamów
Poznaj nasze serwisy

Nasze strony wykorzystują pliki cookies. Korzystanie z naszych stron internetowych bez zmiany ustawień przeglądarki dotyczących plików cookies oznacza, że zgadzacie się Państwo na umieszczenie ich w Państwa urządzeniu końcowym. Więcej szczegółów w Polityce prywatności.