Tribotechnické listy

 

 

Povlaky žárového zinku a jejich životnost

Zinek má schopnost velmi účinně a dlouhodobě poskytovat ocelovým součástem protikorozní ochranu, ale ne proto, že by sám byl vůči korozním vlivům intaktní. Jedinečný způsob, kterým zinek chrání ocel proti korozi, je dán jeho fyzikálními a chemickými vlastnostmi.



Povlaky žárového zinku se pro své nesporné přednosti právem staly nejčastěji ve světě používaným protikorozním systémem aplikovaným pro ochranu ocelových konstrukcí, který nachází stále širší uplatnění. Využívá se především ve stavebnictví, v dopravě nebo v energetice. Zinkové povlaky chrání ocel proti korozi jedinečným způsobem, který jinými protikorozními systémy nelze hospodárně dosáhnout. Zinek je přírodním materiálem, který přirozeným způsobem podtrhuje kovový charakter ocelových staveb. Zejména jeho kombinací s jinými přírodními materiály, jako je dřevo nebo kámen, lze dosáhnout velmi působivých efektů. Z pohledu udržitelného rozvoje se jedná o technologii, která beze zbytku koresponduje s trendy usilujícími o zachování ekosystému na Zemi (obr. 1). Pro volbu vhodného protikorozního systému, kromě znalosti principu jeho ochranné funkce, je nutno znát korozní vlivy prostředí, v němž má být součást exponována. Podstatným aspektem je samozřejmě požadovaná životnost pro danou aplikaci. Způsob nanášení zinkového povlaku na železo jeho ponořením do roztaveného zinku objevil francouzský chemik a lékárník Paul Jack Malouin, který svou metodu v roce 1742 předvedl před Královskou akademií. K poznání principu katodické ochrany železa zinkovým povlakem později, v roce 1799, přispěl Allesandro Volta (obr. 3) objevem galvanického článku. Pojmenování svého objevu odvodil od jména italského lékaře Luigie Galvaniho (obr. 2), autora Traktátu o elektrických silách popisujícího účinky galvanického proudu. Průmyslový způsob nanášení zinkového povlaku z roztaveného kovu si v roce 1837 nechal patentovat francouzský chemik Stanislas Sorel a první zinkovny se objevují kolem roku 1840 (obr. 4).






Princip protikorozní ochrany oceli zinkovým povlakem

Nejčastější formou degradace oceli je galvanická koroze. Ve většině elektrolytů má zinek nižší elektrochemický potenciál, než má železo. Katodická ochrana (obr. 5) železa je založena na skutečnosti, že zinek jako obětovaná anoda přednostně oxiduje a zajišťuje, že ocel přechází do stavu pasivity. Při nanášení ponorem do roztaveného kovu dokáže zinek na povrchu oceli vytvořit přirozenou, dostatečně tlustou a velmi odolnou kovovou bariéru, která substrát odděluje od korozního prostředí. Velmi důležitou vlastností zinku je jeho schopnost účinně se pasivovat (obr. 5). V suchém a dostatečně větraném prostředí se poměrně složitými chemickými přeměnami postupně pokrývá patinou (konzistentní vrstvičkou uhličitanu zinečnatého), která mnohonásobně zpomaluje jeho korozní rychlost v atmosféře.




Tab. 1. Korozní rychlosti zinku podle EN ISO 9223

Stupeň
korozní agresivity
Rychlost koroze (rcorr)
Zinek Jednotky
C1 velmi nízká dobře větrané temperované interiéry obchodních, kancelářských a bytových prostor bez rizika kondenzace vlhkosti, suché nebo chladné exteriéry s velmi malým znečištěním ovzduší (pouště, střední Antarktida) rcorr ≤ 0,7  
rcorr ≤ 0,1
[g.m-2.rok-1]   [µm.rok-1]
C2 nízká větrané netemperované sportovní haly, výrobní haly, garáže, skladové prostory s neznečištěným ovzduším a možností krátkodobé kondenzace vlhkosti, suché nebo chladné klimatické pásmo s krátkou dobou ovlhčení, čisté venkovské prostředí 0,7 < rcorr ≤ 5   
0,1 < rcorr≤ 0,7
[g.m-2.rok-1]   [µm.rok -1]
C3 střední prostředí průmyslových hal se středním znečištěním (potravinářské závody, prádelny, mlékárny, pivovary, mírné klimatické oblasti se středním a tropické oblasti s nízkým znečištěním ovzduší, městské prostředí, přímořské ovzduší s nízkou salinitou 5 < rcorr ≤ 15  
0,7 < rcorr≤ 2,1
[g.m-2.rok -1]   [µm.rok -1]
C4 vysoká prostředí s velkou četnosti kondenzace a velkým znečištěním, krytých plaveckých bazénů, mírné klimatické oblasti s vysokým a tropické oblasti se středním znečištěním ovzduší, průmyslové oblasti se středně vysokým znečištěním ovzduší a přímořské ovzduší se střední salinitou, aerosol od zimního posypu 15 < rcorr ≤ 30    
2,1 < rcorr ≤ 4,2
[g.m-2.rok -1]
[µm.rok -1]
C5 velmi vysoká málo větrané prostředí s velmi vysokou četností kondenzace nebo velkým znečištěním z výrobních procesů a dolů, mírné klimatické oblasti s velmi vysokým a tropické oblasti s vysokým znečištěním ovzduší, průmyslové oblasti s vysokým znečištěním ovzduší a přímořské ovzduší s vysokou salinitou 30 < rcorr ≤ 60   
4,2 < rcorr≤ 8,4
[g.m-2.rok -1]
[µm.rok -1]
CX extrémní prostory s trvalou kondenzací a velkým znečištěním z výrobních procesů, oblasti s velmi vysokým znečištěním ovzduší, tropické přímořské oblasti častým a dlouhým ovlhčením a velmi vysokou salinitou, prostředí rybářských lodí s přímým postřikem slanou vodou 60 < rcorr ≤ 180   
8,4 < rcorr≤ 25
[g.m-2.rok -1]
[µm.rok -1]


Korozní rychlost zinku

Zinkový povlak si svou kvalitu, v jaké byl nanesen, zachovává po celou dobu své životnosti, přitom však v závislosti na korozní agresivitě prostředí různou rychlostí ubývá. Životnost kovového povlaku je nepřímo úměrná velikosti jeho ročních korozních úbytků. Korozní rychlost zinku v atmosférickém prostředí tedy vyplývá z podstaty využívaného principu, je ovlivněna pouze přírodními zákony a způsobem zacházení s pozinkovanou věcí, nesouvisí s kvalitou naneseného povlaku. Při znalosti korozních účinků prostředí a minimální tloušťky naneseného zinkového povlaku je stanovení očekávané životnosti povlaku poměrně jednoduchou záležitostí. Rychlost koroze zinku v různých atmosférických prostředích je uváděna v celé řadě technických norem. Je to především revidovaná norma EN ISO 9223, která atmosféry z hlediska jejich korozní agresivity klasifikuje do 6 stupňů C1 až CX (tab. 1). V tab. 5 a na obr. 6 jsou znázorněny hodnoty průměrných ročních korozních úbytků zinku na pozadí v České republice, to je bez přihlédnutí k mikroklimatickým vlivům (podobná mapa pro Slovenskou republiku se připravuje, informace o jejím vydání bude zveřejněna na webu AČSZ). Při návrhu konkrétního protikorozního systému je vždy nutno zohlednit lokální vlivy. Těmi jsou především blízkost významného zdroje znečišťování ovzduší, průmyslová činnost v lokalitě nebo nevhodné konstrukční řešení dílce umožňující depozici tuhých polutantů v zákoutích.





Roční korozní úbytek zinku [μm/rok]

0,64 - 0,84 0,85 - 0,98 0,99 - 1,12 1,13 - 1,26 1,27 -  1,57
Minimální životnost zinkového povlaku o tloušťce 70 μm [rok] 83 71 62 55 45


Tabulka 2. Roční korozní úbytky zinku na území České republiky

 





Tloušťka povlaku žárového zinku

Tloušťku a strukturu nanášeného povlaku žárového zinku lze v komerčních zinkovnách řídit jen velmi omezeně. Slitinový povlak se na povrchu zinkované součásti vytvoří metalurgickou reakcí mezi železem a zinkem, která proběhne spontánně v době, kdy je součást ponořena do zinkové taveniny. Průběh a výsledek této metalurgické reakce je ovlivněn celou řadou vlivů, mnohé z nich jsou mimo vliv zinkovny.                                                               Nejvýznamnějšími faktory ovlivňujícími vrstvu naneseného povlaku jsou tloušťka stěny podkladového materiálu a obsah křemíku v použité oceli. Povlaky na oceli neuklidněné (obr. 7) jsou tenčí než povlaky na oceli uklidněné křemíkem (obr. 8). Norma EN ISO 1461 uvádí pro konstrukční ocele hodnoty minimálních tlouštěk povlaku dosažitelných v závislosti na tloušťce stěny podkladu (tab. 2). Tloušťka vysokoteplotně nanášeného povlaku s odstředěním je relativně malá, přibližně 35 až 45 μm (tab. 3.). Pro zachování vyrovnané protikorozní odolnosti celé konstrukce by odstředivě pozinkované spojovací součásti měly být překryty organickým nátěrem. Vhodnou nátěrovou hmotou je opravná barva s vysokým obsahem zinkového prachu.




Volba protikorozního systému

Volba vhodného protikorozního systému v závislosti na jeho požadované životnosti je věcí projektanta, který k tomu musí znát stupeň korozní agresivity atmosféry, jejímuž působení bude navrhovaná konstrukce vystavena. Důležité při tom je zohlednění místních vlivů. Má-li být rozhodnuto o povlaku žárového zinku, pak správné použití známé hodnoty publikova­ných průměrných ročních korozních úbytků zinku v daném prostředí je už jen otázkou rutiny. Je-li žárový zinek zvolen pro správnou aplikaci, poskytne oceli spolehlivou a bezúdržbovou protikorozní ochranu na velmi dlouhou dobu (obr. 9).

 

Obr. 9. Protikorozní ochrana žárovým zinkem v lyžařském středisku



Ing. Vlastimil Kuklík

 

 

Späť

 

Pridať komentár

* :
* :
* :
3 + 6 =
Odoslanie formulára

TriboTechnika 4/2019

TriboTechnika_4_2019 by TechPark Vydavatelstvo on Scribd