Коррозия цинкового покрытия — процесс, скорость которого напрямую зависит от условий эксплуатации. Одно и то же покрытие толщиной 85 мкм прослужит 40 лет в сельской местности и всего 3–5 лет в агрессивной промышленной атмосфере. Разбираем как именно среда влияет на защитные свойства цинка — в наружной атмосфере, закрытых помещениях и бытовых условиях.
Скорость коррозии цинкового покрытия в наружной атмосфере, т.е. коррозия цинкового покрытия в наружной атмосфере, зависит от
• химического состава внешнего воздействия,
• количества выпадающих осадков,
• температурных колебаний окружающей среды.
Факторы внешнего воздействия при коррозии цинкового покрытия в наружной атмосфере существенно влияют на химический состав получаемых продуктов разрушения. При этом скорость нарушения поверхностной целостности в пределах одного атмосферного типа может быть различна.
Условно зоны с похожими климатическими условиями можно разделить следующим образом:
• промышленная,
• сельская,
• городская,
• морская,
• тропическая.
Объемы коррозионного поражения зависят от наличия в наружной атмосфере агрессивных компонентов воздействия. Анализ продуктов коррозии металлоконструкций промышленных районов показал наличие следующих соединений:
Состав продуктов коррозии цинка
| Компонент | Содержание, % |
|---|---|
| ZnO, Zn(OH)₂ и H₂O | 52 |
| ZnSO₃ | 18,0 |
| ZnSO₄ | 18,8 |
| ZnCO₃ | 11,2 |
В атмосфере морского побережья содержатся в большом количестве ионы хлора, для которых характерна высокая проникающая способность, что способствует активному растворению защитных, пленочных покрытий цинка.
Для крупных индустриальных районов характерна высокая загазованность. Дымовые газы промышленных зон содержат большое количество SO_2, поэтому выпадающие осадки в значительной степени обогащены оксидом серы, что обуславливает высокий уровень кислотности. Коррозионная агрессивность в данных условиях наивысшая.
Стойкость к коррозионному разрушению в городской и сельской зонах различна. Чем меньше в атмосфере вредных примесей, тем выше эксплуатационные характеристики металлических изделий.
В зависимости от местных условий осадки могут содержать растворенные газы, кислоты и соли, а также органические вещества и нерастворимые элементы в виде пыли, частиц угля и т. п.
Частота выпадающих осадков в значительной степени усиливает поверхностное разрушение, т. к. осадки частично растворяют защитную пленку (при ее восстановлении расходуется новое количество цинкового покрытия).
Химический состав осадков содержит значительное количество углекислого газа (в обычном воздухе содержание CO_2 колеблется от 0,07 до 0,3% от объема). В состав осадков незагрязненной сельской зоны входят нитраты, нитриты. Во время больших бурь, сопровождающихся электрическими разрядами в воздухе, происходят реакции соединения азота и кислорода.
В нормальной дождевой воде содержится:
• аммиак, связанный в нитраты и нитриты, в количестве 0,4÷16 мг/л,
• азотная кислота,
• азотистые соединения и кислоты (N_2 O_5 в количестве 2÷20 мг/л, HNO_2 – от 0,2 до 1,0 мг/л, NH_4 NO_3 и NH_4 HCO_3 в количестве от 0,5 до 20 мг/л),
• сернистые кислоты и соли.
Содержание кислорода достигает в дождевой воде 0,9 мг/л, а сульфатов 2,0 мг/л. На морских побережьях воздух содержит испарения морских солей, соединения иода.
Твердые частицы, находящиеся в выпадающих осадках, являются причиной местной коррозии. Они задерживают влагу и тем самым ускоряют коррозию. В городах с развитой промышленной зоной твердые частицы могут содержать:
• 39% нерастворимых в воде остатков,
• 33% остатков сгоревшего топлива,
• 20% железных окислов,
• 8% растворимых в воде солей (сульфидов).
На скорость коррозионного разрушения большое влияние оказывает гигроскопичность вновь образованных продуктов коррозии. При высоком содержании влаги (частой росе) продукты коррозии образовывают насыщенные поверхностные растворы. В период большего, интенсивного выпадения осадков около 90% возникающих коррозионных продуктов удаляются дождями и на цинковой поверхности остаются лишь основные продукты реакции.
На основании исследований. выявлено, что нарушение поверхностной целостности цинкового покрытия происходит быстрее в той зоне,
• атмосфера которой содержит больше твердых включений (веществ),
• где показатели кислотности дождевых осадков ниже.
Результаты исследования коррозии цинковых покрытий в различных местностях
| Коррозионные
агенты |
Сельская
местность |
Приморская
местность |
Индустриаль-
ный район |
Сильно-
индустриаль- ный район |
|---|---|---|---|---|
| Дождевые осадки, см/год | 15,08 | 6,32 | 4,19 | 5,0 |
| pH (среднее) | 6,5 | 6,9 | 4,8 | 4,3 |
| Общее количество
растворимых твёрдых веществ, г/дм² |
269 | 411 | 548 | 324 |
| Общее количество
нерастворимых твёрдых веществ, г/дм² |
63 | 238 | 560 | 3133 |
| Общее количество
твёрдых веществ, г/дм² |
332 | 649 | 1108 | 3457 |
| Сульфаты в расчёте на SO₃,
г/дм² |
32 | 37 | 163 | 86 |
| Хлориды в расчёте на Cl,
г/дм² |
78 | 133 | 35 | 88 |
| Коррозия цинка,
мг/дм² в день |
0,59 | 0,66 | 0,74 | 2,86 |
Коррозия цинкового покрытия в наружной атмосфере зависит от способа нанесения цинкового покрытия на металлическую основу. Коррозионные потери в чистой сельской местности для цинкового покрытия, нанесенного.
• гальваническим путем составляют от 0,25 до 0,36мг/дм3 в день,
• методом горячего цинкования – от 0,19 до 0,27 мг/дм3 в день.
Коррозия цинкового покрытия в бытовых условиях
Коррозия цинкового покрытия в бытовых условиях
В качестве исследовательского материала использовались растворы хлористого кальция, т.к. эти компоненты наиболее активно применяются в холодильной технике. Выявлено, что процесс коррозионного разрушения возрастает с повышением щелочности раствора. Относительные потери железа и цинка в кальциевом и натриевом холодильных растворах в зависимости от концентрации водородных ионов приведены в таблице.
| pH | Кальциевый холодильный раствор | Натриевый холодильный раствор | ||
|---|---|---|---|---|
| железо | цинк | железо | цинк | |
| 4 | 100 | 235 | 100 | 115 |
| 7 | 100 | 165 | 100 | 55 |
| 10 | 100 | 120 | 100 | 3 |
| 12,6 | 100 | 90 | 100 | 100 |
Коррозия цинка под действием спирта
Исследуемые образцы цинка погружались в пробирку, заполненную этиловым (99,7%) спиртом. Температурный режим эксперимента составлял 18-20°C. Временной интервал исследования от 24 часов и выше. Результат эксперимента – исследуемые образцы полностью сохранили металлический блеск и технологические параметры. Выводы – отсутствие коррозии цинка в чистом спирте.
В водных спиртовых растворах технология коррозионного разрушения меняется. При содержании в спирте воды резко начинается процесс окисления цинка:
• при 10% содержании воды в спиртовом растворе интенсивность коррозии значительна,
• при 50% содержании воды – окислительный процесс такой же, как и в чистой воде.
Коррозия цинка под действием продуктов питания
В органах и мышцах человеческого тела в среднем содержится от 2,2 до 2,8 г цинка. Постоянное содержание цинка в яичном желтке и молоке указывает на его физиологическую необходимость, но при значительном количестве цинка, введенном в организм, наступает отравление, т. к. цинк с белками образует альбуминаты с выделением свободных кислот. Цинк может попадать в пищу, главным образом, из оцинкованной водопроводной системы. Повышенное количество цинка попадает из новых труб, с течением времени трубопроводная система обрастает известковым камнем, препятствующим растворению цинка. На практике питьевая вода может содержать от 5 до 23 мг/л цинка, но даже продолжительное потребление воды с 40 мг/л цинка можно считать допустимым.
Использование цинковой или оцинкованной посуды для еды возможно только в тех случаях, когда продукты питания не имеют повышенной кислотности. Данные воздействия на цинковое покрытие газированной воды и молока в сопоставлении с их значением кислотности приведены в таблице.
| Наименование жидкости | pH первоначальная | Содержание цинка, мг/л | |
|---|---|---|---|
| после 17 ч | после 41 ч | ||
| Водопроводная вода | 7,2 | 5 | 21 |
| Дистиллированная вода | 6,2 | 9 | 27 |
| Газированная углекислая вода | 5,2 | 193 | 181 |
| Молоко | — | 438 | 1054 |
| Лимонад | 2,6 | 1411 | 2700 |
| Фруктовая вода | 3,7 | 530 | 854 |
Прочерк (—) означает, что pH не измерялось или не указано в источнике.
Коррозия цинкового покрытия под действием строительных материалов
Значения потерь оцинкованного кровельного железа в сравнении с неоцинкованным под действием строительных материалов при 30-суточной выдержке при температуре 19°C приведены в таблице.
| Название строительного материала | Потери, г/м² за 30 суток | |
|---|---|---|
| неоцинкованное железо | оцинкованное железо | |
| Пеностекло | 6,1 | 0 |
| Шлак котельный | 49,7 | 0 |
| Ксилолит | 14,7 | 0 |
| Фибролит | 2,3 | 0,1 |
| Асбоцемент | 30,2 | 0,1 |
| Глина белая | 37,8 | 0,3 |
| Песок речной, кварцевый | 67,6 | 0,3 |
| Шлак гранулированный | 58,1 | 0,9 |
| Кирпич красный | 11,2 | 1,3 |
| Минеральная вата | 52,4 | 1,5 |
| Асбест № 6 | 42,4 | 2,25 |
| Портландцемент | 11,1 | 6,3 |
| Гипс | 63,2 | 7,4 |
| Почва черная | 38,1 | 9,2 |
| Торфяная крошка | 38,2 | 11,0 |
| Кирпич силикатный | 55,4 | 22,1 |
Оцинкованное железо значительно более стойко к коррозии в большинстве сред.
Коррозия цинкового покрытия в закрытых помещениях
Коррозия цинкового покрытия в закрытых помещениях резко отличается от процесса коррозионного разрушения в наружной атмосфере. Это обусловлено тем, что микроклимат закрытого пространства исключает наличия в большом количестве в рабочем помещении
• избыточной влажности,
• загазованности,
• агрессивных химических соединений,
• взвешенных твердых частиц.
Скорость коррозия цинкового покрытия в закрытых помещениях в 5 раз ниже, чем в наружной атмосфере.
Продуктами коррозии цинкового покрытия в закрытых помещениях являются поверхностные пленки. По своему составу защитные пленки пористы и рыхлы. Процесс коррозионного разрушения в закрытых помещениях носит линейно-временной характер.
На скорость коррозионного разрушения химический состав цинкового покрытия оказывает незначительное влияние.
| Состав цинка | Потери, мг/дм³ (или мг/дм²?) | |||
|---|---|---|---|---|
| 130 дней | 230 дней | 290 дней | 340 дней | |
| Чистый Zn | 9,39 | 27,43 | 31,00 | 38,75 |
| с 1,78% Fe | 8,68 | 29,14 | 35,34 | 41,38 |
| » 1,95% Pb | 9,76 | 24,33 | 32,55 | 39,21 |
| » 0,98% Cd | 10,61 | 27,43 | 37,20 | 42,00 |
| » 1,22% Cu | 10,61 | 28,83 | 37,97 | 45,41 |
| » 0,88% Sb | 10,54 | 25,11 | 35,34 | 42,78 |
Символ «»» означает «с добавкой» (тот же состав цинка с примесью).
Под действием влажного воздуха в складских помещениях на поверхности оцинкованных изделий формируется «белая ржавчина». Такое коррозионное разрушение возникает в результате медленного высыхания скопившейся влаги на поверхности цинкового покрытия. Продукты коррозии при данном методе разрушения не удаляются дождями с поверхности воздействия, поэтому отложения в местах образования постепенно разрастаются. Химический состав «белой ржавчины» определяется формулой — 〖2ZnCO〗_3 〖(ZnOH)〗_2. Способ борьбы с коррозионным разрушением данного типа – максимальное уменьшение возможности конденсации влаги.
В связи с этим, оцинкованные листы для хранения следует паковать и связывать только в совершенно холодном состоянии. Складские помещения должны иметь постоянную температуру и малую влажность. Для предохранения от влаги при перевозках оцинкованные изделия следует консервировать или пассивировать. При водных перевозках для предотвращения коррозионного разрушения готовую продукцию следует упаковывать в пропарафиненную бумагу.
Для удаления вновь образованных продуктов коррозии оцинкованное изделие протирают составом на базе:
• едкого натра,
• венской извести.
Обработка производится вручную с помощью щетки. После удаления видимых следов коррозии, изделие промывают проточной водой и протирают насухо шерстяной ветошью.
Если в результате хранение цвет готового изделия изменился, и оно потемнело, то осветление производится специальным раствором:
• венская известь,
• углекислый аммоний.
Затем производится обработка изделия губкой, смоченной отмученным мелом. После чего следует промывка и сушка.
Коррозию цинкового покрытия в закрытых помещениях можно предотвратить, если строго соблюдать все правила хранения и транспортировки оцинкованных изделий.
Коррозия цинкового покрытия неизбежна — вопрос только в скорости. Ключевые факторы которые её определяют: тип атмосферы, наличие SO₂ и хлоридов, влажность и температурные перепады. В сельской местности цинк теряет 0,59 мг/дм² в день, в сильно-индустриальном районе — почти в 5 раз больше (2,86 мг/дм²).
Чтобы покрытие служило максимально долго:
— выбирайте толщину покрытия под конкретные условия эксплуатации (для промышленной атмосферы — не менее 100 мкм);
— применяйте пассивацию для защиты от белой ржавчины при хранении;
— в агрессивных средах комбинируйте цинкование с лакокрасочным покрытием (дуплекс-система).
Подробнее о нормах толщины цинкового покрытия для разных условий — в статье «Толщина цинкового покрытия: нормы ГОСТ по всем методам».