Холодное цинкование - надежная защита от коррозии

Коррозия – необратимый процесс, которому подвержены все изделия из металла. Под воздействием окружающей среды металлические конструкции начинают ржаветь, становятся менее прочными и, как следствие, непригодными к дальнейшей эксплуатации. В наше время существует множество способов защиты металла от коррозии, наиболее эффективным из которых является цинкование – нанесение на конструкции (или отдельные изделия) защитного слоя цинкового покрытия.

Защита от коррозии

Хорошо известно, что наиболее длительную (до 25-50 лет) защиту стали от коррозии обеспечивают цинковые покрытия, что обусловлено уникальными свойствами металлического цинка и рядом химических и электрохимических процессов, протекающих при его взаимодействии с окружающей средой и стальной подложкой.
Цинк - серебристо-белый, в нормальных условиях довольно хрупкий металл плотностью -7,1 г/см3, температура плавления ~420°С. Так же, как и железо, цинк относится к группе металлов повышенной термодинамической нестабильности, имеющей значение электродного потенциала меньше, чем потенциал водородного электрода при рН=7 (- 0,413 В). Однако вода почти не действует на цинк. Это объясняется тем, что при взаимодействии цинка с водой на его поверхности образуется гидроксид, который прак­тически не растворим и препятствует дальнейшему течению реакции. Даже в слабокислой среде коррозия чистого цинка замедленна, что связано с достаточно высоким значением перенапряжения выделения водорода на цинке (-1В). При содержании в цинке сотых долей процента примесей таких металлов, как, например, медь и железо, имеющих меньшее значение перенапряжения выделения во­дорода (соответственно 0,6 и 0,5 В), скорость взаимодействия цинка с кислотами увеличивается в сотни раз.
На воздухе цинк окисляется, покрываясь тонкой, но прочной пленкой оксида или основного карбоната цинка. Эта пленка надежно защищает цинк от дальнейшего окисления и обус­лавливает высокую коррозионную стойкость металла.
В противоположность этому ржавчина, например, не об­разует сплошной пленки на поверхности железа и между отдельными кристаллами гидратированного оксида железа III, имеются большие просветы, наличием которых и объяс­няется склонность железа к прогрессирующей коррозии.
Высокие противокоррозионные свойства цинка при на­несении его на железо (сталь) обусловлены еще и тем, что цинк имеет электрохимический потенциал ниже, чем же­лезо (-760 и - 440 мВ соответственно), поэтому в электро­химической паре цинк - железо, возникающей в присут­ствии воды (влаги), цинк выполняет роль анода и раство­ряется, а металлическая подложка (железо) - роль катода,в результате чего имеет место пассивация стали за счет подщелачивания. Ионы цинка реагируют с диоксидом углерода, находящимся в воздухе. Это сопровождается образованием плотных слоев нерастворимых карбонатов цинка, тормозящих дальнейшее развитие коррозионного процесса.
Из перечисленных выше свойств цинка следует, что при нанесении на железо (сталь) цинк защищает его как по барьерному (изоляционному) типу (что более характерно для горячего цинкования, где цинк сразу образует сплошное вла­гонепроницаемое покрытие), так и по электрохимическому (протекторному) типу, где цинк, в присутствии влаги, выполняя роль анода по отношению к железу, расходуется для его защиты, а образующиеся при этом соединения цинка «залечивают» дефекты покрытия, предотвращая коррозию железа.
Традиционные методы нанесения цинковых покрытий, такие, например, как горячее цинкование или электрохимическое осаждение, при защите крупногабаритных  металлоконструкций технически трудноосуществимы и на практике не используются.
В сравнении с традиционными методами наиболее доступным, дешевым, а иногда и единственно возможным оказывается метод холодного цинкования, разработанный относительно недавно, в 80-х годах ХХ в. учеными Уральского Отделения Российской Академии Наук (УрО РАН).

Холодное цинкование - это нанесение на подготовленную поверхность способами, применяемыми для обычных красок, специального цинксодержащего состава, в результате чего образуется покрытие, обладающее такими же антикоррозионными свойствами, как и покрытие, полученное методом горячего цинкования.
Для холодного цинкования более характерен протекторный тип защиты, особенно в стадии первоначального формирования покрытия, так как оно имеет определенную по­ристую структуру, через которую возможен доступ влаги к поверхности стали, приводящий к образованию электрохимической пары цинк-железо. В процессе дальнейшей эксплуатации происходит уплотнение структуры покрытия и переход его защитного действия от протекторного к барьерному.
Таким образом, покрытие, полученное методом холодного цинкования, по истечении определенного времени, зависящего от условий эксплуатации (в основном влажности), защищает сталь по тому же механизму, что и покрытие, нанесенное горячим способом. Дальнейшее действие цинка по электрохимическому типу защиты (так же, как и для горячеоцинкованных поверхностей) происходит только тогда, когда по тем или иным, в том числе механическим причинам, нарушается целостность нанесенного покрытия и влага проникает к поверхности стали.

Преимущества холодного цинкования:

• отсутствие ограничений по размерам цинкуемых поверхностей;
• возможность производить подготовку поверхности на месте;
• возможность легко сваривать конструкции, покрытые составами для холодного цинкования;
• возможность на месте оцинковывать сварные швы;
• легкость в ремонте, в том числе нарушенных (при транспортировке и монтаже) участков цинкового покрытия;
• возможность цинкования в широком диапазоне температур (от -20 до + 40°С);
• отсутствие необходимости демонтажа, транспортировки к месту цинкования и обратно, и последующего монтажа конструкций;
• возможность получения эластичного покрытия, выдерживающего как механическую деформацию, так и термическое расширение и сжатие в широком диапазоне температур;
• высокая степень сцепления других ЛКМ, в том числе порошковых красок с оцинкованной поверхностью;
• возможность оцинковывать собственными силами и любым способом (погружением в состав, кистью, валиком, распылителем);
• более низкая затратность и энергоемкость.

Холодное цинкование: особенности метода

Цинксодержащий состав или, как еще часто называют цинкнаполненная краска (ЦНК), наносится на поверхность металла распылением (пневматическим или безвоздушным), кистью, валиком и формируется цинковое покрытие.
На начальном этапе работает протекторный (электрохимический) тип защиты. При дальнейшей эксплуатации происходит «залечивание» дефектов покрытия (пор) нерастворимыми соединениями цинка, уплотнение структуры покрытия и переход от протекторного к барьерному типу защитного действия. Таким образом, покрытие, полученное методом холодного цинкования, по истечении определенного времени, зависящего от условий эксплуатации, защищает сталь по тому же механизму, что и покрытие, нанесенное горячим способом.В дальнейшем, при нарушении целостности покрытия (чаще по механическим причинам: при транспортировке, монтаже, эксплуатации, термическом расширении-сжатии), снова возобновляется электрохимический тип защиты цинкового покрытия.
Согласно стандартам ISO 3549 (DIN 55969) составы для холодного цинкования, обеспечивающие активную электрохимическую защиту по всей поверхности (повсеместную и свободную передачу электронов как между частицами цинка внутри покрытия, так и от частиц цинка к поверхности стали), должны содержать в сухом покрытии не менее 94% чистого цинка. Цинкнаполненные (цинксодержащие) краски, не отвечающие вышеуказанному стандарту, не относятся к составам для холодного цинкования и не образуют электропроводного цинкового покрытия, адекватного по свойствам и срокам эксплуатации с горячеоцинкованным. Цинк, присутствующий в них, выполняет лишь роль специального (в том числе цветообразующего) пигмента, усиливающего только барьерную (пленочную) защиту за счет своего окисления и «закупоривания пор» в слое краски.
Такие «лжецинкнаполненные» краски, легко определить по низкой плотности близкой к традиционным лакокрасочным материалам (1,0 – 1,8 кг/л). Составы (краски) для холодного цинкования имеют, как правило, плотности выше (2,2 – 2,8 кг/л).

Область применения покрытий на основе ЦНК

Антикоррозионные краски с высоким содержанием цинка широко используются в следующих сферах применения:

• антикоррозионная защита мостов и мостовых сооружений;
• антикоррозионная защита резервуаров;
• антикоррозионная защита портовых и гидросооружений;
• антикоррозионная защита опор высоковольтных линий электропередач и порталов ОРУ;
• антикоррозионная защита дорожных ограждений;
• антикоррозионная защита опор освещения;
• антикоррозионная защита мачт сотовой связи;
• антикоррозионная защита ж/д подвижного состава;
• антикоррозионная защита трубопроводов;
• антикоррозионная защита оборудования промышленных предприятий;
• антикоррозионная защита строительных металлоконструкций;

и других металлоконструкций, где требуется длительная и эффективная антикоррозийная защита.

Составы на основе ЦНК используют как самостоятельные покрытия, так и для восстановления поверхностей с «поврежденной защитой» (как горяче-, так и холоднооцинкованных).

На российском рынке представлен широкий ассортимент составов для холодного цинкования:ELZn, химгранд,цинол,гальванол