Протекторная защита металла: холодное цинкование

Коррозия металла — самопроизвольное разрушение металла в результате химического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой.

Свойства цинка, которые определяют эффективность его применения для антикоррозионной защиты стали. Цинк — серебристо-белый, в нормальных условиях довольно хрупкий металл плотностью ~7.1 г/см3 и температурой плавления около 420°C.

Так же, как и железо, цинк относится к группе металлов повышенной термодинамической нестабильности, имеющей значение электродного потенциала меньше, чем потенциал водородного электрода при pH=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 замедлена, что связано с достаточно высоким значением перенапряжения выделения водорода на цинке (~1 В).

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 его от дальнейшего окисления и обуславливает высокую коррозийную стойкость.

В противоположность этому ржавчина, например, не образует сплошной пленки на поверхности железа и между отдельными кристаллами гидратированного оксида трехвалентного железа, 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:

Zn – 2e ↔ Zn2 + H2O + ½O2 + 2e ↔ 2OH¯

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.

1. Барьерный — создание непроницаемого или малопроницаемого покрытия, препятствующего проникновению внешней агрессивной среды (влаги, кислорода и других окислителей);
2. Ингибирующий — повышение коррозионной стойкости металла и замедление скорости коррозии за счёт химических и электрохимических процессов с участием введенных в состав покрытия специальных компонентов (ингибиторов коррозии);
3. Катодный — электрохимическая защита металлоконструкций протекторными цинкнаполненными грунтовками, основанная на разности стандартных электродных потенциалов стали и цинка, который выступает в качестве жертвенного анода.

Протекторная защита металла — способ антикоррозионной защиты, при котором защищаемой поверхности необходимо обеспечить контакт с более активным металлом. По отношению к железу, более активными металлами являются кадмий, хром, цинк, магний и другие металлы.

Из механизма коррозии металла, следует, что более активный металл начинает испускать электроны и присоединять к образовавшимся ионам гидроксильной группы из раствора электролита, а другой, менее активный, будет принимать электроны, присоединяя их к своим ионам. В результате, более активный металл — анод — будет окисляться, а менее активный металл — катод восстанавливаться. Таким образом, анод будет защищать от коррозии

В результате, анод будет окисляться, а катод восстанавливаться

Протекторная защита нашла широкое применение для защиты таких объектов как: подземные трубопроводы, резервуары, морские и речные суда и др. Все эти объекты находятся в постоянном контакте с электролитом, будь то грунтовые воды, химические растворы, морская или речная вода.

Для реализации протекторной защиты необходимо обеспечить соприкосновение самого протектора с чистой поверхностью защищаемого металла (см. рис.)

Если на эту конструкцию будет воздействовать внешняя среда, то электроны протектора будут переходить в защищаемый металл и на катоде начнется выделение водорода. Ионы протектора, соединяясь с кислородом (гидроксильными группами OH), вызывают окислительную реакцию, которая приводит к появлению гидроокиси того металла, из которого сделан протектор. Таким образом, обеспечивается катодная защита металла до тех пор, пока протектор полностью не разрушится вследствие коррозии. После полного разрушения начнет корродировать и сам металл.

Среди лакокрасочных материалов выделяют класс протекторных грунтовок (цинконаполненных или цинкосодержащих). Применение данного вида материалов получило название холодное цинкование.

В статье «Надежные российские покрытия для промышленных объектов» компании ВМП, г. Екатеринбург (Журнал «Промышленная окраска» №05-06), указана следующая информация:

«Покрытие ЦИНОЛ, содержащее 96% (мас.) цинка имеет измеренный потенциал близкий к величинам характерным для горячего цинкования. Он незначительно меняется в течение длительного времени и способствует эффективной катодной защите. Когда данный факт был установлен впервые, покрытие ЦИНОЛ по аналогии с горячим цинкованием (т.е. покрытием, полученным погружением в расплав цинка) наименовали «холодным», термин прижился на рынке и позже был распространен на другие цинкнаполненные покрытия, наносимые лакокрасочными методами».

Эксплуатация протекторных цинкнаполненных грунтовок

Известно, что по мере окисления цинка с образованием в микропорах и на поверхности покрытия плотных продуктов химической реакции, протекторная защита постепенно снижается, а барьерная возрастает. Соотношение двух механизмов защиты и характер их изменения во времени индивидуален для каждого материала. Изначально протекторные свойства покрытия сильно зависят от содержания цинкового порошка, его размера, характера упаковки, природы пленкообразующего вещества. Чем больше содержание цинка и выше электропроводность покрытия, тем лучше они выражены. Но менее выраженные протекторные свойства цинкнаполненных покрытий могут быть компенсированы более выраженными барьерными механизмами защиты.

Стандартные электродные потенциалы (СЭП) металлов. Чем более отрицательным является СЭП, тем выше активность металла.

Из данной таблицы можно сделать вывод, почему в протекторных грунтовка применяется цинк.

Согласно информации в заявке лучшие поставщики рынка сделают свои предложения. Экономьте время, пользуйтесь разделом «Заявки на ЛКМ»!