Co způsobuje odolnost pozinkované oceli vůči korozi ve vlhkém prostředí?

Obětavá ochrana: Jak elektrochemicky chrání zinek pozinkovanou ocel ve vlhkosti

Elektrochemický princip: Zinek jako anoda ve vlhkostních atmosférických článcích

Ochrana poskytovaná pozinkovanou ocelí vyplývá z chemické schopnosti zinku lépe vystát korozní procesy ve vlhkém prostředí ve srovnání s jinými materiály. Vlhkost vytváří na površích tenkou vrstvu vlhkosti, která spouští přirozenou reakci mezi kovy. Zinek se stává záporným pólem (anodou), zatímco ocel přebírá kladnou roli (katodu). To, co následuje, je velmi chytré: zinek začne oxidovat jako první, čímž vlastně obětuje sám sebe, aby ochránil ocel pod ním. Tyto malé částice zinku se pak pohybují po povrchu kovu a mísí se s vodními párami a složkami vzduchu, čímž vznikají nové ochranné vrstvy. Podle průmyslových norem stanovených organizacemi jako NACE International a ISO 1461 se zinek rozkládá rychlostí 10 až 100krát pomaleji než běžná neupravená ocel, když je vystaven trvalé vlhkosti. To znamená, že konstrukce zůstávají pevné a neporušené, i když se část povlaku v průběhu času poškrábá nebo opotřebí.

Rychlost spotřeby zinku a životnost při dlouhodobé vysoké vlhkosti

Způsob, jakým dochází ke korozi zinku, určuje, jak dlouho bude pozinkovaná ocel vydržet na místech s vysokým obsahem vlhkosti ve vzduchu. Když vlhkost dosáhne přibližně 90 %, zinek podléhá opotřebení poměrně pomalu ve srovnání s běžnou ocelí. Hovoříme zde o rychlosti asi 1 až 2 mikrometry za rok oproti více než 50 mikrometrům u běžné oceli. Ještě lepší je, že po expozici vlivům okolního prostředí zinek vytváří ochrannou vrstvu uhličitanu zinečnatého, která snižuje rychlost koroze na přibližně půl mikrometru ročně. Pokud tedy někdo použije standardní povlak zinku nanášený ponorem o tloušťce 85 mikrometrů, může očekávat, že jeho kovové konstrukce vydrží ve vlhkých průmyslových prostředích více než 35 let, aniž by bylo nutné je opravovat. Americká asociace galvanizérů tyto údaje sleduje již mnoho let a její zjištění souhlasí i s pozorováními z korozních studií provedených v tropických oblastech.

Ochrana bariérou: Fyzická role zinku při blokování vlhkosti a kyslíku

Zinek pokrytý ocel těží ze dvou doplňkových mechanismů ochrany: elektrochemické oběti a fyzické bariérové funkce. Hustá, krystalická struktura zinku přirozeně odolává průniku vodní páry a kyslíku – i za extrémní vlhkosti – což ho činí jedinečně účinným v pobřežních a tropických oblastech.

Integrita povlaku a nepropustnost vůči vlhkosti v pobřežních a tropických klimatických podmínkách

Ve vlhkých oblastech, jako je Florida nebo jihovýchodní Asie, je nepropustnost zinku zásadní. Neporušený, nepoškozený povlak brání pronikání kyslíku a vlhkosti k ocelovému podkladu. Optimální bariérová funkce závisí na:

• Tloušťce zinkové vrstvy ≥80 µm (podle ASTM A123)
• Přítomnosti mechanických poškození nebo opotřebení
• Konstrukčních prvcích, které minimalizují hromadění mořského postřiku

Zinek má zcela odlišný příběh ve srovnání s těmito pórovitými povlaky. Jeho krystalická struktura je natolik hustě uspořádaná, že nepohlcuje vlhkost a zůstává suchá i při vlhkosti kolem 95 %. Tato přirozená odolnost se výborně kombinuje se schopností zinku chránit kovové povrchy obětováním sebe sama, což je mimořádně důležité v oblastech náchylných ke kondenzaci a slanému vzduchu z oceánu. Polní testy provedené v různých pobřežních oblastech pravidelně ukazují, že konstrukce správně pozinkované vydrží dvakrát až třikrát déle než jejich nechráněné protějšky. Důvod? Dvojitý ochranný systém, o kterém jsme právě hovořili, neustále účinně působí proti korozivním vlivům.

Vytváření patiny: Jak se pozinkovaná ocel samoopravuje prostřednictvím uhličitanu zinečnatého ve vlhkém vzduchu

Kinetika tvorby stabilní patiny ve vlhkých oblastech USA (např. Florida, pobřeží Mexického zálivu)

Zinek pokovená ocel vytváří ochrannou vrstvu ve vlhkých oblastech, jako je pobřeží zálivu Mexický záliv v USA, díky přirozeným reakcím probíhajícím v atmosféře. Když se vlhkost smísí s oxidem uhličitým, vznikají na volné zinkové ploše malé krystalky zinečnanu zinečnatého. Tyto krystaly zaplňují drobné póry a zakrývají nepatrné vady kovu. Celý proces se urychluje, když relativní vlhkost přetrvává nad 60 %. Výzkum prováděný v tropických oblastech ukazuje, že se tato ochranná vrstva plně vyvine během šesti až osmnácti měsíců, což je přibližně dvojnásobná rychlost oproti suchým klimatickým podmínkám. Výsledkem je silná, lepivá vrstva, která snižuje korozi o téměř 90 % ve srovnání s nechráněnou běžnou ocelí. Ještě lépe, pokud dojde později k poškrábání nebo oděru, materiál dokáže sám sebe opravit poměrně rychle.

Bílá rez vs. ochranný patinový povlak: kritické hladiny vlhkosti a CO₂

Stabilita patiny závisí kriticky na rovnováze prostředí. Při koncentraci CO₂ pod ~50 ppm a při vlhkosti nad ~85 % – zejména v uzavřených, špatně větraných prostorech – se tvoří místo uhličitanu hydroxid zinečnatý (Zn(OH)₂). Tento bílý, práškovitý „bílý rez“ je pórovitý a neposkytuje ochranu, čímž urychluje lokální korozi. Naopak trvanlivá šedá patina se spolehlivě tvoří za těchto podmínek:

• Koncentrace CO₂ : >50 ppm
• Relativní vlhkost : 60–80 %
• Teplota : 10–40 °C (50–104 °F)

To vysvětluje, proč venkovní konstrukce v Miami vyvíjejí pevnou patinu, zatímco uzavřené pobřežní zařízení často trpí bílým reznem. Zajištění dostatečného průtoku vzduchu – jak během skladování, tak při provozu – je klíčové pro dostupnost CO₂ a umožňuje dlouhodobou, samoobnovitelnou ochranu.

Meze reálného výkonu: Když vlhkost a chloridy ohrožují pozinkovanou ocel

Zinekem pokrytá ocel je odolný materiál, ale má své meze, když je vystavena vysoké vlhkosti a prostředí bohatému na chloridy. Tento problém nejčastěji pozorujeme u pobřeží a v námořních oblastech, kde se zinek odplavuje rychleji než obvykle. Když hladina chloridů ve vzduchu dosáhne přibližně 5 mg na čtvereční metr za den, začne se ochranný zinek rychleji opotřebovávat. Při koncentracích nad 10 mg/m²/den již ochranná vrstva není dostatečná. Rovněž tropické oblasti s trvalou vlhkostí nad 80 % velmi zatěžují zinkové povlaky. V těchto oblastech dochází ke korozi 3 až 5krát rychleji než v suchých oblastech, což může za nepříznivých podmínek snížit životnost konstrukcí na polovinu. U důležitých projektů nebo tam, kde jde o bezpečnost, dává smysl dodatečná ochrana. Mezi možnosti patří kombinace zinkování s nátěrovými hmotami, použití silnějších ochranných vrstev nebo úplný přechod na materiály jako je nerezová ocel v těchto extrémních prostředích.

Často kladené otázky

Jaký je elektrochemický princip ochrany oceli zinkem?

Zinek působí jako anoda v elektrochemické reakci s ocelí, přičemž se oxiduje a tím chrání ocel.

Jak dlouho vydrží pozinkovaná ocel za vysoké vlhkosti?

Při standardních povlacích může pozinkovaná ocel vydržet více než 35 let ve vlhkém prostředí díky pomalé korozní rychlosti zinku.

Jaké faktory zlepšují bariérovou ochranu zinku?

Bariérová ochrana závisí na tloušťce zinkové vrstvy, nepřítomnosti poškození a minimalizaci hromadění solného aerosolu.

Jak přispívá uhličitan zinečnatý k samolepící ochraně pozinkované oceli?

Uhličitan zinečnatý vytváří ochrannou vrstvu nad zinkem ve vlhkém prostředí, která uzavírá drobné vady a snižuje korozi.

Kdy čelí pozinkovaná ocel výzvám v pobřežních a námořních prostředích?

Vysoké koncentrace chloridů a trvalá vlhkost mohou urychlit opotřebení zinkových povlaků a zkrátit jejich ochrannou životnost.