Miks on sinkiga kaetud teras niisketes keskkondades korrosioonikindel?

Ohverkaitse: kuidas tsink kaitseb elektrokeemiliselt sinkiga kaetud terast niiskuses

Elektrokeemiline printsiip: tsink kui anood niiskustes atmosfäärielementides

Galvaniseeritud terase kaitse tuleneb tsingi võimest keemiliselt paremini hakkama saada korrosiooniga niisketes keskkondades võrreldes teiste materjalidega. Niiskus loob pinnale õhukese niiskusekihi, mis käivitab metallide vahel loomuliku reaktsiooni. Tsink muutub negatiivseks poluseks (anoodiks), samas kui teras võtab positiivse rolli (katoodi). Seejärel toimub midagi väga nutikat: tsink alustab esimesena oksüdeerumist, ohverdes tõhusalt oma iseenda, et kaitsta selle all olevat terast. Need miniatuurtsingiosakesed liiguvad seejärel metallpinnal mööda, segunedes veepauri ja õhu elementidega ning moodustades uusi kaitsekihte. Tööstusharu standardite kohaselt, mille on seatud organisatsioonid nagu NACE International ja ISO 1461, laguneb tsink tegelikult 10 kuni 100 korda aeglasemalt kui tavaline kaitseta teras pideva niiskuse mõju all. See tähendab, et konstruktsioonid jäävad tugevaks ja tervedeks isegi siis, kui osa kattekihist ajapikku kriimustub või kulub.

Tsingi tarbimise määr ja kasutusiga pikaajalisel kõrgel niiskusel

Selle viis, kuidas tsink korrodeerub, määrab, kui kaua sinkplaadist teras hooneb kohtades, kus õhus on palju niiskust. Kui niiskus tõuseb umbes 90%-ni, kulub tsink tegelikult üsna aeglaselt, võrreldes tavapärase terasega. Räägime siin umbes 1 kuni 2 mikromeetrit aastas võrreldes üle 50 mikromeetri tavaterase puhul. Sellele veel juurde tuleb, et once rikkalikuks elementidega, moodustab tsink kaitsekihi tsinkkarbonaadist, mis aeglustab korrosiooni kiirust ligikaudu poole mikromeetri peale aastas. Seega, kui kehtestatakse tavapärane 85 mikromeetrine kuuma sulatega sinkimise kiht, võib oodata, et metallkonstruktsioonid püsivad sellistes niisketes tööstuslikes tingimustes hästi üle 35 aasta ilma remondita. American Galvanizers Association on seda juba ammu jälgitud ja nende leidudest tulenev pilt sobib kokku ka tropilistes piirkondades tehtud korrosiooniuuringute tulemustega.

Takistuskaitse: tsingi füüsiline roll niiskuse ja hapniku blokeerimisel

Galvaniseeritud teras kasutab kahte täiendavat kaitsemehhanismi: elektrokeemilist ohverdamist ja füüsilist barjääri toimivust. Tsingi tihke, kristalliline struktuur takistab veepiima ja hapniku tungimist isegi äärmusliku niiskuse tingimustes, mistõttu on see eriti efektiivne rannikualadel ja troopikas.

Pinnakatte terviklikkus ja niiskuse läbimatu omadus rannikualadel ja troopikas

Kõrge niiskusega piirkondades, nagu Florida või Kagu-Aasias, on tsingi läbimatu omadus oluline. Pidev ja vigastumata pinnakate takistab hapniku ja niiskuse jõudmist terase aluspinnale. Optimaalne barjääritoimivus sõltub järgmisest:

• Tsingikihi paksus ≥80 µm (vastavalt ASTM A123)
• Mehaaniliste kahjustuste või kulumise puudumine
• Konstrueerimisega seotud lahendused, mis vähendavad soolasudu akumuleerumist

Tsinkil on täiesti erinev lugu võrreldes nende poorsete pinnakatetega. Selle kristallstruktuur on nii tihedalt pakitud ja ei imbu niiskust, jäädes kuivaks isegi siis, kui suhteline niiskus ulatub umbes 95%. See loomulik takistusvõime sobib väga hästi kokku tsingi kaitseomadustega metallpindade suhtes läbi ohverdumise, mis on eriti oluline piirkondades, kus esineb tihti kondenseerumist ja mere soolast õhku. Väliproovide tulemused erinevates rannikupiirkondades näitavad järjekindlalt, et vastavalt sinkiga kaetud konstruktsioonid kestavad kaks kuni kolm korda kauem kui kaitseta analoogid. Miks? Just see topeltkaitse süsteem, millest me rääkisime, jätkab oma tööd päevast päeva korrosioonielementide vastu.

Patineerumine: Kuidas galvaniseeritud teras iseennast parandab tsinkkarbonaadiga niiske õhu käes

Stabiilse patineerumise arengukiirus kõrge niiskusega USA piirkondades (nt Florida, Liivi lahe rannik)

Sinkiga kaetud teras moodustab niisketes piirkondades, nagu Ameerika Liidu Guulimäe rannikul, looduslikult atmosfääris toimuvate reaktsioonide tõttu kaitsekihi. Kui niiskus seguneb süsinikdioksiidiga, tekivad avatud tsinkpinnale mikroskoopilised tsinkkarbonaadi kristallid. Need kristallid täidavad väikesed poorid ja katavad metalli pealised vigastused. Kogu protsess kiireneb siis, kui õhuniiskus püsib üle 60%. Tropikapiirkondades tehtud uuringud näitavad, et see kaitsekiht areneb täielikult kuue kuni kaheksateistkümne kuu jooksul – umbes kaks korda kiiremini kui kuivkliimas. Tulemuseks on paks, haavatu kiht, mis vähendab korrosiooni peaaegu 90% võrreldes tavalise kaitseta terasega. Veelgi parem on see, et kui hiljem tekivad kriimustused või libestused, suudab materjal end üsna kiiresti ise parandada.

Valge rooste vs kaitsev patina: olulised niiskuse ja CO₂ läveväärtused

Patina stabiilsus sõltub kritiliselt keskkonna tasakaalust. CO₂ sisaldus alla ~50 ppm ja üle ~85% niiskuse – eriti staatilistes, halvasti ventileeritavates ruumides – tekitab karbonaadide asemel tsingihüdroksiidi (Zn(OH)₂). See valge, pulbriline „valge rooste“ on poorne ja mittekaitsev, kiirendades kohalikku korrosiooni. Vastandena tekib vastupidav hall patina kindlalt järgmistes tingimustes:

• CO₂ kontsentratsioon : >50 ppm
• Suhteline niiskus : 60–80%
• Temperatuur : 10–40°C (50–104°F)

Seetõttu tekib avatud õhus asuvatel Miami ehitistel tugev patina, samas kui kinnises rannikualal kasutatav varustus kannatab sageli valge rooste all. Piisava õhuvoolu tagamine – nii ladustamise ajal kui ka kasutamisel – on oluline CO₂ kättesaadavuse tagamiseks ning pikaajalise, iseeneda kaitse tagamiseks.

Reaalsete kasutustingimuste piirid: Kui niiskus ja kloriidid ohustavad sinkiga katset terast

Sinkiga kaetud teras on tugev materjal, kuid tal on piirangud, eriti kui seda eksponeeritakse nii kõrge niiskusele kui ka kloriidirikkadele aladele. Seda probleemi näeme kõige sagedamini rannikualadel ja meredingel, kus tsingikiht kulub kiiremini kui tavapäraselt. Siis, kui õhus olevate kloriidide tase jõuab umbes 5 mg ruutmeetri kohta päevas, hakkab sinkiga kaetud pind halvenema. Kui kontsentratsioon ületab 10 mg/m²/päev, siis enam ei täida kaitsekiht oma ülesannet. Samuti avaldavad tropikapiirkonnad, kus niiskus on pidevalt üle 80%, suurt mõju tsingikihtidele. Seal toimub korrosioon 3 kuni 5 korda kiiremini võrreldes kuivemate piirkondadega, mis võib hädavajalikel juhtudel pooleks lühendada ehitiste eluiga. Tähtsate projektide puhul või neil juhtudel, kus on tegemist ohuteguritega, on mõistlik kasutada täiendavat kaitset. Võimalused hõlmavad galvaniseerimise kombinatsiooni värvikattega, paksemate kaitsekihtide kasutamist või üleminekut täiesti teistsugustele materjalidele, nagu roostevaba teras, eriti sellistes rasketes keskkondades.

KKK

Mis on elektrokeemiline printsiip, mille alusel tsink kaitseb terast?

Tsink toimib anoodina elektrokeemilises reaktsioonis terasega, kus tsink oksüdeerub, et kaitsta terast.

Kui kaua galvaniseeritud teras kestab kõrge niiskuse juures?

Tavaliste poksikutega võib galvaniseeritud teras niiske keskkonnas püsida üle 35 aasta tsingi aeglasest korrosioonikiirusest tulenevalt.

Millised tegurid tugevdavad tsingi barjäärikaitset?

Barjäärikaitse sõltub tsingikihi paksusest, kahjustuste puudumisest ja soolasudu akumuleerumise minimeerimisest.

Kuidas aitab tsinkkarbonaat kaasa galvaniseeritud terase enesealustamisele?

Tsinkkarbonaat moodustab kaitsekihi tsingi peale niisketes tingimustes, mis suletab väikesed defektid ja vähendab korrosiooni.

Millal seisab galvaniseeritud teras rannikul ja meredingel silmitsi katsumustega?

Kõrge kloriidisisaldus ja pidev niiskus võivad kiirendada tsingipoksi kulumist, vähendades selle kaitsekestmist.