Što čini cinkovani čelik otpornim na koroziju u vlažnim okruženjima?

Žrtvena zaštita: Kako cink elektrokemijski štiti cinkani čelik u vlažnim uvjetima

Elektrokemijski princip: Cink kao anoda u atmosferskim ćelijama u vlažnosti

Zaštita koju pruža cinkovani čelik proizlazi iz kemikalnih svojstava cinka koji u uvjetima korozije u vlažnim okruženjima djeluje bolje od drugih materijala. Vlažnost stvara tanki sloj vlage na površinama, što pokreće prirodnu reakciju između metala. Cink postaje negativni pol (anoda), dok čelik preuzima pozitivnu ulogu (katoda). Ono što slijedi prilično je pametno: cink počinje prvi oksidirati, zapravo žrtvuje sebe kako bi zaštitio čelik ispod. Ove sitne čestice cinka zatim putuju duž površine metala, miješajući se s vodenoj parom i sastojcima zraka te stvaraju nove zaštitne slojeve. Prema industrijskim standardima koje su utvrdile grupe poput NACE International i ISO 1461, cink se zapravo razgrađuje 10 do 100 puta sporije od običnog nezaštićenog čelika kada je izložen stalnoj vlažnosti. To znači da konstrukcije ostaju čvrste i netaknute, čak i ako se dio prevlake oguli ili istroši tijekom vremena.

Stopa potrošnje cinka i vijek trajanja pod dugotrajnom visokom vlažnošću

Način na koji cink korodira određuje koliko dugo cinkovani čelik traje na mjestima gdje je puno vlage u zraku. Kada vlažnost dosegne oko 90%, cink zapravo splasne vrlo sporo u usporedbi s običnim čelikom. Govorimo o otprilike 1 do 2 mikrometra godišnje nasuprot više od 50 mikrometara za obični čelik. Ono što ga čini još boljim jest da cink, nakon izlaganja vremenskim uvjetima, stvara zaštitni sloj cink-karbonata koji usporava brzinu korozije na otprilike pola mikrometra godišnje. Dakle, ako se primijeni standardni premaz od 85 mikrometara dobiven imersijskom galvanizacijom, može se očekivati da će metalne konstrukcije trajati daleko preko 35 godina u ovakvim vlažnim industrijskim uvjetima bez potrebe za popravcima. Američka asocijacija galvanizera bilježi ove podatke već dugo vremena, a njihovi rezultati slažu se s opažanjima iz studija korozije provedenih u tropskim područjima.

Zaštita barijerom: fizička uloga cinka u blokiranju vlage i kisika

Galvanizirani čelik ima dvije dopunjujuće mehanizme zaštitu: elektrokemijsku žrtvu i fizičku barijernu funkciju. Gusta, kristalna struktura cinka prirodno otpire prodiranju vodene pare i kisika — čak i u uvjetima visoke vlažnosti — što ga čini iznimno učinkovitim u obalnim i tropskim područjima.

Integritet prevlake i nepropusnost na vlagu u obalnim i tropskim klimama

U područjima visoke vlažnosti poput Floride ili jugoistočne Azije, nepropusnost cinka je ključna. Neprekinuta, neoštećena prevlaka sprječava prodiranje kisika i vlage do čelične osnove. Optimalna barijerna funkcija ovisi o:

• Debljini sloja cinka ≥80 µm (prema ASTM A123)
• Odsustvu mehaničkih oštećenja ili abrazije
• Konstrukcijskim značajkama koje smanjuju taloženje slane magle

Cink ima potpuno drugačiju priču u usporedbi s onim poroznim premazima koji postoje. Njegova kristalna struktura izuzetno je gusto pakirana i ne upija vlagu, ostajući suha čak i kada vlažnost dosegne oko 95%. Ova prirodna otpornost odlično se kombinira s načinom na koji cink štiti metalne površine žrtvovanjem, što je iznimno važno u područjima sklonim kondenzaciji i slanoj morskoj atmosferi. Poljska ispitivanja provedena u različitim obalnim područjima dosljedno pokazuju da konstrukcije tretirane odgovarajućom cinkovanjem traju od dva do tri puta duže nego one koje nisu zaštićene. Razlog? Taj dvostruki sustav zaštite o kojem smo govorili neprestano djeluje protiv korozivnih elemenata.

Stvaranje patine: Kako cinkovani čelik samozacijepi putem cink-karbonata u vlažnom zraku

Kinetika razvoja stabilne patine u vlažnim regijama SAD-a (npr. Florida, obala zaljeva)

Cinkani čelik stvara zaštitni sloj na vlažnim područjima poput Meksičkog zaljeva u SAD-u zahvaljujući kemijskim reakcijama koje se prirodno odvijaju u atmosferi. Kada se vlaga pomiješa s ugljičnim dioksidom, nastaju sitni kristali cink-karbonata na izloženoj cinkovoj površini. Ti kristali ispunjavaju male pore i prekrivaju manje nedostatke u metalu. Cijeli proces ubrzava se kada relativna vlažnost ostane iznad 60%. Istraživanja provedena u tropskim područjima pokazuju da se ovaj zaštitni sloj potpuno razvija između šest i osamnaest mjeseci, što je otprilike dvostruko brže u usporedbi s suhim klimama. Kao rezultat nastaje debeli, ljepljiv sloj koji smanjuje koroziju za skoro 90% u odnosu na obični nezaštićeni čelik. Još bolje, ako dođe do ogrebotina ili ogribanja kasnije, materijal se može prilično brzo samoregenerirati.

Bijela hrđa nasuprot zaštitnom patiniranju: Kritične razine vlažnosti i CO₂

Stabilnost patine ovisno kritično o ravnoteži okoliša. Ispod ~50 ppm CO₂ i iznad ~85% vlažnosti, posebno u zaostalim, slabo ventiliranim prostorima, umjesto karbonata nastaje cink hidroksid (Zn(OH)₂). Ova bijela, prahasta „bijela hrđa“ je porozna i nezaštitna, te ubrzava lokaliziranu koroziju. Naprotiv, izdržljiva siva patina pouzdano se formira pod sljedećim uvjetima:

• Koncentracija CO₂ : >50 ppm
• Relativna vlažnost : 60–80%
• Temperatura : 10–40°C (50–104°F)

To objašnjava zašto otvorene konstrukcije u Miamiju razvijaju jaku patinu, dok oprema na obali u zatvorenim prostorima često pati od bijele hrđe. Osiguravanje dovoljnog protoka zraka — kako tijekom skladištenja tako i tijekom upotrebe — ključno je za održavanje dostupnosti CO₂ i omogućavanje dugoročne, samoodržive zaštite.

Granice stvarne učinkovitosti: Kada vlažnost i kloridi izazivaju cinkani čelik

Cinkani čelik je izdržljiv materijal, ali ipak ima svoja ograničenja kada je izložen visokoj vlažnosti i područjima bogatim kloridima. Ovaj problem najčešće uočavamo uz obale i u morskim okolinama gdje se cinkov sloj troši brže nego inače. Kada koncentracija zrakom nosivih klorida dosegne oko 5 mg po kvadratnom metru dnevno, stanje zaštitnih cinkovih premaza počinje se pogoršavati. Kod koncentracija preko 10 mg/m²/dan, zaštitni sloj više ne obavlja svoju funkciju. Tropska područja s vlažnošću stalno iznad 80% također znatno utječu na cinkove premaze. Korozija se tamo odvija 3 do 5 puta brže u usporedbi sa suhim područjima, što može skratiti vijek trajanja konstrukcija na pola u lošim uvjetima. Za važne projekte ili one koji uključuju sigurnosna pitanja, dodatna zaštita ima smisla. Mogućnosti uključuju kombiniranje cinkovanja s bojenjem, upotrebu debljih zaštitnih slojeva ili potpuni prijelaz na materijale poput nerđajućeg čelika u ovakvim ekstremnim uvjetima.

Česta pitanja

Koja je elektrokemijska osnova zaštitnog djelovanja cinka na čelik?

Cink djeluje kao anoda u elektrokemijskoj reakciji s čelikom, gdje se oksidira kako bi zaštitio čelik.

Koliko dugo galvanizirani čelik traje u uvjetima visoke vlažnosti?

Uz standardne premaze, galvanizirani čelik može trajati više od 35 godina u vlažnim uvjetima zbog spore korozije cinka.

Koji čimbenici poboljšavaju barijernu zaštitu cinka?

Barijerna zaštita ovisi o debljini sloja cinka, odsutnosti oštećenja te smanjenju taloženja slane magle.

Kako cinkov karbonat doprinosi samoozdravljanju galvaniziranog čelika?

Cinkov karbonat stvara zaštitni sloj preko cinka u vlažnim uvjetima, zatvarajući manje nedostatke i smanjujući koroziju.

Kada galvanizirani čelik nailazi na izazove u obalnim i morskim okruženjima?

Visoke razine klorida i stalna vlažnost mogu ubrzati trošenje cinkovih premaza, skraćujući njihovu zaštitnu životnu dugovječnost.