Čo robí galvanizovanú oceľ odolnú voči korózii vo vlhkých prostrediach?

Obetovaná ochrana: Ako elektrochemicky chráni zinok zinkovaný oceľ vo vlhkosti

Elektrochemický princíp: Zinok ako anóda vo vlhkostných atmosférických článkoch

Ochrana, ktorú ponúka pozinkovaná oceľ, vychádza z schopnosti zinku chemicky prekonávať iné materiály pri korózii vo vlhkých prostrediach. Vlhkosť vytvára na povrchoch tenkú vrstvu vlhkosti, ktorá spúšťa prirodzenú reakciu medzi kovmi. Zinok sa stáva záporným pólom (anódou), zatiaľ čo oceľ zastáva kladnú úlohu (katódu). Ďalší proces je veľmi šikovný: zinok začne oxidovať ako prvý, čiže v podstate obetuje sám seba, aby ochránil oceľ pod ním. Tieto malé častice zinku sa potom pohybujú po povrchu kovu a miešajú sa s vodnou parou a prvkami vzduchu, čím vznikajú nové ochranné vrstvy. Podľa priemyselných noriem stanovených organizáciami ako NACE International a ISO 1461 sa zinok rozkladá rýchlosťou 10 až 100-krát pomalšie než bežná neochránená oceľ pri trvalom pôsobení vlhkosti. To znamená, že konštrukcie zostávajú pevné a neporušené, aj keď sa časom poškriabne alebo opotrebuje časť povlaku.

Rýchlosť spotreby zinku a životnosť pri trvalom vysokom vlhku

Spôsob, akým koroduje zinok, určuje, ako dlho vydrží pozinkovaná oceľ v miestach s vysokou vlhkosťou vzduchu. Keď vlhkosť dosiahne približne 90 %, zinok sa opotrebováva relatívne pomaly v porovnaní s bežnou oceľou. Hovoríme tu o približne 1 až 2 mikrometroch za rok oproti viac ako 50 mikrometrom u bežnej ocele. Ešte lepšie je, že keď je zinok vystavený vonkajším podmienkam, vytvorí ochrannú vrstvu uhličitanu zinočnatého, ktorá spomalí rýchlosť korózie na približne pol mikrometra ročne. Ak teda niekto použije štandardnú horúcou ponorovou metódou nanášanú pozinkovanú vrstvu hrúbky 85 mikrometrov, môže očakávať, že jeho kovové konštrukcie vydržia v takýchto vlhkých priemyselných prostrediach viac ako 35 rokov bez potreby opráv. Americká asociácia galvanizácie sleduje tieto údaje už veľmi dlho a jej zistenia sú v súlade s pozorovaniami z koróznych štúdií vykonaných aj v tropických oblastiach.

Ochrana bariérou: fyzická úloha zinku pri blokovaní vlhkosti a kyslíka

Zinkovaná oceľ profituje z dvoch doplňujúcich sa mechanizmov ochrany: elektrochemickej obeti smykové fyzikálnej výkonnosti bariéry. Hrubá, kryštalická štruktúra zinku prirodzene odoláva prenikaniu vodnej pary a kyslíka – dokonca aj za extrémnej vlhkosti – čo ju robí jedinečne účinnou v prímorských a tropických oblastiach.

Integrita povlaku a nevplyvnosť voči vlhkosti v prímorských a tropických podnebiach

Vo vlhkých oblastiach, ako je Florida alebo Juhovýchodná Ázia, je nepriepustnosť zinku nevyhnutná. Nepretržitý, nepoškodený povlak bráni prenikaniu kyslíka a vlhkosti k oceľovému substrátu. Optimálna funkcia bariéry závisí od:

• Hrúbky zinkovej vrstvy ≥80 µm (podľa ASTM A123)
• Neprítomnosti mechanického poškodenia alebo opotrebenia
• Konštrukčných prvkov, ktoré minimalizujú hromadenie solného spreja

Zinok má úplne iný príbeh v porovnaní s tými pórovitými povlakmi tam vonku. Jeho kryštalická štruktúra je tak tesne zabalená a nepohlcuje vlhkosť, zostáva suchá aj pri vlhkosti okolo 95 %. Táto prirodzená odolnosť sa veľmi dobre kombinuje so spôsobom, akým zinok chráni kovové povrchy obetovaním seba samého, čo je mimoriadne dôležité v oblastiach náchylných na kondenzáciu a slaný vzduch z oceánu. Poľné testy vykonané v rôznych pobrežných oblastiach trvalo ukazujú, že konštrukcie ošetrené správnou galvanizáciou vydržia dvakrát až trikrát dlhšie ako ich nechránené protikusy. Dôvod? Ten dvojitý ochranný systém, o ktorom sme práve hovorili, neustále pracuje deň po dni proti korozívnym prvkom.

Vznik patiny: Ako si pozinkovaná oceľ samoopravuje cez uhličitan zinočnatý vo vlhkom vzduchu

Kinetika vývoja stabilnej patiny vo vlhkých oblastiach USA (napr. Florida, pobrežie Zálivu)

Zinkovaný oceľ vytvára ochrannú vrstvu vo vlhkých oblastiach, ako je pobrežie mexického zálivu v USA, vďaka reakciám, ktoré sa prirodzene odohrávajú v atmosfére. Keď sa vlhkosť zmieša s oxidom uhličitým, vznikajú malé kryštáliky zinkového uhličitanu na odkrytom zinkovom povrchu. Tieto kryštáliky zapĺňajú malé póry a pokrývajú drobné nedostatky kovu. Celý proces sa zrýchľuje, keď vlhkosť prekročí 60 %. Výskum vykonaný v tropických oblastiach ukazuje, že táto ochranná vrstva sa úplne vyvinie za obdobie od šiestich do osemnástich mesiacov, čo je približne dvojnásobok rýchlosti v suchých klímach. Výsledkom je hrubá, lepkavá vrstva, ktorá zníži koróziu takmer o 90 % oproti neochránenému bežnému oceli. Ešte lepšie je, že ak neskôr vzniknú škrabance alebo poškriabania, materiál sa dokáže pomerne rýchlo sám opraviť.

Biela rez vs. Ochranný patinový nános: Kritické hladiny vlhkosti a CO₂

Stabilita patiny závisí kriticky od environmentálnej rovnováhy. Pri koncentrácii CO₂ pod ~50 ppm a vlhkosti nad ~85 % – najmä v nevetraných, zle vetraných priestoroch – sa namiesto uhličitanu tvorí zinok hydroxid (Zn(OH)₂). Tento biely, práškovitý „biely hrdza“ je pórovitý a neposkytuje ochranu, čo urýchľuje lokálnu koróziu. Naopak trvanlivá sivá patina sa spoľahlivo tvorí za týchto podmienok:

• Koncentrácia CO₂ : >50 ppm
• Relatívna vlhkosť : 60–80%
• Teplota : 10–40 °C (50–104 °F)

To vysvetľuje, prečo vonkajšie konštrukcie v Miami vyvíjajú pevnú patinu, zatiaľ čo uzavreté pobrežné zariadenia často trpia bielou hrdzou. Zabezpečenie dostatočného prietoku vzduchu – ako počas skladovania, tak pri prevádzke – je kľúčové pre dostupnosť CO₂ a umožňuje dlhodobú, samoobnoviteľnú ochranu.

Reálne limity výkonu: Keď vlhkosť a chloridy ohrozujú pozinkovanú oceľ

Zinkovaná oceľ je odolná, ale má svoje limity, keď je vystavená vysokej vlhkosti a oblastiam s vysokým obsahom chloridov. Tento problém často pozorujeme pri pobrežiach a v námorných prostrediach, kde sa zinková vrstva opotrebúva rýchlejšie ako normálne. Keď hladina chloridov vo vzduchu dosiahne približne 5 mg na štvorcový meter za deň, stav zinkových povlakov sa začína zhoršovať. Pri koncentráciách vyšších ako 10 mg/m²/deň už ochranná bariéra svoju funkciu nenaplňuje. Rovnako veľký vplyv na zinkové povlaky majú tropické oblasti s konštantnou vlhkosťou vyššou ako 80 %. Korózia tu prebieha 3 až 5-krát rýchlejšie v porovnaní suchými oblasťami, čo za nevhodných podmienok môže skrátiť životnosť konštrukcií na polovicu. Pre dôležité projekty alebo tie, ktoré súvisia s bezpečnostnými požiadavkami, je vhodné použiť dodatočnú ochranu. Možnosti zahŕňajú kombináciu zinkovania s náterovými systémami, použitie hrubších ochranných vrstiev alebo úplný prechod na materiály ako je napríklad nehrdzavejúca oceľ, a to najmä v týchto extrémnych prostrediach.

Často kladené otázky

Aký je elektrochemický princíp ochrany ocele zinkom?

Zinok pôsobí ako anóda v elektrochemickej reakcii s oceľou, pričom sa oxiduje a chráni tak oceľ.

Ako dlho vydrží pozinkovaná oceľ vo vysokých vlhkosťach?

Pri štandardných povlakoch môže pozinkovaná oceľ vydržať viac ako 35 rokov vo vlhkých podmienkach v dôsledku pomalého korózneho úbytku zinku.

Aké faktory zvyšujú bariérovú ochranu zinku?

Bariérová ochrana závisí od hrúbky zinkovej vrstvy, absencie poškodenia a minimalizácie hromadenia soli zo spreja.

Ako prispieva uhličitan zinočnatý k samolečivej schopnosti pozinkovanej ocele?

Uhličitan zinočnatý tvorí ochrannú vrstvu nad zinkom vo vlhkých podmienkach, uzatvára malé chyby a zníži tak koróziu.

Kedy má pozinkovaná oceľ problémy v pobrežných a morských prostrediach?

Vysoké hladiny chloridov a trvalá vlhkosť môžu urýchliť opotrebovanie zinkových povlakov a skrátiť ich ochrannú životnosť.