Протекторная защита металла. Холодное цинкование

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

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.

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

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.