锌涂料的腐蚀

钢是当今最常用的材料。然而,钢有一个很大的缺点-它的高腐蚀速率。因此,钢结构和构件的保护具有重要的经济意义。

锌对钢的防腐效果最好。钢上的锌涂层可以通过两种方式防止腐蚀:

  • 通过阻隔效果,即它们防止氧气和水分从达钢表面。
  • 通过在划痕,芯片,边缘等进行阴极保护。

锌是具有相对较低的电致电位和腐蚀趋势的金属。然而,在大多数环境中,腐蚀速率低,因为涂层的表面迅速覆盖有腐蚀产品,随后可防止进一步腐蚀。


大气腐蚀

当热镀锌物体离开锌浴时,物体的表面立即受到空气中的氧气的攻击。由此产生的氧化层几乎没有防止腐蚀的能力。然而,空气中的水和二氧化碳会迅速将氧化层变成碳酸锌。这些给了一个密封层非常好的附着力。由于碳酸盐在水中的溶解度很低,它们对锌涂层的表面提供了很好的保护。原来有金属光泽的表面消失了,取而代之的是哑光、浅灰色(图1)。

无花果1.外层为纯锌的锌涂层的外露表面。光泽表面消失,取而代之的是灰色腐蚀产物(有时称为锌锈)。

图2所示。照明柱表面变色。涂层主要由延伸到表面的铁锌合金组成。在腐蚀过程中,铁暴露在外,导致生锈。它只是表面锈蚀,只具有美学意义。

室外空气含有或多或少的腐蚀性元素-气体,烟灰,湿度(雾,露,雨,雪),惰性和腐蚀性灰尘。水平可以随地点和一年中的时间而变化。锌的硫酸盐和亚硫酸盐溶于水,与锌表面的附着力差。因此,它们很容易被雨水冲走。然后,新鲜的锌表面暴露在空气中的氧气的侵蚀下,腐蚀循环重复。因此,在含硫氧化物的空气中的腐蚀比在清洁空气中的腐蚀更大。然而,近年来大气中的二氧化硫含量急剧下降,因此锌的腐蚀也减少了。

在海洋环境中,锌的腐蚀受到空气中盐分含量的影响。而海洋空气中含有少量的镁盐,钝化效果好。因此,腐蚀并没有预期的那么严重。空气中的含盐量在远离海岸时迅速减少。

锌的腐蚀受多种因素的影响。这意味着不能给出一般适用的腐蚀速率公式。然而,锌涂层在很长一段时间内被广泛应用于各种条件下,以保护钢不生锈。还进行了大量的长期试验。因此,了解锌的腐蚀和不同环境下的腐蚀速率是很重要的。今天,有一些锌涂层已经暴露了一百多年。

腐蚀产物的颜色因其形成环境的不同而不同。与农村和城市环境相比,海洋环境的腐蚀产物更白一些。腐蚀产物在城市环境中通常颜色最深。

液体腐蚀

当锌浸在液体中时,其表面通常会覆盖一层腐蚀产物保护层。然而,液体可能是酸性或碱性的,可能含有溶解的或固态的侵略性物质颗粒。液体的温度和流速也很重要。所有这些都意味着保护层的组成可能有很大的变化,也可能根本就没有形成。

电化学腐蚀在空气中起次要作用,在液体中具有重要意义。电化学腐蚀的程度取决于液体的导电性,它影响锌层在或大或小区域的保护作用。

液体的pH值最重要。在pH值为5,5 - 12,5,温度为0 - 20°C时,锌的腐蚀速率通常较低且稳定。超出这个范围的腐蚀通常会更快。

硬水含有石灰和镁,它的腐蚀性比软水小。这些物质和二氧化碳一起在锌表面形成少量的可溶碳酸盐,保护锌免受进一步的腐蚀。

软水经常侵蚀锌,因为没有盐意味着保护层不能形成。

在芬兰、挪威、瑞典和类似的环境中,许多河流和湖泊都有侵略性的软水。

如果流速大于0.5米/秒,则抑制锌表面上的保护层的形成并腐蚀加速。

水温对腐蚀速率有重要影响。在大约55℃以上,形成层状的腐蚀产品获得粗晶结构,并失去与锌表面的附着力。它们很容易脱落,暴露出新的、新鲜的锌进行持续和快速的腐蚀。腐蚀速率在70℃左右达到最大值,随后下降,在100℃时与50℃时大致相同。

在水中的腐蚀顺序是非常复杂的,并且严重地受到水中成分的微小变化的影响。因此,很难给出普遍适用的规则。图3中的信息基于实际经验,并为一些不同类型的水提供了指导方针。

图3所示。在不同水域的使用寿命。

湿藏污点

有时,在镀锌表面会出现一层白色的、粉状的、大量的层,称为湿储存斑或白锈(图4)。白锈形成的材料,新镀锌,有光泽的表面,特别是在缝隙紧密包装板,角铁和类似材料。一个先决条件是,该材料暴露在凝结或雨水的条件下,水分不能迅速蒸发。已经有正常的腐蚀产物保护层的锌表面很少受到侵蚀。当锌镀层暴露在空气中时,就会形成氧化锌和氢氧化锌。在空气中二氧化碳的影响下,它们转化为碱性碳酸锌。如果空气进入锌表面受到限制,比如在狭窄的裂缝中,那么该区域吸收的二氧化碳不足,无法形成正常的碳酸盐岩层。

湿储存染色层体积大,多孔,只松散地附着在锌表面。因此,不存在针对持续攻击的保护。因此,只要表面仍有水分,腐蚀就会持续下去。当发生湿储存污渍时,应将物体堆叠起来,使其表面迅速干燥。这将阻止攻击,并与空气自由接触,正常的保护层将形成。湿存储污点逐渐被洗去,涂层获得了正常的外露热镀锌钢的外观。

由于这种白色腐蚀产物体积很大(大约是形成它的锌的500倍),它可能看起来很严重。然而,湿储存污点对防腐的使用寿命往往没有或很少的意义。然而,对于非常薄的涂层,例如在电镀物体上,严重的湿存储污点的攻击可能是重要的。

图4所示。湿藏污渍。
图5所示。为避免在新镀锌表面形成湿储渍,压型钢、梁、构筑物应以一定角度、弯曲的方式堆放,防止积水

通过防止在运输过程中与雨水或冷凝器接触的新镀锌表面,最好避免湿储存污渍。应堆叠户外存储的材料,以便水可以轻松耗尽,使所有表面通风良好(图5)。镀锌后涂漆提供了非常好的保护。

土壤中的腐蚀

土壤中的腐蚀条件非常复杂,不同位置之间的变化也可以很大,甚至彼此密切接近的地方。土壤可含有风化产品,自由或结合的盐,酸和碱,有机物质的混合物,氧化或减少真菌,微生物等根据其结构,土壤具有不同程度的空气和水分的渗透性。通常,氧含量小于空气中,而二氧化碳含量较高。

瑞典土壤通常不是很激进。锌的平均腐蚀通常每年占5μm。严重侵略性的土壤很少见。在北部和西部,土壤可能含有硫磺。它们经常是黑色的,但在暴露在空中时会变亮。在这些土壤中,锌腐蚀速率非常高。
确定土壤腐蚀性的一种方法是测量其电阻率。如果土壤的殖民力无法确定,图6中列出的拇指规则可以给出指导。但是,在涉及金属对土壤的曝光时,建议从合格的来源寻求专家建议。

图6所示。不同土壤类型的腐蚀性。

电化学腐蚀

图7所示。海水中+ 25°C时的电化学电位刻度

如果两种完全或部分被电解质包围的不同金属或合金连接在一起,就产生了一个原电池。哪一种金属成为阳极或阴极是由它们在电解液中的电极电位决定的。在海水中,与大多数实际条件相对应,一些金属和合金在电化学尺度上占据了不同的位置,如图7所示。

如果钢与铜或黄铜连接,钢就会成为电解槽中的阳极并发生腐蚀。然而,如果将钢与镉、铝、锌或镁连接,它就会成为阴极并受到腐蚀,而阳极金属则会被消耗掉。电偶腐蚀也称为双金属腐蚀,当它被称为阴极保护时,用于保护水下结构免受腐蚀。

锌涂层提供的阴极保护

在热浸镀锌钢中,锌和钢均匀电接触。如果在电解质存在下锌涂层损坏,则产生电池。电解质可以是冷凝物或雨水。有时整个结构可以浸没在液体中。在该细胞中,锌变为阳极或溶解杆,暴露的钢成为阴极,因此免受腐蚀的保护。

在初始阶段,通常可以在钢表面的暴露部分上看到涂层损坏的暴露部分上的弱UST形成,但是之后逐渐散布在整个受损区域上的白色灰色区域。锌涂层腐蚀和味道可溶的锌合金下降到阴极表面,在那里它们保护钢免受持续的锈蚀攻击。这通常被称为“自我愈合”,这是由于锌层当然没有恢复的原因。

由于由锌产生的阴极保护,锈病在涂层下不能在造成损坏的方式下“蠕变”,这可以在涂料的涂料或金属涂层的薄膜下比钢的涂料蔓延。钢上的锌涂层是不寻常的,因为对涂层的损坏的相当大面积不会导致灾难性的防锈损失。阴极保护范围取决于产生细胞的电解质的性质。对于正常气氛中的结构,通常预计几毫米的保护作用。然而,在海水中可以预期距离明显更大。

图8。不同防锈涂层损坏的原理图。

与有色金属接触的锌镀层

电化学潜在规模表明,锌比大多数常见金属更惰性。这意味着当锌连接到电池中的这些金属时,它是成为溶解杆的锌。因此,原则上,应尽可能避免这种连接。一种很好的方法是在关节使用诸如塑料或橡胶的绝缘体。

铝和不锈钢通常可以直接连接到空气中的镀锌材料或相当干燥的环境,而不会发生明显的腐蚀。但是,在水中应始终使用绝缘体。

铜和铜合金的电活性更强,经常有铜离子的释放,扩散在大的表面,造成明显的攻击。因此,这些金属不应与镀锌钢接触,应使用绝缘体。

热镀锌钢板与砂浆、灰泥和木材接触

潮湿的灰泥侵蚀锌。当材料变干时,攻击就停止了。干燥或适度潮湿的木材,无论是浸渍或未浸渍,都可以用热镀锌钉钉,效果良好。然而,对于经常暴露在水中的钉子或螺纹接头,耐酸材料是首选。其他干燥的建筑材料,如矿棉,不侵蚀锌。

镀锌钢的包装和运输

即使热镀锌涂层能够承受相当粗糙的处理,它应该在储存和运输过程中小心处理。对于长时间的货物,简单的包装和捆扎不仅可以防止机械损坏,而且往往有利于运输本身。然而,包装和捆绑应以这样的方式进行,以避免湿储存应变的风险。应该使用间隔器来防止这种攻击。

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