锌涂料的腐蚀

钢是当今使用的最常见材料。但是,钢具有一个巨大的缺点 - 其高腐蚀速率。因此,保护​​钢结构和组件具有极大的经济意义。

用锌获得了钢的最佳腐蚀保护。钢上的锌涂层以两种方式预防腐蚀:

  • 通过屏障效应,即防止氧气和水分到达钢表面。
  • 通过在划痕,芯片,边缘等处提供阴极保护。

锌是具有相对较低的电势和高腐蚀趋势的金属。但是,在大多数环境中,腐蚀速率较低,因为涂层的表面迅速被腐蚀产物覆盖,随后可以防止进一步的腐蚀。


大气中的腐蚀

当热浸镀锌物体离开锌浴时,物体的表面立即被空气中的氧气攻击。所得的氧化物层几乎没有防御腐蚀的能力。但是,空气中的水和二氧化碳迅速将氧化物层变成碳酸盐。这些给出了非常好的粘附的密封层。由于碳酸盐在水中的溶解度非常低,因此可以为锌涂层的表面提供出色的保护。具有金属光泽的原始光泽表面消失了,被浅灰色取代(图1)。

1.用纯锌外层的锌涂层表面。闪亮的表面消失了,被灰色腐蚀产物(有时称为锌铜质)代替。

图2.照明柱上的变色表面。涂层主要由延伸到表面的铁锌合金组成。铁在腐蚀过程中暴露在腐蚀过程中,从而导致生锈。它仅是表面锈,仅具有美学意义。

室外空气包含越来越多的腐蚀元素 - 气体,烟灰,湿度(雾,露水,雨水,雪),惰性和侵略性灰尘。水平可以随着位置和一年中的时间而变化。锌的硫酸盐和亚硫酸盐是水溶性的,对锌表面的粘附不良。因此,他们很容易被雨水冲走。然后将新鲜的锌表面暴露于空气中的氧气攻击,并重复腐蚀周期。因此,含硫氧化物的空气中的腐蚀大于清洁空气中的腐蚀。然而,近年来,大气中二氧化硫的含量急剧下降,因此锌腐蚀也有所减少。

在海洋环境中,锌的腐蚀受空气盐含量的影响。但是,海洋空气中含有少量的镁盐,具有良好的腐败影响。因此,腐蚀不如预期的那么大。空气的盐含量迅速从海岸降低。

锌的腐蚀受许多因素的影响。这意味着不能给出通常适用的腐蚀率公式。然而,在各种条件下,已经使用了很长时间的锌涂层,以保护钢免受生锈。还进行了大量的长期测试。因此,关于不同环境中锌和腐蚀速率的腐蚀的知识是良好的。如今,有一些锌涂层的例子已经暴露了一百年以上。

腐蚀产物的颜色根据形成的环境而变化。与农村和城市环境相比,海洋环境提供了一些白色的腐蚀产品。在城市环境中,腐蚀产品通常最暗。

液体中的腐蚀

当锌表面浸入液体中时,锌表面通常覆盖着腐蚀产物的保护层。但是,液体可以是酸性的或碱性的,可以含有侵袭性物质的溶解或固体颗粒。液体的温度和流速也很重要。所有这些意味着保护层可以具有高度变化的组成或根本不会形成。

在空气中起属作用的电化学腐蚀在液体中具有更大的意义。电化学腐蚀的程度取决于液体的电导率,这会影响锌层在更大或更小区域的保护作用。

液体的pH值最为重要。在0到20°C的温度下,锌的腐蚀速率通常在5,5-12,5的pH范围内稳定。在此范围之外的腐蚀通常更快。

含有石灰和镁的硬水比软水不那么侵略性。与二氧化碳一起,这些物质在锌表面上很少出现可溶性碳酸盐,从而保护锌免受进一步的腐蚀。

软水通常会攻击锌,因为缺乏盐意味着无法形成保护层。

在芬兰,挪威,瑞典和类似环境的许多河流和湖泊中可以找到积极的软水。

如果流速大于0.5 m/s,则抑制锌表面保护层的形成并加速腐蚀。

水温对腐蚀速率具有重要意义。在大约55°C以上,形成层的腐蚀产物获得了粗粒结构并失去对锌表面的粘附。它们很容易被驱逐并暴露新的新鲜锌,以进行持续和快速的腐蚀攻击。腐蚀速率在约70°C下达到最大值,之后它会下降,因此在100°C下它与50°C大约相同。

水中的腐蚀序列非常复杂,并且受水成分的很小变化对水的影响很大。因此,很难提供通常适用的规则。图3中的Informaton基于实践经验,并为某些不同类型的水提供了指南。

图3.不同水域的使用寿命。

湿存储染色

有时,在镀锌表面上出现白色,面粉和大量的层,称为湿存储染色或白色锈蚀(图4)。白色生锈的材料形成了新的镀锌,闪亮的表面,尤其是在紧密包装的床单,角度铁和类似材料之间的缝隙中。预先条件是,在水分无法迅速蒸发的情况下,该材料暴露于冷凝水或雨水中。很少攻击已经收到正常保护性腐蚀产物保护层的锌表面。当锌涂层暴露于空气时,形成氧化锌和氢氧化锌。在空气中二氧化碳的影响下,这些转化为碱性碳酸盐。如果限制空气进入锌表面,则如在狭窄的缝隙中,则该区域接收不足的二氧化碳以使碳酸盐的正常层形成。

湿存储染色层是大量的,多孔的,仅在锌表面松散附着。结果,不存在防止持续攻击的保护。因此,只要水分留在表面上,腐蚀就可以持续。当发生湿存储染色时,应将物体堆叠起来,以使表面快速干燥。这将停止攻击,并自由进入空气,将形成正常的保护层。湿存储染色逐渐被冲走,涂层获得了一种正常的外观,对于暴露的热浸镀锌钢而言。

由于这种白色腐蚀产物非常笨重(大约是形成锌的500倍),因此看起来很严重。但是,湿存储染色通常对保护腐蚀的使用寿命几乎没有显着性。但是,在涂料非常薄的情况下,例如在电镀物体上,湿存储染色的严重攻击可能具有重要意义。

图4.湿存储染色。
图5.为了避免在新镀锌的表面上形成湿存储染色,应以一定角度填充钢,梁和结构,并转弯以防止水的积累

通过防止新近镀锌的表面在运输过程中与雨水或冷凝物接触,最好避免湿储物染色。储存在户外的材料应堆叠,以便水很容易流出并使所有表面通风良好(图5)。镀锌后的绘画提供了很好的保护。

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能很大,即使是彼此紧邻的地方。土壤可以含有风化的产品,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。取决于其结构,土壤对空气和湿气的渗透性不同。通常,氧气含量小于空气中,而二氧化碳含量较高。

瑞典的土壤通常不是很积极。锌的平均腐蚀通常为每年5 µm。很少看到严重的侵略性土壤。在北部和西部的博特尼亚,土壤可能含有硫。它们通常是黑色的,但是暴露在空气中时会变暗。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。如果无法确定土壤的奉献精神,则图6中列出的虐待规则可以给出指导的量度。但是,在涉及土壤中的金属接触的地方,建议从合适的资料来源寻求专家建议。

图6.不同土壤类型的腐蚀性。

电腐蚀

图7.在 + 25°C下,海水中的电化学潜在尺度

如果将两种不同的金属或合金完全或部分被电解质包围,则会产生电源池。哪种金属变为阳极或阴极由所讨论的电解质中的电极电位确定。在与大多数实际条件相对应的海水中,一些金属和合金在电化学尺度上采用不同的位置,如图7所示。

如果钢连接到铜或黄铜,则钢成为细胞中的阳极并腐蚀。但是,如果将钢连接到镉,铝,锌或镁,则将其变成阴极,并在消耗阳极金属时受到保护,并免受腐蚀。电腐蚀也称为双金属腐蚀,用于在称为阴极保护时保护水下结构免受腐蚀。

锌涂层提供的阴极保护

在热浸镀锌的钢中,锌和钢彼此良好的电气接触。如果在存在电解质的存在下会损坏锌涂层,则会产生电源电池。电解质可以是冷凝水或雨水。有时,整个结构可以浸入液体中。在该细胞中,锌成为阳极或溶解极,裸露的钢成为阴极,因此受到保护,免受腐蚀。

在初始阶段,通常可以在涂层损坏的钢表的暴露部分上看到弱的UST形成,但是一段时间后,白色灰色区域形成了,逐渐分布在整个受损区域。锌涂层腐蚀和少量可溶的锌合金降落到阴极表面,在那里它们保护钢免受持续的生锈攻击。这通常称为“自我修复”,这是一种错误的称呼,因为锌层当然没有恢复。

由于锌产生的阴极保护,生锈不能在涂层下“爬进去”,而在损坏的位置,它可以在比钢铁上更高尚的金属涂料或金属涂料下爬行。钢上的锌涂层是不寻常的,因为对涂层的损坏很大并不会导致防锈的灾难性损失。阴极保护的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,通常可以期望几毫米的保护作用。但是,在海水中可以明显更大的距离。

图8。不同防锈涂层的损坏的示意图。

与非有产金属接触的锌涂层

电化学潜在量表表明,锌不如大多数常见金属高尚。这意味着,当锌连接到电池中的这些金属时,是锌成为溶解极的锌。因此,原则上,应尽可能避免这种连接。一种好方法是在关节使用塑料或橡胶等绝缘体。

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中,而不会发生明显的腐蚀。但是,在水中应始终使用绝缘体。

铜和铜合金具有更高的电动活性,并且通常会释放出铜离子在大型表面上散布并引起明显的攻击。因此,绝不应允许这些金属与镀锌钢接触,并应使用绝缘体。

与砂浆,石膏和木材接触的热浸镀锌钢

潮湿的砂浆和石膏攻击锌。当材料干燥时,攻击停止。干燥或中度潮湿的木材,均浸渍且未浸渍,可以用热浸镀锌的指甲钉钉,效果很好。但是,在不断暴露于水的指甲或螺纹工会的情况下,首选耐酸材料。其他干燥的建筑材料,例如矿物羊毛,不会攻击锌。

镀锌钢的包装和运输

即使热浸镀锌涂层能够承受相当粗糙的处理,也应在存储和运输过程中谨慎处理。如果有长远的商品,简单的包装和结合成捆,不仅可以防止机械损坏,而且通常会促进运输本身。但是,应以避免湿存储应变的风险进行包装和结合。应使用垫片来防止此类攻击。

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