Коррозийная стойкость цинксодержащих материалов

[dolphin66]

К кровельным материалам предъявляется два главных требования: долговечность и удовлетворительная механическая обработка. Цинк как материал для противокоррозионной защиты используется достаточно давно. В основном он используется в качестве цинкового покрытия, опыт применения листового цинка достаточно ограничен. Основная масса кровельных материалов выполняется из оцинкованной стали, в том числе окрашенной.


Долговечность оцинкованной стали обусловлена сохранностью слоя цинка и составляет в зависимости от степени агрессивности атмосферы 5-15 лет. Несмотря на то что цинк является достаточно коррозионно-активным материалом, он быстро покрывается пленкой продуктов коррозии, которая тормозит дальнейшее коррозионное разрушение материала.
Оцинкованная сталь хорошо профилируется, а чистый цинк обладает низкими механическими характеристиками и из-за повышенной хрупкости практически не профилируется. Относительно недавно был разработан хорошо профилируемый сплав на основе цинка — так называемый цинк-титан или D-цинк (деформируемый цинк). Хорошие механические характеристики были достигнуты с помощью микролегирования. Этот хорошо профилируемый пластичный материал применяется самостоятельно вместо оцинкованной стали.

Так как основное назначение цинк-титана — изготовление кровельных и фасадных панелей, то для определения долговечности необходимо знать его коррозионную стойкость в различных условиях эксплуатации.
Для ускоренного сравнения коррозионных характеристик исследуемых материалов: цинк-титана, металлургического цинка и оцинкованной стали, — были проведены исследования в нейтральных солевых растворах. В процессе коррозионных испытаний наблюдается некоторое торможение коррозионного процесса, которое, по-видимому, вызвано формированием слоя продуктов коррозии. Наименьшей коррозионной стойкостью характеризуется оцинкованная сталь, а коррозионная стойкость цинк-титана несколько выше, чем у металлургического цинка. Более высокую коррозионную стойкость цинк-титана можно объяснить формированием более равномерных солевых слоев.

Листы цинка используются при изготовлении декоративных панелей и кассет для устройства навесных фасадов зданий. Конструкция таких фасадов включает в себя различные утеплители, которые очень часто непосредственно контактируют с металлом. Кроме того, в этих конструкциях возникают условия для образования конденсата, который при взаимодействии с материалом утеплителя создает среду, обладающую различной величиной рН. В зависимости от материала утеплителя рН конденсата может быть от 6 до 9,5. С 30-х годов в литературе приводится зависимость скорости коррозии цинка от рН среды. Эти результаты были получены в специально очищенной обессоленной воде, определены границы относительной устойчивости цинка (наибольшая коррозия происходит при рН<6 и рН>11, тогда как внутри этого интервала скорость коррозии невелика). Данные позволяют говорить о том, что цинк-титан устойчив к коррозии в более широком диапазоне рН, чем чистый цинк.

Реальная эксплуатация цинк-титана также демонстрирует большую коррозионную стойкость этого материала по сравнению с оцинкованной сталью — за 6 лет эксплуатации в условиях средне агрессивной городской атмосферы панель цинк-титана практически не подверглась коррозии, в то время как на 60 % поверхности оцинкованной стали заметны следы продуктов коррозии железа.


Так как скорость коррозии — вполне определенная величина, то срок службы цинксодержащих материалов (оцинкованной стали, цинк-татана) зависит от толщины материала. Но необходимо учитывать, что проблема долговечности этих материалов может быть частично решена не только увеличением толщины, но и дополнительным легированием. Введение в расплав небольших количеств алюминия улучшает процесс цинкования (повышается жидкотекучесть расплава, уменьшается окисление), замедляет реакцию взаимодействия между сталью и жидким цинком и препятствует образованию промежуточного железоцинкового сплава. В этом случае толщина слоя интерметаллического соединения в покрытии не превышает 1-2 мкм при общей толщине покрытия до 40 мкм.

Необходимо указать, что существенное увеличение срока службы металлоконструкций возможно при замене цинковых покрытий на цинк-алюминиевые или алюмоцинковые покрытия типа «гальвалюм» или «гальфан». Применение таких покрытий позволяет при равных условиях добиться увеличения долговечности стальных изделий до 30-50 лет в зависимости от условий эксплуатации.
Алюмоцинковое покрытие («гальвалюм») представляет собой сплав, состоящий из 55 % алюминия, 1,6 % кремния, остальное — цинк. Такой состав покрытия обеспечивает надежную противокоррозионную защиту стальной основы. Алюминий образует устойчивый оксид на поверхности листа и интерметаллическое соединение с кремнием, которые обладают высокой коррозионной стойкостью и, кроме .того, способствуют особо прочному сцеплению покрытия с основой, что препятствует проникновению окисляющей атмосферы вглубь металла, создавая таким образом надежный защитный барьер. В частности, «гальвалюм» AZ185 имеет толщину 25 мкм (185 г/кв. м) и может эксплуатироваться в промышленной атмосфере средней агрессивности не менее 20 лет до появления продуктов коррозии на 5 % поверхности. В результате проведенных исследований и оценки качества покрытия было установлено, что испытанный материал устойчив к атмосферной коррозии и может эксплуатироваться в условиях промышленной атмосферы средней агрессивности сроком не менее 40 лет.

Важным направлением развития является совершенствование существующих типов защитных покрытий, получаемых из металлических расплавов. Современным требованиям отвечает стальной лист с горячим покрытием нового поколения — алюмоцинковым, с повышенной массовой долей алюминия в покрытии. Еще больше увеличить коррозионную стойкость алюмоцинкового покрытия можно микролегированием, которое улучшает протекторное действие покрытия по отношению к стали. На кафедре коррозии МИСиС выполнен большой объем фундаментальных исследований по термодинамике и механизму депассивирующего влияния легирующих металлов на алюминий. Результаты исследований позволили определить механизм активирующего действия Zn, Sn, In на алюминий. Установлено, что достаточно легировать алюмоцинковый сплав оловом в количестве 0,1 масс. %, чтобы увеличить защитную способность покрытия минимум на 50 %. Следует отметить, что микролегированные алюмоцинковые покрытия более коррозионностойки, чем «гальвалюм».