Objednejte si bezplatné zasílání tištěné verze časopisuKONSTRUKCE Media, s. r. o.Com4In Group
ISSN 1803-8433
English - Google Translate Česky - Překladač Google French - Google Translate Italian - Google Translate German - Google Translate Polish - Google Translate Spanish - Google Translate Swedish - Google Translate   |   Přihlásit se   
Nacházíte se:  Úvod    Povrchová ochrana    Srovnání korozní odolnosti Zn A Zn-5Al povlaků

Srovnání korozní odolnosti Zn A Zn-5Al povlaků

Publikováno: 19.1.2016, Aktualizováno: 20.1.2016 10:31
Rubrika: Povrchová ochrana

V tomto článku představují autoři výsledky testů korozní odolnosti povlaků vytvořených metodou ponoru produktu do Zn-5Al lázně (žárové zinkování). Prováděny byly zkoušky elektrochemických parametrů procesů koroze i zrychlené laboratorní testy za pomoci neutrální solné mlhy. Dále se prováděly korozní zkoušky ve vlhkém prostředí obsahujícím síru. Pro účely zkoušek byly vytvořeny povlaky požadované struktury i tloušťky.

Korozní odolnost Zn-5Al povlaků se porovnávala s korozní odolností povlaků vytvořených žárovým zinkováním při běžných teplotách a také v rámci procesu žárového zinkování při vysoké teplotě. Získané výsledky nám umožnily stanovit elektrochemické parametry korozního procesu i kinetiku růstu. Bylo konstatováno, že zkoušené Zn-5Al povlaky mají výrazně vyšší korozní odolnost než tradiční zinkové povlaky a mírně vyšší korozní odolnost než zinkové povlaky vytvořené v rámci procesu žárového zinkování při vysokých teplotách.

ÚVOD
Technologie nanášení zinkových povlaků metodou žárového zinkování je jedním z nejběžněji využívaných postupů ochrany oceli proti korozi v agresivním prostředí. Korozní odolnost zinkových povlaků u některých druhů využití, např. v agresivním mořském prostředí, však není dostačující. Odhaduje se, že roční úbytek zinkových povlaků v mořském prostředků může dosahovat až 10 – 20 μm [1]. Z tohoto důvodu je nezbytné hledat nové povlaky s vyšší korozní odolností, které budou aplikovatelné srovnatelně jednoduchou metodou jakou je například žárové zinkování v případě zinkových povlaků.

Účinnost ochrany povlaků ocelových produktů vytvořených žárovým zinkováním je určena především jejich strukturou a tloušťkou. Nejjednodušším způsobem, jak strukturu a tloušťku povlaku ovlivnit, je změnit teplotu lázně. Při standardní teplotě (kolem 450 °C) se v rámci procesu žárového pokovování vytváří vrstvy intermetalických fází C, d1 a g, které jsou následně překryty vnějším zinkovým povlakem, který ulpí na produktu po jeho vyjmutí z lázně [2]. Analýza rovnováhy systému Fe-Zn ukázala, že při teplotách nad 490 °C ztrácí fáze g svou termodynamickou stabilitu [3]. To znamená, že tato fáze zcela chybí ve struktuře povlaku vytvořeného nad touto teplotou. Povlaky vznikající v zinkové lázni při vysokých teplotách (nad 530 °C) mají rovnoměrnou tloušťku a jsou zcela souvislé. Navíc jsou tyto povlaky téměř výhradně tvořeny intermetalickými fázemi systému Fe-Zn [2, 4, 5].

U povlaků vytvořených v lázních o nižších teplotách přebírá po vyčerpání čistého zinku ve vnější vrstvě povlaku v důsledku koroze ochrannou funkci přechodová vrstva povlaku, která je tvořena intermetalickými fázemi Fe-Zn. Rychlost koroze v této zóně je obvykle menší, především pak v podmínkách rovnoměrné koroze. Silnější povlaky obsahující větší podíl fáze Fe-Zn mají vyšší korozní odolnost. Povlaky vytvořené při vyšších teplotách by měly být silnější a jejich mocnější difúzní vrstva intermetalické fáze Fe-Zn by tak měla poskytovat vyšší korozní odolnost.

Účinnou metodou pro zvyšování korozní odolnosti zinkových povlaků je obohacení lázně o hliník [6]. Povlaky vznikající v lázních obohacených o 5 % Al a menší množství slitiny Mm (tzv. mischmetal) se využívají k ochraně kovových plechů, pásků a drátů kontinuální metodou [7,8]. Tyto povlaky se vyznačují dobrou korozní odolností, která je vyšší než u běžných zinkových povlaků. Tyto povlaky jsou velmi odolné také v mořském a průmyslovém prostředí a stejně jako zinkové povlaky poskytují uspokojivou míru ochrany souvislé struktury povlaku. [7-10].

Ze všech produktů, které jsou pokovovány, má téměř 1/3 kompaktní tvar. Vytváření souvislých povlaků v Zn-5Al lázni eutektického složení metodou žárového zinkování je relativně složitý proces. Dle zkušeností autorů a na základě dat z literatury [2, 11, 12] lze vytvářet kvalitní Zn-5Al povlaky na kompaktních produktech zvýšením teploty lázně nad 500 °C nebo vytvořením povlaku v Zn-5Al lázni na předem vytvořené podkladové vrstvě. Jsme přesvědčeni, že s těmito povlaky bude možné dosáhnout měřitelného efektu prodloužené životnosti produktů v korozním prostředí, přičemž jejich výroba bude ekonomicky opodstatněná.

ROZSAH A METODY ZKOUŠEK
Rozsah provedených zkoušek byl navržen tak, aby bylo možné definovat korozní odolnost Zn-Al povlaků vznikajících při žárovém zinkování a srovnat ji s korozní odolností běžných zinkových povlaků.

Povlaky byly pro účely testování vytvořeny na ocelových zkušebních vzorcích (S255JRG2) ponořením do Zn-5Al lázně obsahující 5 % Al. Povlaky se formovaly v rámci dvoufázového procesu. Nejprve byl vytvořen zinkový povlak a poté byl zkušební vzorek ponořen do Zn-5Al lázně při teplotách 440, 460, 480 a 500 °C. Pro účely srovnávání byly připraveny zkušební vzorky se zinkovým povlakem vytvořeným při obvyklých teplotách (460 °C) a rovněž při vyšších teplotách (540 °C). Všechny vzorky byly pokovovány po stejně dlouhou dobu, konkrétně po 180 vteřin. Po vyjmutí z lázně byly vzorky ochlazeny vzduchem.

Aby bylo možné definovat strukturu a tloušťku povlaků vytvořených výše popsaným způsobem, byly provedeny mikroskopické zkoušky za použití světelného mikroskopu. Zkoušené povlaky byly vytvořeny v rámci metalizačních procesů stejné délky.

Zkoušky odolnosti vůči účinkům neutrální solné mlhy byly prováděny v souladu s normou EN ISO 9227 v komoře se solnou sprchou Erichsen CORROTHERM 610 o objemu 400 dm3. Sprchu tvořil 5% vodný roztok NaCl o teplotě 35 ±2 °C. Zkušební vzorky byly 24, 48, 96, 240, 480 a 720 hodin po testu v komoře podrobeny gravimetrické analýze pro stanovení komplexní změny objemové hmotnosti povlaku.

Korozní zkoušky ve vlhkém prostředí obsahujícím SO2 se prováděly v souladu s normou EN ISO 6988 v komoře Erichsen Hygrotherm 519 o objemu 300 dm3. V průběhu zkoušek byly udržovány následující parametry: koncentrace SO2 v komoře na začátku cyklu: 0,66 dm3 na 1 m3 komory; teplota v uzavřené komoře: 40 ±2 °C při vlhkosti 90÷100 %; teplota v otevřené komoře: 20 ±5 °C a relativní vlhkost 75 %; zkušební cyklus: 8 h expozice v uzavřené komoře při předepsané teplotě a poté v podmínkách okolního prostředí po dobu 16 h. Celková doba zkoušky – 30denní cykly (720 hodin).

Elektrochemické testy se prováděly pomocí radiometrického zařízení Potentiostat/Galvanostat PG201. V průběhu zkoušek byl zaznamenáván vztah mezi proudem a potenciálem. Tyto křivky se staly základem pro stanovení korozního proudu. Pro účely stanovení korozního proudu byly využity oblasti v blízkosti ekvilibria potenciálu a také Tafelův vztah, podle kterého je potenciál elektrody E lineární a závislý na proudovém logaritmu (E = α + β log i) [13].

VÝSLEDKY
Před zahájením testů korozní odolnosti došlo k vytvoření požadované struktury povlaků. Povlaky vznikaly v Zn-5Al lázni (viz obr. 1). Povlaky vytvořené při teplotách v rozmezí 440–480 °C mají velmi podobnou strukturu. Difúzní vrstva je tvořena fází FeAl3, která rozpouští zinek. Ve vnější eutektické Zn-Al vrstvě lze sledovat charakteristické kruhovité oblasti, které představují rozpuštěný Al v Zn [9]. Zinkové povlaky mají vícevrstvou a vícefázovou strukturu. Jsou tvořeny intermetalickými sloučeninami Fe-Zn. Ke strukturálním změnám dochází při teplotě 500 °C. U povlaku je možné sledovat mnohem rozvinutější difúzní vrstvu Fe-Al fází (obr. 1d). Povlaky vytvořené tradičními postupy žárového zinkování (při obvyklých teplotách) jsou tvořeny tenkou vrstvou fáze Γ, která přímo přilne k podkladovému povrchu (obr. 2a). Na ní se tvoří vrstvy fází δ1 a poté i vrstva fáze ζ.Vnější vrstva povlaku je tvořena železem rozpuštěným v zinku (η). Povlak vytvořený procesem žárového zinkování při vysokých teplotách (obr. 2b) je tvořen kompaktními vrstvami Γ a δ1, přičemž zbývající část povlaku tvoří směs fází δ1+η.

Průměrná tloušťka povlaků vytvořených v zinkové lázni a v Zn-5Al lázni před zahájením korozních zkoušek je zachycena na obr. 3. Zn-5Al povlaky vytvořené při teplotách v rozmezí 440 – 480 °C mají podobnou tloušťku (od 54 do 58 μm). Při teplotě 500 °C tloušťka povlaků rapidně roste a dosahuje střední hodnoty asi 150 μm. Na základě porovnání tloušťky Zn-5Al povlaků a zinkových povlaků můžeme konstatovat, že povlaky vytvořené při teplotách v rozmezí 440 – 480 °C jsou asi poloviční tloušťky, než tradiční zinkové povlaky vytvořené při standardní teplotě 460 °C. Co se týče zinkových povlaků vytvořených při vysokých teplotách, není rozdíl v tloušťce povlaku tak markantní. Zinkové povlaky vytvořené při teplotě 540 °C jsou asi o 8 – 11 μm silnější, než Zn-5Al povlaky.

Vztah mezi komplexními změnami v objemové hmotnosti Zn-5Al a Zn povlaků zkušebních vzorků testovaných v rámci zrychlených korozních zkoušek v neutrální solné
mlze a doba zkoušení jsou uvedeny na obr. 4. V případě Zn-5Al povlaků byl úbytek objemové hmotnosti povlaků sledován pouze v několika úvodních desítkách hodin testování v solné komoře. Poté začala objemové hmotnost narůstat, což bylo pravděpodobně způsobeno akumulací kompaktních produktů bílé koroze na povrchu zkušebních vzorků. To naopak zvyšuje korozní odolnost těchto povlaků. Mezi 480. a 720. hodinou zkoušení nedocházelo k žádným zásadním změnám v objemové hmotnosti zkušebních vzorků s Zn-5Al povlaky. Na druhé straně objemová hmotnost zinkových povlaků během zkoušek klesala. Pokles objemové hmotnosti povlaků vytvořených při vysokých teplotách byla nicméně téměř dvakrát menší než v případě povlaků vytvořených při standardní teplotě 460 °C. Po ukončení korozních zkoušek byl úbytek objemové hmotnosti povlaku vytvořeného žárovým zinkováním při vysoké teplotě 27,2 g / m2. U Zn-5Al povlaků byl naopak zaznamenán přírůstek objemové hmotnosti 10 až 14 g/m2.

Během zkoušení v solné komoře byly ověřovány také změny průřezů povlaků. Průřez povlaky během zkoušek v neutrální solné sprše najdete na obr. 5. Strukturální změny, ke kterým v povlaku během expozice v solné komoře dochází, indikují svou selektivní povahu. Oblasti, ve kterých je Al rozpuštěný v Zn a obecně oblasti bohaté na zinek se rozpouští jako první. Konkrétně pak u Zn-5Al povlaků jsou ztráty objemové hmotnosti viditelné především tam, kde je pevný Al obsažen v Zn. Korozní produkty, které se v těchto oblastech tvoří, mohou korozní procesy zpozdit. Po delší době se korozní proces stává více uniformní.

V případě zinkových povlaků má korozní proces relativně stejnorodý průběh. Korozní zkoušky prokázaly mnohem větší úbytek objemové hmotnosti u průřezů zinkovými povlaky vytvořenými při teplotě 460 °C (obr. 6), než u povlaků vytvořených v rámci žárového zinkování při vysokých teplotách (obr. 7). Lze také konstatovat, že i přes větší změny v objemové hmotnosti během testování jsou povlaky vytvořené procesem žárového zinkování při vysokých teplotách charakteristické menším opotřebením v průřezu ve srovnání se Zn-5Al povlaky.

Zn-5Al povlaky ukázaly při testování ve vlhkém prostředí obsahujícím SO2 vyšší korozní odolnost, než zinkové povlaky. Během korozních zkoušek v Koesternichově komoře vykazovaly Zn-5Al povlaky menší úbytek objemové hmotnosti, než povlaky zinkové (obr. 8). Po dokončení korozních zkoušek bylo zjištěno, že korozní úbytky se vyskytovaly lokálně v oblastech bohatých na zinek (obr. 9). To je nejvíce patrné u povlaků vytvořených při teplotě 500 °C (obr. 9d). Difúzní vrstva je poměrně silná a není stejnorodá. Po ukončení korozních zkoušek byly úbytky objemové hmotnosti jasně viditelné v oblastech, kde byla nestejnorodá difúzní vrstva povlaku.

Na základě potenciodynamických zkoušek povlaků vytvořených v Zn5Al lázni a v běžné zinkové lázni byly zdokumentovány vztahy mezi proudovou hustotou a povrchovým potenciálem zkušebních vzorků, tj. i = f(E). Tyto vztahy jsou prezentovány po semilogaritmické úpravě log i = f(E). Průběh vztahů zjištěný u povlaků vytvořených v Zn-5Al a Zn lázních je znázorněn na obr. 10.

Na základě získaných dat byly specifikovány parametry korozního procesu. Definovány byly hodnoty potenciálu a korozní proudové hustoty v okamžiku přechodu z katodické polarizace do anodické polarizace a rovněž z anodické polarizace do katodické polarizace (obr. 11–12).

Hodnoty korozních potenciálů v okamžiku přechodu z anodické polarizace do katodické polarizace, ale také přechodu z katodické polarizace do anodické polarizace, jak znázorňuje obr. 11, jsou podobné a spadají do rozpětí od –760 mV do –820 mV. Na základě analýzy hodnot korozních proudových hustot (obr. 12) u konkrétních povlaků můžeme konstatovat, že jak v případě přechodu z anodické do katodické polarizace, tak i přechodu z katodické do anodické polarizace, lze u Zn-5Al povlaků sledovat 2–3krát nižší hodnoty korozního proudu, než u zinkových povlaků vytvořených tradičními postupy zinkování při teplotách kolem 460 °C. Nižší hodnota korozní proudové hustoty poukazuje na vyšší korozní odolnost. Při přechodu z katodické do anodické polarizace je hodnota korozní proudové hustoty Zn-5Al povlaků srovnatelná s hodnotou korozní proudové hustoty zinkových povlaků vytvořených procesem žárového zinkování při vysokých teplotách. Hodnota korozní proudové hustoty je v případě Zn-5Al povlaku 0,016 – 0,024 mA/cma v případě zinkového povlaku vytvořeného při teplotě 540°C je tato hodnota 0,022 mA/cm2.

ZÁVĚR
Na základě provedených zkoušek korozní odolnosti v prostředí označovaných za standardní musíme potvrdit, že povlaky vytvořené v Zn-5Al lázni mají vyšší korozní odolnost jak v prostředí solné mlhy, tak i prostředí obsahujícím SO2, než běžné zinkové povlaky. Zkoušky korozní odolnosti těchto povlaků v solné mlze umožnily konstatovat, že korozní odolnost Zn-5Al povlaků je mnohem vyšší, než korozní odolnost zinkových povlaků vytvořených tradičními postupy žárového zinkování při obvyklých teplotách. Navzdory skutečnosti, že tloušťka povlaku vytvořeného v Zn-5Al lázni byla po skončení zkoušek téměř dvakrát menší, než tloušťka zinkového povlaku, bylo zjištěno, že povlak nevykazuje žádné trhliny či narušení ohrožující podkladový materiál (tzn. je zcela souvislý a neporušený). Zvýšením teploty zinkové lázně je možné vytvářet povlaky, jejichž struktura nabízí téměř dvojnásobnou korozní odolnost ve srovnání s povlaky vytvářenými při standardních teplotách. Povlaky vytvořené žárovým zinkováním při vysokých teplotách mají mnohem menší úbytky tloušťky, než byly sledovány u Zn-5Al povlaků. Zinkové povlaky vytvořené při teplotě lázně 540 °C mají také obdobné hodnoty korozní proudové hustoty, jako Zn-5Al povlaky.

LITERATURA/REFERENCES:
[1] Śmieszek E.: Farby do malowania stali ocynkowanej. Ochrona przed korozją. 1, 2002, pp.13–16.
[2] Liberski P., Kania H., Podolski P., Gierek A.: Niektóre aspekty doskonalenia technologii cynkowania zanurzeniowego. Inżynieria Materiałowa 2, 2004, pp. 775–782.
[3] Gellings P.J., Gierman G., KosterD., Kuit J.: Synthetis and Caracterization of Homogeneous Intermetallic Fe-Zn Compounds. Part III: Phase Diagram. Z.Metallkde. Bd. 71 (1980) H.2, pp. 70–75.
[4] Kania H., Gierek A., Liberski P., Podolski P., Mendala J.,: Cynkowanie wysokotemperaturowe. Inżynieria Materiałowa nr 5, 2002, pp. 426–429.
[5] Kania H.: Podstawy technologii wytwarzania powłok na stopach żelaza w procesie wysokotemperaturowego cynkowania zanurzeniowego. Doctoral Thesis, Silesian University of Technology, Katowice 2002.
[6] Marder A.R.: The metalurgy of zinc-coated steel. Progres in Materials Science 45 (2000) pp.191–271.
[7] Goodwin F. E.: GALFAN Galvanizing Alloy & Technology, Ed. International Lead Zinc Research Organization May 1984
[8] Roman M.P.: „GALFAN Galvanizing” International Lead Zinc Research Organization, Inc. January 1988.
[9] Goodwin FE.: Mechanisms of corrosion of zinc and zinc-5% aluminum steel sheet coatings. In: Krauss G, Matlock DK, editors. Zinc-based steel coating systems: metallurgy and performance.Warrendale, PA: TMS, 1990. p. 183.
[10] Lin K.L.,Ho J.K., Jong C.S., Lee J.T.: Growth Behavior and Corrosion Resistance of 5%Al.-Zn Coating. Corrosion 49, 9, 1993, p. 759.
[11] Liberski P., Kania H., Podolski P.: Powłoki cynkowo-aluminiowe otrzymywane metodą jednostkową w kąpielach o składzie eutektycznym. Inżynieria Materiałowa Nr 6 (137) 11-12. 2003, pp. 524–526.
[12] Kania H., Podolski P., Liberski P.: Cynkowanie zanurzeniowe wysokowęglowych stopów żelaza w Kąpieli Zn5Al. Inżynieria Materiałowa Nr6 (137) 11-12. 2003, pp. 509–512.
[13] Pourbaix M.: Wykłady z korozji elektrochemicznej, PWN, Warszawa, 1978

Bookmark
Ohodnoďte článek:

Fotogalerie
Obr. 1 – Struktura povlaků vytvořených na oceli ponořením do Zn-5Al lázně při různých teplotáchObr. 2 – Struktura povlaků vytvořených na oceli ponořením do zinkové lázně při teplotách 460 a 540 °C.Obr. 3 – Průměrná tloušťka povlaků vytvořených ponořením do Zn-5Al lázně a Zn lázně před zahájením korozních zkoušekObr. 4 – Vztah mezi komplexními změnami objemové hmotnosti Zn-5Al a Zn povlaků a délka trvání zkoušek ve vlhkém prostředí.Obr. 5 – Struktura Zn-5Al povlaků během zkoušek v neutrální solné mlzeObr. 6 – Struktura Zn povlaků vytvořených při teplotě 460 °C během zkoušek v neutrální solné mlzeObr. 7 – Struktura Zn povlaků vytvořených při vyšších teplotách během zkoušek v neutrální solné mlze.Obr. 8 – Komplexní změna objemové hmotnosti Zn-5Al a Zn povlaků a délka trvání zkoušek ve vlhkém prostředí obsahujícím SO2.Obr. 9 – Strukturální změny průřezu Zn-5Al povlaků vytvořených při teplotách v rozmezí od 440 do 500 °C po dokončení zkoušek ve vlhkém prostředí obsahujícím SO2.Obr. 10 – Vztah mezi proudovou hustotou / zlogaritmovanou proudovou hustotou a potenciálem povlaků vytvořených v Zn a Zn-5Al lázních (Potential = povrchový potenciál)Obr. 11 – Povrchový potenciál zkoušených povlaků během přechodu z anodické polarizace do katodické polarizace a rovněž z katodické polarizace do anodické polarizace.Obr. 12 – Korozní proud zkoušených povlaků během přechodu z anodické polarizace do katodické polarizace a rovněž z katodické polarizace do anodické polarizace.

NEJčtenější souvisejicí články (v posledních 30-ti dnech)

Moření v HCl (462x)
Na povrchu oceli jsou přítomny oxidické vrstvy, vytvořené vzájemnou interakcí oceli a okolního prostředí. Utváření vrste...
Tryskání a ekonomieTryskání a ekonomie (352x)
Snahou konstruktérů je vyvinout technologie, které překonávají vlastnosti technologií předešlých. Technologie, vznikajíc...
Nová Interpon D1036 Textura – Namáhaná místa potřebují odolná řešení (315x)
Akzo Nobel uvadí novou kolekci Interpon D1036 Textura. Kolekce, která poskytuje odolný systém vůči poškrábání, povětrnos...

NEJlépe hodnocené související články

Hempel a Volkswagen AG: úspěšná spolupráce v ruském městě KalugaHempel a Volkswagen AG: úspěšná spolupráce v ruském městě Kaluga (5 b.)
Na pozvání Volkswagen Group Rus se společnost Hempel nedávno zúčastnila důležitého projektu zajištění protikorozní ochra...
Moření v HCl (5 b.)
Na povrchu oceli jsou přítomny oxidické vrstvy, vytvořené vzájemnou interakcí oceli a okolního prostředí. Utváření vrste...
Požární ochrana nosných ocelových konstrukcí (5 b.)
Je zřejmé, že ocel je anorganická stavební hmota, kterou lze bez zvláštních zkoušek zařadit mezi materiály s třídou reak...

NEJdiskutovanější související články

Ochranná maskovací páska do žárového zinkuOchranná maskovací páska do žárového zinku (3x)
Na základě poptávky našich zákazníků na maskování částí ocelových konstrukcí před žárovým pozinkováním jsme se začali za...
Povrchová úprava při výstavbě a rekonstrukcích fotbalových stadionů v JARPovrchová úprava při výstavbě a rekonstrukcích fotbalových stadionů v JAR (2x)
Přelom června a července letošního roku bude ve znamení Mistrovství světa ve fotbale 2010. Tuto sportovní událost poprvé...
Pasivní protipožární ochrana (1x)
Ocel je nehořlavý anorganický materiál používaný pro své fyzikální a mechanické vlastnosti ve stavebnictví a v dalších o...
Aktuální číslo časopisu
Katalog firem - registrace

Působíte v oboru
pozemních staveb?
Potom využijte možnosti registrace
za akční cenu 300,-/rok

do Katalogu firem.

Google

Server Občanská výstavba

Trendy z Milána? Každý je může mít!

Trendy z Milána? Každý je může mít!

Zavřít [x]