Обработка поверхности металла для наружного применения

Какая обработка поверхности лучше всего подходит для стальных изделий, эксплуатируемых на открытом воздухе?

Прежде чем перейти к заключению, давайте сначала рассмотрим механизм коррозии стали. Коррозия стали в первую очередь вызывается образованием локальных электрохимических пар электродов (также называемых парой анод-катод) на поверхности стали. Положительные ионы металла растворяются от анода к раствору и производят отрицательные электроны в металлической решетке, которые мигрируют в металле к катоду. В катоде электроны потребляются в многочисленных катодных реакциях. В кислых растворах образуется газообразный водород, тогда как в растворах с нейтральным pH восстановление кислорода приводит к образованию ионов гидроксида. Электропроводный электролит между анодом и катодом замыкает цепь. Анодные и катодные участки могут располагаться рядом друг с другом, что приводит к образованию однородной коррозии, или быть отделенными друг от друга, что приводит к локальной коррозии. Анодный участок представляет собой менее благородный участок стальной поверхности или участок с более высокой поверхностной энергией. В большинстве случаев коррозия стали представляет собой электрохимический процесс, требующий одновременного присутствия влаги и кислорода. В отсутствие того и другого коррозия не возникает. По сути, железо в стали окисляется с образованием ржавчины, которая занимает примерно в 6 раз больше объема исходного материала, потребляемого в процессе.
В целом существует несколько типичных типов коррозии, таких как биметаллическая коррозия, точечная коррозия и щелевая коррозия.
Скорость, с которой развивается процесс коррозии, зависит от ряда факторов, связанных с «микроклиматом», непосредственно окружающим конструкцию, в основном от времени увлажнения и уровня загрязнения атмосферы. Из-за изменений в атмосферных условиях данные о скорости коррозии не могут быть обобщены. Тем не менее, среды могут быть классифицированы в широком смысле, и соответствующие измеренные скорости коррозии стали дают полезное представление о вероятных скоростях коррозии, указанных в BS EN ISO 12944-2 и BS EN ISO 9223.

Как известно, одним из самых популярных способов защиты от коррозии являетсякартинаи это толстое покрытие предотвратит попадание ионов на стальную поверхность, тем самым уменьшая образование локальных пар. Эпоксидные краски представляют собой пример типа краски, основанной на непроницаемости. Краски для защиты от коррозии, используемые для защиты от атмосферных воздействий, используют пигменты для защиты от коррозии, которые замедляют растворение ионов стали из анодных участков. В качестве антикоррозионных пигментов используются, например, различные фосфаты и бораты, которые вместе с водой, поступающей в покрытие, образуют на анодных участках защитные слои. Краска катодно защищает стальную поверхность, если содержит достаточное количество цинковой пыли. Частицы цинка в покрытии находятся в электропроводящем контакте со стальной подложкой и, как электроотрицательные металлы, являются расходуемыми анодами, замедляющими коррозию стали.
Короче говоря, коррозию защищаемой стальной поверхности можно затормозить или замедлить, применяя следующие краски:
√ краска для защиты от коррозии, содержащая пигменты для защиты от коррозии, которые пассивируют анодную и/или катодную реакцию
√  покрытие, создающее достаточное сопротивление ионному току
√  грунтовка, придающая катодную защиту

Основное преимущество краски заключается в том, что она лучше работает с очень тонкой сталью или очень большой стальной конструкцией, которую нельзя подвергнуть горячему цинкованию погружением. По очень простой причине, тонколистовая сталь деформируется под воздействием тепла в процессе горячего цинкования, и ее часто окрашивают или покрывают порошковым покрытием. Очевидно, что сочетание тонколистовой стали и краски для защиты от коррозии приведет к сокращению срока службы; однако это дает преимущество с точки зрения снижения затрат за счет экономии веса. Краска в ее различных формах — это просто покрытие, и она не более чем прилипает к основной стали, как и следовало ожидать от таких веществ, как эпоксидная смола или акрил, которые не могут связываться со сталью. В результате гораздо легче добиться однородной отделки, не связанной с основной сталью, и это покрытие обычно может сохраняться в течение 5-10 лет при наружных условиях. Следовательно, покраска также означает довольно высокие затраты на обслуживание.
Есть ли варианты лучше, чем покраска? Сегодня на рынке существует множество вариантов, которые часто описывают как «сравнимые с горячим цинкованием» или «лучше, чем горячее цинкование». В большинстве случаев эти выводы основаны на ускоренных испытаниях на коррозию в солевом тумане, которые дают результаты, не относящиеся к нормальному воздействию на открытом воздухе. Оцинкованная сталь использовалась в течение сотен лет во многих различных областях, поэтому есть действительно заслуживающие доверия результаты, которые показывают, что она действительно работает.Горячее цинкованиеявляется одним из самых эффективных способов защиты от коррозии. Результатом этого метода является практически не требующий технического обслуживания продукт в течение всего срока службы. Еще в 1741 году французский химик Мелуэн обнаружил, что цинк может защищать сталь от коррозии. Однако только в 1837 году этот метод начали использовать. Именно инженер Сорель запатентовал метод использования хлорида аммония в качестве флюса. Горячее цинкование погружением — это метод, обеспечивающий максимальную защиту вашей продукции от коррозии при минимальном воздействии на окружающую среду, и поэтому он является одним из наиболее эффективных методов защиты от коррозии. Цинк является основным металлом по сравнению со сталью, поэтому незначительные повреждения цинкового покрытия будут защищены катодом и, следовательно, не нуждаются в ремонте.
На приведенной ниже диаграмме потребления цинка показано, как оцинкованная сталь может работать в различных условиях.

Горячее цинкование погружением (HDG) — это гораздо больше, чем покрытие. Процесс создает химическую реакцию, которая связывает цинк и сталь вместе до такой степени, что электроны перемещаются от цинка к стали в рамках процесса защиты. Поскольку происходит химическая реакция, добиться того же уровня косметики, что и краска, сложнее, но она обеспечивает гораздо более высокий уровень защиты. HDG — это не один слой покрытия, а фактически 4 слоя покрытия с разными свойствами и различными комбинациями цинка и стали. Верхний слой состоит из 100-процентного цинка с обвязкой 70 DPN. Каждый слой ближе к основной стали имеет повышенный уровень твердости вплоть до гамма-слоя, который состоит из 75 процентов Zn, 25 процентов Fe и имеет твердость 250 DPN, что тверже, чем основная сталь, имеющая твердость 159 DPN. Защитный аспект HDG, который нельзя воспроизвести с помощью простого покрытия, такого как краска, - это катодная защита цинка. Соленая вода действует как электролит между цинком и сталью в электрохимической цепи, где цинк действует как анод, а сталь — как катод. В результате сталь защищена от коррозии до полного израсходования цинка. Это означает, что даже открытая сталь будет защищена от коррозии цинком вокруг стали, и поэтому горячее цинкование всегда считается лучшим решением для защиты стали от коррозии. Согласно приведенной выше диаграмме, вы можете видеть, что тяжелая стальная конструкция с правильным содержанием кремния и фосфора может прослужить почти 50 лет в самых агрессивных средах. Помимо горячего цинкования, существуют еще два типа процессов, связанных с цинковым покрытием, например:гальваникаи напыление цинка, и все эти обработки цинкового покрытия имеют свои плюсы и минусы. Пожалуйста, сравнительную таблицу ниже.

В течение многих лет для защиты стали от коррозии обычно использовалось либо горячее цинкование погружением, либо какая-либо система окраски. Однако все больше и больше специалистов используют комбинацию обоих методов защиты в том, что обычно называютдуплексное покрытие, и это просто сталь с окраской или порошковым покрытием, которая была подвергнута горячему цинкованию после изготовления. Когда краска и оцинкованная сталь используются вместе, обеспечиваемый контроль коррозии превосходит любую систему, используемую по отдельности. Оцинкованное покрытие защищает стальную основу, обеспечивая катодную и барьерную защиту. Кроме того, оцинкованное покрытие предотвращает образование под пленкой оксида железа, внешнее давление которого может привести к вздутию и отслаиванию краски. Краска, в свою очередь, придает оцинкованному покрытию барьерную защиту. Краска замедляет расход цинка, что значительно продлевает срок службы оцинкованной стали. В свою очередь, когда краска выветривается или повреждается, цинк обеспечивает катодную и барьерную защиту, поэтому ржавчина не растет, а краска не отслаивается. Благодаря этому синергетическому эффекту дуплексная система обычно обеспечивает защиту от коррозии в 1,5–2,5 раза дольше, чем сумма сроков службы цинка и краски, используемых по отдельности. Например, если ожидается, что оцинкованное покрытие прослужит 40 лет, а система окраски – 10 лет, то оцинковка и краска вместе должны прослужить 75 лет без технического обслуживания, или, условно, в 1,5 раза больше суммы обеих систем.
Таким образом, дуплексное покрытие, будь то окраска или порошковое покрытие оцинкованной стали, является высокоэффективным, легко наносимым методом значительного увеличения срока службы практически любого объекта. Конечно, это покрытие является самым дорогим антикоррозийным решением по сравнению с вариантами одиночного покрытия, такими как HDG, порошковая покраска или покраска. Благодаря превосходным антикоррозийным характеристикам, он широко используется в следующих отраслях промышленности.
√ Рыбоводство
√ Строительство и строительство
√ Автомобильная промышленность
√ Авиация
√ Химическая
√ Оффшор