CYNKOWANIE OGNIOWE

Cynkowanie ogniowe jest procesem nakładania mechanicznie wytrzymałej powłoki cynku na stal.

Powłoka cynku tworzy się po obydwu stronach stali oraz na wewnętrznej i zewnętrznej powierzchni profili zamkniętych. Cynk przystaje do stali w procesie wytwarzania stopu pomiędzy stalą, a cynkiem. Tworzy on mechanicznie wytrzymałą, trwałą i nieprzepuszczalną powłokę, która chroni stal poprzez szczególny układ elektrochemiczny.

W roku 1741 francuski chemik Melouin odkrył, że powłoka cynku chroni stal przed rdzą, ale nie rozumiał dlaczego. Niemal 100 lat później francuski inżynier Sorel opatentował proces cynkowania ogniowego. Sorel używał słowa „galwanizacja”, ponieważ zauważył, że prąd galwaniczny chroni stal nawet w przypadku pęknięcia powłoki ochronnej. To dlatego, że cynk i żelazo, po zetknięciu się ze sobą, wytwarzają napięcie elektryczne. Jeśli nieprzepuszczalna powłoka cynku ulegnie pęknięciu, to napięcie to spowoduje korozje powłoki cynkowej zamiast samej stali.

Na skalę przemysłową w formie ciągłej jako pierwszy zastosował cynkowanie Tadeusz Sendzimir (1894 – 1989). Zrewolucjonizował on galwanizację cynkową wyrobów żelaznych na świecie i doczekał się szeregu wdrożeń w fabrykach stali w wielu krajach. Dzięki ekonomiczności oraz gwarancji dużej wytrzymałości uzyskanych produktów jest technologią powszechnie wykorzystywaną w zabezpieczaniu stali przed korozją. Pierwsza na świecie linia ciągłego wytwarzania i cynkowania blach stalowych ze stali niskowęglowej na skalę przemysłową z zastosowaniem tego procesu została uruchomiona przez Sendzimira w roku 1933 w Kostuchnie pod Katowicami (obecnie dzielnica Katowic).

210 Mimo, że od tamtego czasu proces cynkowania jest stosowany komercyjnie, to pozostaje on wciąż jednym z nowocześniejszych i technicznie zaawansowanych systemów ochrony stali przed rdzą. Wszystkie systemy ochrony antykorozyjnej polegają na utworzeniu bariery ochronnej lub ogniwa galwanicznego. Cynkowanie oferuje obydwie te zalety w postaci ekonomicznego i łatwego do kupienia produktu.

W jaki sposób powstaje powłoka?

Chociaż cynkowanie na gorąco jest proste i efektywne, to metalurgia procesu nakładania powłoki jest dosyć skomplikowana. Powłoka cynku powstaje na skutek reakcji pomiędzy żelazem a cynkiem, w wyniku której powstaje stop. Powierzchnia prefabrykowanej stali jest jednak często pokryta rdzą i tłuszczem, a proces tworzenia stopu jest możliwy tylko w sytuacji, gdy powierzchnia stali jest wystarczająco czysta do kontaktu z ciekłym cynkiem. Dla otrzymania chemicznie czystej powierzchni ocynkownie czyszczą stal poprzez odtłuszczanie oraz trawienie.

244 Reakcja cynkowania pomiędzy cynkiem a stalą ma miejsce w ciekłym cynku, zwykle w temperaturze 445-460 °C. W tej temperaturze żelazo i cynk szybko wchodzą w reakcję. Stal jest zanurzona w cynku tylko przez kilka, kilkanaście minut. Element prefabrykowany jest wyjmowany z cynku po zakończeniu reakcji. Pomimo, że powłoka cynku została już uformowana, jej wewnętrzna struktura ciągle się zmienia aż do momentu, kiedy stal osiągnie normalną temperaturę.

Dlaczego powłoka jest odporna na uderzenia?

Cynkowanie ogniowe jest bardzo solidnym produktem, którego właściwości mechaniczne są wspierane przez stal, powłoki stopowe oraz czysty cynk.

 

173 Cynkowanie jest wyjątkowym procesem, ponieważ powłoka ochronna charakteryzuje się zróżnicowanym zakresem wartości twardości. Typowa stal miękka charakteryzuje się twardością Vickersa około 160. Warstwy stopowe powłoki są twardsze, do około 240, natomiast cynk jest bardziej miękki od stali oraz warstwy stopowej. Cynk jest dość plastyczny i absorbuje uszkodzenia. W przypadku jednak, gdy powłoka jest narażona na mocne uderzenie, warstwy stopowe są często twardsze od samej stali, a więc uszkodzenie może nie mieć żadnego wpływu na powierzchnię stali. Jeszcze poważniejsze uszkodzenie, aż do całkowitego usunięcia powłoki, jest trudne w realizacji. Cienka cześć znajdująca się na granicy dolnej powierzchni warstwy stopowej jest „przyspawana” do stali i posiada mieszaną strukturę na poziomie atomów. Jeśli uszkodzenie powłoki polega na odpadnięciu poważnej jej części wierzchniej, to dolna warstwa zwykle pozostaje nienaruszona, co pozwala na ochronę elektrochemiczną.

Gdzie można stosować cynkowanie ogniowe?

Cynkowanie bez innych dodatkowych środków może być stosowane do ochrony stali w następujących środowiskach:

  • w prawie wszystkich sensownie wentylowanych pomieszczeniach wewnętrznych;
  • w prawie wszystkich miejscach na zewnątrz;
  • w kontakcie z twardą wodą do temperatury 60 °C;
  • w kontakcie z wieloma gruntami ( wskazana porada u eksperta Związku);
  • w kontakcie z drewnem (wskazana porada u eksperta Związku);
  • w kontakcie z większością innych metali, z wyjątkiem całkowitego zanurzenia;
  • w temperaturach do 200 °C przy stałej ekspozycji i do 275 °C przy ekspozycji chwilowej.

Cynkowanie bez innych dodatkowych środków nie może być stosowane do ochrony stali w następujących środowiskach:

  • w roztworach kwasów;
  • w silnych roztworach alkalicznych.

233

Powłoka cynku może być malowana!

Większość użytkowników cynkowanej stali jest zadowolonych z wyglądu powłoki cynku w miarę jej dojrzewania. Nie muszą oni ponosić dodatkowych kosztów konserwacji lub malowania. Inni użytkownicy, którzy chcieliby nadać konstrukcjom konkretne kolory, mogą swobodnie dopasować wygląd produktu do swoich wymagań.