Холодное цинкование металла: технология,
составы и полное руководство

30 июля 2020 г. система менеджмента качества ООО «Элкон» применительно к проектированию, разработке, производству и реализации термостойких кремнийорганических эмалей, лаков, органосиликатных композиций, цинконаполненных грунт-эмалей, силиконовых пропиток, огнезащитных составов, полного спектра средств защиты деревянных, металлических и минеральных поверхностей повторно сертифицирована на соответствие требованиям ISO 9001:2015.

Что такое холодное цинкование и как оно работает

Холодное цинкование — это метод антикоррозионной защиты, основанный на нанесении на подготовленную стальную поверхность цинконаполненного лакокрасочного состава с последующим формированием покрытия, обеспечивающего катодную (гальваническую) защиту. В отличие от обычных лакокрасочных покрытий, обладающих только барьерной защитой, его защитное действие имеет также электрохимическую природу.

Ключевым условием эффективности является не массовая доля цинка (часто ошибочно считающаяся обязательной в количестве >85%), а способность покрытия формировать непрерывную электро-проводящую матрицу. Именно эта проводимость обеспечивает работу гальванической пары «цинк — железо».

Принцип катодной (протекторной) защиты металла

Защитное действие основано на создании гальванического элемента на границе раздела «сталь — цинкосодержащее покрытие — электролит».

При наличии электропроводящей матрицы и электролита (влага с растворёнными ионами) цинк, обладающий более отрицательным стандартным электродным потенциалом (E⁰_Zn2+/Zn = −0,76 В) по сравнению с железом (E⁰_Fe2+/Fe = −0,44 В), выступает в роли анода коррозионной пары.

Механизм электрохимической защиты

1. Анодная реакция (растворение защитного металла): Zn −> Zn²⁺ + 2e^-

2. Катодные реакции на поверхности стали:

• Кислородная деполяризация: O²+2H₂O + 4e^- −> 4OH-

• Водородная деполяризация: 2H⁺ +2e^- −> H2

Таким образом, сталь (катод) поляризуется и переходит в пассивное состояние, а коррозионному разрушению подвергается цинковое покрытие (анод). Процесс продолжается до исчерпания электропроводной матрицы цинка или потери контакта с подложкой.

Сравнение нанесения цинконаполненного ЛКМ и горячего цинкования

Цинконаполненные ЛКМ формируют барьерный слой 20–160 мкм, обеспечивая катодную защиту за счёт гальванического действия цинка. Позволяет обеспечить нанесение без нагрева распылением или окунанием. Подходит для ремонта, сложных конструкций и полевых условий. Такой подход создает покрытия, которые дают стойкость 10–35 лет при средней коррозии (C3—C4). Горячее цинкование создаёт диффузионный сплавной слой 40–200 мкм при 440—460°C. Максимальная долговечность 25–50 лет (до C5), но требует тщательной подготовки подложки, при этом может вызывать деформацию тонких профилей и имеет ограничение заводскими условиями.

Таблица сравнения методов цинкования

Преимущества и недостатки метода

Преимущества и недостатки метода определяются технико-экономическим заданием. Горячее цинкование обеспечивает прогнозируемую долговечность за счёт металлургического соединения с основой. Холодное цинкование оптимально там, где горячий метод технологически или экономически нецелесообразен, обеспечивая гибкость и ремонтопригодность.

Преимущества холодного цинкования

• Универсальность нанесения на конструкции любых размеров и геометрии на объекте.

• Высокая ремонтопригодность с локальным восстановлением.

• Отсутствие термических деформаций металла.

• Совместимость с системами «грунтовка + эмаль» (ISO 12944).

• Температурный диапазон окраски от −15 до +40°C.

Недостатки

• Критическая зависимость от качества очистки (Sa 2½ по ISO 8501-1)

• Зависимость от квалификации исполнителя.

• Ниже абразивная и ударная стойкость.

• Прогнозируемый срок службы меньше, чем у горячего цинкования.

Технология нанесения цинконаполненных составов

Технология нанесения определяется нормативными документами производителя и варьируется в зависимости от связующего, степени наполненности, вязкости и квалификации исполнителей. Тем не менее, для всех составов существуют обязательные ключевые этапы.

Преимущества и недостатки метода

Преимущества и недостатки метода определяются технико-экономическим заданием. Горячее цинкование обеспечивает прогнозируемую долговечность за счёт металлургического соединения с основой. Холодное цинкование оптимально там, где горячий метод технологически или экономически нецелесообразен, обеспечивая гибкость и ремонтопригодность.

Подготовка поверхности

Абразивоструйная очистка до Sa 2½ по ГОСТ Р ISO 8501-1 (удаление окалины, ржавчины, старых покрытий), профиль Rz 30–80 мкм по ГОСТ Р ISO 8503-5. Контроль: визуальный, засоленность ≤ 3 мкг/см² по ГОСТ Р 52741, обезжиривание по ГОСТ 9.402.

Качество подготовки поверхности во много определяет срок службы покрытия, так как электрохимическая природа защитного эффекта цинка требует прямого контакта цинк-сталь.

Приготовление состава

Разбавление по ТУ производителя, перемешивание до гомогенности (≤ 500 об/мин, вязкость по ГОСТ 8420). Обязательна выдержка индукционного периода по ТУ.

Доведение до рабочей вязкости допустимо только рекомендуемыми разбавителями, в том числе потому, что большинство составов имеют несколько связующих и общая целостность композиции может быть нарушена при использовании неподходящего разбавителя.

Нанесение покрытия

Безвоздушное распыление (150–250 бар) по ГОСТ 9.402, пневматическое распыление, кисть, валик. Температура подложки должна быть не ниже температуры точки росы плюс 3°C., влажность ≤ 85% по ГОСТ 9.401. Контроль мокрой пленки по ГОСТ Р 51693.

В каждом случае метод подбирается индивидуально и назвать наиболее подходящий без контекста невозможно, тем не менее учет внешних факторов перед нанесением ЛКМ обязателен, чтобы избежать конденсата и плохого отверждения. Так, если температура подложки будет ниже точки росы, то на металле осядет влага из воздуха, что приведет к снижению адгезии, а в некоторых случаях к полному отслоению покрытия.

Контроль качества покрытия

Качество покрытия определяется в рамках нормативных документов на используемый материал. Чаще всего, контролируемыми показателями являются:

• адгезия по методу надрезов,

• прочность покрытия при ударе,

• стойкость к агрессивным средам,

но помимо них стоит также обратить внимание на следующие параметры, которые во многом предопределяют реальный срок службы: Толщина сухой пленки (магнитный или вихретоковый метод по ГОСТ Р 51693, ≥ 90% нормы), сплошность (поровый детектор по ГОСТ Р 55675-2013 или искровой), удельное сопротивление ρ сухой плёнки (обычно <10 Ом·см).

Как выбрать состав для холодного цинкования

Преимущество цинковых лакокрасочных материалов перед классическими грунтовками в дополнительном механизме защиты поверхности (электрохимическая защита), поэтому выбор состава должен определяться подтверждением того, что покрытие будет обладать протекторными свойствами, а также параметрами расхода.

Тут стоит обратить внимание на, то, что расход обычно указывается в г/м², а значит составы с меньшей плотностью будут обладать экономическим преимуществом. Это идет в разрез с устаревшими представлениями, что протекторная защита в цинконаполненных грунтовках работает только от 85% массового содержания цинка покрытии, но это предубеждение связано с тем, что до недавнего времени в таких грунтовках использовался цинковый порошок только сферической формы.

Сфера имеет минимальную удельную поверхность среди всех форм — S/V = 3/r, тогда как пластинчатые частицы будут иметь тем большую удельную площадь поверхности, чем сильнее их форма отличается от сферической, что обеспечивает перколяцию (электрическую проводимость композита) при меньшей концентрации цинка.

Итого лучше выбрать материал, содержащий не менее 50% и не более 80% цинка и форма цинка должна быть пластинчатой.

В составах с содержанием цинка более 95%, как правило, недостаточно связующего, чтобы обеспечить надежную армирующую сетку для наполнения.

Сферы применения цинкования ЛКМ и горячего цинкования

Цинконаполненные ЛКМ: ремонтные работы, полевые условия, сложная геометрия конструкций (мосты, трубопроводы), локальная защита сварных швов, восстановление повреждённого цинкового покрытия. Идеально для эксплуатации без демонтажа.

Горячее цинкование: новые металлические конструкции (опоры ЛЭП, мачты, ограждения, арматура), изделия простой формы, требующие максимальной стойкости в агрессивных средах (морской климат, промышленные зоны). Стандарт для долговечных заводских изделий.

Ремонт поврежденных цинковых покрытий

Цинконаполненные ЛКМ подходят для локального ремонта горячеоцинкованных конструкций при повреждениях от сварки (термическое разогревание), транспортировки или монтажа. В отличие от обычных грунтовок и финишных покрытий, цинконаполненные составы восстанавливают катодный (протекторный) эффект оригинального цинкового слоя.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Можно ли наносить холодный цинк на ржавчину?

— Нет. Для эффективной катодной защиты требуется прямой контакт цинка с чистой стальной поверхностью.

Какой срок службы у покрытия холодным цинкованием?

— От 10 до 25 лет и более, в зависимости от толщины слоя, агрессивности среды и качества подготовки поверхности.

Нужно ли перекрывать цинконаполненный грунт финишной эмалью?

— Для повышения срока службы и придания декоративных свойств рекомендуется использовать совместимые финишные покрытия. В неагрессивных средах может использоваться как самостоятельное покрытие.

Нормативные документы по холодному цинкованию

На основе предоставленного руководства по технологии холодного цинкования металла, ниже приведен полный список упомянутых нормативных документов, включая ключевые ГОСТы и стандарты для подготовки поверхности, нанесения, контроля и связанных процессов. Список дополнен ТУ на Elcon Zintech как технические условия на цинконаполненный состав для холодного цинкования от ООО «Элкон Ритейл».

ГОСТы и стандарты

• ГОСТ 9.307

• ГОСТ Р ИСО 8501-1-2019

• ГОСТ Р ИСО 8503-5-2018

• ГОСТ Р 52741-2007

• ГОСТ 9.402-2004

• ГОСТ 8420-2002

• ГОСТ 9.401-2018

• ГОСТ Р 51693-2000

• ГОСТ Р 55675-2013

• ТУ 2312-018-49222195-2017