Покраска оцинкованного металла
Использование оцинкованного железа в различных отраслях экономики с каждым годом возрастает: машиностроение, строительство, энергетика и др. и это закономерно, ведь цинкование, это один из самых эффективных и долговечных методов защиты металла от коррозии. И в данной статье, мы, как производители надёжных антикоррозионных покрытий, не станем с этим спорить и утверждать обратное, а скорее попробуем осветить проблематику покраски оцинкованных поверхностей, по принципу «не вместо, а вместе».
ГОСТ 9.109-2023 определяет симбиоз цинковых и лакокрасочных покрытий как «дуплексное покрытие.
Дуплексное покрытие защитное органическое покрытие, состоящее из протекторного металлического слоя и органического слоя, проявляющее синергию свойств отдельных составляющих. (duplex coating). И действительно, в этой связке материалы только усиливают защитное действие друг друга.
Несмотря на то что цинк обладает низкой химической устойчивостью, он широко применяется преимущественно в слабокоррозионных средах. Использование цинка и его сплавов основано на их способности образовывать защитные пленки при взаимодействии с коррозионной средой. Цинк непригоден для изготовления оборудования работающего в химических средах, но сравнительно хорошо ведет себя в атмосферных условиях и воде. Остановимся более подробно на атмосферной коррозии цинка.
Атмосферная коррозия цинка
Скорость коррозии цинка в атмосфере зависит от ее агрессивности и составляет от 0,1 мкм/год для сельской местности (категория С2 низкая по ISO 12944-2) до 8,4 мкм/год в условиях C5 очень высокая. В особо агрессивных условиях (СX –экстремальная) потеря толщины цинкового покрытия может достигать 25 мкм/год. Отсюда можно сделать вывод, что эксплуатационный срок службы цинковых покрытий -пропорционален их толщине и условиям, в которых эксплуатируется изделие.
В чистой, хотя и влажной атмосфере скорость коррозии цинка незначительна. Образующиеся продукты коррозии цинка, изолируют поверхность от агрессивного воздействия атмосферы, и скорость коррозии определяется процессом гидролиза. Наличие химических веществ может ускорять коррозию цинка, к примеру наличие двуокиси серы значительно усиливает коррозию цинкового покрытия. В целом, по сравнению с низкоуглеродистыми сталями, скорость атмосферной коррозии цинка меньше примерно в 25 раз.
Как работает цинковое покрытие
Цинковое покрытие использует два основных механизма антикоррозионной защиты.
Барьерный тип защиты-путем предотвращения попадания влаги и кислорода к поверхности железа, его эффективность будет зависеть от толщины цинкового слоя и его целостности. Как только целостность нарушена, влага и кислород активизируют коррозионные процессы. Здесь проявляется следующий механизм работы цинкового покрытия, это катодная защита.
Катодная защита - это сложный и надёжный механизм, который продолжает работать, даже если цинковый слой поцарапан или повреждён. Цинк является более электрохимически активным металлом, чем железо (сталь). В гальванической паре цинк—железо, цинк выступает в роли анода и корродирует (окисляется) первым, жертвуя собой. При этом основной металл (железо) становится катодом и остаётся нетронутым.
Пример: Скол краски на оцинкованном кузове вашего автомобиля не ржавеет сразу, потому что сам цинк, находящийся под слоем краски, выступает как жертвенный анод и защищает сталь от коррозии. Когда краска повреждается, цинковое покрытие первым принимает на себя удар и разрушается, пока оно целое. Ржавчина появится позже, когда цинковый слой полностью истощится или будет разрушен, и оголится сталь.
Расходование цинкового слоя происходит непрерывно, нанесение же защитного слоя лакокрасочного покрытия позволяет уменьшить расход цинкового слоя, и значительно увеличить срок службы цинкового покрытия, сохраняя механизм катодной защиты в случае повреждения ЛКП. Работая независимо друг от друга, они тем не менее усиливают синергетический эффект. В результате стальная поверхность получает защиту от коррозии в 1,5-2,5 раза больше, чем ожидаемый срок службы каждой из систем покрытия по отдельности. Вместе с тем, не отменяет проведение технического обслуживания (подкраска, обновление в случае необходимости цвета, локального ремонта повреждений, но базовая часть системы покрытия сохранит свои функциональные свойства.
Кроме защитной функции, покраска оцинковки решает ряд других задач:
- Декоративная (придание нужного цвета, текстуры)
- Маркировочная окраска и выделение (окраска труб, высотных сооружений, мачт)
- Механическая защита цинкового слоя (повышенный абразивный износ)
Приходим к выводу, что покраска оцинковки это нужный, а зачастую необходимый этап ввода ее в эксплуатацию. Далее рассмотрим основные сложности, связанные с ее покраской.
Главная проблема при покраске оцинкованного железа, это недостаточная адгезия лакокрасочного покрытия (ЛКП) к оцинковке. Недостаточная адгезия может проявить себя не сразу, а по прошествии нескольких месяцев иди даже лет. Вздутия, отслоения, шелушения покрытия на оцинкованном изделии, малоприятная и потенциально дорогостоящая картина для заказчика или подрядчика.
Да, защитный слой цинка не даст металлу заржаветь, но и заместить функциональные задачи ЛКП очевидно не сможет.
Этапы подготовки оцинкованной поверхности к окраске
Определение состояния оцинкованной поверхности перед окраской, имеет решающее значение. Оцинкованные поверхности могут быть классифицированы по времени прошедшему с момента цинкования:
1. Недавно оцинкованная (с момента цинкования прошло не более 48 часов). На поверхности практически отсутствуют соединения цинка. Покрытие яркое, блестящее. Покрытие может быть ярким и блестящим, указывая на полностью цинковый внешний слой, или тускло-серым, указывая на интерметаллид цинк-железо, или комбинацией.
Рисунок 1
Независимо от того яркая она или тусклая, ключевым фактором, влияющим на состояние недавно оцинкованной поверхности, является отсутствие соединений цинка на поверхности, что упрощает очистку. Некоторые недавно оцинкованные детали, имеющие тускло-серый цвет, могут иметь шероховатую текстуру поверхности, в то время как яркие и блестящие детали часто гладкие.
2.Частично подверженная атмосферному воздействию
На частично подверженных атмосферным воздействиям оцинкованных поверхностях образуются соединения цинка, могут присутствовать органические загрязнения, такие как грязь, пыль, масло или жир.
Рисунок 2 Гидроксид цинка на поверхности
Если оцинкованные металлоконструкции сложены слишком плотно и подвергаются намоканию либо в помещении повышенная влажность, но поверхности могут появится влажные подтёки, состоящие из гидроксида цинка.
Частично выветрившаяся оцинкованная сталь является наиболее распространенным состоянием оцинкованной поверхности при покраске, а также наиболее сложной в подготовке. Частично выветрившаяся поверхность сохраняется от двух дней до примерно одного года после цинкования, в зависимости от изменения температуры и факторов влажности.
3. Полностью выветрившаяся
Полностью выветрившаяся оцинкованная сталь имеет соединения цинка, покрывающие всю поверхность. Основным компонентом полностью выветрившейся поверхности является карбонат цинка. Карбонат цинка плотно прилипает к поверхности, не растворяется в воде и не смывается с поверхности при попадании воды на деталь. В этом состоянии соединения цинка удалять не следует, так как краска работает лучше, когда соединения остаются на поверхности. Полностью выветрившиеся оцинкованные покрытия - это самое простое состояние поверхности для покраски.
Рисунок 3 Полностью выветрившееся цинковое покрытие
К этому состоянию оцинкованный металл приходит примерно через год воздействия атмосферы, и сохраняется до тех пор, пока не будет израсходовано все цинковое покрытие для защиты нижележащей стали, что займет десятилетия. После того как состояние поверхности определено, устанавливается необходимый список операций по подготовке.
Подготовка поверхности
Очистка поверхности состоит из трех этапов:
1. Удаление дефектов цинкования
Первый этап требует удаления любого избытка цинка, образующегося при извлечении, стали из цинковой ванны. Небольшие неровности и выступы могут вызвать проблемы,
если деталь подлежит покраске. Когда сталь вынимается из ванны, жидкий цинк стекает обратно в ванну горячего цинкования, однако иногда жидкий цинк стекает недостаточно быстро, образуя потёки и капли на поверхности или кромках деталей. Необходимо обратить внимание на удаление плохо держащихся частиц цинка, гартцинка, цинковой изгари.
Все неровности, выступы, потеки и частицы окалины должны быть сглажены, чтобы они не выступали через лакокрасочное покрытие. Дефекты устраняются ручным абразивным инструментом либо электроинструментом с использованием абразивных дисков. Поскольку чистый цинк является мягким металлом, необходимо соблюдать осторожность при удалении излишков цинка, не допуская оголения основы. Если в процессе шлифования удаляется слишком много цинка, шлифовальная машина начнет производить искры, указывающие на то, что она достигла основной стали.
2. Удаление органических загрязнений (водно-щелочная очистка)
После того, как оцинкованная поверхность станет гладкой, на втором этапе необходимо удалить с ее поверхности все органические загрязнения. Органические загрязнения можно удалить с помощью щелочного раствора.
Такая очистка поверхности требуется для всех деталей из оцинкованной стали, за исключением тех, которые были оцинкованы менее 24 часов назад.
Для удаления следов масла, смазки или грязи можно использовать щелочной раствор с рН от 11 до 12, но не более 13. Этот раствор можно наносить погружением в емкость, наполненную раствором, распылением или нейлоновой щеткой. При погружении или распылении раствор лучше всего работает в диапазоне температур от 60 до 85 ºC
Допускается очистка растворителем с использованием чистой ветоши. Ветошь впитывает органические загрязнения, поэтому ее необходимо менять, чтобы избежать повторного загрязнения.
Промывка чистой водой и сушка: После чистки тщательно промойте в горячей воде или воде под давлением. Любые чистящие растворы должны быть удалены, особенно важно удалять кислотные очистители. Время после высыхания до окрашивания детали следует свести к минимуму (не более 12 часов), чтобы избежать дальнейшего образования соединений цинка на поверхности.
Как указывалось ранее, каждое из трех различных состояний поверхности требует различной комбинации этих этапов. На недавно оцинкованной стали должны быть ровно отшлифованы все неровности, выступы и потеки, но можно пропустить второй этап (удаление органических материалов), поскольку на недавно оцинкованных поверхностях мало или вообще не скапливается органика.
3. Придание шероховатости
Этот процесс необходим для всех оцинкованных деталей, за исключением тех, которые подвергались воздействию окружающей среды более одного года.
По завершении очистки, оцинкованной поверхности необходимо придать шероховатость чтобы обеспечить адгезию лакокрасочного материала.
- Придание шероховатости с помощью ручного абразивного инструмента. Вручную либо электроинструментом. Не следует прилагать избыточное воздействие, чтобы избежать повреждения цинкового слоя до основания.
- Легкая абразив струйная обработка поверхности (свипинг) проводится под углом к поверхности от 30 до 60 градусов для удаления только соединений цинка, а не слоя металлического цинка. Абразивный материал и давление необходимо выбирать с осторожностью, чтобы обеспечить зачистку без избыточного удаления цинкового слоя.
После придания шероховатости, поверхности необходимо обеспылить сжатым воздухом. Образование оксида цинка на поверхности происходит очень быстро, поэтому лакокрасочное покрытие следует наносить немедленно. Образование оксида цинка невидно невооруженным глазом; поэтому при любой атмосфере к покраске следует приступать как можно скорее после подготовки поверхности.
Для окрашивания оцинкованной стали частично подвергшейся атмосферному воздействию, которая является наиболее распространенным состоянием поверхности, требуются все три этапа. Полностью выветрившаяся оцинкованная сталь не требует придания шероховатости, требуется только удаление органических загрязнений, промывки и сушки перед покраской. Если невозможно определить состояние, следует предположить, что поверхность частично подверглась атмосферным воздействиям, и необходимо выполнить все этапы очистки.
Покраска: Покраску следует начинать как можно скорее после очистки и профилирования.
Рисунок 4 Алкидная эмаль на оцинкованной поверхности
При выборе системы покрытия целесообразно использовать стандарт ISO 12944-5. Рис.5 Выбирая нужную степень коррозионного воздействия.
Алкидные и масляные краски категорически не рекомендуется использовать для покраски оцинкованного металла. Они несовместимы с цинковым покрытием, что приводит к быстрому отслаиванию и шелушению краски. Рис.4. Правильным выбором будет использование кислотных либо эпоксидных материалов в качестве грунтовки.
Рисунок 5 Лакокрасочные системы для горячеоцинкованной стали
Мы предлагаем покрытия, которые помогают улучшить внешний вид и продлить срок службы вашей продукции, а также способствуют достижению целей по производительности и устойчивому развитию. Наши решения включают не только покрытия, но и знания, инструменты, оборудование, расходные материалы и ведущую в отрасли поддержку.
