Galwanizacja - Galvanization

Ocynkowana powierzchnia z widocznym blaskiem

Galwanizacja lub cynkowanie ( także cynkowanie orkiszowe lub cynkowanie ) to proces nakładania ochronnej powłoki cynkowej na stal lub żelazo , aby zapobiec rdzewieniu . Najpopularniejszą metodą jest cynkowanie ogniowe , w którym części zanurzane są w kąpieli roztopionego gorącego cynku.

Działanie ochronne

Cynkowanie chroni leżące pod spodem żelazo lub stal na następujące główne sposoby:

  • Powłoka cynkowa, gdy jest nienaruszona, zapobiega przedostawaniu się substancji korozyjnych do znajdującej się pod spodem stali lub żelaza.
  • Cynk działa jak metal protektorowy, chroniący leżące pod nim żelazo/stal, a zatem działa jak anoda protektorowa. W przypadku odsłonięcia znajdującego się pod spodem metalu ochrona może być kontynuowana, o ile cynk znajduje się wystarczająco blisko, aby mógł być połączony elektrycznie. Po zużyciu całego cynku w bezpośrednim otoczeniu może wystąpić miejscowa korozja metalu nieszlachetnego.

Historia i etymologia

Gwoździe ocynkowane

Najwcześniejszy znany przykład galwanizowanego żelaza został napotkany przez Europejczyków na XVII-wiecznej indyjskiej zbroi w kolekcji Royal Armouries Museum.

Etymologia galwanizacji pochodzi z języka francuskiego od nazwiska włoskiego naukowca Luigiego Galvani . Jednak jest to niejasna formacja wsteczna ; Galvani nie był zaangażowany w powłokę cynkową .

Najwcześniejsze użycie tego terminu miało miejsce w XVIII-wiecznych badaniach naukowych i praktyce medycznej Galvaniego i oznaczało stymulację mięśnia przez zastosowanie prądu elektrycznego. Chociaż Galvani był pierwszym, który to zbadał , to Alessandro Volta rozwinął lepsze zrozumienie jego przyczyny i skutku. Wyjaśnienie Galvaniego „elektryczności zwierzęcej” jako przyczyny zostało zastąpione wynalezieniem przez Voltę baterii elektrycznej i jej użyciem do stymulacji tkanek zwierzęcych. Pomimo zastąpienia jego wyników eksperymentalnych, to imię Galvaniego, a nie Volty, stało się związane z tą dziedziną.

Termin „zasilany” nadal jest używany metaforycznie w odniesieniu do każdego bodźca, który skutkuje aktywnością osoby lub grupy ludzi, na przykład „wzbudzić do działania”, co oznacza stymulowanie zadowolonej osoby lub grupy do podjęcia działania.

We współczesnym użyciu termin „cynkowanie” jest w dużej mierze kojarzony z powłokami cynkowymi, z wyłączeniem innych metali. Farba galwaniczna, prekursor cynkowania ogniowego , została opatentowana przez Stanislasa Sorela z Paryża 10 czerwca 1837 roku jako przejęcie terminu z bardzo modnej dziedziny współczesnej nauki, mimo że nie ma z nią wyraźnego związku.

Metody

Cynkowanie ogniowe nakłada grubą, mocną warstwę stopów cynkowo-żelazowych na powierzchni elementu stalowego. W przypadku karoserii samochodowych , gdzie będą nakładane dodatkowe dekoracyjne powłoki lakiernicze, cieńszą formę cynkowania nakłada się przez cynkowanie elektrolityczne . Proces zanurzania na gorąco zasadniczo nie zmniejsza wytrzymałości w wymiernej skali, z wyjątkiem stali o wysokiej wytrzymałości (>1100 MPa), gdzie kruchość wodorowa może stanowić problem. Ten niedobór jest czynnikiem wpływającym na produkcję lin stalowych i innych produktów poddawanych wysokim obciążeniom .

Ochrona zapewniana przez cynkowanie ogniowe jest niewystarczająca dla produktów, które będą stale narażone na działanie materiałów korozyjnych, takich jak kwasy , w tym kwaśne deszcze w zastosowaniach zewnętrznych. Do tych zastosowań preferowana jest droższa stal nierdzewna . Niektóre dzisiejsze gwoździe są ocynkowane. Niemniej jednak galwanizacja jest stosowana samodzielnie w wielu zastosowaniach zewnętrznych, ponieważ jest tańsza niż cynkowanie ogniowe i dobrze wygląda, gdy jest nowa. Innym powodem, dla którego nie należy stosować powłoki cynkowej na gorąco, jest to, że w przypadku śrub i nakrętek o rozmiarze M10 (US 3/8") lub mniejszym, gruba powłoka ogniowa wypełnia zbyt wiele gwintów, co zmniejsza wytrzymałość (ponieważ wymiar stali przed nałożeniem powłoki należy zredukować, aby łączniki pasowały do ​​siebie).Oznacza to, że w przypadku samochodów , rowerów i wielu innych lekkich produktów mechanicznych praktyczną alternatywą dla śrub i nakrętek galwanicznych nie jest cynkowanie elementy złączne ze stali nierdzewnej lub tytanu .

Wielkość krystalitów (ziaren) w powłokach ocynkowanych jest widoczną i estetyczną cechą, zwaną „blask”. Zmieniając liczbę cząstek dodawanych w celu niejednorodnego zarodkowania i szybkość chłodzenia w procesie zanurzania na gorąco, błysk można regulować od pozornie jednolitej powierzchni (krystality zbyt małe, aby można je było zobaczyć gołym okiem) do ziaren o szerokości kilku centymetrów. Widoczne krystality są rzadkością w innych materiałach inżynierskich, mimo że zwykle są obecne.

Cynkowanie termodyfuzyjne lub Sherardizing zapewnia powłokę cynkowo-dyfuzyjną na materiałach na bazie żelaza lub miedzi. Części i proszek cynkowy są bębnowane w zamkniętym obrotowym bębnie. Około 300°C (572°F), cynk dyfunduje do podłoża, tworząc stop cynku. Wstępne przygotowanie powierzchni towaru można przeprowadzić metodą śrutowania . Proces ten jest również znany jako „cynkowanie na sucho”, ponieważ nie ma w nim żadnych płynów; pozwala to uniknąć ewentualnych problemów spowodowanych kruchością wodorową. Matowo-szara struktura krystaliczna powłoki dyfuzyjnej cynku ma dobrą przyczepność do farb, powłok proszkowych lub gumy. Jest to preferowana metoda powlekania małych metali o skomplikowanych kształtach oraz wygładzania szorstkich powierzchni elementów formowanych ze spieków metalowych.

Ewentualna korozja

Zardzewiały dach ze stali falistej

Chociaż cynkowanie powstrzymuje atak stali leżącej pod spodem, rdzewienie będzie nieuniknione po kilkudziesięciu latach ekspozycji na warunki atmosferyczne, zwłaszcza w przypadku narażenia na warunki kwasowe. Na przykład pokrycie dachowe z blachy falistej zacznie ulegać degradacji w ciągu kilku lat pomimo ochronnego działania powłoki cynkowej. Morskich i środowiska słony także zmniejszać żywotność blachy ocynkowanej, gdyż wysokie przewodnictwo elektryczne w wodzie morskiej zwiększa szybkość korozji , głównie poprzez przekształcenie stałego cynku rozpuszczalnego chlorku cynku, który po prostu zmywa. Przykładem tego są galwanizowane ramy samochodowe ; Korodują znacznie szybciej w niskich temperaturach z powodu soli drogowej , chociaż będą trwać dłużej niż niezabezpieczona stal.

Stal ocynkowana może przetrwać wiele dziesięcioleci, jeśli utrzymane zostaną inne środki uzupełniające, takie jak powłoki malarskie i dodatkowe anody protektorowe . Szybkość korozji w środowiskach niezasolonych jest spowodowana głównie zawartością dwutlenku siarki w powietrzu.

Stal konstrukcyjna ocynkowana

Jest to najczęstsze zastosowanie w przypadku metalu ocynkowanego, a setki tysięcy ton wyrobów stalowych jest rocznie ocynkowanych na całym świecie. W krajach rozwiniętych większość większych miast posiada kilka cynkowni, a wiele elementów produkcji stali jest cynkowanych dla ochrony. Zazwyczaj są to: meble miejskie, konstrukcje budowlane, balkony, werandy, klatki schodowe, drabiny, chodniki i inne. Stal ocynkowana ogniowo jest również wykorzystywana do produkcji ram stalowych jako podstawowego materiału konstrukcyjnego budynków o konstrukcji stalowej.

Rury ocynkowane

Na początku XX wieku rury ocynkowane zastąpiły używane wcześniej żeliwo i ołów w instalacjach wodno - kanalizacyjnych . Zazwyczaj ocynkowane rury rdzewieją od środka na zewnątrz, tworząc warstwy płytki nazębnej po wewnętrznej stronie rur, powodując zarówno problemy z ciśnieniem wody, jak i ostatecznie awarię rury. Te płytki mogą się łuszczyć, co prowadzi do widocznych zanieczyszczeń w wodzie i lekkiego metalicznego posmaku. Oczekiwana żywotność rur ocynkowanych wynosi około 40-50 lat, ale może się różnić w zależności od tego, jak dobrze zbudowano i zainstalowano rury. Trwałość rury zależy również od grubości cynku w oryginalnym ocynkowaniu, która waha się w skali od G01 do G360, oraz od tego, czy rura była ocynkowana zarówno od wewnątrz, jak i na zewnątrz, czy tylko na zewnątrz.

Od czasów II wojny światowej rury miedziane i plastikowe zastąpiły rury ocynkowane do wewnętrznych instalacji wody pitnej, ale rury ze stali ocynkowanej są nadal używane w zastosowaniach zewnętrznych, wymagających najwyższej wytrzymałości mechanicznej stali. Zastosowanie rur ocynkowanych nadaje nieco prawdy miejskiemu mitowi, że czystość wody w kranach zewnętrznych jest niższa, ale rzeczywiste zanieczyszczenia (żelazo, cynk, wapń) są nieszkodliwe.

Obecność rur ocynkowanych obniża oszacowaną wartość zasobów mieszkaniowych, ponieważ rury mogą ulec uszkodzeniu, zwiększając ryzyko zalania. Rurociągi ocynkowane będą ostatecznie musiały zostać wymienione, jeśli zasoby mieszkaniowe mają przetrwać od 50 do 70 lat, a niektóre jurysdykcje wymagają wymiany rur ocynkowanych przed sprzedażą. Jedną z opcji przedłużenia żywotności istniejących rur ocynkowanych jest wyłożenie ich żywicą epoksydową .

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki