Cynkowanie jest jedną z najczęściej stosowanych metod ochrony stali przed korozją. Powłoki cynkowe zapewniają zarówno barierową ochronę fizyczną, jak i ochronę elektrochemiczną, dzięki której stal pozostaje odporna nawet w przypadku lokalnych uszkodzeń powłoki. Skuteczność zabezpieczenia w dużej mierze zależy jednak od właściwości samej powłoki – jej grubości, twardości, przyczepności (adhezji) oraz odporności na korozję.
Grubość powłoki cynkowej
Grubość powłoki to jeden z kluczowych parametrów decydujących o jej trwałości. Im grubsza warstwa cynku, tym dłuższy czas ochrony stali przed korozją.
- Typowe wartości grubości:
- Cynkowanie ogniowe: 50–150 µm (zależnie od rodzaju stali i czasu zanurzenia).
- Cynkowanie galwaniczne (elektrolityczne): 5–25 µm.
- Metalizacja natryskowa: 60–200 µm.
Grubość powłoki wpływa bezpośrednio na jej żywotność w środowisku korozyjnym. Dla przykładu:
- warstwa 85 µm zapewnia ochronę przez około 40 lat w środowisku umiarkowanie korozyjnym (kategoria C3 wg normy ISO 9223),
- w środowisku przemysłowym lub morskim (C5) – około 10–15 lat.
W praktyce oznacza to, że odpowiednio dobrana grubość powłoki może całkowicie wyeliminować konieczność konserwacji przez dekady.
Twardość powłoki cynkowej
Twardość powłoki zależy od metody cynkowania oraz mikrostruktury powstałych faz cynkowo-żelazowych.
- Cynkowanie ogniowe wytwarza powłokę złożoną z kilku warstw o różnym składzie fazowym (Γ, δ, ζ, η), z których najtwardsze są fazy pośrednie (δ i ζ).
- Średnia twardość warstw cynkowych:
- faza η (czysty cynk): ok. 50–70 HV,
- faza δ: ok. 250 HV,
- faza ζ: ok. 180–200 HV.
Wysoka twardość wewnętrznych warstw zapewnia dobrą odporność na ścieranie i uderzenia mechaniczne, jednak zbyt grube warstwy twardych faz mogą powodować kruchość powłoki. Dlatego w praktyce dąży się do uzyskania równowagi między odpornością mechaniczną a elastycznością.
Odporność na korozję
Odporność korozyjna jest podstawową funkcją powłok cynkowych. Wynika ona z dwóch mechanizmów ochronnych:
- Ochrona barierowa – powłoka cynkowa oddziela stal od środowiska zewnętrznego, zapobiegając kontaktowi z wilgocią i tlenem.
- Ochrona katodowa (galwaniczna) – w przypadku uszkodzenia powłoki cynk działa jako anoda ofiarna, ulegając korozji zamiast stali.
Odporność powłoki zależy od:
- grubości warstwy,
- jakości powierzchni stali (chropowatość, czystość),
- rodzaju środowiska (suchość, wilgotność, zasolenie, zanieczyszczenia przemysłowe).
W warunkach atmosferycznych na powierzchni powłoki cynkowej tworzy się warstwa pasywna (patyna), złożona głównie z węglanu cynku (ZnCO₃), która dodatkowo zwiększa odporność chemiczną materiału.
Adhezja (przyczepność) powłoki cynkowej
Adhezja określa siłę, z jaką powłoka trzyma się podłoża stalowego. Jest to kluczowy parametr, szczególnie w przypadku powłok przeznaczonych do dalszego malowania lub narażonych na uderzenia i drgania.
- Cynkowanie ogniowe zapewnia bardzo dobrą przyczepność dzięki metalurgicznemu połączeniu między stalą a cynkiem – warstwy stopowe tworzą się w wyniku dyfuzji atomów żelaza i cynku.
- Cynkowanie galwaniczne daje cieńsze, ale równomierne powłoki o dobrej adhezji, choć mniej odporne na uderzenia mechaniczne.
- Metalizacja natryskowa wymaga odpowiedniego przygotowania powierzchni (piaskowanie), aby uzyskać wysoką przyczepność.
Adhezję ocenia się m.in. metodami:
- test siatki nacięć (wg PN-EN ISO 2409),
- próby zginania i udarności,
- obserwacji mikroskopowych przekrojów.
Wpływ właściwości powłoki na trwałość i efektywność ochrony
Każda z opisanych cech ma bezpośredni wpływ na trwałość całego zabezpieczenia:
| Właściwość | Wpływ na trwałość i ochronę |
|---|---|
| Grubość | Im większa, tym dłuższy czas ochrony – kluczowy parametr żywotności. |
| Twardość | Zwiększa odporność na ścieranie, ale nadmierna twardość może powodować kruchość. |
| Odporność korozyjna | Determinuje skuteczność ochrony w danym środowisku – zależy od mikrostruktury i warstwy pasywnej. |
| Adhezja | Zapewnia trwałość powłoki w warunkach drgań i obciążeń mechanicznych. Brak dobrej adhezji może prowadzić do łuszczenia i korozji podpowłokowej. |
W praktyce optymalna powłoka cynkowa powinna łączyć wysoką odporność korozyjną, dobrą przyczepność i umiarkowaną twardość, zapewniając trwałość konstrukcji stalowych przez kilkadziesiąt lat nawet w wymagających środowiskach.
