Ytbehandling av metall för utomhusbruk

Vilken ytbehandling är bäst lämpad för stålprodukter i utomhusmiljö?

Innan vi tar en slutsats, låt oss först ta en titt på korrosionsmekanismen i stål. Stålkorrosion orsakas främst av bildandet av lokala elektrokemiska elektrodpar (även kallade anod-katodpar) på stålytan. De positiva metalljonerna löses upp från anoden till lösningen och producerar negativa elektroner i metallgittret, som migrerar i metallen till katoden. I katoden förbrukas elektronerna i flera katodereaktioner. I sura lösningar produceras vätgas, medan syrereduktion i pH-neutrala lösningar producerar hydroxidjoner. Den elektriskt ledande elektrolyten mellan anoden och katoden stänger kretsen. Anod- och katodställena kan ligga bredvid varandra, vilket resulterar i bildandet av likformig korrosion eller separerade från varandra, vilket resulterar i lokal korrosion. Anodplatsen är stålytans mindre ädla plats eller en plats med högre ytenergi. I de flesta fall är korrosion av stål en elektrokemisk process som kräver samtidig närvaro av fukt och syre. I frånvaro av någondera uppstår inte korrosion. I huvudsak oxideras järnet i stålet för att producera rost, som upptar ungefär 6 gånger volymen av det ursprungliga materialet som förbrukas i processen.
I allmänhet finns det få typiska typer av korrosion som bimetallisk korrosion, gropkorrosion och spaltkorrosion.
Den hastighet med vilken korrosionsprocessen fortskrider beror på ett antal faktorer relaterade till "mikroklimatet" som omedelbart omger strukturen, främst tidpunkten för fuktighet och luftföroreningsnivån. På grund av variationer i atmosfäriska miljöer kan korrosionshastighetsdata inte generaliseras. Miljöer kan emellertid klassificeras brett, och motsvarande uppmätta stålkorrosionshastigheter ger en användbar indikation på sannolika korrosionshastigheter som specificeras av BS EN ISO 12944-2 och BS EN ISO 9223.

Som många vet är en av de mest populära metoderna för korrosionsskyddmålningoch denna tjocka beläggning kommer att förhindra att joner kommer in i stålytan, vilket minskar bildningen av lokala par. Epoxifärger är ett exempel på en typ av färg baserad på ogenomtränglighet. Korrosionsskyddsfärger som används mot atmosfärisk påfrestning använder korrosionsskyddspigment, som fördröjer upplösningen av ståljoner från anodställena. Som korrosionsskyddspigment används till exempel olika fosfater och borater, som tillsammans med vatten som kommer in i beläggningen bildar skyddsskikt vid anodställena. Färgen skyddar stålytan katodiskt när den innehåller tillräcklig mängd zinkdamm. Zinkpartiklarna i beläggningen är i elektriskt ledande kontakt med stålsubstratet och är som elektronegativa metaller offeranoder som hämmar stålkorrosion.
Kort sagt, korrosion av stålytan som ska skyddas kan förhindras eller bromsas genom att applicera olika färger nedan:
√ korrosionsskyddande färg som innehåller korrosionsskyddande pigment, som passiverar anod- och/eller katodreaktionen
√  en beläggning, som genererar tillräckligt motstånd mot en jonström
√  en primer som ger katodiskt skydd

Den främsta fördelen med färg är att den fungerar bättre med mycket tunna stål eller mycket stora stålkonstruktioner som inte kan varmförzinkas. Av den mycket enkla anledningen kommer tunna stål att deformeras under värmen från varmförzinkningsprocessen, och det är ofta målat eller pulverlackerat. Uppenbarligen kommer kombinationen av tunt stål och färg för korrosionsbeständighet att leda till en kortare livslängd; det ger dock en fördel i form av kostnadsreduktion på grund av viktbesparingar. Färg i dess olika former är helt enkelt en beläggning, och den fäster inte mer än på det underliggande stålet som man kan förvänta sig av ämnen som epoxi eller akryl som inte kan binda till stål. Som ett resultat är det mycket lättare att uppnå en enhetlig finish som inte är relaterad till underliggande stål, och denna beläggning kan normalt hålla mellan 5-10 år i utomhustillstånd. Därför innebär målning också ganska höga underhållskostnader.
Finns det några bättre alternativ än att måla? Idag finns det många alternativ på marknaden, ofta beskrivna som "jämförbara med varmförzinkning" eller "bättre än varmförzinkning". I de flesta fall är dessa slutsatser baserade på accelererad korrosionstestning i saltspray, vilket ger resultat som inte är relevanta när det gäller normal utomhusexponering. Galvaniserat stål har använts i hundratals år i många olika applikationer, så det finns verkligen pålitliga resultat som visar att det faktiskt fungerar.Varmförzinkningär en av de mest effektiva metoderna för att skydda mot korrosion. Metoden resulterar i en nästan underhållsfri produkt under hela livslängden. Redan 1741 upptäckte den franske kemisten Melouin att zink kan skydda stål mot korrosion. Det dröjde dock till 1837 innan metoden började användas. Det var ingenjören Sorel som patenterade en metod för att använda ammoniumklorid som flussmedel. Varmförzinkning är den metod som ger dina produkter det högsta skyddet mot korrosion med låg miljöpåverkan, och därför är det en av de mest effektiva metoderna för korrosionsskydd. Zink är en grundmetall jämfört med stål och därför kommer mindre skador i zinkbeläggningen att vara katodiskt skyddade och behöver därför inte repareras.
Zinkförbrukningsdiagrammet nedan visar hur galvaniserat stål kan hålla i olika miljöer.

Varmförzinkning (HDG) är mycket mer än en beläggning. Processen skapar en kemisk reaktion som binder samman zinken och stålet till den punkt där elektroner flyttas från zinken till stålet som en del av skyddsprocessen. Eftersom det finns en kemisk reaktion är det mer utmanande att uppnå samma nivå av kosmetika som färg, men det ger en mycket överlägsen skyddsnivå. HDG är inte ett skikt av beläggning utan faktiskt 4 skikt av beläggning med olika egenskaper och olika kombinationer av zink och stål. Det översta lagret är 100 procent Zn med en 70 DPN sele. Varje lager närmare basstålet har en ökande hårdhetsgrad ända till Gamma Layer som är 75 procent Zn, 25 procent Fe och har en hårdhet på 250 DPN vilket är hårdare än basstålet som har en hårdhet på 159 DPN. En skyddsaspekt av HDG som inte kan replikeras med en enkel beläggning som färg är det katodiska skyddet av zink. Saltvatten fungerar som en elektrolyt mellan zink och stål i en elektrokemisk krets med zink som anod och stål som katod. Som ett resultat är stål skyddat från korrosion tills zinken är helt förbrukad. Detta innebär att även utsatt stål kommer att skyddas från korrosion av zinken runt stålet, och det är därför varmförzinkning alltid anses vara den överlägsna lösningen för korrosionsskydd av stål. Enligt ovanstående diagram kan du se att den tunga stålkonstruktionen med korrekt kisel- och fosfornivå kan överleva nästan 50 år under den mest korrosiva miljön. Förutom varmgalvanisering finns det ytterligare två typer av zinkbeläggningsrelaterade processer somgalvaniseringoch zinksprutning, och alla dessa zinkbeläggningsbehandlingar har sina egna för- och nackdelar. Vänligen jämförelsetabellen nedan.

I flera år har skyddet av stål från korrosion vanligtvis involverat antingen användning av varmförzinkning eller någon typ av färgsystem. Men fler och fler specialister använder en kombination av båda skyddsmetoderna i vad som vanligtvis kallas enduplex beläggning, och det är helt enkelt målnings- eller pulverlackeringsstål som har varmförzinkats efter tillverkningen. När färg och galvaniserat stål används tillsammans är den tillhandahållna korrosionskontrollen överlägsen båda systemen som används ensamma. Den galvaniserade beläggningen skyddar basstålet och ger katodiskt skydd och barriärskydd. Dessutom förhindrar den galvaniserade beläggningen underfilmsutveckling av järnoxid, vars tryck utåt kan få färg att bilda blåsor och flagna. Färg ger i sin tur barriärskydd åt den galvaniserade beläggningen. Färgen bromsar hastigheten med vilken zinken förbrukas, vilket förlänger livslängden avsevärt för det galvaniserade stålet. I gengäld, när färgen har blivit vittrad eller skadad, finns zinken tillgänglig för att ge katodiskt och barriärskydd så att rost inte växer och färgen inte flagar. Med denna synergistiska effekt är det typiskt att ett duplexsystem ger korrosionsskydd 1,5 till 2,5 gånger längre än summan av livslängden för zink och färg som används individuellt. Till exempel, om den galvaniserade beläggningen förväntas hålla i 40 år och färgsystemet förväntas hålla i 10 år, bör galvaniseringen och färgen tillsammans hålla 75 år utan underhåll, eller, konservativt, 1,5 gånger summan av båda systemen.
Därför är duplexbeläggningen, antingen målning eller pulverlackerad galvaniserat stål, en mycket effektiv, lättapplicerad metod för att avsevärt förbättra livslängden för praktiskt taget alla projekt. Naturligtvis är denna beläggning den dyraste antikorrosionslösningen jämfört med alternativ för enkelbeläggning som HDG, pulverlackering eller målning. På grund av sin överlägsna korrosionsskyddsprestanda används den flitigt i följande industrier.
√ Fiskodling
√ Byggnad och konstruktion
√ Fordon
√ Flyg
√ Kemisk
√ Offshore