Влияние на затраты
Чтобы лучше понять, о чем будет говориться в этой главе и далее,
следует напомнить некоторые характеристики деталей для цинкования,
которые заметно влияют на толщину образующегося защитного слоя во время
процесса и, соответственно, ведут за собой повышение стоимости
обработки. Они касаются поверхности, химического состава и толщины
стали.
Как и вес, поверхность стали меняется пропорционально ее толщине;
действительно, у листа имеется поверхность, гораздо больше
подвергающаяся риску коррозии по сравнению с профилем.
Состав поверхности стали также определяет различия в количестве цинка,
который войдет в состав защитного покрытия, так что оно может оказаться
гораздо толще, чем предусмотрено в современных нормативах.
1. Присутствие в стали таких элементов, как углерод, кремний
и фосфор, сера, алюминий, хром, медь, молибден, никель и титан
порождает различия в количестве цинка, который входит в реакцию
со сталью для образования покрытия. Они также определяют некоторые
различия в эстетическом внешнем виде оцинкованного продукта.
2. Толщина цинкового покрытия, которое образуется во время реакции, пропорциональна толщине стали.
Сравнительная экономия разных форм защиты.
Защитные слои органического характера или подобного рода, полученные
путем окрашивания, могут иногда иметь более низкую исходную стоимость,
но требуют постоянного внимания и непрерывного обслуживания,
и в результате окажутся чрезвычайно дорогостоящими.
Начальные расходы
Часто стоимость защиты с помощью горячего цинкования с самого начала
перевешивает в сравнении с формами органической защиты; но в течение
средне- и долгосрочного периода этот тип защиты становится наиболее
выгодной формой во всех отношениях.
Горячее цинкование обычно дешевле системы покрытия тремя слоями краски;
но если проектировщик проконсультируется с самого начала
с производителем цинкования относительно реакции компонентов стали,
часто в дальнейшем можно сократить расходы и улучшить конечный продукт.
При защите от коррозии часто совершается ошибка, когда учитывается
только начальная стоимость при игнорировании бесчисленных преимуществ,
которые предоставляют различные системы металлической зашиты.
Действительно, помимо начальной цены, следует учитывать другие многочисленные факторы:
— Совокупная стоимость, относящаяся ко всему периоду существования изделия
— Легкость нанесения
— Время выполнения
— Легкость контроля
— Легкость исправления
— Прочность
— Надежность: защита тремя путями.
В этой главе мы дадим комплексную оценку этих составляющих общей
стоимости срока существования стального изделия; позже мы остановимся
на каждом из них; разумеется, будут рассмотрены переменные величины,
существующие в разных странах, касающиеся цен на сырье, труд,
внутренние ресурсы и обмен. Этот анализ будет способствовать изменению
ошибочного представления о том, что цинкование дороже других защитных
средств.
Прежде всего рассмотрим начальные расходы, сравнив их с расходами на другие типы покрытия.
Последовательно рассмотрим другие факторы, которые прямо или косвенно
влияют на стоимость цинкования стали и, в частности, расходы
на обслуживание в период, предшествующий первому вмешательству
по ремонту.
Стоимость горячего цинкования ниже по сравнению с покрытиями из трех слоев краски при многих применениях.
Причина этого проста; альтернативные системы — особенно окраска —
требуют использования большего количества рабочих рук по сравнению
с цинкованием и обычно более долгих сроков выполнения.
Стоимость цинкования увеличивается с увеличением толщины стали из-за
увеличения времени и необходимых расходов для нагрева материала большой
толщины до температуры цинкования, то есть 450-460°С. При нанесении
цинкового покрытия распылением толщина стали, напротив, имеет мало
значения.
Надо учитывать также, что присутствие некоторых элементов в сплаве стали определяет увеличения толщины. Некоторые примеры:
Углерод: защитный слой цинка аналогичен как для стали, так и для
железа. Единственное различие состоит в разрывности Гамма-фазы (область
сплава ближе к основе), что считается благоприятным для адгезии.
Присутствие углерода в виде графита не сильно влияет на степень роста
слоев сплава. Напротив, очень важна форма, в которой присутствует
углерод в виде твердого раствора, например, перлит, сорбит, мартенсит
и т. д.
Кремний: появление систем производства стали „непрерывной разливкой“
возвратило актуальность проблемам цинкования сталей, раскисленных
кремнием, со следующими осложнениями:
— ускорение реакции приводит к большим толщинам покрытия, увеличению
шлаков во время обработки, и естественно, употреблению большего
количества цинка;
— большая толщина покрытия часто делает его более хрупким, а поверхность может выглядеть темной;
— эстетически внешний вид может выглядеть неоднородно, с более темными участками на фоне блестящих;
— на покрытии можно видеть преждевременные коричневые пятна, хотя само покрытие остается полностью эффективным.
— Фосфор: Фосфор часто добавляют в сталь для улучшения ее механических характеристик.
В металлургическом процессе, характерном для процесса горячего
цинкования, прежде всего совместно с кремнием, фосфор может вызвать
увеличение скорости реакции с последующим созданием анормальных
покрытий. В некоторых случаях концентрация фосфора может улучшить
сцепление покрытия.
Совокупная стоимость на весь период существования изделия
Совокупная стоимость горячего цинкования на весь период
существования изделия оказывается еще более благоприятной при сравнении
со стоимостью покраски, поскольку для изделий с горячей оцинковкой
первое обслуживание становится необходимым только через большой период
времени.
Обычно на открытом воздухе горячая оцинковка изменяется медленно: как
правило, менее 10 мкм в год, даже в городской атмосфере индустриального
типа, в присутствии серного ангидрида или в прибрежной атмосфере
в присутствии хлоридов.
Сдвоенная система
Конечная стоимость уменьшается впоследствии для сдвоенной системы
(Duplex). Она состоит в окраске после горячего цинкования и может иметь
две цели:
1. Эстетическую, маскировочную или сигнальную;
2. Увеличение срока существования защиты, особенно при наличии
специфически агрессивных сред, когда предполагается, что возможное
вмешательство по обслуживанию в будущем может быть затруднено, или
когда слой цинка очень тонкий, как в случае с листом.
3. Защита от гальванической коррозии, если сталь горячей оцинковки
должна находиться в контакте с другим металлом с большим электрическим
потенциалом, как, например, медь.
Сдвоенная обработка позволяет увеличить срок защиты от 150 до 225%
относительно суммы сроков обоих типов защиты, взятых отдельно: только
цинкования или только окраски.
Действие обеих форм защиты совместное: цинк, находящийся под краской,
не дает образовываться ржавчине в точках проникновения через краску,
вызванных влажностью, химическими агентами или механическим
воздействием, в то время как окраска защищает цинковое покрытие
от атмосферных воздействий, гарантируя ему сохранность.
Это значит, что защита с помощью сдвоенной системы может оставаться
активной в течение всего срока существования самой конструкции.
Окраска стали, оцинкованной горячим способом
Многочисленные анализы показали, что система DUPLEX, сдвоенная
система защиты, является наиболее эффективным способом защиты стали
и придания яркости первому слою покраски.
Хотя горячее цинкование и дает обычно полную и удовлетворительную
защиту от коррозии, в агрессивных средах иногда требуется
дополнительная защита.
Голландские эксперименты показали, что длительность существования системы может быть рассчитана по следующей формуле:
LT = K(LZn+Lf), где
LT = срок службы сдвоенной системы в годах.
К = зависит от окружающих факторов, меняясь между 1,5 и 2,3, самая меньшая цифра применяется к среде морской воды.
LZn = оценочная служба слоя цинка в годах (в рассматриваемой среде)
Lf = оценочная служба слоя краски в годах (в реальной среде), если она нанесена на сталь.
Окрашивание оцинкованных горячим способом поверхностей иногда
требует большего старания, чем окрашивание любых других поверхностей.
На практике, чтобы получить хорошее и долговечное сцепление с краской,
поверхность, оцинкованная горячим способом, должна быть аккуратно
очищена; кроме того, следует использовать подходящий тип краски.
Небольшие количества грязи на оцинкованной горячим способом поверхности
или неправильно выбранный тип краски могут вызвать вздутия в слое
краски с последующим отслаиванием.
В прошлом часто рекомендовали, чтобы поверхность, оцинкованная горячим способом, по крайней мере 1-2
года до окраски оставалась открытой внешним воздействиям. Такая
рекомендация оставалась правильной до 1950 года. В то время атмосфера
была относительно чистая, и это значит, что коррозийные частички,
возникавшие на поверхности цинка, практически полностью образовывались
из карбонатов цинка.
Таким образом, после периода пребывания в открытом состоянии, краска
наносилась не на поверхность цинка, а на инертный слой карбонатов,
и результат в основном был положительный даже с теми красками, которые
сегодня мы могли бы признать неподходящими.
Сегодня такой метод сомнителен, поскольку атмосфера сильно загрязнена
оксидами серы и продукты коррозии цинка часто содержат соли цинка,
растворимые в воде. В таких случаях становится возможным образование
пузырей или отслоек независимо от используемой системы окраски.
Блестящие поверхности свежей оцинковки
Поверхность, оцинкованная горячим способом, со своим блестящим
видом, часто считается достаточно чистой для последующего окрашивания.
Во многих случаях, однако, это не соответствует действительности
и получаются неудовлетворительные результаты.
Когда требуется окраска материалов, оцинкованных горячим способом, наилучшие результаты достигаются, если:
— предмет охлаждается на воздухе во избежание загрязнений, попадающих из воды, используемой для охлаждения;
— предмет хранится так, чтобы не загрязняться пылью;
— перевозка и складирование внимательно контролируются, предмет содержится в сухости и чистоте, чтобы избежать пятен сырости.
Только что оцинкованная горячим способом поверхность редко когда бывает
в действительности такой чистой, какой она может казаться из-за своего
блеска. Тонкие пленки масла из-за контакта с рукавицами, обувью
и приспособлениями для перемещения могут действительно усилить
впечатление блестящей и чистой поверхности. В действительности же
загрязнение имеет место в тонких слоях, прозрачных и трудно обнаружимых
невооруженным глазом.
Оцинкованный лист часто хромируется или покрывается маслом для защиты
от пятен сырости во время складирования. Хромированный слой
в определенной мере растворим в воде, а окраска по масляной пленке
редко достигает желаемого результата; поэтому эти слои должны быть
убраны перед покраской.
Матовые поверхности
Когда цинковой покрытие открыто, его поверхность корродирует
и покрывается продуктами коррозии. Основной карбонат цинка,
образующийся при контакте с воздухом, может быть поглощен краской
и по этой причине дается совет окрашивать оцинкованные материалы спустя
год после пребывания в открытом виде.
Но в наше время гораздо сложнее определить состав продуктов коррозии.
Гигроскопичные или растворимые в воде соли, содержащиеся в них,
образуют слои, неподходящие для окрашивания; следовательно, необходимо
очищать поверхности перед окрашиванием.
Напротив, слои краски всегда более или менее влагопроницаемы. Если
водорастворимые продукты не удалены c оцинкованной поверхности, могут
образоваться большие пузыри с внутренней стороны слоя краски, которые,
при распространении коррозии между краской, цинком и продуктами
коррозии, вызывают прогрессирующее отслоение слоя краски.
Очистка и подготовка поверхности
Весь опыт показывает, что пескоструйная обработка является лучшей
подготовкой для получения сцепления между краской и цинком.
Ее умеренное механическое воздействие удаляет с поверхности все
продукты коррозии и другие загрязнения, так же как и водорастворимые
продукты.
Эффективно удаляются как продукты, используемые для защиты поверхности
от пятен сырости, так и повреждения, вызванные маслами и жирами.
Многие поверхности после горячего цинкования являются достаточно
гладкими и блестящими; для них пескоструйная обработка улучшает
окрашиваемость, поскольку определяет лучшее механическое сцепление слоя
краски.
Недостаточная очистка может воспрепятствовать прилипанию краски, между
тем как чрезмерное механическое воздействие может разрушить слой цинка
и провоцировать разрушение, что может впоследствии привести к отслоению
краски.
Когда пескоструйная обработка проведена правильно, удаляется около
10 мкм цинка; в случае, если ее нельзя использовать, рекомендуется
придерживаться следующей процедуры:
1. щелочное обезжиривание
2. промывание
3. фосфатирование
4. промывание
5. сушка
6. окрашивание
Хромированные продукты требуют щелочного обезжиривания и, иногда,
очистки щеткой или нейлоновой тканью, пропитанной абразивным составом
на базе порошка окиси алюминия.
Слой фосфата должен быть максимально тонким, но должен давать однородное покрытие 2-4 г/м2. Толщина менее 1 мкм обычно считается оптимальной.
В случае ручной окраски рекомендуется жироудаление со смягчающими
материалами, предпочтительно в сочетании с применением щетки или
нейлона с ополаскиванием водой, при возможноcти, под высоком давлением.
Некоторые продающиеся обезжиривающие средства содержат добавки,
способные растворять окислы. Это может быть преимуществом, когда состав
продуктов коррозии не известен.
Выбор краски
Существует все же определенный недостаток сведений о составе
красок и, в особенности, относительно их применения на оцинкованной
стали.
Если учесть, что краска состоит из многих компонентов (даже свыше двух
десятков) и что однотипные краски при определенных условиях могут иметь
существенно разные характеристики, легко осознать, в целях получения
наилучшего результата, желательность тесного сотрудничества
производителя изделия, который делает цинкование, производителя
применяемых красок и конечного потребителя.
Рекомендуемые типы красок, о которых сообщается ниже, могут наноситься
непосредственно на оцинкованную сталь после однократной тщательной
очистки.
Если используются другие типы красок, рекомендуется нанесение одного
слоя грунта (праймера), предпочтительно эпоксидного, по поверхности
цинка.
Когда выбирается краска, нужно помнить, что она может содержать до 10-15
разных составляющих. Каждое производство имеет свою собственную формулу
для определенного типа краски. Поставщики исходных материалов, в свою
очередь, также имеют разные формулы. Все это означает, что возможно
бесконечное число сочетаний.
Поэтому краски одного типа, но от разных производителей, имеют разные свойства.
Приведенное здесь руководство следует рассматривать только как типовое
руководство. Если возникают сомнения, выбор краски должен обсуждаться
с представителем фирмы-производителя.
Для окраски краскопультом при высоком давлении предпочтительны смолы эпоксидные, полиуретановые или на основе хлоркаучука.
Эпоксидная краска должна быть двухкомпонентной полиамидного типа:
содержание нелетучих компонентов не должно быть слишком высоким.
Объемное содержание пигмента должно быть 28-33%.
Когда для окончательного покрытия используются материалы эпоксидные,
полиуретановые или на основе смол, нормальным является использование
грунта-праймера эпоксидного типа. Однако всегда нужно проверять
с производителем краски совместимость праймера с краской для покрытия.
Кроме того, никогда нельзя использовать праймер и краску для конечного
покрытия от разных производителей.
Одной из трудностей применения эпоксидных красок может быть их тенденция к расслаиванию.
Хлоркаучук и двухкомпонентные полиуретаны при нанесении на цинк более
чувствительны, чем эпоксидные смолы, к материалу и к составу красок.
Для хлоркаучука предпочтительно использовать содержание пигмента
в пропорции 26-30%; лучшие из них содержат фосфат цинка как ингибитор
и алюминий или окись слюдяного железа, чтобы использовать их барьерный
эффект.
Полиуретановые краски должны иметь содержание пигмента 30-35%
и предпочтительно пигментироваться окисью слюдяного железа или
алюминием.
Для ручной окраски подходят двухкомпонентные смолы, модифицированные
уретановые акриловые, либо модифицированные алкидные акриловые смолы.
Также подходят латексы на основе акриловых смол или поливинилацетата,
хотя они достигают своих характеристик твердости и адгезии только после
10-14 дней.
Некоторые типы краски на основе смесей модифицированного каучука
и каучук-асфальта кажутся надежными и простыми в использовании.
Растворы асфальта, пигментированные алюминием, можно использовать
на конструкциях, погруженных в воду, имея при этом в виду, что они
имеют малую механическую прочность; данный тип окраски не должен
производиться при температурах ниже 8-10 С.
Рассмотренные краски все относятся к типу с сушкой на открытом воздухе; форсированная сушка проводится с большой осторожностью.
Нужно достичь общей толщины в 75 мкм, а локально нигде не меньше 50 мкм.
Всегда следует консультироваться с поставщиком, если собираются
применять краски печные, порошковые или с ламинарными слоями. Отсюда
следует необходимость связаться с исполнителем цинкования, который
может снабдить всеми сведениями для данной цели.
