Спросите инженера по покрытию, какой грунт он бы нанес на конструкционную сталь в прибрежной или оффшорной среде, и ответ почти всегда будет цинковый. Он уже десятилетиями является стандартом для требовательной защиты от коррозии. Но причина этого — почему именно цинк, как на самом деле работает механизм защиты и почему содержание цинка так важно — не всегда хорошо понимается за пределами мира покрытий.
Механизм защиты: гальванический, а не просто барьерный
Большинство систем покрытий защищают сталь с помощью барьерной защиты — пленка физически препятствует проникновению влаги и кислорода к поверхности металла. Цинковые грунты делают то же самое, но у них есть второй механизм защиты, которого у большинства покрытий нет: гальваническая (жертвенная) защита.
Цинк менее благороден, чем сталь в гальванической серии — то есть у него ниже электромеханический потенциал. Когда цинк и сталь находятся в электрическом контакте в присутствии электролита (влаги), цинк корродирует предпочтительно. Цинк жертвует собой для защиты стали. Это тот же принцип, что и горячее цинкование — только реализованный в виде покрытия, а не металлургического процесса.
Практический результат значителен. Если цинковый грунт поцарапать или повредить — обнажая небольшую площадь голой стали — окружающий цинк продолжает обеспечивать катодную защиту обнаженного металла. Стандартный эпоксидный грунт такой защиты не обеспечивает. Как только он нарушается, коррозия начинается сразу на открытом крае.
Эта защита краев и царапин — причина, почему цинковые грунты доминируют в спецификациях для конструкционной стали в средах C4, C5 и CX. В агрессивных условиях механические повреждения покрытия неизбежны. Цинк обеспечивает значительный запас безопасности.
Органические против неорганических: две очень разные системы
Цинковые грунты делятся на две группы в зависимости от связующего вещества, и различие важно больше, чем многие думают.
Цинковый эпоксидный грунт (органический)
Более распространён из двух в промышленных и оффшорных проектах. Двухкомпонентная система — эпоксидная смола с пигментом цинкового порошка, смешивается перед нанесением. Наносится безвоздушным распылением на очищенную от ржавчины сталь.
Требуемое содержание цинка для эффективной гальванической защиты обычно составляет 80% или более по массе в сухой пленке — это порог ISO 12944-5 для классификации ‘цинковый’. Ниже этого значения, у вас есть цинковый содержащий грунт, а не цинковый грунт с высоким содержанием цинка. Различие важно, потому что механизм гальванической защиты требует контакта частиц цинка через пленку.
- Преимущества: хорошая адгезия к очищенной от ржавчины стали; широкий диапазон применения; переносит некоторую влажность во время нанесения; широко доступен у различных производителей
- Ограничение: максимальная температура сопротивления около 120°C; при погружении некоторые формулы подвержены осмотической пузырчатости, если DFT слишком высок
Неорганический цинкосиликат (IOZ)
Однокомпонентная (этилсиликат) или двухкомпонентная (щелочной силикат) система. Затвердевает за счет гидратации связующего силикатного вещества — требует некоторой влажности в атмосфере для правильного отверждения, что противоположно большинству покрытий.
В результате получается более неорганическое покрытие — ближе к керамике, чем к краске. Оно тверже, более термостойкое (стабильно до 400°C) и обладает лучшей износостойкостью, чем цинковый эпоксид. В оффшорных верхних конструкциях и нефтехимической промышленности, где важна термостойкость, IOZ часто предпочитают.
- Преимущества: выдающаяся стойкость к тепловому воздействию; отличная износостойкость; возможен очень высокий содержание цинка (85%+); предпочтительно под алюминиевые верхние покрытия для термического напыления
- Ограничение: узкое окно применения (требуется относительная влажность выше ~50% для отверждения); очень чувствителен к подготовке поверхности — требует минимум Sa 2½ и не допускает загрязнений; трещины в грязевых трещинах при нанесении слишком толстым слоем
💡 IOZ требует распыления тонкого слоя (очень тонкий, разбавленный первый проход) перед полным покрытием, чтобы избежать трещин в грязевых трещинах. Это шаг, который иногда пропускают при нанесении — не позволяйте этому случиться.
Вопрос о толщине слоя (DFT)
Цинковые грунты имеют относительно узкое окно по толщине слоя по сравнению с большинством покрытий. Типовые спецификации: 60–80 мкм для цинкового эпоксидного покрытия; 60–75 мкм для неорганического цинка.
Почему потолок? При высокой толщине слоя цинковые частицы расположены слишком далеко друг от друга для эффективной работы гальванического механизма. Пленка также становится более хрупкой и склонной к трещинам — особенно с IOZ, который обладает очень низкой гибкостью. А со стороны нанесения верхнего слоя очень толстый цинковый грунт может выделять газы при нанесении верхнего слоя, вызывая микротрещины и проблемы с адгезией между слоями.
Недостаточное нанесение также является проблемой. При толщине менее примерно 50 мкм содержание цинка на единицу площади недостаточно для надежной гальванической защиты. Поэтому требуется контроль толщины слоя цинкового грунта — не только всей системы, а именно слоя грунта.
Нанесение верхних слоёв: не все верхние покрытия совместимы
Цинковые грунты необходимо покрывать совместимой системой. Самая распространенная проблема — атака растворителями — некоторые верхние или промежуточные слои содержат растворители, которые атакуют цинковый грунт и вызывают отказ адгезии на интерфейсе.
Для цинкового эпоксида промежуточным слоем обычно является эпоксид с высоким слоистым слоем — совместимый по конструкции. Для неорганического цинка стандартны эпоксидные верхние слои, но время нанесения важно: IOZ должен полностью отвергнуться перед нанесением верхнего слоя, а поверхность иногда нужно слегка зашлифовать или распылить тонким слоем для обеспечения адгезии.
Полиуретановые верхние слои, нанесённые прямо на цинковые грунты без эпоксидного промежуточного слоя, обычно не рекомендуются — адгезия ненадежна, а риск атаки растворителями высок.
Где уместны и неуместны цинковые грунты
| Применение | Цинковый грунт? | Заметки |
| Конструкционная сталь C4–CX (атмосферная) | Да — стандарт | ZE или IOZ согласно спецификации проекта; система из 3 слоёв |
| Морские платформы | Да — предпочтительно IOZ | Преимущества термостойкости и износостойкости |
| Внутренние поверхности резервуаров (погружение) | Обычно нет | Цинк может реагировать с некоторыми хранеными продуктами; используйте эпоксидную грунтовку |
| Гальванизированная сталь горячего цинкования | Обычно нет | Проблемы с адгезией; очистка пескоструйной обработкой и использование кислотной грунтовки или T-wash |
| Нержавеющая сталь | No | Нет гальванической выгоды; риск хлоридной коррозии под напряжением |
| Алюминий | No | Гальваническая пара между цинком и алюминием нежелательна |
| Атмосферные условия C2–C3 (умеренные среды) | Не требуется | Стандартная эпоксидная или алкидная грунтовка достаточно и дешевле |
Вопросы, возникающие на практике
Могу ли я нанести цинковую грунтовку кистью или валиком?
Технически да — большинство цинковых эпоксидных продуктов позволяют нанесение кистью или валиком. На практике трудно добиться однородной толщины слоя при ручном нанесении, потому что цинковая пыль быстро оседает в банке, а материал абразивен для кистей. Для значительных площадей настоятельно рекомендуется безвоздушное распыление. Нанесение кистью допустимо для полосатых слоёв и локальной подкраски повреждённых участков.
Каков срок хранения смешанной цинковой эпоксидной смолы?
После смешивания двух компонентов срок жизни обычно составляет 4–8 часов при 20°C — короче в жаркую погоду (иногда всего 1–2 часа при 35°C). Без смешивания пигмент цинковой пыли имеет тенденцию оседать со временем хранения, поэтому компонент B необходимо тщательно перемешивать перед смешиванием. Ознакомьтесь с техническим паспортом для конкретных рекомендаций по сроку хранения и использованию.
Является ли цинковый грунт с высоким содержанием цинка таким же, как гальванизация?
Та же принцип защиты — разный метод нанесения и нагрузка цинка. Горячее цинкование наносит металлогерметически связанный слой цинка с содержанием цинка 100%, обычно толщиной 50–120 мкм. Цинковые грунты с высоким содержанием цинка содержат 80–85% цинка в органическом или неорганическом связующем веществе, наносятся толщиной 60–80 мкм. Обычно гальванизация обеспечивает более длительный срок службы самого цинкового слоя, но цинковые грунты с высоким содержанием цинка предлагают гораздо большую гибкость — их можно наносить на изготовленные конструкции и легко ремонтировать. Иногда оба метода комбинируют: оцинкованная сталь с системой грунтовки, совместимой с цинком, сверху.
Связанное чтение
- Цинковый грунт с высоким содержанием цинка для стальных конструкций — полное руководство — типы, стандарты и долгосрочная защита от коррозии.
- Цинковый грунт с высоким содержанием цинка против эпоксидного грунта — различия, механизм защиты и когда использовать каждый из них.
- ISO 12944 C5 защита от коррозии — классификация среды C5, уровень защиты и требования к системе покрытия.
- Антикоррозийное покрытие для стальных конструкций — руководство по закупкам для инженеров, охватывающее выбор системы для оффшорных и промышленных проектов.
Отправьте информацию о среде вашего проекта, детали стальных элементов и категорию коррозийной активности через форму запроса проекта и наша техническая команда порекомендует подходящую систему грунтовки и полную спецификацию покрытия.
