Žárové zinkování: Kompletní průvodce povrchovou úpravou oceli

Obsah

1. Úvod
2. Získávání zinku
3. Druhy žárového zinkování
4. Příprava oceli na žárové zinkování
   • 4.1 Odmaštění
   • 4.2 Moření
   • 4.3 Fluxování
   • 4.4 Sušení
5. Proces žárového zinkování
   • 5.1 Ponoření do zinkové lázně
   • 5.2 Teplotní parametry
   • 5.3 Tvorba povlaku
6. Vlastnosti zinkového povlaku
   • 6.1 Struktura a složení
   • 6.2 Mechanické vlastnosti
   • 6.3 Korozní odolnost
7. Vhodnost a nevhodnost žárového zinkování
   • 7.1 Vhodná prostředí
   • 7.2 Omezení a nevhodná prostředí
8. Životnost a údržba zinkového povlaku
9. Ekologické aspekty a recyklace
10. Závěr

---

1. Úvod

Žárové zinkování je proces povrchové úpravy oceli, který zajišťuje dlouhodobou ochranu proti korozi. Tento proces spočívá v ponoření ocelového výrobku do roztaveného zinku, čímž vzniká pevný a odolný povlak. V tomto článku se podrobně seznámíme s celým procesem žárového zinkování, počínaje získáváním zinku, přes přípravu oceli, až po vlastnosti výsledného povlaku a jeho vhodnost pro různá prostředí.

2. Získávání zinku

Zinek je čtvrtý nejčastěji používaný kov na světě, hned po železe, hliníku a mědi. Získává se převážně z minerálu zvaného sfalerit (sulfid zinečnatý).

2.1 Těžba a zpracování

• Těžba: Zinek se těží v dolech po celém světě, největší naleziště jsou v Číně, Austrálii, Peru a USA.
• Zpracování: Po vytěžení se ruda drtí a obohacuje flotací. Následuje pražení, při kterém se sulfid zinečnatý mění na oxid zinečnatý.
• Výroba kovového zinku: Oxid zinečnatý se následně redukuje na kovový zinek buď pyrometalurgickými procesy (destilace), nebo elektrolyticky.

2.2 Vlastnosti zinku

• Bod tání: 419,5 °C
• Bod varu: 907 °C
• Hustota: 7,14 g/cm³
• Vysoká odolnost vůči korozi díky tvorbě pasivní vrstvy na povrchu.

3. Druhy žárového zinkování

Žárové zinkování lze rozdělit do několika kategorií podle způsobu aplikace:

• Ponořovací žárové zinkování (Batch hot-dip galvanizing): Jednotlivé díly jsou ponořeny do zinkové lázně. Vhodné pro velké a složité konstrukce.
• Kontinuální žárové zinkování (Continuous galvanizing): Ocelové pásy nebo dráty procházejí kontinuálně zinkovou lázní. Používá se pro výrobu plechů a drátů.
• Žárové odstředivé zinkování: Malé díly jsou po zinkování odstředěny pro odstranění přebytečného zinku. Vhodné pro šrouby a matice.

4. Příprava oceli na žárové zinkování

Kvalitní příprava povrchu je klíčová pro dosažení optimálního spojení mezi ocelí a zinkem.

4.1 Odmaštění

• Účel: Odstranění olejů, tuků a organických nečistot.
• Metody:
  • Alkalické odmaštění v lázních s hydroxidem sodným.
  • Emulzní odmašťování pomocí speciálních detergentů.
• Důležitost: Neodmaštěný povrch může způsobit defekty povlaku.

4.2 Moření

• Účel: Odstranění rzi a oxidů železa.
• Lázně:
  • Kyselina chlorovodíková (10–15% HCl) při teplotě 20–25 °C.
  • Kyselina sírová (10–20% H2SO4) při teplotě 50–60 °C.
• Inhibitory: Přidávají se pro omezení napadení kovového železa.

4.3 Fluxování

• Účel: Zabránění oxidaci povrchu před zinkováním a zlepšení smáčivosti.
• Složení fluxu:
  • Směs chloridu zinečnatého (ZnCl2) a chloridu amonného (NH4Cl).
• Aplikace:
  • Ponoření do vodného roztoku fluxu.
  • Sušení na povrchu oceli.

4.4 Sušení

• Účel: Odstranění vlhkosti před zinkováním.
• Metody:
  • Sušení na vzduchu.
  • Sušení v peci při teplotě kolem 100 °C.

5. Proces žárového zinkování

5.1 Ponoření do zinkové lázně

• Teplota lázně: 440–460 °C (nejčastěji 450 °C).
• Složení lázně:
  • Čistý zinek (>99%).
  • Přísady hliníku, niklu nebo olova pro zlepšení vlastností povlaku.

5.2 Teplotní parametry

• Teplota oceli při ponoření: Musí být přibližně stejná jako teplota lázně pro minimalizaci teplotních šoků.
• Doba ponoření: Závisí na tloušťce materiálu, obvykle několik minut.

5.3 Tvorba povlaku

• Reakce: Železo z oceli reaguje se zinkem za vzniku intermetalických fází.
• Vrstevnatá struktura:
  • Vrstva Gamma (Γ): FeZn13 (železo-bohatá fáze).
  • Vrstva Delta (Δ): FeZn10.
  • Vrstva Zeta (ξ): FeZn7.
  • Vnější vrstva Eta (η): Čistý zinek.

6. Vlastnosti zinkového povlaku

6.1 Struktura a složení

• Intermetalické vrstvy: Zajišťují pevné spojení mezi ocelí a zinkem.
• Tloušťka povlaku: Obvykle 50–150 µm, závisí na složení oceli a době ponoření.

6.2 Mechanické vlastnosti

• Tvrdost: Intermetalické fáze jsou tvrdší než čistý zinek.
• Přilnavost: Vysoká díky metalurgickému spojení.
• Odolnost proti otěru: Dobrá díky tvrdým vrstvám.

6.3 Korozní odolnost

• Ochranný mechanismus:
  • Bariérová ochrana: Fyzická bariéra mezi ocelí a prostředím.
  • Katodická ochrana: Zinek jako obětovaný anoda chrání ocel i při poškození povlaku.
• Pasivace: Zinek vytváří na povrchu tenkou vrstvu oxidu, která zpomaluje korozi.

7. Vhodnost a nevhodnost žárového zinkování

7.1 Vhodná prostředí

• Atmosférická koroze: Městské, průmyslové a mořské prostředí.
• Podzemní konstrukce: Potrubí a sloupy s vhodnou ochranou proti půdní korozi.
• Stavebnictví: Ocelové konstrukce, mosty, zábradlí.
• Dopravní infrastruktura: Silniční bariéry, osvětlení.

7.2 Omezení a nevhodná prostředí

• Vysoké teploty: Nad 200 °C může dojít k rychlé degradaci povlaku.
• Agresivní chemické prostředí:
  • Kyseliny: Zinek je náchylný k napadení kyselinami.
  • Alkalické prostředí: Vysoké pH může urychlit korozi zinku.
• Kontaktní koroze: Kontakt s ušlechtilými kovy (měď, nerezová ocel) může způsobit galvanickou korozi.

8. Životnost a údržba zinkového povlaku

• Životnost: Může dosahovat 20–100 let v závislosti na prostředí a tloušťce povlaku.
• Údržba:
  • Pravidelné kontroly: Detekce poškození a opotřebení.
  • Opravy: Možné pomocí zinkových sprejů nebo nátěrů.

9. Ekologické aspekty a recyklace

• Ekologická šetrnost:
  • Recyklovatelnost: Zinek i ocel lze 100% recyklovat.
  • Snížení koroze: Prodloužení životnosti konstrukcí snižuje potřebu nových materiálů.
• Odpadní materiály:
  • Zinkový popílek a struska: Mohou být recyklovány pro získání zinku.
  • Odpady z moření: Musí být správně likvidovány kvůli obsahu těžkých kovů.

10. Závěr

Žárové zinkování je klíčovým procesem pro ochranu oceli před korozí, nabízející dlouhodobou a spolehlivou ochranu v různých prostředích. Díky detailní přípravě, kontrolovaným procesním parametrům a pochopení vlastností zinkového povlaku lze dosáhnout optimálních výsledků. Přestože existují určitá omezení v použití, správným výběrem a aplikací může žárové zinkování výrazně prodloužit životnost ocelových konstrukcí a přispět k udržitelnosti v průmyslu.

Hodnocení