Основным принципом, при помощи которого покрытие Zinga осуществляет защиту металлов, является принцип катодной защиты посредством жертвенных электронов. Принцип заключается в том, что один металл (цинк) расходуется для защиты другого металла (стали).
При корродировании металлы распадаются на электроны и положительные ионы (катионы) согласно следующей схематической реакции:
Ме = Ме z+ + z e-
Электроны, полученные таким образом, вступают в другую реакцию, которая в большинстве случаев является реакцией восстановления кислорода, соответственно следующей реакции:
О2 + 2 Н2О + 4 е- = 4 ОН-
Далее, ионы гидроксильной группы (ОН-) будут реагировать с катионами металла противоположной полярности для образования нового малорастворимого соединения в соответствии со следующей реакцией:
х Ме z+ + y ОН- = Ме х (ОН) y
Так сталь покрывается железосодержащим соединением FeO(ОН), более известным, как «Ржавчина».
Если электроны, необходимые для восстановления кислорода, получаются из другого металла, а не из железа, коррозия железа может быть остановлена, в то время как другой металл будет расходоваться и, соответственно, производить электроны, необходимые для процесса восстановления. Таким металлом, например, может быть цинк.
Весь процесс представлен на рисунке. Слева представлена коррозионная реакция железа, справа — реакция цинка при выполнении защиты железа.
Из рисунка видно, что между цинком и железом должен быть электропроводный контакт, без которого не будет осуществляться движение электронов (образующихся при расходовании цинка) на железный электрод.
В случае массивного слоя цинка, как после горячего оцинковывания, проблемы движения электронов в пределах цинкового слоя и между слоем цинка и сталью не возникает.
В случае использования цинкового порошка, количество цинка и его гранулометрическое распределение в пространстве должно обеспечивать электрическую проводимость между частицами цинка и стальной поверхностью. Электроны, которые образуются на границе цинка и поверхности стали (где цинк может расходоваться), должны иметь возможность передаваться на сталь.
Если частицы цинка не контактируют друг с другом, то передача электронов не осуществляется и катодная защита не обеспечивается. Этим объясняется, почему сухое цинковое покрытие должно содержать по меньшей мере 92% цинка.
Более высокие концентрации, как в случае с покрытием Зинга (96%), увеличивают защитное действие даже тогда, когда толщина покрытия остается такой же.
Гентский университет
Лаборатория электронной микроскопии
профессор доктор инж. Дж.Дефранк