<Desc/Clms Page number 1>
WERKWIJZE OM METALEN STUKKEN MET EEN ZINXHOUDENDE
BESCHERMLAAG TE BEKLEDEN
Onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze om metalen stukken met een zinkhoudende beschermlaag te bekleden, met het oog op een kathodische bescherming tegen korrosie.
De werkwijze kan worden gebruikt voor het aanbrengen van zowel een voorlaag als een bindlaag, in het bijzonder als doeltreffende bescherming tegen korrosie van metalen strukturen.
Het bekledingsprodukt moet niet noodzakelijk op een zuiver of pas gereinigd oppervlak van metaal worden aangebracht. Het laat zich ook aanbrengen op een lichtjes verroest oppervlak en is daardoor even zo wel geschikt voor het schilderen van nieuwe stukken als voor het onderhoud en de herstelling van gemetalliseerde, thermisch verzinkte stukken, of in het algemeen van diverse verzinkte materialen.
De beschermlaag biedt een aktieve bescherming, bekend als kathodische bescherming ook bij lichte beschadiging van de zinklaag.
De werkwijze kombineert het voordeel van een langdurige galvanische bekleding met deze van een vlotte en eenvoudige uitvoering omdat de beschermlaag na montage van het werkstuk op dezelfde werkwijze kan worden aangebracht als een verflaag.
De zinkzouten die ontstaan door de korrosie van zink zullen de natuurlijke porositeit van de bekleding vullen.
Het bekledingsprodukt bestaat uit een dispersie van extrafijn verdeelde metallische zinkstof
<Desc/Clms Page number 2>
met een zuiverheid van 99, 995 % en een viskositeit liggend tussen 0, 5 en 2, 5 St, in een organisch oplosmiddel bestaande uit aromatische koolwaterstof en kunsthars dat slechts gedeeltelijk is opgelost.
De fijnheid van de zinkstof in de samenstelling is zo dat de korreltjes met elkaar in elektrisch kontakt staan. De lage viskositeit zorgt ervoor dat het produkt met borstel, pistool, kwast-rol en via dompeling makkelijk aan te brengen is.
De samenstelling wordt gekozen zodat een droog produkt tenminste 95 % zink omvat. Ze zorgt ervoor dat het staal bekleed wordt met een zinklaag die een kathodische bescherming verleent. Deze kathodische bescherming is nog werkzaam bij lichte beschadigingen van de deklaag, omdat de bescherming van het staal steunt op elektrochemische reakties.
De huidige uitvinding beoogt een eenvoudige uitvoering om een goede aanhechting van de beschermlaag en een volwaardige verzinking te bekomen.
Volgens de uitvinding kunnen metalen stukken met een zinkhoudende beschermlaag worden bekleed door ze te dompelen in een bad met volgende samenstelling : Zinkpoeder : 2000 kg Organisch oplosmiddel : 528 kg Kunsthars : 95 kg waarvan de componenten in suspensie worden gehouden door middel van luchttoevoer.
Dit gebeurt best in een inrichting waarin het dompelbad een bodem heeft met konische vorm waarin luchttoevoer uitmondt op een klein oppervlak in het diepste van het bad.
De luchttoevoer staat op 2 à 3 bars. Ze zorgt ervoor dat de homogeniteit van het bad konstant blijft en de koncentratie van metallisch zink boven 95 % wordt behouden.
<Desc/Clms Page number 3>
Deze kenmerken en andere kenmerken en bijzonderheden van de uitvinding zullen blijken uit de volgende beschrijving, onder verwijzing naar de bijgaande tekeningen, die bij wijze van voorbeeld en niet in beperkende zin een uitvoering van de uitvinding tonen.
- figuur 1 is een schematische voorstelling van een elektrolytische cel waarin een korrosiereaktie van ijzer plaats vindt ; figuur 2 is een schematische voorstelling van een elektrolytische cel waarin zink aan de anode wordt opgeofferd om het ijzer kathodisch te beschermen ; figuur 3 is een dwarse doorsnede van een dompelbad met luchttoevoer.
- figuur 4 is een diagram van de korrosiesnelheid die de korrosiepotentiaal in functie van de tijd over een periode van een jaar in geval van koude filmverzinking en thermische verzinking afbeeldt ; figuur 5 is een diagram van het potentiaalverval wegens korrosie in functie van de tijd over een periode van een jaar voor beide genoemde bekleedmethodes.
In deze tekeningen duiden dezelfde verwijzingstekens gelijke of gelijkaardige elementen aan.
Het basisprinciep van de werking van Filmverzinking met bovengenoemd produkt, is de kathodische bescherming met offeranode. Hierbij wordt zink opgeofferd om een ander metaal te beschermen (staal).
Wanneer een metaal in een korrosief milieu gebracht wordt, ontstaat een korrosiepotentiaal tussen het metaal en het milieu, waardoor de positieve metaalionen van de offeranode gaan oplossen.
Me-"Me + z" Zn-Zn + 2e
<Desc/Clms Page number 4>
De gevormde elektronen worden opgenomen door een andere reaktie die in vele gevallen de reduktie van
EMI4.1
zuurstof is volgens O2 + 2H2O + 4e-- >
De gevormde hydroxylionen verbinden zieh dan meestal met de metaalionen en geven een weinig oplosbaar produkt x Me + yOH- Me, (OH) x voor ijzer bijvoorbeeld ontstaat FeO. OH het zogenaamde roest. Door een werkstuk met een zinkhoudende beschermlaag te bedekken, zorgt men ervoor dat de elektronen die niet nodig zijn voor de reduktie van zuurstof worden geleverd door een ander metaal dan bijvoorbeeld het ijzer. Hierdoor kan de korrosie van het ijzer gestopt worden omdat zink gedwongen wordt op te lossen en de nodige elektronen te leveren.
Het hele gebeuren wordt voorgesteld in figuren 1 en 2. Figuur 1 toont de korrosiereaktie van ijzer, figuur 2 het opofferen van zink om het ijzer te beschermen.
Uit de figuren 1 en 2 volgt nu ook dat er een geleidend kontakt moet bestaan tussen het zink en het ijzer zoniet kunnen de elektronen die ontstaan door het oplossen van zink niet naar de elektrode getransporteerd worden.
Een werkzame kathodische bescherming is slechts mogelijk indien voldoende zink in de deklaag aanwezig is zodat de korreltjes met elkaar in elektrisch kontakt staan. De elektronen die aan de buitenzijde van de laag worden gevormd, daar waar het zink kan oplossen, moeten inderdaad naar binnen getransporteerd worden en dan via het staal afgevoerd. Zonder elektrisch kontakt tussen de zinkkorrels met elkaar en met het staal is het transport van de elektronen van de offeranode naar het
<Desc/Clms Page number 5>
te beschermen staal onmogelijk en valt de kathodische bescherming weg.
Een goed elektrisch kontact daarentegen zorgt ervoor dat de elektronen vlot gaan overvloeien van de offeranode naar het te beschermen metaal, dat fungeert als kathode en daardoor, het metaal beletten in oplossing te gaan. De offerelektrode zal door zijn constant tekort aan elektronen sneller in oplossing gaan en zal een anodische oxidatie met het oplosmiddel ondergaan. Het beschermmetaal zal dus stilaan wegcorroderen, maar het staal blijft ongekorrodeerd.
De bekleding kan onder andere toegepast worden door het dompelen van diverse metalen stukken in een bad met volgende samenstelling : Zinkpoeder : 2. 000 kg Organisch oplosmiddel : 528 kg Kunsthars : 95 kg Totaal : 2. 623kg
Het voordeel van het dompelbadsysteem is dat het produkt in het bad nooit kan komen te drogen, of te verharden, wel kan het bezinken. Vandaar dat er een degelijk mengsysteem dient toegepast te worden.
Het mengen van het dompelbad gebeurt niet door middel van een draaiende schroef noch een produktcirculatie maar door het mengsel in suspensie te houden door middel van luchttoevoer. Dit gebeurt op de bodem 2 van het bad 3 (figuur 3).
De inrichting bestaat uit een grote kuip 4 gevuld met bovengenoemd bekledingsprodukt. De kuip bezit een konische bodem 2 en omvat zijdelings een stijgbuis 5 die onderaan de konische vorm, over een sproelstuk 6 lucht inblaast. Hierdoor ontstaat een kolom vloeistof soortelijk lichter dan de vloeistof die zieh om de kolom bevindt. Bovendien zullen de luchtbellen
<Desc/Clms Page number 6>
het sediment omroeren en zinkstofdeeltjes mee omhoog slepen.
Die konische vorm laat toe dat er een zo klein mogelijk oppervlak bekomen wordt en dat het diepste van het bad op een heel klein oppervlak uitmondt. Enkel op deze diepste plaats gebeurt een luchttoevoer, en dit op een afstand van ongeveer 20 cm van elkaar. De luchttoevoer geschiedt op een druk van 2 à 3 Bar, afhankelijk van de diepte en de grootte van het bad.
De werkwijze volgens de uitvinding biedt de mogelijkheid het dompelbad te roeren en de samenstelling homogeen te houden zonder beroep te doen op mechanisch bewegende delen. De luchttoevoer laat toe de luchtoccluses van de oppervlakte van het ondergedompeld werkstuk te verwijderen.
De laagdikte wordt bepaald door de viskositeit die zelf afhankelijk is van de temperatuur van de in het bad onder te dompelen stukken. In principe zal een kamertemperatuur tussen 15 en 25 graden een laagdikte van 40 tot ca 60 cl 70 micron geven. De laagdikte wordt ook bepaald door het aanpassen van de viskositeit door het toevoegen van ongeveer 5 à 10 % oplosmiddel. De stukken die op temperatuur gezet worden, kunnen eveneens de laagdikte bepalen : hoe warmer de stukken zijn, hoe groter de laagdikte wordt. Het onderdompelen geschiedt op een heel eenvoudige manier : een eenmaliq kortstondig onderdompelen van de stukken in het bad is ruimschoots voldoende om een gewenste laagdikte te geven, die zal variëren tussen 40 en 70 micron. Het drogen zal nadien vergemakkelijkt worden door infra-rood stralen met middengolven.
De voorberelding van het oppervlak beperkt zieh tot het stralen met zuiverheidsgraad SA 2, 5, volgens de Zweedse SIS normen en het bekomen van een
<Desc/Clms Page number 7>
ruwheidsgraad N10B met een Ra van 12, 5 zou dan belangrijk zijn. Deze voorbereiding met de nodige zuiverheidsgraad en de ruwheid verzekert de hechting en bepaalt de perfekte kathodische bescherming. Men kan eventueel aan een chemische voorbehandeling denken, op voorwaarde dat de kristallisering voldoende groot is om het straalwerk na te bootsen tot op een bepaalde graad.
Een zink-fosfatatie geeft de beste resultaten wat het scheikundig voorbereiden van de metalen stukken betreft die te behandelen zijn. Niettemin hebben bepaalde amorfe of ijzerfosfataties ook degelijke resultaten gegeven, eveneens op voorwaarde dat de kristallen voldoende groot zijn.
De werkwijze volgens de uitvinding biedt een vlotte en doeltreffende korrosiebescherming.
Uit een intern verslag van het BNF Metals Technology Centre (gekend als BNF-Fulmer) in Wantage Oxfordshire OX129BJ England blijkt dat de corrosiegraad van een ZINGA Filmverzinking drie maal lager ligt dan een thermische verzinking.
Figuur 4 toont de geleidelijke ontwikkeling van de kathodische bescherming van een zacht staalmonster met een oppervlakteverhouding 1 : l over een periode van een jaar en de snelheid waarmee de beschermlaag verbruikt wordt, in het bijzonder geval waar een metalen voorwerp met een zinkhoudende beschermlaag wordt bekleed. Uit afgebeelde kurven blijkt dat de korrosiegraad van de koude Filmverzinking door een voorwerp in een ZINGA-bad te dompelen drie maal lager ligt dan degene van de thermische verzinking.
De snelheid waarmee de beschermlaag verbruikt wordt, ook korrosiesnelheid geheten, komt overeen met een flux van stroom afkomstig van een beschermlaag naar het zacht staal. De flux wordt uitgedrukt in mm/jaar door gebrulk te maken van de Wet van FARADAY, onder de
<Desc/Clms Page number 8>
veronderstelling dat de porositeit van de beschermlaag 0 % bedraagt.
Figuur 5 geeft de evolutie van het potentiaalverval wegens korrosie van de beschermlaag van bovengenoemd zacht staalmonster in geval van ZINGA- Filmverzinking en thermische verzinking. Het potentiaalverval van korrosie ligt drie maal hoger voor een beschermlaag bekomen door thermische verzinking in vergelijking met koude Filmverzinking door onderdompeling in een ZINGA-bad volgens de uitvinding.
De bescherming mag toegepast worden ook bij een zeer hoge relatieve vochtigheid en een lage temperatuur.
De uitstekende korrosieweerstand en het galvanisch beschermingsvermogen heeft het produkt te danken aan zijn bindmiddel bestaande uit aromatisch koolwaterstof oplosmiddel, hars en zink.
Dat bindmiddel werkt roest-remmend door de ontbinding van het zink in de bekledingslaag te verminderen. Hierdoor neemt het de funktie van opofferende anode op ten opzichte van het staal, maar roestvorming gaat trager gevormd worden dan een klassieke zinkbekleding door thermisch verzinken of metallisatie.
Om de levensduur van de bescherming tegen korrosie te verlengen, mag de zink-deklaag overschilderd worden. De Filmverzinking verhindert dat het roest aanzwelt en zich uitbreidt. Tegelijkertijd verhindert de verf dat de beschermende opoffering van de metallische zinkhoudende deklaag te snel zou gebeuren.
Op deze wijze kan men beschermingen van lange levensduur (10 to 15 jaar) bekomen zonder herstelling. De gebruikte verf moet verenigbaar zijn met de metallische zinkhoudende deklaag. Waterafdunbare verfsystemen, 2-komponente epoxysystemen op basis van ijzerglimmers en 1-komponente vinylsystemen o. a. geven
<Desc/Clms Page number 9>
goede resultaten.
De mogelijkheid bestaat erin een fijne ruwheid te bekomen omdat de aanhechting van de verf uitstekend is op de korrelachtige oppervlakte, gelijkend op degene van een gezandstraalde oppervlakte.