Cinks tiek plaši izmantots dažādās nozarēs tā izcilās izturības pret koroziju dēļ, padarot to par populāru pārklājumu materiālu, sakausējumi, un rūpnieciskās lietojumprogrammas.
Bet bieži rodas izplatīts jautājums: Vai cinks nerūsē? Lai atbildētu uz šo, mums ir jāizpēta cinka īpašības, zinātne aiz rūsas, un šī daudzpusīgā metāla unikālā izturība pret koroziju.
Sīkāk apskatīsim cinka uzvedību, kad tas ir pakļauts dažādiem vides apstākļiem un kā tas ir salīdzināms ar tradicionālo rūsēšanu.
1. Kas ir cinks?
Cinks ir zilgani balts metāls ar ķīmisko simbolu Zn. Tas ir bagātīgs Zemes garozā un ir izmantots tūkstošiem gadu, īpaši tērauda un citu metālu cinkošanai.
Cinks tiek augstu novērtēts tā izturības un izturības pret koroziju dēļ.
Tas ir galvenais materiāls tādās nozarēs kā būvniecība, autobūves, avi kosmosa, un elektronika, kur izturība pret koroziju ir kritiska.
Galvenās cinka īpašības:
- Kušanas punkts: 419.5° C (787.1° F)
- Blīvums: 7.13 G/cm³
- Izturība pret koroziju: Ļoti izturīgs pret koroziju, īpaši atmosfēras un jūras vidē
- Elektroķīmiskā darbība: Elektroķīmiski aktīvāks par dzelzi, kas padara to ideāli piemērotu tērauda cinkošanai
Tā kā cinks, saskaroties ar gaisu, dabiski veido aizsargkārtu, to parasti izmanto Cinkošana, kur tas pārklāj tēraudu, lai pasargātu to no rūsas.
Šim aizsargslānim ir nozīmīga loma turpmākas korozijas novēršanā un materiāla mūža pagarināšanā.
2. Kas ir Rūsa?
Rūsa ir korozijas veids, kas īpaši ietekmē dzelzi un tā sakausējumus.
Tas rodas, kad dzelzs reaģē ar skābekli un ūdeni, veidojot dzelzs oksīdu (Fe₂O3), sarkanbrūna viela, ko parasti sauc par rūsu.
Līdz rūsēšanas process var sadalīt vairākās ķīmiskās reakcijās:
- Solis 1: Dzelzs reaģē ar skābekli ūdens klātbūtnē.
- Solis 2: Reakcijā veidojas dzelzs hidroksīds (Fe(Ak!)₂).
- Solis 3: Dzelzs hidroksīds tālāk reaģē ar skābekli, veidojot dzelzs oksīdu (rūsa).
Rezultāts ir trausls, pārslains materiāls, kas vājina metālu, ļaujot izplatīties rūsai un sabojāt pamatmateriālu.
Atšķirībā no cinka, rūsa nepiedāvā nekādu aizsardzību; tas laika gaitā izraisa progresējošu degradāciju.
Rūsēšanas ķīmija:
| Materiāls | Rūsas produkts | Ķīmiskā reakcija |
|---|---|---|
| Dzelzs | Dzelzs oksīds (Rūsa) | Fe + O₂ + H₂O → Fe2O3·nH2O |
| Cinks | Cinka oksīds/karbonāts | Zn + O₂/H2O → ZnO/ZnCO3 (Aizsargkārta) |
3. Vai cinks nerūsē?
Īsā atbilde: Cinks nerūsē tradicionālajā izpratnē. Atšķirībā no dzelzs, kas veido dzelzs oksīdu (rūsa), cinks, pakļaujoties skābekļa un mitruma iedarbībai, veido aizsargājošu oksīda vai karbonāta slāni.
Šis slānis novērš turpmāku koroziju, darbojas kā barjera starp cinku un ārējo vidi.
Kā cinks veido savu aizsargslāni:
Kad cinks reaģē ar skābekli, tā veidojas cinka oksīds (ZnO). Laika gaitā, oglekļa dioksīda klātbūtnē, cinka oksīds var reaģēt, veidojoties cinka karbonāts (ZnCo₃).
Abi šie savienojumi veido plānu, aizsargpārklājums uz cinka virsmas, pasargājot to no turpmākas korozijas.
Galvenie punkti:
- Cinka oksīds un cinka karbonāts izveidot aizsargvairogu.
- Šie savienojumi novērš svaiga cinka pakļaušanu skābekļa un mitruma iedarbībai, korozijas procesa apturēšana.
- Tāpēc cinku bieži izmanto āra darbiem, piemēram, jumta segumam, automobiļu detaļas, un rūpnieciskā mašīna.
4. Cinka korozija vs. Rūsēšana
Lai gan cinks nerūsē parastajā izpratnē, to var korodēt noteiktos apstākļos. Ir svarīgi atšķirt korozijas veidus, kas var ietekmēt cinku un dzelzi:
Korozijas veidi:
- Baltā rūsa (Cinka hidroksīds): Kad cinks ir pakļauts mitrumam, īpaši augsta mitruma vidē, tas var veidot baltu, pulverveida viela, kas pazīstama kā baltā rūsa.
Tas ir cinka hidroksīds (Zn(Ak!)₂), kas galvenokārt rodas slapjš vai sārmaini apstākļi.
Baltā rūsa ir mazāk postoša nekā dzelzs rūsa, un tā veidošanos var samazināt ar atbilstošu virsmas apstrādi.
- Sarkanā rūsa (Dzelzs oksīds): Dzelzs rūsa, No otras puses, veido pārslu, trausls pārklājums, kas turpina sabojāt metālu, bieži izraisa strukturālas kļūmes.
Korozijas izturības salīdzinājums:
| Materiāls | Korozijas veids | Apraksts |
|---|---|---|
| Cinks | Baltā rūsa (Zn(Ak!)₂) | Aizsargājošs, mazāk kaitīgs korozijas produkts. To var mazināt ar pārklājumiem. |
| Dzelzs | Sarkanā rūsa (Fe₂O3) | Pārslains, vāja korozija, kas nepārtraukti bojā materiālu. |
5. Kā cinks novērš tērauda rūsēšanu: Galvanizācijas loma
Cinka spēja novērstu rūsēšanu ir visslavenāk demonstrēts caur Cinkošana.
Šis process ietver plāna cinka slāņa uzklāšanu uz tērauda vai dzelzs, nodrošinot metāla aizsardzību pret koroziju.
Cinks darbojas kā barjera mitrumam un skābeklim, bet vēl svarīgāk, to upurē sevi lai aizsargātu tēraudu apakšā.
Ja tiek bojāts cinka slānis, atklātais tērauds joprojām būs aizsargāts, jo cinks korodē pirms tērauda.
Galvanizācijas process:
- Karstā cinkošana: Tēraudu iemērc izkausētā cinkā, veidojot spēcīgu saikni starp abiem materiāliem.
- Galvanizācija: Cinks tiek uzklāts ar elektroķīmiskiem līdzekļiem, veidojot tievu, vienmērīgs slānis uz tērauda virsmas.
Galvanizācijas priekšrocības:
- Upura aizsardzība: Cinks galvenokārt korodē, aizsargājot tēraudu.
- Pagarināts kalpošanas laiks: Tērauda detaļas kalpo ievērojami ilgāk, samazinot uzturēšanas izmaksas.
- Izturība: Cinkoti izstrādājumi var ilgt 30-50 gadus vai vairāk, atkarībā no vides apstākļiem.
Cinkota tērauda aizsardzība:
| Vides stāvoklis | Paredzamais cinka pārklājuma kalpošanas laiks | Piezīmes |
|---|---|---|
| Lauku | 50+ gadi | Minimāla iedarbība uz piesārņotājiem vai ekstremāliem laikapstākļiem. |
| Pilsētas | 40-50 gadi | Pakļaušana mērenam piesārņojumam. |
| Piekrastes | 20-30 gadi | Sālsūdens paātrina cinka koroziju. |
6. Cinks un vides faktori: Kas ietekmē tā ilgmūžību?
Lai gan cinks ir ļoti izturīgs pret koroziju, tā ilgmūžību var ietekmēt vides faktori, piemēram, mitrums, sālsūdens, un piesārņotājiem.
Apskatīsim galvenos faktorus, kas var ietekmēt cinka izturību dažādos apstākļos:
- Sālsūdens: Piekrastes vide vai apgabali ar augstu hlorīda iedarbību var paātrināt baltās rūsas veidošanos, īpaši iekšā nepārklāts cinkotas vai bojātas cinkotas virsmas.
- Skābā vide: Ļoti skābi apstākļi (piemēram, ķīmiskajās rūpnīcās vai skābā lietū) var ātrāk noārdīt aizsargājošo cinka slāni.
- Piesārņojums: Rūpnieciskais piesārņojums, ieskaitot sēra dioksīdu un slāpekļa oksīdus, var veicināt cinka pārklājumu degradāciju.
Cinka aizsardzība skarbos apstākļos: Lai nodrošinātu cinka ilgmūžību sarežģītos apstākļos, papildu aizsargpārklājumi, piemēram krāsu vai hermētiķi, bieži tiek uzklāti uz cinkotām virsmām.
Šis papildu slānis pasargā cinku no vides iedarbības un pagarina tā kalpošanas laiku.
7. Secinājums
Noslēgums, cinks nerūsē tradicionālā izpratnē, bet noteiktos apstākļos tas var tikt pakļauts korozijai, veidojot balto rūsu.
Cinka ievērojamā izturība pret rūsu un koroziju ir viens no iemesliem, kāpēc tas ir tik augstu novērtēts, īpaši iekšā galvanizācijas process, kur tas aizsargā tēraudu un citus metālus no rūsas.
Cinka spēja veidot aizsargājošu oksīda vai karbonāta slāni nodrošina, ka tas ir izturīgs plašam lietojumu klāstam, no būvniecības līdz automobiļu detaļām.
Lai gan cinka ilgmūžība parasti ir iespaidīga, ir svarīgi ņemt vērā vides apstākļus, nosakot tā piemērotību konkrētiem lietojumiem.
Ar pienācīgu aprūpi un ārstēšanu, cinks var arī turpmāk nodrošināt izcilu aizsardzību, nodrošinot produktu un konstrukciju ilgmūžību dažādās nozarēs.
