Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy. Zkoušení adhesivní pevnosti zinkových povlaků Bakalářská práce

Transkript

1 Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy Zkoušení adhesivní pevnosti zinkových povlaků Bakalářská práce Vedoucí práce: doc. Ing. Michal Černý, CSc. Vypracoval: Tomáš Langer Brno 2011

2 Agronomická Ústav techniky a automobilové dopravy fakulta Akademický rok: 20010/1011 ZADÁNÍ BAKALÁŘSKÉ PRÁCE Zpracovatel Studijní program Obor Tomáš Langer Zemědělská specializace Provoz techniky Název tématu: Zkoušení adhesivní pevnosti zinkových povlaků Zásady pro vypracování: 1. Vypracujte rešeršní přehled o přilnavosti žárových zinkových povlaků 2. Navrhněte metodiku zkoušek přilnavosti Zn povlaku v souladu s ČSN ISO 3. Konstrukčně zpracujte návrh zkušebního zařízení

3 PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Zkoušení adhesivní pevnosti zinkových povlaků vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně. dne. podpis studenta..

4 Poděkování: Tímto chci velmi poděkovat Doc. Ing. Michalu Černému, Csc., vedoucímu bakalářské práce, zejména za cenné nápady, odborné rady a užitečné připomínky k tématu mé práce. Dále děkuji Ing. Zbyňku Šochovi za pomoc při laboratorním měření.

5 Abstrakt: Práce je zaměřena na studium přilnavosti žárově zinkovaného povlaku. Její první část obecně shrnuje dosud publikované poznatky o zinkování. První část se v závěru zaměřuje na žárové zinkování. Ve druhé části jsou uvedeny hlavní normy pro žárové zinkování a je zde popsán důležitý poznatek, že v současnosti neexistuje žádná ISO norma definující měření přilnavosti žárově zinkovaných povlaků. Na tento poznatek reaguje třetí část, kde je navržena metoda měření, dále potřebná modifikace metody a je zde popsán provedený experiment s uvedenými výsledky. V závěru jsou shrnuty přínosy navržené měřící metody pro měření přilnavosti žárově zinkovaného povlaku. Klíčová slova: žárové zinkování, přilnavost zinkového povlaku, normy pro zinkování, měření přilnavosti zinkového povlaku Abstract: The bachelor thesis is focused on the study of adhesion of hot dip galvanized coating. The first part summarizes general published findings about zinc. The conclusion of the first part is focuses on hot-dip galvanizing. The second section describes the basic standards for hot dip galvanizing and describes the important lesson that there is currently no ISO standard that defines the measurement of adhesion dip galvanized coatings. On this evidence addresses the third part, where the proposed measurement method, the necessary modification of the method and describes an experiment conducted with these results. The conclusion summarizes the benefits of the proposed measuring method for measuring the adhesion of hot dip galvanized coating. Key words: hot dip galvanizing, zinc coating adhesion, standards for galvanizing, zinc coating adhesion measurement

6 OBSAH: Poděkování:... 4 Abstrakt:... 5 Klíčová slova:... 5 Abstract:... 5 Key words:... 5 Obsah:... 6 Úvod... 7 Cíl práce Přehled stávajících poznatků o využití zinku jako protikorozní ochrany Koroze a protikorozní ochrana obecně Volba protikorozní ochrany Zinek v životním prostředí Způsoby zinkování Žárové zinkování Provedení konstrukce Reakce mezi železem a zinkem Koroze zinkových povlaků Ekonomika žárového zinkování Normativní přístup Ekologický profil Normy Zkoušky, kontrola kvality a opravy Experimentální část Měření adhesivní pevnosti zinkového povlaku odtrhem Příprava zkušebních vzorků a pomůcek Metodika měření Naměřené výsledky Diskuse výsledků Závěr Literatura Seznam obrázků Seznam tabulek... 40

7 ÚVOD Koroze konstrukčních materiálů je v technické praxi velmi vážným problémem. Podle studie z roku 2004 jsou roční ztráty způsobené korozí 2% z celosvětové produkce a náklady na protikorozní opatření dosahují až 10% ceny výrobku. Proto je velmi užitečné zabývat se metodami pro řízení jakosti výroby a aplikace protikorozních ochrany. Žárové pokovení ponorem výrobků do roztavených kovů je jedním z nejstarších způsobů vytváření kovových povlaků. Touto metodou lze poměrně jednoduše vytvořit ochranné vrstvy proti korozi o dostatečně velkých tloušťkách a s malou pórovitostí povlaku. Podmínkou žárového pokovování je, aby základní kov měl vyšší teplotu tání než kov povlakový. Z tohoto důvodu je tato metoda používána pro povlakové kovy s poměrně nízkou teplotou tání, tzn. pro zinek, cín, olovo a hliník. Nejpropracovanějším, letitou praxí ověřeným a nejrozšířenějším způsobem ochrany ocelových výrobků proti korozi je zinkování. Zinek zaujímá mezi kovovými povlaky dominantní postavení pro svou relativně nízkou cenu a dobré korozní vlastnosti. Poskytuje ocelovému podkladu protikorozní ochranu v běžných atmosférických podmínkách svým bariérovým (vytvoří se tzv. bariérový efekt, který brání kyslíku a vlhkosti, aby se dostaly do kontaktu s ocelí) i elektrochemickým účinkem. Na vzduchu, za spolupůsobení vlhkosti a oxidu uhličitého, vytváří nerozpustný ochranný povrchový film zásaditého uhličitanu zinečnatého. Adhesivní pevnost zinkového povlaku je vlastnost, která se jen obtížně definuje a měří. Skutečná přilnavost může být změřena pouze na hranici mezi povlakem a základním materiálem. U zinkového povlaku ji je možno definovat jako schopnost odolávat nárazům, mechanickému poškození, otěru. Doposud se nenašla žádná praktická metoda pro objektivní měření přilnavosti. Pro hodnocení přilnavosti povlaku jsou často používány metody ověřující jeho schopnost odolávat mechanickým vlivům, např. ohýbání a kroucení. Tyto metody však poskytuje pouze výsledek ve formě ano ne, bez kvantifikovatelných výsledků. Norma ČSN ISO 2819 sice definuje celou řadu metod pro zkoušení přilnavosti, avšak ve všech případech se jedná o metody kvalitativní. Lze tedy souhlasit s komentářem normy ČSN EN ISO 1461, že v současné době neexistují vhodné normy pro zkoušení přilnavosti zinkových povlaků. 7

8 CÍL PRÁCE Bakalářská práce na téma: Zkoušení adhesivní pevnosti zinkových povlaků reaguje na absenci vhodné normy pro zkoušení přilnavosti žárově zinkovaných povlaků a má za cíl navrhnout praktický základ metody pro měření přilnavosti žárově zinkovaných povlaků. 8

9 1. PŘEHLED STÁVAJÍCÍCH POZNATKŮ O VYUŽITÍ ZINKU JAKO PROTIKOROZNÍ OCHRANY 1.1 Koroze a protikorozní ochrana obecně Koroze je podle normy definována jako fyzikálně-chemická reakce mezi kovem a jeho okolím. Reakce je nečastěji elektrochemického charakteru. Koroze zpravidla vede k poškození funkčnosti kovů, jeho okolí nebo technického systému, jehož je kov součástí. Škody na korodujícím předmětu se nazývají primární škody, další škody, které jsou následkem primární koroze, se nazývají sekundární škody. Často jsou to právě sekundární škody, které pro jednotlivce nebo společnost představují největší náklady. V širším smyslu v průběhu času korodují nebo se rozkládají na stabilní sloučeniny všechny anorganické materiály s výjimkou vzácných kovů. Při získávání kovů z rud se dodává energie. Kov proto reprezentuje energeticky vyšší stav než ruda. Při korozním ději se kov snaží tuto energii uvolnit a přejít do stabilního přírodního stavu, který už jednou měl. Korozní produkty proto často připomínají ty sloučeniny, ze kterých byl kov získán. Nicméně vyšší energetický stav sám nestačí k tomu, aby začala koroze. Aby ocel začala korodovat, je v běžném prostředí potřebný přístup kyslíku a vody (relativná vlhkost > 60%). V současné době je bezkonkurenčně nejpoužívanějším kovem ocel. Její jedinou velkou nevýhodou je příliš vysoká korozní rychlost v mnoha běžných prostředích. Chránit výrobky z oceli nebo ocelové konstrukce proti korozi je proto ekonomicky velmi důležité. [1] Ocel je možné chránit proti korozi následujícími způsoby: Legování oceli dalšími základními prvky Přídavkem chromu >13% dostaneme korozivzdornou ocel, která je proti atmosférické korozi ještě odolnější než chrom, jenž byl přidán, přídavkem niklu nebo molybdenu může být korozní odolnost ještě zvýšena. Vysoký obsah niklu dává korozně odolné slitiny monel nebo hastelloy. Většina slitin je v porovnání s nelegovanými nebo nízkolegovanými ocelemi výrazně dražší. Důležité je také ověřit si, zda jsou slitiny skutečně korozně odolné v prostředí, kterému budou vystaveny. 9

10 Změna korozního prostředí Snížením relativní vlhkosti, vysoušením, zvýšením teploty nebo přídavkem inhibitorů. Inhibitor je látka, která přidaná v malé koncentraci do korozního prostředí snižuje korozní rychlost. Použití inhibitorů je nejběžnější v roztocích. Nevýhoda je, že se tyto metody dají použít pouze v omezeném rozsahu. Katodická ochrana Použitím tzv. obětované anody bez nebo s použitím vloženého stejnosměrného proudu. Metoda s obětovanou anodou se může považovat za jednu z forem galvanické koroze, protože se zde kovy vědomě uspořádají tak, aby jeden mohl korodovat, a tím chránil druhý kov. Nejběžnější materiál pro obětované anody je zinek nebo hořčík, případně jejich slitiny. Anodická ochrana Anodická ochrana je založena na úmyslné pasivaci kovu průchodem proudu, případně na změně potenciálu kovu v rámci pasivity průchodem proudu, kdy chráněný objekt je anodou. Tento způsob PKO je relativně nový a rozvinul se až v druhé polovině 20. století na základě vědeckých poznatků. Ochranný povlak S anorganického nebo organického materiálu, aby se zabránilo přístupu vlhkosti a kyslíku k povrchu oceli. To je nejběžnější způsob protikorozní ochrany. Anorganickými materiály mohou být kovy, slitiny nebo smalty. Organickými povlaky mohou být nátěrové hmoty, bitumenové přípravky nebo plasty. Často s velmi dobrým výsledkem kombinují anorganické a organické materiály, například nátěr nebo plast na zinkovém povlaku. Velmi rozšířené jsou práškové barvy nanášené elektrostaticky a vypalované v peci. [3] 1.2 Volba protikorozní ochrany Při volbě protikorozní ochrany ocelových součástí nebo konstrukcí je třeba brát v úvahu mnoho technických faktorů. Je nutné zmapovat prostředí, kde budou objekt či konstrukce umístěny, stejně tak i zatížení vznikající při dopravě, skladování nebo montáži. To platí zvláště pro konstrukce, které se musí dopravovat na velkou 10

11 vzdálenost, například přes moře. Provedení konstrukce a její velikost i snadná kontrola ochranného povlaku jsou další významné faktory. Je důležité provést dobrý rozbor ekonomických dopadů pro několik alternativ protikorozní ochrany. Zvláště důležité je, aby základem pro posouzení nebyly pouze vstupní náklady. V ekonomickém rozboru musí být jako základ zvoleny náklady v průběhu životnosti tzn. celkové náklady po dobu funkčnosti nebo užití celé konstrukce. Pro definici aktuální korozní agresivity je vhodné použít platné normy ISO 9223 nebo příručku BSK. Norma ISO 9223 rozděluje stupně korozní agresivity do pěti tříd C1 až C5. Jako příklad pro volbu protikorozní ochrany poslouží daná korozní agresivita prostředí s přihlédnutím k místním vlivům. Je třeba poukázat na to, že stupně korozní agresivity jsou vztaženy na prostředí užití výrobku. Prostředí při výrobě, dopravě a montáži mohou přinést změny v korozní agresivitě, a mohou tak ovlivnit i volbu protikorozní ochrany. V souvislosti s volbou protikorozní ochrany je třeba poznamenat, že zinek a nátěrová hmota se sice používají ke stejnému účelu ochraně proti koroznímu napadení, avšak působí zcela jinak. Zinkový povlak koroduje na povrchu oceli a poskytuje katodickou ochranu poškozeným místům v povlaku. Na rozhraní mezi zinkovým povlakem a povrchem oceli nedochází ke vzniku koroze. Naproti tomu povlaky nátěrových hmot jsou poškozovány tím, že se korozní produkty vytvářejí v hraniční vrstvě mezi nátěrem a ocelí. Povlaky nátěrových hmot neposkytují katodickou ochranu a koroze může postupovat dále pod povlakem. [2] 1.3 Zinek v životním prostředí Zinek je světlý, šedomodrý, snadno tvárný kov s hustotou 7,14 g/cm3. Je přirozeným prvkem a v pořadí zastoupení v přírodě zaujímá 24. místo mezi prvky z periodické tabulky prvků. Uvádí se, že průměrný obsah zinku v půdách je 70 mg/kg. v těžitelné podobě se zinek nachází jako sulfid zinečnatý (sfalerit). [4] Pokud je zinek vystaven vlhkému vzduchu, tvoří se na jeho povrchu tenká vrstva hydrouhličitanu. Vrstva je málo rozpustná ve vodě a částečně chrání zinek před další korozí. V přítomnosti vyšších koncentrací oxidu siřičitého se na povrchu tvoří síran zinečnatý. Síran zinečnatý je ve vodě vysoce rozpustný a dá se snadno smít, proto je 11

12 korozi vystavován stále nový povrch zinku. Obsah oxidu siřičitého ve vzduchu se v posledních 20 letech v Evropě i v Česku výrazně snížil a dnes dosahuje velmi nízkých hodnot. Zinek je životně důležitý prvek, který je v malém množství pro mnohé organizmy nezbytný. Člověk potřebuje cca. 15 mg zinku na den, což znamená, že celé lidstvo spotřebuje cca tun zinku ročně. I přes vysoké celkové obsahy zinku na určitých místech chybí údaje o tom, že by byl pro okolí nebezpečný. Vysvětlením může být, že se zinek rychle váže do sloučenin a mineralizuje, proto je jeho biologicky akumulovatelný podíl velmi nízký. [5] 1.4 Způsoby zinkování Elektrolytické (galvanické) zinkování U této metody se využívá Faradayův zákon. Ocelový povrch se nejprve odmastí a pak očistí od okují a rzi mořením. Často se spojuje předúprava s elektrolytickým odmašťováním. Materiál se zavěsí do vodného roztoku zinečnaté soli (elektrolyt) a zapojí se jako katoda ke zdroji stejnosměrného proudu. Jako anoda se zapojí desky s čistého zinku (elektrolytický zinek 99,995%). Elektrolyt může být kyselý, neutrální nebo alkalický a podle toho se volí druh zinečnaté soli. Jakmile se zapojí proud, rozpouští se zinek s anody a ve formě zinečnatých iontů putuje ke katodě, kde se vylučuje na povrchu materiálu. Proudový výtěžek, tj. velikost podílu proudu využitého na vyloučení zinku, má velký význam u oceli, která je citlivá na vodíkovou křehkost. Je to tím, že nevyužitý proud způsobí hlavně vyloučení vodíku. Větší předměty se běžně zavěšují na přípravky (závěsy, háky atd.), zatímco menší předměty (hromadné zboží šrouby, matice, kování atd.) se pokovují v bubnech. Přípravky nebo bubny se pohybují mezi různými lázněmi, často s pomocí programovatelných robotů. Vytvořená vrstva zinku má velmi jemnozrnnou strukturu a na povrchu oceli drží pouze mechanicky. Normalizované tloušťky povlaků jsou 3, 5, 8, 12 nebo 20 µm. Běžně se používá 5 až 8 µm. Tenčí povlaky se používají především na hromadné zboží, zatímco tlustší povlaky >20 µm se zpravidla dají vytvořit pouze na zboží s jednoduchou geometrií, například na drátu. Pro tloušťky větší než 15 µm je často ekonomičtější zboží 12

13 pozinkovat žárově. Je možné pozorovat, že tloušťka povlaku při elektrolytickém zinkování se často na povrchu součásti mění v závislosti na jejím tvaru a umístění anod. Pomocné anody je nutné použít, aby se povlak vytvořil i v zastíněných místech. Povrch zinku je velmi hladký, se stříbrným kovovým leskem. Přídavkem tzv. leskutvorných přísad je možné získat vysoce lesklé povlaky. Elektrolyticky pozinkované předměty se běžně chromátují, aby byl povrch zinku chráněn během skladování a dopravy. Chromátové vrstvy jsou bezbarvé nebo modré, žluté či zelené podle jejich tloušťky nebo složení chromátovací lázně (nebezpečný je obsah trojmocného nebo šestimocného chromu) Elektrolyticky pozinkované předměty se nedoporučuje používat ve venkovním prostředí s výjimkou velmi krátkých expozic. Ve venkovním prostředí by se měly používat pouze předměty zinkované žárově. [8] Žárové stříkání (metalizace) Povrch oceli se pečlivě očistí tryskáním na minimálně Sa 2 ½ podle platné normy. Tryskání na Sa 2 ½ definuje norma ISO Charakteristiky drsnosti povrchu otryskaných ocelových podkladů. Zinek ve formě drátu nebo prášku se přivádí do pistole a taví se v plynovém hořáku nebo elektrickém oblouku. Roztavený zinek ve formě malých kapek je pomocí tlakového vzduchu vrhán na povrch oceli. Přilnavost povlaku je čistě mechanická a vrstva porézní, z drsným povrchem. Povrch se dobře hodí pro následný organický povlak, který dále zvyšuje korozní odolnost. Tloušťka povlaku se může pohybovat od 30 µm do 300 µm. Pro dosažení stejně kvalitní protikorozní ochrany by měl být povlak asi o 20% tlustší než u žárově zinkované vrstvy. Metoda je vhodná pro větší objekty s nepříliš komplikovaným tvarem. Je například těžké povlakovat roury zevnitř. Žárové stříkání je třeba velmi vhodné pro opravy žárově zinkovaných předmětů poškozených svařováním nebo mechanickými účinky. [8] Sherardizace Předměty očištěné mořením nebo tryskáním se smísí se zinkovým prachem a pískem v bubnu který se za otáčení zahřívá těsně pod teplotu tání zinku. V průběhu otáčení spolu reaguje železo a zinek a na povrchu oceli se tvoří jejich sloučeniny. Sherardizace poskytuje relativně tenké povlaky (15 až 40 µm) s temně šedým až hnědošedým povrchem. Povlaky mají dobrou přilnavost a velmi rovnoměrnou tloušťku 13

14 i na předmětech s velmi složitým tvarem. Metoda má přibližně stejnou oblast použití jako elektolytické zinkování. [8] Mechanické zinkování Po odmáštění, odmoření a pomědění (vycementování mědí) se součásti nasypou do bubnu spolu se skleněnými kuličkami, zinkovým prachem a chemickými aktivátory, součásti se omýlají v bubnu a zinek se při tom pomocí skleněných kuliček navaluje na jejich povrch. Tloušťka vytvořeného povlaku se reguluje množstvím přidaného zinku. Běžně se pohybuje kolem 10 až 15 µm, avšak mohou se vytvářet i tlustší povlaky. Jsou rovnoměrné i na dílech s komplikovanou geometrií. Povrch je poněkud matný. Mechanické zinkování je vhodné pro ušlechtilé oceli s tvrdostí nad 40 HRC, kde u jiných metod hrozí vodíková křehkost. Vytvořené povlaky se vlastnostmi podobají elektrolyticky pozinkovaným. Nátěrové hmoty s vysokým obsahem zinku Podobně jako při žárovém stříkání se čištění oceli provádí tryskáním minimálně na Sa 2 ½ dle normy ISO Pouhé oškrabání nebo okartáčování neposkytuje uspokojivý výsledek. Barva s vysokým obsahem zinku obsahuje jemně rozptýlený zinkový prášek v organickém nebo anorganickém pojivu. Jsou k dispozici jako jednosložkové nebo dvousložkové barvy. Obsah zinku v sušině bývá minimálně 92 hmotnostních procent, což odpovídá 62 objemovým procentům. To je nezbytné proto, aby se jednotlivé částice zinku dostali do dobrého elektrického kontaktu mezi sebou a také s povrchem oceli. Barva se nanáší stříkáním nebo štětcem. Nátěr barvou s vysokým obsahem zinku se někdy nazývá studené zinkování. Proto je možné získat dojem, že aplikací barvy s vysokým obsahem zinku lze vytvořit povlaky kvalitativně srovnatelné s povlaky vytvořenými žárovým zinkováním, ale není tomu tak. Nátěr barvou s vysokým obsahem zinku je ochrana nátěrem a ne vytvořením kovového povlaku. Barva s vysokým obsahem zinku se může používat pro opravy malých poškození povlaku žárového zinku. Nanáší se štětcem a tloušťky by měli být minimálně o 30 µm větší než u žárového povlaku. Pokud je poškozená oblast vystavena zatížení, je třeba volit jiný způsob opravy. 14

15 Žárové zinkování Ocelové součásti očištěné od tuku, okují, rzi a jiných nečistot se noří do roztaveného zinku. Na povrchu oceli se vytváří povlak s různým podílem slitinových fází zinekželezo a vnější vrstvou čistého zinku. Metoda je nejvíce používaná pro dlouhodobou protikorozní ochranu a podrobně bude popsána v kapitole Žárové zinkování Francouzský chemik Malouin objevil už v roce 1741, že zinek může chránit ocel proti korozi. Tato metoda našla poněkud větší praktické použití, až když francouz Sorel zavedl chlorid amonný jako tavidlo. Dne 10. května 1837 podal svou první patentovou přihlášku na žárové zinkování. Sorelův patent se v praxi využívá dodnes. V dodatku ke své patentové přihlášce s července 1837 nazývá Sorel metodu galvanizací. Zaměřuje se na galvanický článek, který se tvoří, je-li zinkový povlak poškozen. ocel se na poškozeném místě stává katodou galvanického článku a zinek anodou, která ocel chrání proti korozi. Označení bylo přejato i pro jiné metody povlakování oceli zinkem a používá se také pro elektrolytické vylučování kovu obecně. Aby se zabránilo nedorozumění, nazývá se proto zinkování v roztaveném zinku žárovým zinkováním ponorem nebo zkráceně žárovým zinkováním. [2] Postup Pokud je povrh oceli znečištěn barvou, například ve vodě nerozpustnou označovací barvou, nebo struskou po svařování, musí se tyto nečistoty nejprve mechanicky odstranit tryskáním nebo broušením. Formovací písek se z odlitků musí otryskat, protože křemičitany, které písek obsahuje, není možné odmořit v kyselině chlorovodíkové, sírové nebo chloridu železnatém. Tuk, olej a dehet se běžně odstraní alkalickým odmašťováním. V současné době se používají ekologičtější lázně s tenzidy a bakteriemi, které se provedou likvidaci tuků a olejů. Tyto lázně umožňují vynechat oplachové lázně a je možné přejít přímo k moření, aby se odstranila rez a okuje. Moření probíhá v 10-12% kyselině chlorovodíkové, v kyselině sírové (max 20%) nebo chloridu železnatém. Před ponořením do roztaveného zinku se musí na materiál nejprve nanést tavidlo. Má zabránit tvorbě oxidů a zároveň rozpustit oxidy na povrchu oceli a roztaveného 15

16 zinku, takže dojde k přímému vzájemnému kontaktu obou kovů. To lze dosáhnout dvěma způsoby suchým nebo mokrým zinkováním Suché zinkování Po odmaštění, moření a oplachu se materiál ponoří do tavidlové lázně, což je vodný roztok chloridu zinečnatého a chloridu amonného, a usuší se. Regenerací tavidla se udržuje obsah železa pod 1g/l, což umožňuje minimalizovat tvorbu tvrdého zinku v zinkové lázní. Ponořením do tavidla se na povrchu materiálu vytvoří tenká vrstva tavidla, která brání oxidaci. Vrstva tavidla také čistí hladinu roztaveného zinku od oxidů při ponořování materiálu. Před ponořením a vynořením materiálu se z hladiny roztaveného zinku stírá popel ze spáleného tavidla a oxidy zinku. Po vytažení ze zinku se zinkovaný materiál ochladí ve vodě nebo na vzduchu a je připraven ke kontrole, eventuálně k následným úpravám, zabalení a expedici. Mokré zinkování Při mokrém způsobu je hladina zinkovací lázně rozdělena na dvě části přepážkou. V jedné části se na hladině zinkové lázně nachází vrstva tavidla chloridu amonného. Ihned po odmaštění a odmoření se materiál zanořuje přes vrstvu tavidla do zinkové lázně. Po té se materiál protáhne zinkovou lázní do té její části, kde je čistá a volná hladina. Z jejího povrchu se stírá popel ze spáleného tavidla a oxidy zinku. Stejně jako při suchém zinkování se po vytažení ze zinku materiál ochladí na vzduchu nebo ve vodě a připraví ke kontrole, eventuálně k následným úpravám, zabalení a expedici. Obě výše uvedené metody poskytují z hlediska kvality a úrovně protikorozní ochrany zcela rovnocenné povlaky. Suchý způsob je běžnější, protože se dá snáze mechanizovat. [3] 16

17 Výhody žárového zinkování nízké vstupní náklady dlouhá životnost a tím i nízké náklady na opravy, konstrukci není třeba často udržovat povrchová úprava se provádí v pevných zařízeních definovatelnou technologií, což dává velkou jistotu, že nedojde ke vzniku chyb kvalita zinkového povlaku je zcela nezávislá na počasí v průběhu provádění úpravy rovnoměrný a kvalitní povlak na celém povrchu materiálu i na vnitřních a obtížně přístupných plochách velkou výhodou je stejná nebo větší tloušťka povlaku na ostrých hranách a výstupcích než na rovinných plochách dobrá odolnost zinkového povlaku proti mechanickým vlivům při dopravě, zatížení a montáži zajišťuje, že zinková vrstva jen zřídka vyžaduje opravy na místě při malých poškozeních chrání zinek ocel katodicky a menší šrámy není potřeba opravovat jednoduchá a rychlá kontrola Nevýhody žárového zinkování nelze provádět na místě, vyžaduje pevné zařízení barvu zinkového povlaku je možné měnit pouze nátěrem rozměry konstrukce jsou omezeny velikostí zinkovací lázně, pokud se nepoužívá svařování nebo šroubové spojení určité riziko u povrchů tvářených za studena, například tenkých plechů nebo profilů, které se deformují vlivem tepla v zinkovací lázni svařování pozinkované oceli vyžaduje poněkud náročnější proceduru v porovnání s nepovlakovanou ocelí, vzniká nebezpečí zinkové horečky, pokud dojde k vdechnutí exhalací při svařování [4] [9] [10] 17

18 1.4.2 Provedení konstrukce Provedení konstrukce pro žárové zinkování se do značné míry shoduje s tím, co platí pro praxi z hlediska přípravy výroby, svařování a konstruování obecně. Určité detaily při žárovém zinkování vyžadují zvláštní pozornost. Velikost zinkovací vany Rozměry zinkovací vany omezují velikost zinkované konstrukce. U rozměrných výrobků se doporučuje smontování až po pozinkování, výjimečně může problém vyřešit dvojitý ponor. Hmotnost konstrukce Zinkovna má možnost převzít k zinkování pouze takové zboží, se kterým si poradí její manipulační technika, například jeřáb. Bezpečnostní požadavky Žárové zinkování zahrnuje ponoření v lázních předúprav a potom v lázni s roztaveným zinkem. To znamená, že konstrukce s vnitřními dutinami musí být opatřeny otvory pro přívod a odvod kapalin a vzduchu. Bez nich může konstrukce v horké zinkovací lázni explodovat. Mořící kyselina má značnou schopnost pronikat například do pórů ve svarech. Ponořením do zinkovací lázně se tato kyselina odpaří a může se vytvořit tak velký přetlak, že výrobek exploduje. Tím vzniká riziko závažných materiálních škod a ohrožení bezpečnosti práce Kvalitativní hlediska Následující pokyny nejsou předpokladem pro to, aby bylo možné žárově zinkovat, avšak jejich dodržování usnadní zinkování a výrazně zlepší jeho kvalitu konstrukce by měla být zhotovena ze snadno manipulovatelných dílů díly, které musí zůstat vzájemně pohyblivé, je nutné montovat až po zinkování. na jednom výrobku se nesmí kombinovat materiály výrazně rozdílné tloušťky, výrobek by se při zahřívání v zinkovací lázni deformoval výskyt různých typů povrchů a materiálů způsobuje různě tlusté zinkové povlaky a proto mají i různý vzhled 18

19 konstrukce by měla být provedena tak, aby nevznikly úzké spáry, ve kterých by hrozilo uzavření kyselin Vnější závity se řežou na menší než jmenovitý průměr dle normy a následně se zinkují. Vnitřní závity se řežou na nominální průměr až po zinkování. Po sešroubování chrání zinkový povlak na vnějších závitech ocel i na závitech vnitřních dočasné značení se provádí vodou rozpustnou barvou nebo přivázáním štítku trvalé značení se provádí vyražením nápisu na materiál svařování musí být bez pórů, struska se musí důkladně odstranit [7] 1.5 Reakce mezi železem a zinkem Teplota zinkové taveniny při kusovém zinkování je 450 až 460 C. Při zinkování drobných dílů (hromadné zinkování) se používají teploty v rozmezí 540 až 560 C v kombinaci s odstřeďováním, které usnadňuje odstranění přebytku zinku například ze závitů. Teploty nad 470 C vyžadují použití keramické zinkovací vany. Pro nižší teploty se běžně používají vany z čistého železa (feritu), které snižuje rychlost reakce mezi zinkem a stěnami vany. Když se ocel dostane do kontaktu s roztaveným zinkem, dojde k reakci mezi oběma kovy a na povrchu oceli se tvoří slitina železo-zinek. Tato slitina je tvořena fázemi zinek-železo s klesajícím obsahem železa směrem k vnějšímu povrchu. Po vytažení ze zinkové lázně ztuhne vrstva čistého zinku na vnější vrstvě slitinové fáze. [11] 19

20 Obr. 1 Řez zinkovou vrstvou Na obr.1 jsou vidět jednotlivé fáze povlaku v řezu. Nejvýše je éta-fáze s 0,03% Fe, pod ní zeta-fáze s 5,8 až 6,7% Fe, delta-fáze se 7 až 11% Fe a gamma-fáze s 21 až 28% Fe. Tloušťka povlaku a vzhled povrchu jsou dány reakcí mezi ocelí a zinkem a tím, jak rychle tuhne vnější zinková vrstva. Průběh reakce závisí na mnoha parametrech. Největší význam má složení a stav povrchu oceli (mimo jiné struktura, velikost zrna, napětí a povrchová drsnost). Dále mají vliv i složení taveniny a její teplota, stejně jako doba ponoru. Průběh reakce je velmi komplikovaný a dosud ne zcela vyjasněný. Při výrobě oceli se přidává křemík nebo hliník jako dezoxidační činidlo a ocel se stává uklidněnou. Obsah křemíku a v některých případech i fosforu má pro reakce při žárovém zinkování velký význam: Neuklidněné nebo hliníkem uklidněné oceli Mají společný obsah křemíku a fosforu pod 0,04%. Rychlost reakce a tím i rychlost růstu vrstvy s časem klesá a povlak zůstane relativně tenký. Částečně uklidněné oceli Celkový obsah křemíku a fosforu 0,04 až 0,14%. Tyto oceli vyžadují zvláštní složení zinkovací lázně. V běžné lázní je reakce mezi ocelí a zinkem velmi rychlá a vytvořený povlak je nepravidelný se zhoršenou přilnavostí. Pokud není k dispozici vhodně legovaná zinková tavenina je třeba se tomuto typu ocelí při zinkování vyhnout. 20

21 Křemíkem uklidněné oceli Celkový obsah Si nad 0,15%. Reakce se nebrzdí s časem a zůstává stejná po celou dobu ponoru v zinkové lázni. Nárůst tloušťky je řízený, vrstva rovnoměrná s dobrou přilnavostí k oceli. [3] 1.6 Koroze zinkových povlaků Kvalitní protikorozní ochrana se získá pomocí zinku. Zinkové povlaky chrání dvojím způsobem: Bariérovým působením Brání přístupu kyslíku k povrchu oceli. Katodickou ochranou Chrání v místech porušení jako jsou škrábance, odloupnutí, ostré hrany atd. Zinek je neušlechtilý kov s velkým sklonem ke korozi. Že je přesto jeho korozní rychlost ve většině prostředí nízká, je dáno tím, že se povrch zinku rychle pokrývá korozními produkty, které chrání proti další korozi. (viz kapitola 1.3) Jakmile žárově zinkovaný výrobek opustí zinkovací lázeň, je hned napadán vzdušným kyslíkem a na jeho povrchu se tvoří oxid zinečnatý. Proces dále pokračuje. S pomocí vodní páry a oxidu uhličitého ze vzduchu se tvoří zásadité uhličitany zinku, které jsou kompaktní a mají vynikající přilnavost. Protože uhličitany jsou navíc velmi málo rozpustné ve vodě, tvoří dobrou ochranu pro zinkovaný povrch. Ovzduší ale obsahuje také oxid siřičitý, který přetváří zásaditý uhličitan zinečnatý na snáze rozpustný siřičitan zinečnatý nebo na síran zinečnatý. Vrstva zinku, která byla vystavena několik měsíců atmosféře, získá matnou, světle šedou barvu. V přímořském prostředí je koroze zinku ovlivňována obsahem soli ve vzduchu. V mořském vzduchu se však vyskytují i malá množství hořečnatých solí, které mají dobré pasivační vlastnosti. Koroze proto není tak velká, jak by se očekávalo. Na pobřeží směrem do vnitrozemí obsah soli rychle klesá. 21

22 Koroze zinku je ovlivněna mnoha faktory, proto není možné pro jeho korozní rychlost vytvořit jednoduchý vzorec. Nicméně zinkové povlaky se jako ochrana oceli proti korozi používají za nejrůznějších podmínek již dlouhou dobu. Zkušenosti s korozí zinku a její rychlostí v různých prostředích jsou dobré. V současnosti jsou příklady zinkových povlaků, které byly vystaveny prostředí po dobu více než sto let. [6] [9] 1.7 Ekonomika žárového zinkování Porovnání nákladů různých systémů ochrany proti korozi není snadné. Je třeba zvážit mnoho faktorů jako jsou životnost, riziko poškození ochranného povlaku, prostředí atd. Dlouhá životnost zinkové vrstvy a minimální riziko, že malé poškození povede k patrnému snížení kvality protikorozní ochrany, způsobují, že i v delší časové perspektivě je žárové zinkování vždy ekonomičtější než ostatní metody povrchových úprav. Vstupní náklady Často je rozhodujícím faktorem při volbě protikorozní ochrany nákupní cena, což zvyšuje riziko, že se volí velmi špatná povrchová úprava, která s sebou v budoucnu přinese velké náklady na údržbu. Vstupní náklady na žárové zinkování se většinou odvíjejí od hmotnosti výrobků. Při porovnání je třeba brát v úvahu, že trubkové konstrukce získají povlak na vnitřním i vnějším povrchu, což se nestane například při natírání. Při volbě protikorozní ochrany se často rozhoduje mezi žárovým zinkováním a nátěrem. Proto je důležitý vztah relativních vstupních nákladů pro nátěr a žárové zinkování uveden v grafu. 22

23 Náklady na údržbu Udržování protikorozní ochrany může stát značnou sumu peněz, zvláště tehdy, pokud se provádí přímo na místě. Při údržbě pak vznikají nebo mohou vznikat náklady z následujících činností: odstranění staré protikorozní ochrany a rzi výstavba lešení likvidace staré protikorozní ochrany a náklady na skládkování zvláštní opatření na těžko přístupných plochách přerušení provozu provedení nové protikorozní ochrany náklady na dopravu Zanedbaná údržba ve formě sekundárních, případně následných škod může stát mnohem víc. Proto platí, že je třeba se hned od počátku snažit o omezení nebo úplné vyloučení nákladů na údržbu. Náklady po dobu životnosti protikorozní ochrany Náklady po dobu životnosti jsou součtem všech nákladů na protikorozní ochranu, které vzniknou po dobu životnosti konstrukce. Volba protikorozní ochrany by měla být taková, aby náklady po dobu životnosti byly co nejnižší. Volba povrchové úpravy s dlouhou životností a nízkými náklady po dobu životnosti znamená významný příspěvek k ochraně životního prostředí, protože se šetří suroviny a energie a snižují emise oxidu uhličitého. Použitý zinek se dá snadno recyklovat a znovu použít. [3] 23

24 2. NORMATIVNÍ PŘÍSTUP 2.1 Ekologický profil Pozinkované výrobky se dají recyklovat nebo znovu zinkovat, protože ocel je po ukončení užití výrobku zcela netknutá. Z pozinkovaného materiálu se dá zinek recyklovat jako oxid zinečnatý zachycený ve filtru v huti. Zinek se snadno recykluje a v současnosti se 36% recyklovaného zinku využívá na novou výrobu. Spotřeba energie na výrobu jedné tuny zinku z rudy činí 13 GJ. Při výrobě sekundárního zinku je tato hodnota pouze 0,65 GJ, což znamená, že zinek je z hlediska výroby jedním z nejlevnějších kovů. Znamená to také, že vliv výroby na životní prostředí je menší než u jiných kovů. Ekologický profil udává průměrné hodnoty spotřeby energií a surovin, které proces žárového zinkování spotřebovává/produkuje při tvorbě povlaku. Hodnoty jsou vztaženy na tunu pozinkované oceli [3] Tab. č. 1 Spotřeba energií a surovin na tunu pozinkované oceli Zinek 60 až 70 kg Elektřina, jednosměnný provoz 600 až 650 kwh Elektřina, třísměnný provoz 350 kwh Oxid uhličitý 0 kg Oxid dusičitý 0 kg Kyselina chlorovodíková 15 kg Tavidlo 2 až 3 kg Voda malé objemy, které se zpětně čistí Tab. č. 2 Odpadní produkty Tvrdý zinek Popel Prach z filtrů Hydroxidový kal (vysušený) 10 kg 15 kg 0,3 kg 5 kg 24

25 Emise do ovzduší Při ponořování do zinkové lázně vznikají prachové částice, které se shromaždují ve filtrech. Tento prach se používá k regeneraci tavidla. Nevznikají žádné exhalace s obsahem oxidu uhličitého nebo oxidy dusíku. Při žárovém zinkování v uzavřených zařízeních jsou emise zinku do vzduchu jen minimální, proto je výraznou výhodou možnost provozovat zinkovnu i ve městě. Emise do vody Oplachová voda, používaná mezi jednotlivými kroky předúprav při žárovém zinkování, se běžně v procesu znovu využívá a nevypouští se. U automatizovaných zařízení je možné se vodnímu oplachu vyhnout. Zboží se chladí vodou, která se následně čistí. Využití energie Při žárovém zinkování je spotřeba energie při jednosměnném provozu 600 až 650 kwh, při trojsměnném provozu 350 kwh na tunu oceli. Hospodaření s energií je mimořádně důležité. Rekuperované teplo z ohřevu zinku a chladící lázně se mimo jiné využívá k vytápění místností. Většina procesních lázní pracuje za pokojové teploty. Hluk a zdraví Hluk ze zařízení je zpravidla nízký a neovlivňuje okolí. [1] 2.2 Normy Pro kusové zinkování jsou kvalitativní požadavky a zkušební metody uvedeny v následující mezinárodní normě: EN ISO 1461 Povlaky žárového zinku na železných a ocelových výrobcích specifikace a zkušební metody. 25

26 Obecné požadavky Norma uvádí, že vzhled zinkové vrstvy, její tloušťka, struktura a fyzikální i chemické vlastnosti jsou ovlivněny chemickým složením materiálu, tloušťkou stěny a podmínkami při zinkování. Požadavky na výměnu informací mezi zinkovnou a zákazníkem jsou v přílohách k normě. Zinkovny jsou v současnosti certifikovány podle ISO Běžně musí nejnižší kvalitativní požadavek na tloušťku povlaku a jeho vzhled odpovídat normě EN ISO Aby bylo možné výše uvedený požadavek realizovat, musí zákazník poskytnout zinkovně údaje o kvalitě oceli a o zvláštním požadavku na tloušťku povlaku. [2] Tab. 3 Tloušťky stěny materiálu dle EN ISO 1461 Tloušťka stěny materiálu (mm) Místní tloušťka povlaku (µm) Průměrná tloušťka povlaku (µm) ocel >6mm ocel 3 až 6mm ocel 1,5 až 3mm ocel <1,5mm litinové zboží >6mm litinové zboží <6mm Další normy související se žárovým zinkováním EN ISO Ochrana železných a ocelových konstrukcí proti korozi Povlaky zinku a hliníku směrnice EN Vnitřní a/nebo vnější ochranné povlaky na ocelových trubkách Požadavky na povlaky nanášené žárovým zinkováním ponorem v automatizovaných provozech EN Ocelové dráty a výrobky z drátů Kovové neželezné povlaky na ocelových drátech Část 2: Povlaky ze zinku nebo slitin zinku EN Plechy a pásy z konstrukční oceli, kontinuálně žárově pozinkované Technické dodací podmínky 26

27 EN Plechy a pásy z hlubokotažných ocelí k tváření za studena, kontinuálně žárově pozinkované Technické dodací podmínky ISO Spojovací díly zinkové povlaky získané žárovým ponorovým procesem EN Plechy a pásy žárově pozinkované spojitým pochodem z hlubokotažných ocelí k tváření za studena technické dodací podmínky EN Plechy a pásy z hlubokotažných ocelí žárově pozinkované spojitým pochodem k tváření za studena Technické dodací podmínky [1] [3] 2.3 Zkoušky, kontrola kvality a opravy Žárové zinkovny jsou dnes certifikovány podle ISO Měřítkem pro hodnocení kvality povlaku žárového zinku je obvykle jeho tloušťka a vzhled, jak je uvedeno v normě EN ISO Pro dosažení co nejlepšího výsledku při zinkování je vhodné ve fázi navrhování konstrukce konzultovat konstrukční řešení se zinkovnou. [12] Tloušťka povlaku Při kusovém zinkování se často používá měření tloušťky povlaku magnetickou metodou podle platné normy. Je rychlé, snadné, nepoškozuje výrobek ani jeho povrchovou úpravu. Pro měření se používá magnetický tloušťkoměr. Vzhled povlaku Normálně má být žárově zinkovaný povrch bez viditelných defektů bublin, výčnělků, zinkového popela, zbytků tavidla a nepozinkovaných míst. Hrudky, kapky a tlusté stečence se nepřipouštějí, pokud mohou ovlivnovat použití výrobku. Pozinkovaný výrobek by měl být čistý a bez vad. Protože vzhled povrchu závisí na obsahu křemíku v zákazníkem použité oceli, může se povrch skládat s temnějších šedých oblastí, vzorů ze šedých linií mezi světlejšími oblastmi nebo lesklých stříbřitě zbarvených oblastí. Vlastnosti povlaku jsou výsledkem spolupůsobení faktorů, které jsou převážně mimo vliv zinkovny. Je důležité, aby zákazník i zinkovna byli vzájemně informováni o požadavcích na funkčnost povlaku. Zvláštní požadavky na rovnoměrnost a vzhled povlaku by se měli prodiskutovat už ve fázi nabídky. 27

28 Přilnavost povlaku Za přilnavost povlaku se běžně považuje schopnost snášet mechanické zatížení, tj. ohýbání, skružování a tvarování. tyto operace jsou důležité pro zpracování plechu a drátu, zatímco nároky na kusově zinkované zboží jsou menší. Struktura zinkové vrstvy je taková, že některé povlaky snesou větší mechanické zatížení než jiné. V současné době neexistují vhodné normy ISO pro zkoušení přilnavosti zinkových povlaků nanesených ponorem. Přilnavost mezi zinkem a podkladovým kovem je obvykle postačující protože pro zinkování ponorem je dobrá přilnavost charakteristická. V současné době neexistují vhodné normy ISO pro zkoušení přilnavosti žárově zinkovaných povlaků. Opatření při vadách Podle rozsahu a druhu vad se volí příslušná opatření. Pokud nepozinkovaná místa tvoří více než 0,5% celkové plochy, mělo by se podle normy zinkování zopakovat, pokud nebude se zákazníkem dohodnuto jinak. Při posuzování rovnoměrnosti zinkového povlaku je třeba si uvědomit, že žárové zinkování se provádí ponorem do roztaveného kovu, který musí při vytahování z lázně stéci z povrchu. Různé části jednoho výrobku jsou proto v zinkové tavenině ponořeny delší nebo kratší dobu, což se projeví v různých tloušťkách. Bílá rez, koroze zinkového povrchu, není důvodem k reklamaci. Často vzniká v důsledku manipulace, až když materiál opustí zinkovnu. Bílá rez zpravidla nevyžaduje žádné opatření, protože samovolně zmizí, jakmile se výrobek vystaví vnějšímu prostředí. Menší odchylky, které nejsou závažné pro funkci nebo podstatně neruší vzhled, by se neměli opravovat. Pilování nebo broušení zinkové vrstvy často napáchá více škody než užitku. Po svařování pozinkované oceli je svar nepozinkovaný. Po obou stranách svaru se navíc část zinkového povlaku odpaří. 28

29 Opatření při poškození opravy Při opravě poškozených míst se musí dbát na to, aby korozní odolnost byla při nejmenším taková jako u původního nepoškozeného povlaku. Pro dosažení takové korozní odolnosti je nejdůležitější dokonalé očištění poškozeného povrchu. Při odloupnutí nebo odprýsknutí zinkové vrstvy na povrchu oceli zůstávají zbytky fází gamma a delta o celkové tloušťce 5 až 10 µm. V tomto případě stačí lehké okartáčování nerezovým kartáčem a odstranění eventuálních korozních produktů. Poté se poškozené místo natře barvou s vysokým obsahem zinku, které se často říká studený zinek. Sprej poskytuje pouze omezenou tloušťku povlaku, proto se nástřik musí několikrát opakovat. Nanášení štětcem poskytne tlustší povlak. Měření by mělo prokázat, že povlak má průměrnou tloušťku o 30 µm větší než místní tloušťka povlaku požadovaná normou pro příslušný zinkový povlak. Při probroušení vadného místa se postupuje stejně. Pokud by očištění vadného místa kartáčem bylo nedostatečné, je třeba použít broušení nebo tryskání. Při čistění se musí nedostatečně přilnavý zinek na rozhraní mezi nedotčenou zinkovou vrstvou a vadným místem odstranit. Neodstraněný zinek se uvolní až při opravě, především pokud je prováděna žárovým stříkáním. Pokud se vady objeví ihned po vytažení ze zinkové lázně, kdy je materiál ještě teplý, je vhodným způsobem opravy použití zinkové pájky. Černá, tj. nepokovená místa se mohou opravit broušením a použitím zinkové pájky. U duplexních povlaků je zvlášť důležité, aby byla oprava provedena profesionálně. Přechody mezi vadným místem a kvalitním zinkovým povlakem by měli být hladké a rovnoměrné, protože hranové efekty se následujícím nátěrem ještě zvýrazní. Opravy ploch svařovaných po zinkování by se měli provézt co nejdříve, jinak začnou korodovat. Vhodným způsobem je očistit povrch kartáčem z nerezové oceli a natřít barvou s vysokým obsahem zinku. Pokud se na povrchu tvoří černá rez, mělo by se čištění před nátěrem provézt broušením nebo tryskáním. [4] [9] [11] 29

30 3. EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST 3.1 Měření adhesivní pevnosti zinkového povlaku odtrhem Protože v současnosti neexistuje žádná ISO norma, která by definovala zkoušení přilnavosti žárově zinkovaných povlaků, byl proveden experiment, který má za cíl stanovit zkoušku, kterou lze měřit přilnavost těchto povlaků Příprava zkušebních vzorků a pomůcek Pro měření byl použit mechanický odtrhoměr Elcometer 106 se dvanácti testovacími panenkami. Tento přístroj se používá zejména pro měření přilnavosti nátěrových hmot a proto dalším účelem tohoto experimentu bylo zjisti zda se Elcometer 106 dá použít pro odtrh žárově zinkovaného povlaku. Princip měření je takový, že na měřené vzorky se lepidlem přilepí testovací panenka, která se po zaschnutí lepidla odtrhává odtrhoměrem. Po odtrhu testovací panenky odthoměr ukáže na stupnici největší naměřené napětí v tahu v Mpa. V měření bylo použito 12 testovacích panenek nalepených na 4 plechy. Obr. 2 Elcometer

31 Tab. 4 Parametry přístroje Elcometer 106 použitelný v souladu s: ANSI N5.12 ISO 4624 ASTM D 4541 BS EN NF T rozměry přístroje výška 152 mm průměr 76 mm hmotnost celkem 2,1 kg rozměr panenky průměr 20 mm 314 mm 2 Jako měřené vzorky byly použity žárově zinkované plechy. Dle navržené metodiky byly vzorky upraveny rýhami do pravoúhlého kříže, aby se částečně narušila přilnavost povlaku a tudíž mohlo dojít k odtržení zinkové vrstvy. Bez této úpravy je měření neproveditelné, běžnými lepidly na kov. Pro měření byly vybrány plechy s rozdílnou drsností povrchu, aby se metoda vyzkoušela pro různě drsný kotvící profil. Obr. 3 Měřené vzorky žárově zinkovaných plechů 31

32 Na každém vzorku bylo ostrým nástrojem provedeno křížové porušení zinkové vstvy až na ocelový podklad a povrch byl odmaštěn acetonem. Velmi důležité je také odstranit zinkové otřepy z okrajů rýhy, aby byl zajištěn styk povrchu vzorku s celou plochou testovací panenky. Takto upravený vzorek je vidět na obr. 4. Obr. 4 Povrch připraveného vzorku s vyrytými kříži a odstraněnými otřepy Pro lepení testovacích panenek bylo použito lepidlo PERMABOND 910. Jedná se o tepelně odolné sekundové lepidlo na kovy. 32

33 Obr. 5 Sekundové lepidlo na kovy PERMABOND 910 Tab. 5 Parametry lepidla PERMABOND Použití kov, kov-guma, plast Viskozita (mpa*s) 100 Maximální spára (mm) 0,125 Pevnost v tahu (Mpa) 30 Manipulační pevnost (s) 40 Konečná pevnost (hod) Tepelná odolnost ( C) do Metodika měření Po nanesení lepidla byly testovací panenky zatíženy konstantním tlakem po dobu 24 hodin pro dosažení maximálních pevnostních charakteristik lepidla dle výrobce. Na každý vzorek byly nalepeny tři testovací panenky vždy na střed vyrytého kříže. Pozn.: pro příští experiment je z hlediska optimální tloušťky vrstvy lepidla navrženo lepení s dolisováním po dobu 40 sekund. Tuto dobu výrobce lepidla udává jako potřebnou pro dosažení manipulační pevnosti. Takový postup zajistí dodržení udávané maximální spáry. Na Obr. 6 je vidět rozmístění nalepených testovacích panenek na zkušebním vzorku. 33

34 Obr. 6 Nalepené testovací panenky Obr. 7 Kruhový vrták s ruční násadou 34

35 Zinková vrstva kolem nalepené panenky se obřeže pomocí kruhového vrtáku s ruční násadou. Toto je nutné pro porušení kontinuity zinkového povlaku. Ořezání je vidět na Obr. 7. Na Obr. 8 je vidět detail vzorku připraveného pro měření. Testovací panenka je vycentrována na pravoúhlém kříži a zinkový povlak kolem ní je obřezán. Obr. 8 Vzorek připravený pro měření Na testovací panenku se nasadí odtrhoměr s vynulovanou stupnicí a šroubováním se zvyšuje tahová síla působící kolmo na zinkovaný povrch dokud se panenka neutrhne. Zachycení odtrhoměru je vyfoceno na Obr

36 Obr. 9 Odtrhoměr zachycený na testovací panence Naměřené výsledky viz. příloha Obr. 10 Výsledky odtrhové zkoušky, vzorek a testovací panenka viz. příloha Obr. 11 výsledky odtrhové zkoušky, detail vzorku č

37 Tab. 6 Naměřené hodnoty napětí v tahu vzorek Napětí v tahu č. (Mpa) ,8 4 1,7 5 2,9 6 2,4 7 2,5 8 3,4 9 2, ,9 Na obr. 10 jsou vyfoceny všechny vzorky spolu s testovací panenkou, na obr. 11 jsou potom detailně vyfoceny plochy na testovaných vzorcích 1 až 12. Naměřené hodnoty napětí v tahu jsou uvedeny v tab Diskuse výsledků Na souboru snímků je patrné adhesivní porušení zinkového povlaku, které až na jeden případ startuje z provedeného kříže. To dokazuje zásadní pokrok v metodice měření pevnosti zinkového povlaku v odtrhu. Bez narušení zinkové vrstvy je porušení kohezivního charakteru, zinková vrstva se neoddělí a její přilnavost nelze změřit. Významnou roli v průběhu porušení styku povlaku a základního ocelového materiálu hraje i reprodukovatelné ukotvení testovací panenky (technologie lepení). 37

38 4. ZÁVĚR Předkládaná bakalářská práce na téma zkoušení adhesivní pevnosti zinkových povlaků je systematicky rozdělena do tří nerovnoměrných částí. První, hlavní část, představuje kompilaci dosud publikovaných výsledků z oblasti využití zinku jako protikorozní ochrany s hlavním zaměřením na žárové zinkování a jeho kvalitu. Druhá část shrnuje normy používané pro žárové zinkování. Třetí experimentální část ověřuje novou metodiku aplikace odtrhoměru pro nátěrové systémy v oblasti zinkových povlaků. První část přináší nejdůležitější poznatky v těchto oblastech: způsoby zinkování technologie žárového zinkování a provedení konstrukce reakce mezi železem a zinkem ekonomika žárového zinkování obecně normy týkající se žárového zinkování kontrola kvality a opatření při vadách žárového zinkování Experimentální část reaguje na absenci ISO normy v oblasti měření přilnavosti žárově zinkového povlaku. Přínosem orientační experimentální části je: navržení měření pomocí odtrhoměru pro nátěrové systémy návrh modifikace měření konkrétní výsledky experimentálního měření Získané výsledky při detailnějším zpracování v rámci diplomové práce, které by mělo vyřešit problematiku reprodukovatelnosti měření, dolisování při lepení, přípravu povrchu vzorku před lepením a verifikaci zkoušky NDT metodou, budou mít významný dopad v technické praxi při zjišťování kvality žárového zinkování a jeho životnosti při mechanickém namáhání povlaku. 38

39 LITERATURA [1] Strzyš P., 2009, Žárové zinkování všude kolem nás, AČSZ, Ostrava, 48 s. [2] Asociace českých a slovenských zinkoven, 2008, Sborník přednášek: konference žárového zinkování, AČSZ, Ostrava, 55 s. [3] Asociace českých a slovenských zinkoven, 2007, Příručka žárového zinkování, AČSZ, Ostrava, 56 s. [4] Šimík J., 1956, Žárové zinkování drátů, Státní vědecká knihovna, Ostrava, 50 s. [5] Landner L., Lindström L., 1996 Zink resurs och/eller hot? En faktaredovisning, Miljöforskargruppen, Stockholm, 95 s. [6] Kuklík V., 2008, Bílá rez na povlacích žárového zinku, AČSZ, Ostrava [7] Kuklík V., 2008, Navrhování a provádění součástí určených k žárovému pozinkování, AČSZ, Ostrava [8] Woolley T., 2003, Zinkování a udržitelná výstavba příručka pro uživatele, AČSZ, Ostrava, 48s. [9] Asociace českých zinkoven, 2002, Časopis: Žárové zinkování 2/2002, D. M. Baron, Praha, 65 s. [10] Bablik H., 1950 Galvanizing (Hot Dip), E & F N Spon Ltd, London 87 s. [11] Bland J., 1972, Welding Zinc-Coated Steel, American Welding Soc., Miami 75 s. [12] Strzyž P., 2010 Moderní technologie v oboru žárového zinkování, AČSZ, Rožnov pod radhoštěm, 4 s. 39

40 SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 1 Řez zinkovou vrstvou Obr. 2 Elcometer 106 Obr. 3 Měřené vzorky žárově zinkovaných plechů Obr. 4 Povrch připraveného vzorku s vyrytými kříži a odstraněnými otřepy Obr. 5 Sekundové lepidlo na kovy PERMABOND 910 Obr. 6 Nalepené testovací panenky po dvaceti-čtyřech hodinách Obr. 7 Kruhový vrták s ruční násadou Obr. 8 Vzorek připravený pro měření Obr. 9 Odtrhoměr zachycený na testovací panence Obr. 10 Výsledky odtrhové zkoušky, vzorek a testovací panenka Obr. 11 výsledky odtrhové zkoušky, detail vzorku č SEZNAM TABULEK Tab. 1 Spotřeba energií a surovin na tunu pozinkované oceli Tab. 2 Odpadní produkty Tab. 3 Tloušťky stěny materiálu dle EN ISO 1461 Tab. 4 Parametry přístroje Elcometer 106 Tab. 5 Parametry lepidla PERMABOND Tab. 6 Naměřené hodnoty napětí v tahu 40