Michelle Ystad Eriksen, MSc, Malzeme kimyası ve enerji teknolojisi
Küresel Pazarlama Müdürü - HPI- Jotun Koruyucu Kaplamaları.

Yüksek sıcaklıklarda çinko silikatı bekleyen 3 ana zorluk

Yüksek sıcaklıklarda çinkoyla ilgili önceki makalemizde gördüğümüz üzere üç ana zorluk mevcuttur:

1. IOZ kaplamalar galvanik elektrokimyasal tepkime ile korozyon koruması sağlar. Yüksek sıcaklıklarda bu işlemin hızı çinkonun aşırı tüketimine ve ortam sıcaklıklarında aynı koşullara kıyasla kaplamanın kullanım ömrünün kısalmasına neden olacak şekilde artar.
   
   
2. Çinkonun erime noktası olan 420ºC'nin üzerindeki sıcaklıklarda çinko havadaki oksijenle tepkimeye girer ve çinko oksit oluşur. Çinko oksit galvanik olarak aktif bir malzeme değildir ve galvanik korozyon koruması sağlayamaz, bu nedenle kaplamanın kullanım ömrünü daha da kısaltır.
   
   
3. Çinko oksit metalik çinkodan daha büyük bir hacme sahiptir, bu da nispeten daha gevrek IOZ kaplamalarda kılcal çatlaklar oluşturabilir. Kılcal çatlama, değişen sıcaklıklarda kaplamalı alt tabakadaki genleşme ve büzülme nedeniyle veya kaplamalı tesisteki işleme ekipmanının hareketi ve titreşimleri nedeniyle de oluşabilir. Kılcal çatlamalar, metalik çinkonun galvanik koruma sağlama ihtiyacını artırır ve kaplamanın kullanım ömrünü daha da kısaltır.

Bu üç zorluk nedeniyle pazar, kaplamanın kullanım ömrünü ve galvanik korozyon korumasını olabildiğince artırmak için en yüksek çinko seviyesine sahip (ağırlık hesabıyla %85) IOZ kaplamaları belirleme eğilimindedir. Kaplamanın kullanım ömrünü daha da uzatmak amacıyla son kat olarak silikon veya alüminyum silikon kullanılarak IOZ kaplamanın oksijene ve neme maruz kalma riski azaltılır. Yapıların çoğunlukla kuru olduğu çalışma koşullarında bu sistemler iyi çalışır, ancak döngüsel çalışmanın veya çok fazla nemin olduğu alanlarda bu tür kaplama sisteminin kullanım ömrü sınırlıdır.

Test: Kaplamanın kullanım ömrü nasıl uzatılır?

Yüksek sıcaklıkta çalışma için IOZ formüle ederken yukarıdaki zorluklardan etkilenme durumunu azaltmak veya ortadan kaldırmak önemlidir. Çinkonun erime sıcaklığı alaşım eklemeden değiştirilemeyeceği için kaplamanın kullanım ömrünü uzatmak için farklı yöntemleri denememiz gerekir.

IOZ kaplamanın performansını değerlendirirken gerekli çinko yüküne karar vermek önemli bir ilk adımdır. Genel korozyon önleyici kullanım için çinko yüklerini kaplama kullanım ömrüyle ilişkilendiren çeşitli standartlar vardır ancak bu standartlar yalnızca 120ºC'ye kadar olan sıcaklıklar için geçerlidir. 120ºC üzerindeki çalışma koşulları için, en uzun kaplama kullanım ömrünü elde etmek amacıyla genellikle en yüksek çinko yükleri önerilir. Ancak bu da, çinko içeriğindeki artışın yüksek sıcaklıklarda kaplama kullanım ömrünü gerçekten uzatıp uzatmadığı sorusunu sordurur.

Bunu incelemek için çelik panellere üç farklı çinko seviyesine sahip IOZ formülü uygulandı ve bu kaplama yedi gün boyunca 540ºC'de kuru ısıya maruz bırakıldı. Bu, çinkonun eriyerek havadaki oksijenle tepkimeye gireceği şekilde yapıldı. Ardından paneller, çinkonun galvanik koruma sağlamaya zorlanması için altı hafta boyunca tuz püskürtme odalarına yerleştirildi. Şekil 1'de görülebileceği üzere tüm çinko yüklerinde beyaz çinko tuzları oluştuğu görüldü, bunlar genellikle çinko oksit ve çinko klorürden[1] oluşur. Ancak ağırlıkça yüzde 80 ve 85 çinko içeren panellerde kırmızı demir oksit de görüldü. Bu da, çinkonun çelik panel üzerinde artık galvanik korozyon koruması sağlayamadığı anlamına geliyordu.

Görünüşe göre sonuçlar daha fazla çinko yükünün yüksek sıcaklıklarda daha kötü bir performansa sahip olduğunu gösteriyor. IOZ kaplamasının karışımını göz önünde bulundurursak daha az çinko yükü çinko tozuyla bağlantılı daha fazla bağlayıcı ve dolgu olması anlamına geldiğinden ve sıcaklık çinkonun erime noktasını aştığında çinko, oksitlenmeye karşı daha korumalı olabileceğinden bu durum anlaşılır olur.

Bu adımı atarak çinkonun erime noktasının üzerine kadar ısıtıldığında galvanik korozyon korumasını sağlamaya devam ederken oksitlenmesini daha da azaltıp azaltamayacağımızı keşfetmek istedik. Bunu başarmak için kaplamaya iki ham madde daha eklendi: seramik küreler ve cam pulları. Şekil 2 sonuçta elde edilen kaplama tabakasının SEM görüntüsünü gösterir.

Seramik küreler, yükler normalden az olsa bile çinko arasındaki metalik teması sağlayarak çinko partikülleri birbirine yaklaştırmak ve kaplamayı güçlendirmek için kullanıldı. Cam pulları farklı nedenlerle kullanıldı. Cam pulları çinkonun oksitlenmesini azaltır. Ayrıca kaplamaya bariyer elemanı ekleyerek suyun çinkoya ulaşmasını önler ve galvanik korozyon koruması için aşırı tüketimini azaltır. Sonuç olarak cam pulları, kaplamada ekstra esneklik sağlar, böylece çinko oksitlendiğinde ve hacmi arttığında kılcal çatlamaları önler.

Şekil 3'te bu ham maddeleri içeren panelin 540°C sıcaklığa maruz kalmasından yedi gün sonra altı hafta boyunca tuzlu suya maruz kalmasından sonraki görüntüsünü görebiliriz. Şekil 1'deki panellere kıyasla çinko tuzları görülmedi, ancak daha da önemlisi demir oksit de yoktu. Bu, IOZ kaplamanın çelik alt tabakayı daha az çinko tüketimiyle koruduğu ve böylece çinkonun erime noktasının üzerinde sıcaklıklara maruz kaldıktan sonra bile ürün kullanım ömrünün uzadığı anlamına gelir.

"Şekil 1'deki panellere kıyasla çinko tuzları görülmedi, ancak daha da önemlisi demir oksit de yoktu."

Sonuç

Yukarıdaki test sonuçlarına göre daha düşük çinko içeriğine sahip kaplama, CUI sorununda ve yüksek sıcaklık koşullarında daha iyi galvanik korozyon koruması sağlıyor. Bu makalede açıklandığı ve videolarda gösterildiği üzere bu, cam pulların kaplamaya bariyer elemanı sağlaması ve çinkonun aşırı tüketimini önlemesi ve seramik kürelerin kaplamaya eklenen çinkonun en üst düzeyde kullanılmasını sağlamak için çinkoyu iterek bir araya getirmesi sayesinde olmuştur.

Daha fazla bilgi için lütfen müşteri hizmetleri uzmanımız Kevin ile iletişime geçin: kevin@jotun.com.

Referanslar
[1] Zhang, X. G. [1996] Corrosion and Electrochemistry of Zinc. Plenum Press, pp. 169.