A fehérrozsdásodás elkerülése

A horgany (cink) felületén kialakuló bázisos cink-karbonátok biztosítják a fém jó ellenálló képességét a légkör korróziós hatásaival szemben. Ez a védőréteg „cinkpatina”, mely vízben alig oldható, tömör, átlátszó, molekuláris vastagságú filmként fedi az alatta levő horganyt. Kialakulásáig – a légkör jellemzőitől függően – néhány nap, de akár több hónap is eltelhet. Létrejöttének sebessége nagymértékben függ a levegő páratartalmától, ennek megfelelően az alábbi tapasztalatokkal lehet számolni:

• száraz levegőn: 80–100 nap,
• 33%-os relatív páratartalom esetén: 14–21 nap,
• 75%-os relatív páratartalom esetén: 3–5 nap.

Amennyiben már cinkpatina borítja az acélszerkezet felületét, a fehérrozsdásodás nem fog megjelenni. 

A fehérrozsda kialakulása 

A jól védő oxidréteg létrejöttében fontos szerepe van a levegő szén-dioxid- (CO₂) tartalmának, melynek „közreműködésével” képződik a cinket beborító patinaréteg. Ha a levegő szén-dioxid-tartalma nem érintkezik a cinkfelszínen képződött cink-hidroxiddal (Zn[OH]₂), nem tud leszáradni a fémfelület, nem jön létre a bázisos cink-karbonátokból álló védőfilm. Ebben az esetben a korróziótermék folyamatosan lemosódik a fémfelületről, újraképződik, ezzel gyorsan fogyasztja a bevonat anyagát.

A frissen tűzihorganyzott acélszerkezetek felületén első lépésként cink-oxid (Z_nO), majd a légnedvesség, pára hatására jön létre a cink-hidroxid. Ez utóbbi vízben oldódva tejszerű, fehér folyadékot alkot, megszáradva laza, fehér, krétaporszerű anyag, melyet eleinte könnyen le le­het törölni a felületről (1. ábra).

A hidroxid létrejötte természetes folyamat, és közbenső lépése a cinkpatina kialakulásának. A levegő CO₂-tartalma hatására az alábbi kémiai reakció játszódik le, melynek végén kialakul a cinkpatina.

5 Zn(OH)₂ + 2 CO₂ ↔Zn₅(OH)₆(CO₃)₂ + 2 H₂O [1]

Egy oxidréteg védőképességét tömörsége, környezetben történő oldhatósága határozza meg. Az egyenlet szerint képződött bázisos kémhatású cink-karbonát természetes körülmények között alig oldható, intakt védőfilm, mely kitűnően elzárja az alatta levő cinket a levegő hatásaitól. Ez azt jelenti, hogy az oxidrétegen keresztül zajló diffúziós folyamatok sebessége nagyon lassú, maga a réteg is kitűnően ellenáll a környezeti hatásoknak. A legtöbb korróziós terhelésnél csak igen lassan oldódik, ugyanakkor a horganyalapból újra is termelődik. Amennyiben viszont az állandó nedvesség hatására nem jön létre, a horganybevonat gyorsan károsodhat, és megjelenik a bevonatra káros fehérrozsdásodás (2. ábra).

A legfontosabb szempont tehát, hogy kedvező körülményeket teremtsünk a vé­dő­film kialakulásához, ennek biztosítása nagyon egyszerű és a gyakorlatban is könnyen megvalósítható feladat, semmiféle különleges intézkedést nem igényel. Megfelelő csomagolás, helyes tárolási körülmények biztosítják a kívánt eredményt.

A megelőzés módjai 

Ennek megvalósítására három alapvető meg­kö­zelítési mód kínálkozik. Egyik meg­ol­dá­si alternatíva szerint hagyni kell a természetes folyamatokat optimális feltételek mellett lejátszódni. Ez azt jelenti, hogy akár páralecsapódás vagy egyéb csapadék is érheti a frissen tűzihorganyzott terméket, ám fontos, hogy a horganyfelület ciklikusan le tudjon száradni, azaz időnként a levegő is hozzá tudjon férni a fémfelülethez, tehát időközönként meg kell száradnia. Ilyenkor számolni kell azzal, hogy a védőréteg gyorsan elveszti csillogó fényét (oxidálódik). Először fehéres-szürkés és matt lesz, majd később szürkés-fémes színt vesz fel. A színárnyalat attól függ, hogy tiszta horgany vagy horgany-vas ötvözetfázis borítja-e a védőfilmet [2]. Egyszerű megvalósítással szabad levegőn is elhelyezhetjük a frissen tűzihorganyzott terméket (hiszen ez a végső felhasználás célterülete), és biztosítani kell a csapadékvíz elpárolgásának, lefolyásának lehetőségét. Ez helyes csomagolással oldható meg.

A 3. ábrán jól látszik, hogy az egyes darabok között kellő légrés (min. 5-6 mm) biztosításával a ferde tárolással oldhatjuk meg a feladatot. A 4. ábrán választott meg­oldásnál víz marad a felületek között, így csapadékképződéskor biztos a fehérrozsda kialakulása.

További lehetőség a káros korróziós jelenség megakadályozására, hogy a termék végleges felhasználásáig kizárjuk a frissen horganyzott felületre történő páralecsapódást, illetőleg az eső, hó, köd korróziós hatásait. A mai termékpiac általában igen érzékeny az áru megjelenésére, így a tűzihorganyzott szerkezetek is esetenként jobban tetszenek a vevőknek, ha fényesek. Ez később a korróziós feladatuk betöltésénél már lényegtelen szempont lesz, de a piaci követelmények mégiscsak fontosak a gyártók számára, így ragaszkodhatnak, hogy a frissen bevont termékek valamennyi ideig megtartsák csillogó fényüket.

Mint tudjuk, a levegő, jellemzőitől függően, több-kevesebb vizet gőz formájában képes magában tartani. Paramétereinek, így például a hőmérsékletének bizonyos mértékű lecsökkenésekor (harmatponton) – az adott hőmérsékletnyomásnak megfelelő egyensúlyi feltételeknek megfelelően – kiválik belőle a víz egy része (5. ábra), és lecsapódik az acélszerkezet felületére, így a horganybevonatra. Az ábrán 22 °C hőmérsékletű, 70% relatív páratartalmú levegő esetén 16,5 °C-nál adódik a harmatpont, vagyis ezen a hőmérsékleten kez­dődik meg a páralecsapódás.

A jelenségnek különös jelentősége van a frissen tűzihorganyzott termékek raktározásakor és szállításakor. Például amennyiben hideg felületű tárgyakat me­leg rak­tárhelyiségbe szállítunk, a darabok körül kialakuló hideg légpárnában a levegő hirtelen vízzel telítetté válik, és az emiatt kiváló csapadék az acélszerkezet hideg felületére csapódik ki. Hasonló jelenséggel számolhatunk, ha hideg éjszaka után, a napsütés hatására nagyon gyorsan melegszik fel a levegő. A lecsapódott pára megindítja a korróziós folyamatokat, fehéres csapadék, majd leszáradást követően, kézzel is letörölhető finom fehér por borítja a friss horganybevonatot. A fentiek megakadályozása érdekében az alábbi intézkedéseket ajánljuk:

• szállításkor és raktározáskor el kell kerülni a hirtelen és jelentős hőmérséklet-változásokat; 
• esőtől, hótól, páralecsapódástól védett, egyenletes, alacsony páratartalmú, jól szellőző helyen kell tárolni a termékeket.

További lehetőség, hogy a frissen kialakított bevonatot időlegesen elzárjuk a levegő korrozív hatásaitól. Erre nincs minden tűzihorganyzó üzem felkészülve, és nem is követelmény. Ahol erre lehetőség nyílik, ott közvetlenül a tűzihorganyzást követően a még meleg termékeket egy ún. passziváló oldatba merítik (pl. akrilgyanta vizes oldatába), az ebből való kiemelés és száradás után egy nagyon vékony, transzparens lakkréteg fedi a horganyréteget (6. ábra). Ennek a védőrétegnek a korró­ziós ellenállása függ a környezeti hatásoktól, általában 1–12 hónap.

A fentiekkel kapcsolatban azonban ismételten felhívjuk a figyelmet arra, hogy a cink-hidroxid képződése – légköri hatások esetében –, amennyiben nem túlzott mértékű, természetes folyamat, és közbenső lépése a jól védő cinkpatina kialakulásának. Viszont káros mértékét helyes termékkezeléssel ajánlatos kiküszöbölni. 

Bevonatos termékek utólagos megmunkálása

Általánosan elmondható, hogy darabáru-horganyzókban már csak a készre gyártott acélszerkezeti elemeket szabad bevonni. Azokon végzett bárminemű utólagos meg­munkálás könnyen megsértheti a védőréteg folytonosságát, emiatt az a megmunkálás helyén elveszti védőképességét. Ez a megállapítás különösen érvényes a termikus beavatkozásokra, de hidegalakítás is csak szűk korlátok között lehetséges (meg kívánjuk jegyezni, hogy a folyamatos rendszerű tűzihorganyzó sorokon, melyeken acéllemezeket vonnak be, más típusú horganyrétegek képződnek, azok alkalmasak hidegalakításra, de akár mélyhúzhatók is).

A gyakorlatban azonban adódhatnak olyan helyzetek, amikor mégis szükség lehet utólagos beavatkozásra. Ilyen például egy-egy hiányzó kapcsolólemez felhegesztése vagy többletrészek eltávolítása, esetleg az acélszerkezet helyszíni toldása hegesztéssel.

Tűzihorganyzott felületek termikus alakítása, hegesztése 

A tiszta horgany és a horgany-vas ötvözetekből álló védőbevonat olvadáspontja lényegesen alacsonyabb, mint a termikus alakításoké és a hegesztéseké. Ebből következően az ilyen beavatkozások után sérül, leég a fémréteg (7. ábra), melyet az EN ISO 1461:2009 szabványnak megfelelő módokon javasolunk helyreállítani. 

• A hegesztésre kerülő felületi részeket 100 µm horganyréteg-vastagság felett minden esetben le kell munkálni a hőhatási övezetben, mert károsan befolyásolja a varratképződést.
• Hegesztéskor a keletkező gázok megzavarják a varratmetallurgiai folyamatokat, ezért a technológiánál időt kell engedni a varratömledék kigázosodásához (a szokásosnál nagyobb hegesztési hézag, kisebb hegesztési sebességek, kicsit nagyobb áramerősség, szélesebb elektródamozgások, lassabb kihűlés stb.).
• Horganyzott felület hegesztésénél számolni kell azzal, hogy a hegesztési ív nem egyenletes és nyugodt, erősebb lesz a fröcskölés, a varrat porózus lehet.
• Bevonatos elektródáknál olyan típust kell választani, amelynél a salakmegszilárdulás később következik be.
• Lánghegesztéssel legfeljebb 3 mm lemezvastagságig hegesszünk, mert az összehegesztett lemezek mindkét oldalán nagyon nagy az eljárás hőhatási övezete.
• A cink elégésekor szürkés-fehér cink-oxid-tartalmú füst keletkezik, ezért helyi elszívásról gondoskodni kell.
• A sérült bevonat korróziós képességeit helyre kell állítani.

A fenti felsorolásból a termikus darabolásokra, egyéb alakításra vonatkozó elveket célszerű figyelembe venni. 

Tűzihorganyzott acélszerkezetek hideg megmunkálása 

A darabáru-technológiával kialakított hor­­ganyrétegek legnagyobb részét in­ter­me­tallikus horgany-vas ötvözetek alkotják, melyek keménysége meghaladja még az acél alapanyagét is. Ebből következően mechanikai tulajdonságaik lényegesen rosszabbak, ezért hajlításuk, csavarásuk és más módon végzett hidegalakításuk nem ajánlott. A szerkezeti elem alakításakor azonnal megsérül a bevonat, és leválik. Az ilyen helyeken viszont a korrózió elleni védelmet helyre kell állítani.

Tűzihorganyzott acélszerkezetek újrahasznosítása

Amikor egy acélszerkezet betöltötte a fe­l­adatát, illetőleg alkalmatlanná válik funkciója ellátására, elérkezik a leselejtezés ideje. Az acél teljes egészében újrahasznosítható (recycling) szerkezeti anyag, lebontása után – adagolható méretekben – acélműi alapanyagként kerül vissza az acélipari körforgásba. Amennyiben tűzihorganyzott felületű termékekről van szó, semmilyen akadálya nincs a fent vázolt teljes újrafelhasználásnak. A mai acélművek kémé­nyeire felszerelt filterberendezések az acél­gyártási folyamat során keletkező horganytartalmú füstöket szűrik, majd a horganyban dús filterport kohósításra küldik a horganygyártó cégeknek, illetőleg más iparágak használják fel. A napjainkban alkalmazott acélgyártó eljárások közül mind az oxigénbefúvásos LD konverterben, mind az elektromos ívkemencékben felhasznált acélhulladékokból visszanyerhető a cink. Európában kialakítottak egy begyűjtő rendszert, melynek segítségével 3-4 hónapon belül a horganyt visszaforgatják a cinkfeldolgozó iparba (8. ábra) [3].

A világban 2012-ben kb. 12,5 M t horganyt használtak fel, és becslések szerint ennek mintegy 35-40%-a újrahasznosított hulladékokból származott.

Más a helyzet azokkal a tűzihorganyzott acélszerkezetekkel, melyek több évtizedes használat után karbantartásra, a bevonat felújítására szorulnak. Egy acélszerkezeti horganyzással készített horganyréteg akkor tekinthető elhasználtnak, ha vastagsága 25–30 µm értékre csökkent. Ilyenkor két lehetőség adódik a tulajdonos előtt. Egyrészt ismételt tűzihorganyzással újabb évtizedekre megoldja a korrózióvédelmet, illetőleg a még a felületen levő vékony horganyrétegre festékbevonato(ka)t visz fel, és ezzel kitűnő duplex védelmet nyer.

Duplex bevonatok

Légköri hatásoknak kitett acélszerkezetek esetében a tűzihorganyzás legtöbb esetben több évtizedes (30-40 évnél hosszabb) korrózió elleni védelmet biztosít az adott acélszerkezetnek. Indokolt esetben előfordulhatnak olyan körülmények, amikor a horganybevonatot festik, vagy műanyag bevonattal látják el. Ekkor a ma elérhető egyik legjobb felületvédelmi módszert, a duplex védelmet alkalmazzák (9. ábra).

Alkalmazásának legfőbb indokai:

• különösen hosszú és karbantartásmentes élettartam elérése,
• extrém korróziós igénybevételek (EN ISO 14713:2009 szerinti C5 és CX kategóriák),
• kötelező színjelölések alkalmazása,
• kontaktkorrózió elkerülése,
• különleges esztétikai követelmények.

Duplex bevonatoknál a bevonatrendszer élettartama 2-3-szorosan meghaladja a tűzihorgany bevonat élettartamát, elve a szinergiahatáson alapul. Lényege, hogy a horganyréteg és a rá felhordott festék- (műanyag) bevonat egymást erősítik, azaz a festék védi az alatta levő horganybevonatot a korróziós támadásoktól, a horganybevonat pedig védi a festékréteget a leválástól, így egymás hatását erősítik. Ez utóbbi oka, hogy horganyzott felületre való megfelelő festés esetén nincs alározsdásodás, mint az acélfelületeknél. A horgany oxidációs termékei eltömítik a festékrétegen kialakult repedéseket, illetve oxidjai tömörek és vékonyak, nem feszítik le a festéket, és alatta nem terjednek (10. ábra). 

A megfelelő védőbevonat-rendszer kialakításához itt is be kell tartani az erre vonatkozó technológiai előírásokat.

Összefoglalás

Ezzel az írással a tűzihorganyzással foglalkozó cikksorozatunk végére értünk, melyben a legfontosabb tudnivalókkal ismertettük meg az olvasókat. Reményeink szerint a Sínek Világa szakfolyóiratban a későbbiek folyamán időnként majd találkozhatnak olyan cikkekkel is, amelyek a technológia egy-egy speciális területét részletesebben taglalja, és még több segítséget nyújt majd ennek a korszerű technikának az alkalmazásához. Fontosnak tartjuk, hogy a MÁV Zrt. beruházási és karbantartási terveiben minél nagyobb számban jelenjenek meg a tűzihorganyzott acélszerkezetek, melyek a nagyvállalatnak jelentős megtakarításokat eredményezhetnek.

Egyúttal szeretnénk felhívni a figyelmet egy egészen friss szakkönyvre, mely a Magyar Tűzihorganyzók Szervezete kiadásában, 2013 végén jelent meg. A kiadványt részletesebben a Könyvajánló rovatban is­mer­tetjük.