Najskuteczniejsze powłoki ochronne przed korozją: Ni-Cu-Ni, Zn i epoksyd – jak dobrać właściwe zabezpieczenie?

Współczesny przemysł i inżynieria materiałowa nieustannie poszukują skutecznych sposobów ochrony metali przed niszczycielskim działaniem korozji. Zjawisko to, będące naturalnym procesem chemicznym, generuje miliardowe straty w skali globalnej, a jego skutki dotykają niemal każdej gałęzi gospodarki – od motoryzacji po energetykę. Kluczowym narzędziem w walce z korozją są powłoki ochronne, takie jak Ni-Cu-Ni, Zn oraz epoksydowe, które tworzą barierę fizyczną lub elektrochemiczną, skutecznie izolując metal od czynników zewnętrznych.

Mechanizmy ochrony metalu – jak działają powłoki Ni-Cu-Ni, Zn i epoksydowe

Podstawową funkcją każdej powłoki ochronnej jest stworzenie bariery między metalem a środowiskiem zewnętrznym. Jednak różne materiały zabezpieczające działają w odmienny sposób – jedne opierają się na właściwościach fizycznych, inne na zjawiskach elektrochemicznych. Zrozumienie tych mechanizmów jest kluczem do właściwego doboru powłoki.

W przypadku powłok niklowo-miedzianych (Ni-Cu-Ni), ich siła tkwi w wielowarstwowej strukturze. Zewnętrzna i wewnętrzna warstwa niklu zapewniają twardość, odporność mechaniczną i chemiczną, natomiast miedź pełni rolę bufora, poprawiającego przyczepność i przewodnictwo. Taka konstrukcja nie tylko zwiększa szczelność, ale także ogranicza przenikanie jonów tlenu i wilgoci do metalu bazowego.

Powłoki cynkowe (Zn) działają natomiast w oparciu o zasadę ochrony katodowej. Cynk ma niższy potencjał elektrochemiczny niż żelazo, dlatego w przypadku mikrouszkodzeń powłoki to on ulega korozji jako pierwszy, chroniąc stal. Proces ten jest często wykorzystywany w konstrukcjach stalowych narażonych na kontakt z wodą, np. w infrastrukturze drogowej czy budownictwie morskim.

Z kolei powłoki epoksydowe stanowią zupełnie inny typ zabezpieczenia – to polimerowe bariery chemicznie odporne na działanie soli, kwasów i wilgoci. Tworzą one gęstą, szczelną powłokę o wysokiej przyczepności do podłoża, która skutecznie zapobiega dyfuzji tlenu i elektrolitów. W odróżnieniu od metalicznych powłok, nie uczestniczą w reakcji elektrochemicznej, lecz działają jako izolator.

Powłoka Ni-Cu-Ni – doskonała bariera dla agresywnych środowisk

Powłoka Ni-Cu-Ni jest klasycznym przykładem złożonego systemu ochronnego, w którym każda warstwa pełni określoną funkcję. Stosuje się ją powszechnie w ochronie elementów metalowych przed korozją, szczególnie tam, gdzie wymagana jest wysoka odporność chemiczna i estetyka powierzchni – np. w magnesach neodymowych, złączach elektrycznych czy komponentach lotniczych.

Trójwarstwowa struktura tej powłoki składa się z:

• warstwy niklu bazowego (Ni) – odpowiada za twardość i odporność na ścieranie; zapewnia dobrą przyczepność do podłoża,

• warstwy miedzi (Cu) – pełni funkcję buforową, poprawiając adhezję i redukując naprężenia pomiędzy metalem bazowym a zewnętrznym niklem,

• warstwy niklu zewnętrznego (Ni) – tworzy gładką, estetyczną powierzchnię odporną na utlenianie i działanie soli.

Powłoka Ni-Cu-Ni charakteryzuje się bardzo dobrą odpornością w środowiskach wilgotnych, lekko kwaśnych oraz słonych, co czyni ją idealnym wyborem dla zastosowań narażonych na mgłę solną czy zmienne warunki atmosferyczne. Warto podkreślić, że jej skuteczność zależy w dużym stopniu od jakości procesu galwanicznego – niejednorodność warstw lub mikropęknięcia mogą znacząco obniżyć jej właściwości ochronne.

W porównaniu z jednolitą warstwą niklu, system Ni-Cu-Ni jest bardziej trwały, ponieważ warstwa miedzi kompensuje różnice potencjałów elektrochemicznych pomiędzy podłożem a zewnętrzną powłoką, redukując ryzyko mikroogniw i punktowej korozji.

Cynkowanie (Zn) – elektrochemiczna tarcza dla stali

Cynkowanie to jedna z najstarszych, a zarazem najbardziej sprawdzonych metod zabezpieczania metalu przed korozją. Mechanizm działania powłoki cynkowej (Zn) opiera się na zjawisku ochrony katodowej, co oznacza, że cynk, będący metalem o niższym potencjale elektrochemicznym niż żelazo, ulega korozji zamiast stali. Innymi słowy – działa jak ofiarny anoda, przejmując na siebie proces utleniania. Dzięki temu, nawet w przypadku zarysowania lub niewielkiego uszkodzenia powłoki, stal pozostaje chroniona.

W praktyce stosuje się kilka technik cynkowania, a wybór zależy od przeznaczenia elementu i wymagań eksploatacyjnych. Do najczęściej wykorzystywanych należą:

• Cynkowanie ogniowe – polega na zanurzeniu elementu stalowego w ciekłym cynku o temperaturze ok. 450°C. W wyniku reakcji chemicznej powstaje trwała powłoka o grubości od 50 do nawet 200 mikrometrów. Tego typu zabezpieczenie gwarantuje ochronę nawet przez 30–50 lat w umiarkowanych warunkach atmosferycznych.

• Cynkowanie galwaniczne – stosowane w przypadku detali wymagających wysokiej estetyki i gładkości powierzchni, np. w przemyśle motoryzacyjnym. Powłoka jest cieńsza (zazwyczaj 5–25 mikrometrów), ale równomierna i łatwa do pokrycia dodatkowymi warstwami lakierniczymi.

• Cynkowanie natryskowe (metalizacja) – metoda pozwalająca na nanoszenie cynku na duże konstrukcje, np. mosty, zbiorniki czy elementy infrastruktury morskiej, przy użyciu pistoletu łukowego lub płomieniowego.

Trwałość powłoki Zn zależy od jej grubości, jakości powierzchni przed procesem oraz warunków środowiskowych. W środowiskach o wysokiej wilgotności i obecności zanieczyszczeń siarkowych tworzy się na niej cienka warstwa tlenków i węglanów cynku, która działa jak dodatkowa bariera ochronna. Dzięki temu cynkowanie zapewnia nie tylko ochronę elektrochemiczną, ale i mechaniczną.

W konstrukcjach stalowych, które mają mieć długi cykl życia i są narażone na deszcz, sól drogową lub mgłę morską, cynkowanie pozostaje jednym z najbardziej ekonomicznych i efektywnych sposobów zabezpieczenia. Warto jednak pamiętać, że w przypadku bardzo agresywnych środowisk chemicznych, np. przemysłu petrochemicznego, lepiej sprawdzają się powłoki epoksydowe lub kombinacje systemowe (np. cynk + farba epoksydowa).

Powłoki epoksydowe – nowoczesne rozwiązanie dla przemysłu i infrastruktury

Powłoki epoksydowe to jeden z najbardziej zaawansowanych sposobów zabezpieczania metali przed korozją. Ich działanie opiera się nie na zjawisku elektrochemicznym, lecz na stworzeniu wyjątkowo szczelnej bariery izolacyjnej, która uniemożliwia przenikanie wilgoci, tlenu i elektrolitów do powierzchni metalu. To właśnie dzięki temu powłoka epoksydowa znajduje zastosowanie wszędzie tam, gdzie wymagane są wysokie parametry chemiczne i mechaniczne – od przemysłu stoczniowego, przez konstrukcje stalowe, po rurociągi i zbiorniki ciśnieniowe.

Do najważniejszych właściwości powłok epoksydowych należą:

• doskonała odporność chemiczna – nie ulegają degradacji pod wpływem olejów, paliw, kwasów czy soli,

• bardzo dobra adhezja do stali, aluminium i betonu, co zwiększa szczelność i trwałość systemu ochronnego,

• wysoka odporność mechaniczna na ścieranie i uderzenia, co ma kluczowe znaczenie w przemyśle ciężkim,

• możliwość stosowania w systemach wielowarstwowych – np. jako podkład epoksydowy pod poliuretan lub jako powłoka wewnętrzna w zbiornikach na paliwa i wodę.

W odróżnieniu od metalicznych powłok ochronnych, system epoksydowy wymaga precyzyjnego przygotowania powierzchni – najczęściej przez piaskowanie lub śrutowanie, aby uzyskać odpowiednią chropowatość i czystość. Dopiero wtedy możliwe jest uzyskanie maksymalnej przyczepności i szczelności.

Powłoki epoksydowe są też często modyfikowane dodatkami, które poprawiają ich parametry użytkowe – np. zbrojeniem z mikrowłókien szklanych, pigmentami antykorozyjnymi lub wypełniaczami ceramicznymi zwiększającymi odporność na ścieranie. W przemyśle morskim stosuje się tzw. epoksydy wysokocynkowe, które łączą zalety izolacji i ochrony katodowej, dając podwójną barierę przed korozją.

Więcej: https://dhit.pl