Korrosion

Zinkens korrosionsskyddande effekt
Zinkens förmåga att verka som korrosionsskydd för järn och stål har varit väl känt i flera århundraden. Järn korroderar ungefär 200 gånger snabbare än zink. Zinkens korrosion idag i Sverige – beroende på miljöförhållanden – ligger i intervallet 0,5 till 4 mikrometer. Räknar vi på ett alternativ med 2 mikrometers korrosion och en 100 mikrometers zinkbeläggning dröjer det 50 år innan stålet börjar rosta. Skulle stålet varit obelagt hade ca 20 mm av stålet korroderat bort under denna tid, vilket innebär att en 2 mm tjock detalj skulle behöva ersättas mer än 10 gånger! Alla förstår vilka ekonomiska värden som sparas genom attkorrosionsskydda stål med zink.

Zink har således ett nationalekonomiskt mycket stort värde eftersom ersättningsmetoder eller stålersättningar betingar en betydligt högre kostnad. Zink är dessutom en av de miljövänligaste metallerna och utgör ett viktigt spårämne tillsammans med järn. En människa behöver ca 15 mg zink per dag för att kroppens system skall kunna fungera.

Zinkens korrosionsskyddande förmåga utomhus räknat i år beror helt på vilken zinkbeläggningsmetod som väljs. Nedan visas de olika zinkbeläggningsmetoderna, deras normala skikttjocklek, korrosionsskydd i år och relativa initial- och livslängdskostnad.

* Varmförzinkning satt som bas = 1
** 20 % sämre livslängd än varmförzinkning.

Eftersom zinkskiktet skyddar stål i ett galvaniskt element genom att offra sig, är det viktigt att den stålyta, som skall skyddas, inte har stora obelagda ytor. Vidare får det varmförzinkade stålet inte ha ledande kontakt med andra obelagda ytor. Under sådana förutsättningar kan en fuktig ledande zinkbelagd yta korrodera mycket snabbt. Ofta beror en sådan fadäs på en felaktig konstruktion, genom att t ex det varmförzinkade godset har kontakt med obehandlat stål eller annan metall.

Det finns många praktiska fall där zink skyddat konstruktioner i mer än hundra år. Fördelen med ett bra korrosionskydd är att både zink och stålmaterialet kan återvinnas. Järnkonstruktionerna kan till och med återanvändas.

Idag är återvinningen av zink ca 80 %.
Val av korrosionsskydd
När det gäller val av korrosionsskydd till stål bör följande parametrar beaktas:
1. Förväntad livslängd på ytbehandlingen
2. Miljöklass
3. Ytskyddets vidhäftning till stålet
4. Hållfasthet mot mekanisk åverkan
5. Nötningsbeständighet
6. Elektrokemisk skyddsverkan vid skador
7. Kontrollmöjligheter
8. Appliceringsmöjlighet (påföringsförhållanden)
9. Estetisk effekt
10. Livslängdskostnad, som består av:
a. Initialkostnad
b. Underhållskostnader
I nedanstående tabell har vi gjort en omskrivning av korrosivitetsklasserna enligt EN ISO 12944-2 för att underlätta valet av ytbehandling, genom att visa vilka livslängder som erhålles genom varmförzinkning respektive varmförzinkning + färg (duplex).

Korrosionsvärdena i ovanstående miljöklasser bygger på att zink- och duplexskikt inte fått skador vid hantering och montering utan har ”normalt” utseende med god vidhäftning mellan zink och färg.

Zinkbeläggningars korrosion

Zinkens korrosion påverkas av många faktorer. Man kan därför inte ställa upp en allmängiltig formel för korrosionshastigheten, men mer än 150 års användning har gett oss en ganska god bild av hur zinken uppför sig i olika miljöer.
Zinkbeläggningar har generellt en livslängd som är proportionell mot zinkskiktets tjocklek, men det skiljer något beroende på appliceringsmetoden, se nedan:

*) Ju högre tal desto bättre korrosionsskydd.
1) Zinkskiktets jämnhet är beroende av sprutförzinkarens skicklighet. Zinkskiktet innehåller zinkoxider och har därför endast ca 80 % av t ex varmförzinkningens livslängd vid samma skikttjocklek.
2) Zinkskiktet består till stor del av renzink.
3) Zinkskiktet kan bestå av endast järnzinkskikt eller av järnzink med ett renzinklager ytterst.
Zinkskiktets uppbyggnad är beroende av stålets kemiska sammansättning.
4) Oegentligt kallad ”kallgalv”. Zinkskiktet har dålig beständighet mot mekanisk påverkan.
Zinkens stora fördel är att den till skillnad från färg och andra beläggningsmetaller att den ger stålet ett katodiskt skydd, dvs zinken offrar sig vid en skada i zinkskiktet och skyddar det frilagda stålet. Jämför med offeranoder av zink på t ex båtskrov och cisterner.
Korrosion i atmosfären

Vid exponering i luft får zinkytan ett oxidskikt, som så småningom genom luftens koldioxid- och vatteninnehåll omvandlas till basiskt zinkkarbonat. Detta zinkkarbonat (eller zinkpatina) ger normalt zinken ett utmärkt skydd.
Luften utomhus innehåller större eller mindre mängder av korrosiva ämnen, beroende på miljön. Finns svavelföringar i luften bryts karbonatskiktet ned och zinksulfat respektive zinksulfit bildas. Dessa skikt är till skillnad från zinkkarbonatet vattenlösliga och tvättas bort vid regn, vilket medför att korrosionshastigheten ökar.
Klorider har liknande effekt på zinkskiktet men i regel är korrosionshastigheten inte lika hög som vid svavelföreningar. En effekt, som också kan påverka zinkskiktets avverkning, är hagel- och sandstormar. Dessa ger en effekt liknande lättblästring, dvs zinkskiktet kan reduceras på den yta, som utsätts för vinden. Renzinkskikt är då känsligare för avverkning än det hårdare järnzinkskiktet.
Zinkskikt skall inte kontinuerligt utsättas för temperaturer över 200 ºC. Försök har visat att vid högre temperaturer sker fasomvandling där sprickor kan bildas i skiktet med avskalning som följd. Snabb uppvärmning under kortare tid (temp. > 200 ºC) kan ge avskalning av renzinkskiktet (Kirkendalleffekt).
När järnzinkskikt utsätts för svavelhaltig atmosfär kan järnzinkskiktet anta en rostbrun till svart färg. Det är således inte, som många felaktigt antar, stålet som rostar, utan zinkskiktets järn-zinklegering. Anser man att det av utseendeskäl behöver åtgärdas kan järn-zinklegeringen målas.
I de flesta fall klarar sig varmförzinkningen bra vid atmosfärisk korrosion. Vid kraftigare mängder korrosiva ämnen i luften kan med fördel duplex användas.

Korrosion i vätskor

Största betydelsen för zinkens korrosion i vätskor är pH-värdet. Mellan pH 5.5 och 12.5 är zinkkorrosionen låg. Vid surare eller mycket starkt alkaliska lösningar ökar korrosionen. Vätskans strömningshastighet och temperatur har också stor betydelse. En strömningshastighet över 0,5 m/s hindrar bildningen av skyddsskikt på zinkytan och korrosionen ökar.
I vissa mycket rena vatten kan en polaritetsväxling ske vid ca 70 ºC, vilket medför att zinkbeläggningen blir ädlare än stålet. Detta medför risk för punktfrätning. Hårda vatten, som innehåller kalk och magnesium, är inte aggresiva, vilket däremot mjuka vatten är, eftersom de behöver ta upp zinkjoner för att mättas på salter. Här kan duplexskikt i många fall vara ett bra alternativ till varmförzinkning.

Korrosion i jord

Jord är ett vitt begrepp och korrosionsförhållandena är beroende av en mängd faktorer. Vad finns det för korrosiva ämnen i jorden, hur är genomsläppligheten för luft och fukt, finns mikroorganismer osv?
Trots allt är svenska jordar inte så aggresiva. Medelkorrosion för zink brukar anges till 5 µm per år. Med duplex bör värdet sjunka en del.
Kalk, morän och sandmärgel har måttlig aggresivitet. Lera, torv och myrmark kan däremot vara aggresivare. Ett sätt att bestämma jordens korrosivitet är att mäta dess resistivitet. Följande tabell ger en vägledning:

I många fall kan duplex användas och då kan zinkskiktets tjocklek minskas och rostmånen borttagas eller sänkas.
Galvanisk korrosion

Varmförzinkning eller zink bör inte användas ihop med metaller, som står långt ifrån zink i den galvaniska spänningsserien. Sådana kopplingar skall endast användas där det finns en uttalad önskan att utnyttja zinkens katodiska skyddsverkan. Är detta oundvikligt bör man isolera metallerna från varandra.
Varmförzinkat stål har god elektrisk kontakt mellan stål och zink. Skadas zinkbeläggningen bildas en galvanisk cell i närvaro av en elektrolyt, t ex regnvatten. I denna elektrolytiska cell blir zinken anod och skyddar stålet genom att offra sig. Denna skyddsverkan erhålls inte med färg eller andra ädlare metaller utan stålet rostar, eftersom det blir anod.
Varmförzinkat stål i kontakt med aluminium och rostfritt stål ger ingen allvarligare korrosion i luft. I vatten bör de dock inte stå i ledande förbindelse med varandra. Av stor betydelse för galvanisk korrosion är förhållandet mellan anod- och katodyta.

Korrosion i betong

Erfarenheter från ingjutna varmförzinkade armeringsstål är goda. Hittills används inte varmförzinkning på ingjutningsgods i någon större utsträckning i Norden. De gånger man gjort detta har resultatet varit mycket bra. Genom att varmförzinka framför allt ytarmeringen kan betongtäckskiktet reduceras med lägre vikt som följd. En annan fördel är att rostvatten på fasader eller gjutningar elemineras och betongsprängningar pga korroderade armeringsjärn undviks.