Powłoki i odporność na korozję

Najpowszechniejsza powłoka w katalogu. Cynk osadza się elektrolitycznie w kąpieli, więc warstwa jest cienka i równa — wg ISO 4042 typowo 5–12 µm. Po cynkowaniu następuje pasywacja, która nadaje barwę i dokłada trochę odporności: bezbarwna, lekko niebieskawa (w handlu biały, w katalogu oc.B) albo żółta, opalizująca (żółty, oc.Z). Dawniej żółta pasywacja chromianowa na bazie Cr(VI) chroniła wyraźnie lepiej; od czasu ograniczeń REACH i RoHS obie wykonuje się na bazie Cr(III), a różnica w odporności znacznie zmalała.

Cienka warstwa to zaleta i granica zarazem. Przy typowych grubościach gwint mieści się w tolerancji 6g/6H bez korekt, śruba pasuje do każdej nakrętki i każdego narzędzia — ale ochrona wystarcza na wnętrza i atmosferę mało agresywną. Na zewnątrz, bez osłony, biała korozja cynku pojawia się po miesiącach, a rdzawa po niewielu latach.

Element zanurza się w ciekłym cynku o temperaturze ok. 450 °C; powstaje gruba warstwa stopowa i cynkowa. Dla elementów złącznych obowiązuje ISO 10684 (ISO 1461 odsyła w zakresie elementów złącznych do tej normy): min. 40 µm lokalnie i min. 50 µm średnio — kilka razy grubiej niż galwanicznie. To ochrona na dekady na zewnątrz i standard w konstrukcjach stalowych, energetyce i budownictwie drogowym.

Grubość ma konsekwencję w gwincie. Pięćdziesiąt mikrometrów na każdej powierzchni zwoju to za dużo, żeby śruba tZn weszła w zwykłą nakrętkę 6H. Norma dopuszcza dwie drogi: powiększony gwint nakrętki (gwintowanej po cynkowaniu; tolerancja oznaczana literą Z, np. 6AZ) albo zmniejszony gwint śruby przed cynkowaniem (tolerancja az). W handlu dominuje pierwsza: śruba ma gwint normalny, nakrętka — powiększony.

• Nakrętka do śruby tZn musi być nakrętką tZn z powiększonym gwintem (DIN 934 / ISO 4032 tZn). Zwykła nakrętka oc.B nie wejdzie albo zetrze powłokę ze zwojów.
• Nakrętka tZn na śrubie surowej lub oc.B ma luz w gwincie i mniejszą nośność — norma tę parę wyklucza.
• Śruby i nakrętki tZn kupuje się jako komplet; zestawy HV wg PN-EN 14399 są zresztą dostarczane razem, ze wspólnym oznaczeniem partii.

ISO 10684 obejmuje klasy do 10.9 włącznie i stawia im dodatkowe wymagania procesowe; klasy 12.9 nie cynkuje się ogniowo — temperatura kąpieli i wodór z trawienia w kwasie przekraczają to, co stal ulepszona na 1200 MPa toleruje.

Powłoka nieelektrolityczna wg ISO 10683: zawiesinę płatków cynku i aluminium w spoiwie nanosi się zanurzeniowo lub natryskiem, po czym utwardza w piecu. Efekt to matowa, srebrzysta (fl Zn) lub czarna (fl Zn cz.) warstwa o grubości kilku–kilkunastu µm, która w mgle solnej wytrzymuje wielokrotnie dłużej niż ocynk galwaniczny o podobnej grubości. Norma klasyfikuje ją nie grubością, lecz liczbą godzin w mgle solnej, np. 480 h lub 720 h.

Dwie własności czynią ją domyślnym wyborem dla klas 10.9 i 12.9: brak wodoru z procesu (powierzchnię przygotowuje się przez odtłuszczanie i śrutowanie, bez trawienia w kwasie, a powłoki nie nakłada się elektrolitycznie — więc nie ma ryzyka kruchości wodorowej wywołanej powlekaniem) i kontrolowane tarcie — wiele systemów zawiera środek smarny, który ustawia współczynnik tarcia w wąskim, powtarzalnym zakresie. Ma to znaczenie przy dokręcaniu na moment; wracamy do tego w tabeli momentów.

Wady: powłoka jest miękka i ściera się przy wielokrotnym montażu; w gwintach wewnętrznych układa się gorzej i w nakrętkach bywa zastępowana cynkiem-niklem; na zewnątrz gorzej znosi starzenie niż powłoka ogniowa, bo płatki nie „leczą” zarysowań tak jak lita warstwa cynku.

Stal nierdzewna nie ma powłoki — odporność wynika ze składu całego materiału, więc zarysowanie czy zerwana krawędź gwintu niczego nie odsłania. Różnicę między A2 i A4 robi molibden.

• Wszędzie, gdzie jest sól, A2 nie wystarcza: pas nadmorski, drogi zimą, hale z solanką i baseny — związki chloru w wodzie basenowej działają jak chlorki.
• W kontakcie ze środkami czystości i dezynfekcji na bazie chloru — kuchnie przemysłowe, przetwórstwo — także A4.
• Przy stałym zawilgoceniu bez dostępu tlenu (szczeliny, pod uszczelką) korozja szczelinowa pojawia się wcześniej niż na otwartej powierzchni; A4 przesuwa tę granicę, ale jej nie znosi.
• Kryte pływalnie: elementy nośne w atmosferze nad basenem są narażone na korozję naprężeniową. PN-EN 1993-1-4 (załącznik A) wymaga tam stali o wyższej odporności (np. 1.4529, 1.4565); A4 nadaje się tylko do elementów niekonstrukcyjnych.

Dwa różne metale w kontakcie, z elektrolitem między nimi (wystarczy wilgoć), tworzą ogniwo. Metal mniej szlachetny (anoda) koroduje szybciej, niż korodowałby sam; szlachetniejszy (katoda) jest chroniony. W szeregu od najmniej do najbardziej szlachetnego: cynk — aluminium — stal węglowa — mosiądz i miedź — stal nierdzewna w stanie pasywnym.

Norma PN-EN ISO 12944-2 dzieli środowiska na kategorie korozyjności atmosfery od C1 do C5 (plus CX dla warunków ekstremalnych, np. offshore). Sama norma dotyczy zabezpieczania konstrukcji stalowych powłokami malarskimi, ale jej kategorie są wspólnym językiem, w którym projektant określa, w jakim środowisku pracuje połączenie.