БОРЬБА С КОРРОЗИЕЙ

НОВОЕ ПОКОЛЕНИЕ ПОКРЫТИЙ КРОВЕЛЬНОЙ СТАЛИ

(По материалам журнала «Эволюция кровли», 4, 2005)

«Никакой материал не является идеальным для корпуса большой яхты: дерево недолговечно, стеклопластик непрочен, титан подвержен деформации, а сталь – коррозии», - всегда утверждал специалист по крейсерским яхтам Брюс Фара, которого эксперты называют одним из лучших в мире конструкторов яхт. Утверждал, пока не сконструировал и представил на технологической выставке, предшествующей Йерской регате 1978г., 80 – футовую яхту, корпус которой был выстроен из стали с покрытием из гальвалюма. Именно так был назван новый материал, разработанный корпорацией «Бетлхем Стил» как принципиально новое защитное покрытие стали с повышенными антикоррозийными свойствами. Вопрос устойчивости стали в агрессивных средах был снят навсегда.

История изобретения и модификации

Первые образцы стали, покрытые алюминиево – цинковыми составами, сошли с экспериментально – производственной линии лаборатории «Хомер Рисеч» компании «Бетлхем Стил» в 1964г, Человечество получило принципиально новое, защитное покрытие стали - до этого исследования сталелитейных компаний сводились к совершенствованию технологий и качества оцинковки, увеличению производительности. Для исследования антикоррозийной устойчивости образцов в лабораторных условиях была создана искусственная агрессивная среда. Одновременно образцы были помещены в естественные условия таким образом, чтобы охватить разные климатические зоны: в Северной Каролине в районе Кюр Бич с типичным морским климатом, в Пенсильвании в сильно загрязненном промышленном районе и в сельской местности. Исходя из результатов лабораторных испытаний, был выбран оптимальный состав, содержащий 35% алюминия. Однако на побережье Атлантического океана в местечке Кюр Бич за два года на образцах с покрытием, содержащим 35 и 45% алюминия, появились дефекты, и только образец с 55% - ным содержанием остался относительно неповрежденным.

Через пять лет, в течение которых образцы подвергались воздействию окружающей среды, результаты не оставили ни малейших сомнений: наилучшим по всем показателям был состав, включавший 55 % алюминия, 43,5 % цинка и 1,5 % кремния. Это покрытие, обладающее в 2-4 раза лучшими эксплуатационными качествами, чем обычная оцинкованная сталь, сочетало в себе достоинства алюминия и цинка, обеспечивая антикоррозийную стойкость и катодную защиту обрезного края – наиболее желательное сочетание для сталепроизводителей. Происхождение небольших поверхностных дефектов изобретателям удалось определить только после долгих металлургических исследований. Оно было связано с микроскопическими нарушениями в распределении алюминия и цинка внутри покрытия. В твердом состоянии эти два металла не столь растворимы друг в друге как в расплавленном состоянии. В процессе затвердевания они отделяются друг от друга, в результате чего образуются участки, содержащие в основном только цинк или только алюминий.

В случаях, когда распределение металлов оказывается особенно неравномерным, на поверхности появляются дефекты. Однако если распределение равномерно, то покрытие остается идеальным и имеет непревзойденные эксплуатационные характеристики. Проведя новые испытания на экспериментальной производственной линии, где выпускались листы с покрытием, содержащим 55 % алюминия, изобретателю Анже Борзилло удалось найти способ контролировать процесс. Для этого требовалось после извлечения листа из ванны точно регулировать скорость отвердевания покрытия, т. е. было необходимо обеспечить строго определенную скорость охлаждения. При производстве оцинкованной стали скорость охлаждения лишь в небольшой степени определяла физические свойства материала, но для нового покрытия от этого процесса зависели важнейшие качества продукции. Технологии, связанные с охлаждением и со скоростью охлаждения, защищались дополнительными патентами.

Кроме того, стало совершенно ясно, какую важную роль играет интерметаллический слой. Если этот слой отсутствует, нет никакой гарантии, что покрытие на поверхности стали будет держаться. С другой стороны, если он будет слишком толстым, покрытие станет хрупким, Оптимальная толщина составляет около 1 мкм и тоже регулируется в основном за счет темпа охлаждения. После того как результаты испытаний убедили руководство «Бетлхем Стил» в достоинствах нового покрытия, настало время заявить о нем потребителям. Отделом маркетинга было предложено фирменное наименование гальвалюм (образованное от слов «гальванизированный» и «алюминий»); это запоминающееся название хорошо звучало на всех языках мира.

В 1967-1968 гг. корпорация «Бетлхем Стил» получила патенты на изобретение в США. Затем последовало оформление второй серии патентов, действовавших в 12 странах. Первым производителем стали, подписавшим лицензионное соглашение с «Бетлхем Стил», была австралийская компания «Джон Лайсагт JLA», позже переименованная в Brocken Hill Proprietory, сокращенно ВНР, В октябре 1974г. ВНР выкупила изобретение, Компания ВНР переименовала продукт в цинкалюм и в апреле 1976 г, начала его производство. При этом компания ВНР не ограничилась только производством и продажей цинкалюма. Австралийцы приложили огромные усилия как в сфере экспериментально— конструкторских разработок, так и собственно на производстве, чтобы усовершенствовать цинкалюм и превратить его в привлекательный для клиента товар. В дальнейшем число выдаваемых лицензий начало стремительно расти. Из-за правовых ограничений их владельцы, в том числе компания «Гальваланж» из Люксембурга, не могли использовать название гальвалюм для своей продукции. Поэтому им пришлось придумывать другие названия. В период с 1974 по 2001 г. была выдана 41 лицензия, в том числе двум российским компаниям, «Северстали» и «Магнитогорску».

Единственным недостатком нового покрытия оставалась малая пластичность. Он проявлялся в виде мелких трещин на сгибах стального листа. В результате проведенного металлографического анализа выяснилось, что наиболее глубокие трещины возникали из—за неправильности интерметаллического слоя, а остальные были вызваны острыми гранями кремниевых кристаллов. Исследования в области металлургии показали, что предотвратить образование трещин может сочетание добавок стронция и ванадия. Ванадий осаждается на интерметаллическом слое в виде тонкой пленки и делает кристаллы внутри слоя более мелкими и единообразными, в результате чего возникает меньше трещин. Что касается стронция, то он растворяется в кремнии, придавая его остроугольным кристаллам более округлую форму, снижая тем самым вероятность образования трещин. Добавление этих элементов благоприятно отразилось на пластичности покрытия. Так появился алюцинк—плюс.

В начале 1990-х гг. произошло еще одно важное усовершенствование. Было замечено, что масла, смазочные материалы и прикосновения грязных перчаток оставляют на поверхности алюцинка трудно смываемые следы. Как оказалось, грязные отпечатки возникали из-за присутствия в составе покрытия алюминия, и единственным решением проблемы стала защита покрытия тонкой органической пленкой. Первыми начали использовать пленку для улучшения внешнего вида и коррозионной стойкости листовой стали с покрытием японские фирмы, еще в середине 1980-х гг. опробовавшие новую технологию при производстве бытовой техники. Однако японские компании использовали органическую пленку только для покрытий, наносимых методом электролитического цинкования в расплаве, или для никель — цинковых покрытий. Возможность применения этой технологии на алюцинке была не совсем очевидна. Поэтому было разработано новое покрытие.

Пленка является «специальным защитным покрытием» (Special Protective Treatment), и соответствующая аббревиатура вошла в название алюцинка, прошедшего такую обработку, - алюцинк SPT. Алюцинк, защищенный прозрачной пленкой, сегодня по всем позициям занимает лидирующее положение: материал более приятен как внешне, так и на ощупь, грязные следы с его поверхности легко удаляются, а коррозионная стойкость увеличилась. Один за другим остальные производители гальвалюма также начали применять эту технологию, а в течение 1990-х гг. метод стали использовать и для обычных оцинкованных покрытий, В начале XXI в. металлические покрытия и тонкие органические пленки уже невозможно представить друг без друга - это сочетание представляет собой качественно новую технологию обработки поверхностей.

Свойства алюцинка

Алюцинк (в некоторых источниках - алюмоцинк) является оптимальной защитой от коррозии стального листа. В таком сплаве алюминий защищает стальной лист от коррозии, а цинк выполняет защиту обрезного края и защиту от царапин. В сплаве присутствует также небольшая доля кремния, которая добавляется с целью получения правильной реакции. между сплавом и стальным листом, а также для гарантии того, что линия сварки между сталью и слоем сплава будет очень тонкой, обеспечивая хорошую адгезию и формовочные свойства. Алюцинк имеет огромное количество преимуществ по сравнению с другими покрытиями:

• защита от коррозии - стальной лист, покрытый алюцинком, в два - четыре раза превосходит по долговечности оцинкованный лист;
• невысокая стоимость - при вложении средств в алюцинк, который имеет длительный срок использования, требует незначительного ремонта и обслуживания, а также обладает высоким качеством, общая стоимость сооружения становится минимальной из возможных. Экономический расчет затрат показывает, что стоимость жизненного цикла алюцинка, по сравнению с другими строительными материалами, предельно низкая;
• защита от высоких температур -листы, покрытые алюцинком, могут быть использованы при температуре до 315 °С без выцветания;
• способность отражать тепло - алюцинк способен отражать большую часть тепла. Для кровли это служит защитой от жара, выступает в качестве температурного барьера. Обычно 45 % тепла проходит в здание через крышу и стены. Алюцинка снижает этот показатель в два раза;
• небольшая масса материала - алюминий составляет 55 % по массе, но 80 % от объема;
• восприимчивость к краске - стальные листы, покрытые алюцинком, имеют наилучшую поверхность для покраски, не зависимо от формы листа: рельефная или прямая. Без покраски имеют серебристый оттенок, не создающий бликов;
• наиболее длительный срок службы - стальные листы, покрытые алюцинком, служат в два – четыре раза дольше оцинкованных листов: в сельской местности, в городских условиях и в морском климате. В промышленных зонах их срок службы превышает показатели горячеоцинкованных листов в шесть-семь раз. Алюцинк не подвергается коррозии под воздействием атмосферы и через 30 лет. По решению Шведского института исследования коррозии, стальные листы, покрытые алюцинком, могут использоваться даже в неблагоприятных условиях окружающей среды.

Алюцинком облицовывают здания, кроют крыши, потому что он не только противостоит коррозии в два раза дольше оцинкованной стали, но и обладает ценным свойством самостоятельно защищать механически поврежденную поверхность. Производители рулонной стали с алюцинковым покрытием дают гарантию на материал до 15 лет. Из алюцинка состоят знаменитые буквы «Голливуд», установленные на холмах недалеко от Лос-Анджелеса.

Во всем мире из стали, покрытой алюцинком, изготавливают металлочерепицу. Она имитирует натуральную черепицу, считающуюся настоящей классикой кровельных материалов, и обладает прочностью стали. Кроме того, она тоньше и в десять раз легче глиняной и цементно—песчаной черепицы.