– wykrywanie cynku przez miernik w zależności od jakości powierzchni cynkowej / badania laboratoryjne

Mierniki grubości lakieru GL-PRO-2-FAZ i GL-PRO-6-FAZ mają funkcję automatycznego wykrywania powłoki cynkowej na blasze stalowej. Miernik wykrywa cynk, gdy powłoka lakiernicza łącznie z warstwą cynku jest mniejsza od około 350 μm. Powłoka cynkowa musi być ciągła. Artykuł przedstawia skrócony opis przeprowadzanych badań, których celem było określenie możliwości identyfikacji warstwy cynkowej przez miernik w zależności od jakości jej wykonania.

Podczas pomiarów dokonywanych na różnych karoseriach zdarzało się, że na niektórych pojazdach cynk nie był wykrywany, pomimo deklaracji producenta, że blacha jest ocynkowana. Zastanawiał nas ten problem, ponieważ z technicznego punktu widzenia jednorodny i ciągły cynk powinien zostać wykryty. Postanowiliśmy wykonać badania na jednej z politechnik.

Zostały przeprowadzone badania:
- makroskopowe,
- z wykorzystaniem mikroskopii świetlnej,
- z wykorzystaniem elektronowej mikroskopii skaningowej,
- mikroanaliza składu chemicznego EDS.

Próbki były badane w przekroju
Porównaliśmy wskazane badania z pomiarami miernikiem GL-PRO-6-FAZ, kładąc nacisk na to, żeby sprawdzić, kiedy miernik wykrywa cynk, a w jakim przypadku tego nie robi. Wyniki są zaskakujące i rzucają nowe światło na jakość powłok cynkowych na blachach stosowanych w motoryzacji.
W kolejnych punktach przedstawiamy niektóre wyniki badań; porównane zostały wycinki blach rożnych marek motoryzacyjnych i kawałka zwykłej blachy ocynkowanej „ze sklepu”.

Próbki dostarczone do badań (fot. 1, 2)
- Próbka „1” – blacha stalowa ocynkowana kupiona w sklepie.
- Próbka „A” – wycinek z błotnika marki „A”, rocznikowo 2012-2016.
- Próbka „B” – wycinek z błotnika marki „B”, rocznikowo 2012-2016.
- Próbka „C” – wycinek z błotnika marki „C”, rocznikowo 2015-2018.
- Próbka „D” – wycinek z błotnika marki „D”, rocznikowo 1991-2002.
- Próbka „E” – wycinek z błotnika marki „E”, rocznikowo 2017-2018.

Pomiar na próbkach miernikiem GL-PRO-6-FAZ
Dokonano pomiaru na elementach karoserii, z których następnie wycięto próbki A, B, C, D, E – oznaczenie próbek wg marek. Wyniki badania przez miernik GL-PRO-6-FAZ przeprowadzonego na blasze stalowej przedstawiają się następująco:
- próbka „1”: wskazanie przez miernik „FeZn” – wykrycie warstwy cynku (fot. 3);
- marka „A”: wskazanie przez miernik „Fe” – cynk nie został wykryty (fot. 4);
- marka „B”: wskazanie przez miernik „FeZn” – cynk został wykryty (fot. 5);
- marka „C”: wskazanie przez miernik „FeZn” – cynk został wykryty (fot. 6);
- marka „D”: wskazanie przez miernik „Fe” – cynk nie został wykryty (fot. 7);
- marka „E”: wskazanie przez miernik „Fe” – cynk nie został wykryty (fot. 8).

Badania laboratoryjne próbek 
Do tego rodzaju analiz wykorzystano mikroskop świetlny, elektronowy mikroskop skaningowy, a połączono je z mikroanalizą rentgenowską składu chemicznego EDS. Prowadzono je na przekrojach poprzecznych materiałów. Skoncentrowano się na określeniu wpływu morfologii warstwy cynku, na możliwości jej identyfikacji podczas pomiaru wykonywanego za pomocą miernika grubości lakieru Prodig-Tech GL-PRO-6-FAZ (fot. 9, 10).

1. Badanie próbki „1”
Na fot. 11 zamieszczono wynik badania próbki „1”. Widać, że warstwa cynku stanowi ciągłą i przylegającą powłokę. Taka warstwa wykrywana jest przez miernik GL-PRO-6-FAZ.

2. Badanie próbki blachy z marki „A”
Fot. 12 przedstawia wyniki badania próbki blachy marki „A”. Widać wyraźnie, że cynk ma formę „grudek”, nie stanowi ciągłości. Zaobserwować można wiele szczelin, nawet między cynkiem a stalą. Część stali w ogóle nie jest pokryta cynkiem, co dobrze widać na powiększeniu mikroskopowym. Taki rodzaj nie zostanie wykryty przez miernik GL-PRO-6-FAZ.

3. Badanie próbki blachy z marki „B”
Fot. 13 przedstawia wyniki badania próbki blachy marki „B”. Widać, że cynk stanowi warstwę ciągłą. Prawdopodobnie został on uzyskany metodą zanurzeniową. Taki rodzaj cynku został wykryty przez miernik GL-PRO-6-FAZ.

4. Badanie próbki blachy z marki „C”
Fot. 14 przedstawia wyniki badania próbki blachy marki „C”. Widać, że cynk stanowi warstwę ciągłą, prawdopodobnie został uzyskany metodą zanurzeniową. Taki rodzaj cynku został wykryty przez miernik GL-PRO-6-FAZ.

5. Badanie próbki blachy z marki „D”
Fot. 15 przedstawia wyniki badania próbki blachy marki „D”. Widać wyraźnie, że cynk jest w formie „grudek”, brak ciągłości, wiele szczelin. Został uzyskany prawdopodobnie metodą natrysku. Taki rodzaj cynku nie będzie wykryty przez miernik GL-PRO-6-FAZ.

6. Badanie próbki blachy z marki „E”
Fot. 16 przedstawia wyniki badania próbki blachy marki „E”. Widać, że cynk jest w formie „grudek”, brak ciągłości. Widocznych jest wiele szczelin. Cynk uzyskany prawdopodobnie metodą natrysku. Taki rodzaj nie zostanie wykryty przez miernik GL-PRO-6-FAZ.

Wnioski z wykonanych badań
Przeprowadzone badania oraz analiza ich wyników pozwoliły stwierdzić, że warstwa możliwa do identyfikacji za pomocą miernika GL-PRO-6-FAZ musi być wykonana w sposób ciągły, przylegając do podłoża (stali). Identyfikowalna w ten sposób warstwa zapewnia właściwą ochronę przed korozją, natomiast warstwa nanoszona natryskowo (nieidentyfikowana) posiada nieciągłości, które mogą być miejscami przedostawania się środowiska korozyjnego do materiału podłoża.

Badania ujawniły różnice w jakości powłok cynkowych na badanych blachach. Widać wyraźny podział na dwa rodzaje metod cynkowania:
- powłoka cynkowa, ciągła jest prawdopodobnie uzyskana metodą zanurzeniową; próbki „B”, „C”;
- powłoka cynkowa, nieciągła, grudowata z licznymi szczelinami jest prawdopodobnie uzyskana metodą natryskową na zimno lub podobną; próbki „A”, „D”, „E”.

W próbkach „A”, „D”, „E” (fot. 17-19) powłoka cynkowa jest gorszej jakości, mniej odporna na odpryski. Grudki cynku nie tworzą spójnej warstwy, występują liczne szczeliny, przez które przed naniesieniem warstwy lakierniczej podkładowej mogą dostać się wilgoć i powietrze. W takich miejscach może powstać korozja stali i rozwijać się, nie dając wczesnych oznak. Ponadto podczas uderzenia, np. kamieniem, cynk taki łatwiej ulega uszkodzeniu, przez szczeliny i pory dostaje się wilgoć i zaczyna się korozja stali.
Próbki „1”, „B”, „C” (fot. 20-22) mają warstwę cynku lepszej jakości, na zdjęciach mikroskopowych widać, że ciągłość i jednorodność są zachowane. Taki cynk uzyskuje się m.in. metodą zanurzeniową, powstają fazy między stalą a warstwą cynku. Nie występują otwarte szczeliny i pory, wilgoć i powietrze nie dostają się do stali nawet przed naniesieniem warstwy podkładowej. Cynk taki jest odporniejszy na uderzenia i odpryski.
Analizując uzyskane wyniki badań, dziwić może to, że stosowane są tak różnej jakości powłoki cynkowe, zwłaszcza biorąc pod uwagę roczniki modelowe samochodów, z których uzyskano próbki – od 2012 do 2018 roku, poza próbką „D”, która pochodzi z samochodu produkowanego między 1991 a 2002 rokiem. Zaznaczyć należy, że samochód, z którego pochodziła próbka „D”, zawsze uważany był za pojazd nieocynkowany, nawet jego producent nie podawał informacji o cynku. Prawdopodobnie stal z próbki „D” została zabezpieczona w hucie warstwą natryskową cynku, żeby nie uległa zbyt szybkiej korozji podczas np. transportu czy leżakowania. Czy próbki „A” i „E” też zostały zabezpieczone w ten sposób w hucie?
Badania mogą dać informację, dlaczego część samochodów bardzo szybko ulega korozji pomimo młodego wieku pojazdu.
Można przyjąć, że z technicznego punktu widzenia miernik identyfikuje warstwę cynku wykonaną w sposób poprawny.

Dalsze badania
W najbliższym czasie planujemy przeprowadzić dodatkowe mikroskopowe badania laboratoryjne na większej liczbie próbek. Być może będą to testy na odporność korozyjną poszczególnych próbek – zostaną wykonane „odpryski” na próbkach z równą siłą dla każdej, a następnie próbki zostaną umieszczone na jakiś czas w odpowiednim środowisku.

mgr inż. Arkadiusz Berliński
Prodig-Tech