 |
 | |||
|
|
 
|
|
Комплексная оценка основных свойств цинкнаполненных полимерных покрытийБакаева Р.Д., Ефремов А.П., Максёнков О.В. В последние годы для защиты от коррозии наряду с лакокрасочными материалами, полимерными покрытиями, а также металлическими, среди которых цинковые являются наиболее распространенными, применяются цинкнаполненные полимерные покрытия (ЦНП). Такие покрытия формируются нанесением на подготовленную стальную поверхность композиций (ЦНК), состоящих из связующего и мелкодисперсного цинкового порошка [1]. Однако, полное отсутствие какой-либо нормативно-технической документации, регламентирующей основные требования к ЦНП, а также несоответствие результатов независимых исследований некоторых материалов характеристикам, заявляемым производителями, затрудняет широкое промышленное применение таких материалов. ЦНК выпускаются как отечественными, так и зарубежными производителями. Среди широкой гаммы выпускаемых материалов, наиболее известными на российском рынке являются ЦИНОТАН, ЦИНОЛ, ЦВЭС (АОЗТ «Высокодисперсные металлические порошки», г. Екатеринбург) и ZINGA (бельгийской фирмы ZINGAMETALL). Свойства ЦНП, заявляемые производителями можно разделить на 3 группы: К основным характеристикам, определяющим технологические свойства ЦНК относятся: Условную вязкость материалов ZINGA и ЦВЭС определяли в соответствии с ГОСТ 8420. Для измерений использовали вискозиметр ВЗ-4 с диаметром сопла 4 мм по ГОСТ 9070. Результаты определения условной вязкости обоих композиций (рис. 1) показывают, что характер её изменения в зависимости от температуры испытаний мало отличается друг от друга. Вместе с тем, условная вязкость ZINGA примерно в 2 раза выше, чем ЦВЭС, при температуре 20°С составляет соответственно 61 и 25 с.
Рис. 1. Зависимость условной вязкости ZINGA и ЦВЭС от температуры композиции Определение времени высыхания покрытий до степени 1 и 3 производилось в соответствии с ГОСТ 19007. Сушка образцов производилась при температурах от -15°С до +50°С. Оценка времени высыхания однослойных покрытий ZINGA и ЦВЭС (рис. 2) показала, что время высыхания ZINGA до 1 и 3 степени в несколько раз больше, чем соответствующий показатель ЦВЭС. Аналогичное соотношение времени высыхания сохраняется для второго и третьего слоёв покрытий.
Рис. 2. Зависимость времени высыхания покрытий ЦВЭС и ZINGA до степени 1 и 3 от температуры подложки Время высыхания покрытия ЦВЭС при температуре выше 30°С недостаточно для качественного распределения материала по поверхности и для исправления дефектов нанесения. Время высыхания, заявляемое производителями, не соответствует полученным данным: для ЦВЭС этот показатель завышен, для ZINGA – занижен. После полного высыхания образцов, определялась толщина покрытий с использованием прибора Quanix 1200. Установлено, что покрытие ZINGA в температурном диапазоне от -15 до +50°С имеет стабильную толщину. Покрытие ЦВЭС имеет стабильную толщину в температурном диапазоне от -10 до +30°С. При понижении температуры ниже -10°С толщина покрытия увеличивается, а при температуре выше +30°С происходит значительное уменьшение толщины покрытия (табл. 1). Адгезия покрытий определялась методом решетчатых надрезов в соответствии с ГОСТ 15140. Оценка адгезионной способности покрытий ZINGA и ЦВЭС, после нанесения кистью и сушки при различных температурах показала их высокую адгезию к стальной подложке – 1 – высший балл в соответствии с ГОСТ 15140 (табл. 1). Аналогичные результаты были получены и при других технологиях нанесения покрытий: окунание, воздушное и безвоздушное распыление. Таблица 1
Определение структуры покрытий ЦВЭС и ZINGA с помощью растровой электронной микроскопии показало, что покрытие ZINGA монолитно, частицы цинка чешуйчатой формы размером 3-6 мкм. Покрытие ЦВЭС немонолитно, частицы цинка шарообразной формы размером 2-15 мкм.
Рис.3. Структура покрытий ЦВЭС (а) и ZINGA (б) Достоинством технологических свойств ZINGA является то, что она в отличие от ЦВЭС не требует предварительного приготовления, не имеет ограничений по времени жизнеспособности, тогда как для ЦВЭС эта величина после смешения компонентов составляет 8 часов. ZINGA значительно дольше сохраняет свою однородность после перемешивания. Результаты этих испытаний позволяют заключить, что композиция ZINGA обладает лучшим комплексом технологических свойств. Оценка коррозионно-защитных свойств производилась по результатам:
Рис. 4. Внешний вид образцов с покрытиями ЦВЭС и ZINGA после проведения коррозионных испытаний в 3%-ном растворе NaCl в течение 30 суток (1-но, 2-х и 3-хслойные покрытия) На образцах с 1-но-слойными покрытиями ЦВЭС обнаружены коррозионные поражения металла-основы и продукты коррозии цинка. С увеличением слоев, количество продуктов коррозии снижается. На образцах с покрытиями ZINGA наблюдались продукты коррозии цинка, продукты коррозии стальной основы отсутствуют. Для оценки механизма защитного действия обоих покрытий, были проведены электрохимические исследования в 3%-ном растворе NaCl в течение 30 суток, которые включали: Потенциал коррозии образцов с покрытиями ZINGA различной толщины значительно отрицательнее потенциала коррозии стали 20 и близок к потенциалу коррозии цинка, что должно обеспечить этим покрытиям высокую протекторную активность. Более положительный потенциал коррозии образцов с покрытиями ЦВЭС по отношению к металлу основы позволяет предполагать, что в этом случае вряд ли может быть реализована протекторная функция покрытия, ради которой цинковый наполнитель вводился в композицию. Анализ динамики изменения анодных поляризационных кривых и импедансных измерений покрытий в процессе экспозиции в коррозионной среде (3% р-р NaCl) в течение 30 суток позволил заключить, что защитные свойства покрытия ЦВЭС имеют преимущественно барьерный характер и снижаются при экспозиции в коррозионной среде [3]. Для покрытия ZINGA установлено изменение механизма защитного действия - интенсивность протекторной защиты снижается, а барьерные свойства возрастают за счет уплотнения структуры продуктами коррозии цинка. Таким образом, покрытие ЦВЭС не обеспечивает электрохимической защиты металла основы, а покрытие ZINGA может защищать ее электрохимически. Оценка влияния рН сред на стойкость покрытий к статическому воздействию жидкостей производилась в соответствии с ГОСТ 9.403. Использовались растворы с рН от 3,5 до 12,4. Установлено, что покрытия ЦВЭС и ZINGA могут обеспечивать защитное действие в средах с рН-диапазоном от 5 до 12 для ZINGA и от 6 до 9 для ЦВЭС. В средах с меньшим или большим рН защитное действие не обеспечивается. Проведенные испытания показали, что при эксплуатации покрытий необходимо учитывать не только уровень рН, но и анионный состав, так как в некоторых средах с рН соответствующей рекомендуемой, покрытия могут разрушаться и терять свои защитные свойства. Механические свойства ЦНП должны учитываться в совокупности с технологическими и коррозионно-защитными свойствами для металлоконструкций, испытывающих циклические нагрузки, ударное воздействие и т.д. Определение механических свойств ЦНП производилось для 1-но, 2-х и 3-х-слойных образцов с покрытиями ЦВЭС и ZINGA в исходном состоянии и после 30 суток коррозионных испытаний в 3%-ном растворе NaCl по следующим характеристикам: Эластические свойства ZINGA также снижаются при проведении испытаний в диапазоне температур от 0 до -60°С, что не было выявлено для покрытий ЦВЭС. Прочность при ударе (прямом и обратном) определялась в соответствии с ГОСТ 4765. Установлено, что покрытие ЦВЭС обладает высоким сопротивлением ударному воздействию, его прочность при ударе практически не зависит от количества слоев и выдержки в коррозионно-активной среде. Прочность при ударе покрытия ZINGA с увеличением количества слоев снижается. При этом выдержка в средах не оказывает влияния на прочность при прямом ударе, но снижает этот показатель при обратном ударе, что говорит о снижении сопротивлению растягивающим нагрузкам в процессе эксплуатации. Определение стойкости покрытий к температурному воздействию (в процессе эксплуатации), производилось по методике, основанной на ГОСТ 9.401. Суть ее заключалась в определении адгезии (методом решетчатых надрезов) при температурах -60°С; +150°С; и после термоциклирования. Установлено, что покрытие ЦВЭС выдерживает воздействие отрицательных температур без снижения адгезионных свойств, при этом воздействие высоких температур и термоциклирования необратимо снижает адгезионную прочность покрытия ЦВЭС. Покрытие ZINGA снижает свою адгезионную прочность при отрицательных температурах, которая восстанавливается при нагреве образцов; воздействие высокой температуры и термоциклирования покрытия ZINGA выдерживают без изменения адгезии. Адгезия покрытий ZINGA и ЦВЭС на образцах после коррозионных испытаний осталась на исходном уровне. Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы: Таким образом, выбор наиболее эффективных покрытий для конкретных условий эксплуатации металлоконструкций требует учитывать динамику изменения всех основных свойств ЦНП: технологических, коррозионно-защитных и механических. Литература:
1. Бакаева Р.Д., Максёнков О.В. «Холодное» цинкование как метод защиты от коррозии // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. – 2004. - №6 – с.30-32. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ZingaMetall © 2001-2009 |