Методы защиты от коррозии металлов и сплавов (стр. 5 из 12)
Me + 2Н3РО4 = Ме (Н2РО)2 + Н2
.
При снижении концентрации фосфорной кислоты получают вторичные и третичные соли:
Ме (Н2РО4)2Û Ме НРО4 + Н3РО4;
3 Ме (Н2 РО4)2Û Ме3 (РО4)2 + 4Н3РО4
В образовании фосфатной пленки участвуют продукты взаимодействия фосфорной кислоты с металлом и вещества, входящие в состав раствора для фосфатирования.
Предполагается, что образованию фосфатной пленки предшествуют реакции ионизации железа на анодных участках:
FcÛFe2+ + 2е
и выделение водорода на катодных участках
2Н+ + 2е Û Н2 ↑
Железо, переходящее в раствор, связывает фосфорную кислоту, и равновесие реакций смещается вправо. Выпадающие в осадок ди- и трифосфаты кристаллизуются на поверхности стального изделия, образуя плотную кристаллическую пленку.
Фосфатирование заканчивается после того, как вся поверхность покроется сплошной пленкой и выделение водорода прекратится. Фосфатирование используют для изделий, которые эксплуатируют в морской воде, в тропических районах. Недостатком фосфатных пленок являются низкая прочность и эластичность. Они имеют короткий срок эксплуатации.
1.2.3 Пассивирование
Для защиты от коррозии применяют метод пассивирования — обработка металла в растворах хроматов или нитратов.
Для пассивирования оцинкованных изделий применяют раствор: 8-10 мл/л H2SO4 и Na2Cr207·2H20 — 200 г/л. Время обработки 5-30 с. От времени обработки зависит окраска пленки. При выдержке 5 с цвет пленки радужный с зеленоватым оттенком, а масса пленки составляет 0,9-1,2 г/м2. При дальнейшем увеличении времени цвет меняется от желтого до коричневого.
Для пассивирования алюминия используют раствор бихромата калия (200 г/л) и 2 мл/л НF.
Пассивация меди в хроматных растворах дает особенно хорошие результаты при защите изделий, соприкасающихся с парами SO2 и растворами нейтральных солей. Стальные детали можно обрабатывать в 60-90% растворе нитрита натрия. В результате они не ржавеют в течение двух лет.
1.2.1 Эмали
Эмаль представляет собой стекловидную массу, получаемую сплавлением шихты (песок, мел, глина, полевой пшат и др.) и плавней (бура, сода, поташ, фтористые соли и др.). Кроме стеклообразующих веществ, в шихту вводят оксиды хрома, титана, цинка, повышающие жаростойкость, сцепляемость с металлом и придающие эмали нужную окраску.
Высокая химическая стойкость эмалей обусловлена присутствием буры и кремнезема; термостойкость обеспечивается близостью температурных коэффициентов линейного расширения покрытия и металла.
Наиболее жаростойкие эмали (так называемые керамические) выдерживают температуру 1100 ºС, а в отдельных случаях до 1400 ºС.
Эмалевые покрытия стойки к минеральным и органическим кислотам, солям, газовым средам, но разрушаются горячими растворами концентрированных щелочей, плавиковой кислоты и рядом фтористых соединений.
Эмалевую суспензию наносят на очищенную поверхность изделия погружением в расплав или пульверизацией из специального пистолета, после чего обжигают до спекания в пламенной или муфельной печи при температуре 880— 1050 ºС
1.2.2 Органические покрытия
Лакокрасочные покрытия. Защита металлов лакокрасочными покрытиями — наиболее старый и один из самых распространенных способов защиты от коррозии.
Основными достоинствами лакокрасочных покрытий
являются:
1) сравнительная дешевизна;
2) относительная простота нанесения;
3) легкость восстановления разрушенного покрытия;
4) сочетаемость с другими способами защиты, например протекторной защитой, фосфатными и оксиднымипокрытиями;
5) возможность получения покрытий любого цвета, обладающих наряду с защитными свойствами красивым внешним видом.
При соответствующем подборе материалов и способа нанесения эти покрытия обеспечивают достаточно надежную защиту металлических конструкций от коррозии в атмосфере и ряде коррозионных сред (окраска речных и морских судов, водонапорных баков и др.)
К недостаткам лакокрасочных покрытий следует отнести малую термостойкость (предельная температура наиболее термостойких красок 150 – 200 ºС), сравнительно невысокую механическую прочность, недостаточную стойкость в водной среде.
Ежегодно более 80 % металлоизделий, используемых в народном хозяйстве, подвергают окрашиванию. В 1999 г производство лакокрасочных материалов достигло 26,7 млн. т. Это свидетельствует об огромных масштабах средств, вовлеченных в сферу производства этого вида противокоррозионной защиты.
Эффективность применения лакокрасочных покрытий целесообразна при условии долговечности эксплуатации не более 10 лет и скорости коррозии металла до 0,05 мм/год. Если требуется повышение долговечности или скорость коррозии металла составляет 0,5-1,0 мм/год, то следует применять комбинированные покрытия. Например, цинковые плюс лакокрасочное покрытие. Такое покрытие позволяет увеличить срок защиты до 30 лет.
Защитные действия лакокрасочного покрытия заключаются в создании на поверхности металлического изделия сплошной пленки, которая препятствует агрессивному воздействию окружающей среды и предохраняет металл от разрушения.
Компонентами лакокрасочных материалов служат пленкообразующие вещества, растворители, пластификаторы, пигменты, наполнители, катализаторы (сиккативы).
Лаки — это коллоидные растворы высыхающих масел или смол в органических растворителях. Защитное твердое покрытие образуется вследствие испарения растворителя или полимеризации масла или смолы при нагревании или под действием катализатора.
Краски представляют собой суспензию минеральных пигментов в пленкообразователе.
Эмали — это раствор лака, в который введены измельченные пигменты.
Пленкообразователи — это природные масла, естественные или искусственные смолы. Масла по своему составу представляют собой сложные эфиры, т.е. являются продуктом взаимодействия кислот и спиртов. В основу классификации масел положена их способность к высыханию.
Наиболее распространенный масляный пленкообразователь — олифа. Натуральную олифу получают из высыхающих растительных масел, обработанных при 300 °С с целью частичной полимеризации. На воздухе олифа окисляется и полимеризуется до твердого состояния.
Растворители пленкообразующих веществ придают лакокрасочным покрытиям такую вязкость, при которой они легко наносятся на поверхность. В дальнейшем растворители испаряются. Растворителями могут быть: спирты, ацетон, бензин, скипидар, толуол, ксилол, этилацетат и др.
Пластификаторы или смягчители — это вещества, повышающие эластичность пленок после высыхания. К ним относятся касторовое масло, каучуки, дибутилфталат, трикрезилфосфат, эфиры адипиновой кислоты.
Количество пластификаторов, вводимых в смесь, составляет 20-75 % от массы пленкообразователя.
Краски и пигменты вводят в состав лакокрасочных композиций для придания им определенного цвета. Краски растворяются в растворителях, а пигменты находятся в них в нерастворимом мелкодисперсном состоянии. Размер частиц от 0,5 до 5 мкм. В качестве пигментов используют охру, сурик свинцовый, хром свинцовый, цинковые белила, порошки металлов. Пигменты повышают твердость, атмосферную и химическую стойкость, износостойкость и т.д.
Рисунок Строение лакокрасочной пленки:
1 — пленкообразователь; 2 — наполнитель; 3 — пигмент; 4 — металл
Наполнители — это инертные вещества, которые вводят в лаки и краски для снижения расхода пигментов, а также для улучшения антикоррозионных свойств пленки. К ним относятся мел, тальк, каолин, асбестовая пыль и др.
Наполнители образуют прочную основу всей пленки. Частицы наполнителя распределяются в пленке между частицами пигмента и заполняют имеющиеся в ней промежутки. Благодаря этому пленка приобретает повышенную влагостойкость и антикоррозионные свойства. Схема строения лакокрасочной пленки представлена на рис.
Сиккативы или катализаторы представляют собой магниевые и кобальтовые соли жирных органических кислот. Их вводят в состав композиций для ускорения высыхания масляных пленок.
Успешная противокоррозионная защита лакокрасочными материалами в значительной степени зависит от соблюдения технологии получения покрытий. Основными факторами, влияющими на срок службы покрытия, являются:
1) способ подготовки поверхности;
2) методы нанесения и отверждения лакокрасочного покрытия;
3) толщина комплексного покрытия.
Для оценки влияния подготовки поверхности можно привести такой пример. Срок службы покрытия эмалью МЛ-12 (3 слоя), нанесенной по грунтовке ГФ-12 при пескоструйной обработке поверхности — 7 лет, при абразивной обработке — 9 лет, при обезжиривании — 3 года, при фосфатировании с активатором — 12 лет. Активатор способствует формированию на поверхности малопористого мелкокристаллического фосфатного слоя с хорошей адгезией к металлу. Размер кристаллов 5-20 мкм.
Метод нанесения также оказывает влияние на срок службы покрытия. Так, срок службы покрытия алкидной эмалью ПОМ 15 (желтой) при нанесении в электрополе — 12 лет, пневмораспылением — 11 лет, безвоздушным распылением — 10 лет, струйным обливом — 9 лет, окунанием — 8 лет. Разницу в сроках службы покрытий объясняют различной структурой сформированных покрытий. Более мелкие и плотноупакованные структуры образуются при нанесении покрытий методом электростатического распыления.
Существуют противоречивые мнения по вопросу выбора толщины защитного лакокрасочного покрытия. По некоторым данным защитные свойства покрытия пропорциональны его толщине, по другим — повышение толщины не всегда приводит к увеличению его долговечности. Поэтому в каждом отдельном случае подбирается оптимальная толщина лакокрасочного покрытия.