Світ сучасних матеріалів - Антикорозійні покриття
У разі атмосферної корозії найкращим способом захисту є нанесення захисних антикорозійних покриттів. Антикорозійні покриття ізолюють метал від корозійної атмосфери, запобігаючи його руйнуванню. Захисні антикорозійні покриття відрізняються один від одного способами нанесення та складом і бувають:
Основні вимоги до антикорозійних покриттів:
- Хороша адгезія до поверхні, що захищається;
- Порівнянні фізичні властивості антикорозійного покриття з металом, що захищається, насамперед коефіцієнт теплового розширення;
- Абразивна стійкість та зносостійкість;
- стійкість до впливу навколишнього середовища, УФ та сонячних променів;
- економічність (висока здатність, що криє, низька собівартість);
- Легкість експлуатації (антикорозійні покриття легко наносяться та чистяться).
При атмосферній корозії заліза анодна та катодна реакції протікають наступним чином:
Анодну реакцію уповільнює присутність переважного вивільнення електронів заліза активного барвника типу цинку. Також вона гальмується при утворенні пасиваційної плівки у присутності активних речовин – хроматів, фосфатів та силікатів. Катодна реакція уповільнюється при перекритті доступу кисню до поверхні, що захищається. Присутність вологи знижує електричний опір антикорозійних покриттів, тому необхідно прагнути їх гідрофобності.
Органічні антикорозійні покриття.
Нанесення даного типу антикорозійних покриттів не становить жодних труднощів. Фарба необхідної консистенції наноситься на поверхню, що захищається пензлем або розпорошується на неї. Після висихання утворюється плівка, що щільно прилягає до поверхні металу. Для підвищення адгезії покриття до металу фарбу можнапопередньо розігріти до температури 150-250 ОС і дати їй висохнути 10-30 хвилин.
Основним недоліком органічних антикорозійних покриттів, на відміну металевих, є можливість дифузії крізь них вологи, кисню і галогенид-ионов, тобто. речовин, що викликають корозію. Ступінь проникнення обумовлюється молекулярною масою матеріалу антикорозійного покриття та його хімічною структурою. Нанесення покриття одного типу найчастіше не забезпечує надійного захисту від корозії. Тому антикорозійні покриття зазвичай є системою з двох або трьох покриттів, при цьому кожен шар виконує свою певну функцію. Поєднання покриттів дозволяє забезпечити високий рівень захисту від корозії. Система антикорозійних покриттів складається з шару грунтовки, нижнього і верхнього шару.
Грунтовка забезпечує хорошу адгезію до поверхні, що захищається і служить підкладкою для нанесення наступних шарів. Грунтовка зазвичай містить у складі конденсаторний пил (дрібнодисперсний порошок цинку з добавкою оксиду цинку). Утворюючи гальванічну пару з основним металом (залізом), вона запобігає його корозії. Проблема полягає в необхідності наявності провідного середовища і зазвичай для цього служить присутня на поверхні волога, яка з часом прискорює корозію. Також може застосовуватися барвник на основі силікату цинку.
Інший тип ґрунтовки діє на анодні центри, електрично ізолюючи їх. Це здійснюється за рахунок оксидного шару присутнього на аноді. Або з цією метою можна застосувати фосфатування поверхні, що захищається.
Нижній шар антикорозійного покриття створює зв'язок між зовнішнім шаром та ґрунтовкою. Верхній шар повинен слабко проникнути для корозійних речовин, стійкий до дії УФ-, сонячних променів,атмосферних явищ
Мал. 1. Схема захисного антикорозійного покриття.
Прийнято виділяти три основні складові лакофарбових антикорозійних покриттів:
- Барвник: зазвичай присутній у дрібнодисперсній формі, покриваючи всю поверхню, що захищається.
- Розріджувач: додають для надання необхідної в'язкості та технологічності.
- Сполучна: зазвичай це полімерна органічна речовина, яка зв'язує частинки барвника один з одним і забезпечує хорошу адгезію покриття до металу.
Зазвичай застосовують неорганічні барвники, оскільки органічні знебарвлюються під впливом УФ, сонячних променів, атмосферних явищ.
Барвник повинен добре змочуватися сполучною, при впливі навколишнього середовища не змінювати своїх властивостей, не поглинати вологу, бажано щоб частинки барвника не проводили електричний струм. Форма частинок барвника переважна луската для подовження шляху корозійних речовин, перешкоджаючи їх дифузії (рис. 2).
Мал. 2. Луска форма частинок барвника подовжує шлях корозійних речовин, перешкоджаючи їх дифузії.
Об'ємна частка барвника у покритті становить 25-35%. Її підвищення погіршує захисні властивості покриття. Гранулометричний склад барвника ретельно підбирається для однорідності фарби.
Розріджувачі додають у фарбу для покращення її технологічності. Після нанесення покриття розчинник випаровується. Слід враховувати, що занадто висока швидкість випаровування призведе до дефектів покриття. Після випаровування розріджувача не повинно залишатися ніяких нелетких сполук, які можуть погіршити антикорозійні властивості покриття.
Поширені розріджувачі: метилетилкетон, вищі спирти (бутанол), ксилол. Застосовують також суміші, наприклад, ксилол-бутанолдля епоксидних смол.
Саме сполучні речовини визначають якість антикорозійного покриття. Найчастіше використовують органічні сполучні, які після затвердіння набувають властивостей необхідних для захисту поверхні.
Сполучні бувають природні та синтетичні. Природні - лляна, оливкова, рицинова олії, шелак, каніфоль. Синтетичні сполучні дозволяють отримувати ширший спектр властивостей.
Властивості основних полімерних сполучних важливі з погляду захисту від корозії представлені в табл. 1.
Таблиця 1. Властивості основних полімерних сполучних, які використовуються антикорозійних покриттях [1].