Технологии применения - Сокращения и терминология в ЛКМ

Одно из важнейших назначений лакокрасочных материалов — получение противокоррозионных покрытий по металлу. По оценкам специалистов, потери металла от коррозии составляют до 30% их годового производства, при этом около 10% металла теряется безвозвратно.

Что же это за «зверь», который пожирает металл?

Коррозия — это физико-химическое взаимодействие металла со средой, ведущее к разрушению металла.

Одна из систем оценок скорости коррозии предполагает определение глубины прокорродировавшего слоя металла в единицу времени. Стойкие к коррозии металлы разрушаются со скоростью 0,01—0,1 мм/г., малостойкие — 0,1 —1,0 мм/г. Если металл эксплуатируется в атмосферных условиях в течение длительного времени и должен при этом выполнять различные функции (например, рельсы, некоторые конструкции) , приходится учитывать не только действующие на него нагрузки, но и возможность разрушения от коррозии и предусматривать необходимый допуск.

В результате коррозии металлы переходят в устойчивые соединения — оксиды или соли, в виде которых они находятся в природе.

По характеру среды, в которой эксплуатируется изделие, различают следующие основные виды коррозии: газовую, атмосферную и жидкостную. Газовая коррозия встречается на практике при эксплуатации металла при повышенных температурах и отсутствии влаги (например, печные дверцы, заслонки).

В зависимости от того, в какой жидкой среде протекает коррозия, различают кислотную, щелочную, солевую, морскую и речную атмосферную коррозию.

Коррозионный процесс в атмосферных условиях обусловлен воздействием тонкой пленки влаги, образующейся на поверхности металла. Толщина этой пленки зависит от влажности воздуха. Если влажность ниже 100%, то на поверхности образуется адсорбционная пленка из молекул воды, однако даже в этих условиях возможно ее накопление из-за конденсации в капиллярных щелях и трещинах. При понижении температуры происходит конденсация водяных паров и осаждение их на поверхности в виде капелек воды, которые, сливаясь, могут образовать сплошную пленку. На скорость атмосферной коррозии кроме влажности влияет загрязнение воздуха дымовыми газами, пылью, химическими продуктами. Растворяясь в воде, загрязнения образуют электролит, способствующий коррозии. Поэтому коррозия в атмосфере промышленных районов проходит значительно интенсивнее, чем в сельской местности.

Особо стоит остановиться на коррозии в морской воде и в растворах солей. Вода в различных морях содержит от 1 до 4% растворенных солей, кроме того, морская вода хорошо аэрирована, т. е. содержит 0,04 г/л кислорода. Это обусловливает сильную коррозию металлов в морской воде. В особо жестких условиях находится металл на границе раздела воды и воздуха, например ватерлиния судов. Сильное воздействие оказывают также брызги воды. Наличие незащищенных элементов конструкций — щелей, зазоров — также приводит к усилению коррозии.

По условиям воздействия жидкостей на поверхность металла различают виды эксплуатации с полным, неполным, переменным погружением и др. По характеру коррозионных разрушений различают равномерную и неравномерную коррозию. Если коррозионные разрушения концентрируются на определенных участках в виде пятен, язв, точек, их называют местными.

Итак, мы установили, что необходимым условием для протекания коррозии металла является его контакт с водой и кислородом. В отсутствие воды и кислорода железо не ржавеет.

Упрощенно взаимодействие между железом, водой и кислородом можно представить уравнением:

4Fe + 2Н2О + 30, -»- 2Fe2O3 • 2Н2О

Продукт реакции представляет собой ржавчину — рыхлый малорастворимый продукт. В присутствии электролитов процесс ускоряется.

Коррозия — процесс электрохимический, поэтому даже незначительные различия в составе и структуре поверхности металла в присутствии электролита могут обусловить образование электрических потенциалов на участках поверхности и появление электрического тока, называемого в этом случае коррозионным током. Участок поверхности с более низким потенциалом (анод) растворяется, и освобождающиеся электроны перемещаются к участку с более высоким потенциалом — катоду. С поверхности анода ионы металла переходят в раствор в виде катионов (положительно заряженных ионов):

4Fe ^ 4Fe2++ 8е-

Катионы гидратируются и вступают во взаимодействие с ионами растворенного электролита:

4Н,0 + 2О2 + 8е - -> 8ОН~;

4Fe2+ + 8OH -»- 4Fe(OH)2.

При этом образуются нерастворимые соединения:

4Fe(OH)2 + О2 - у 2Fe2O3 • 2Н2О + 2Н2О.

Эти химические уравнения иллюстрируют основной коррозионный процесс, при котором металл переходит в раствор или корродирует на аноде, а на катоде остается защищенным.

В морской воде, где растворен хлорид натрия, процесс коррозии протекает еще интенсивнее.

Поскольку анодные и катодные участки обычно очень малы и тесно соприкасаются, коррозия распределяется довольно равномерно по всей поверхности металла. В том случае, когда площадь анодного участка мала по сравнению с площадью катодного участка, может возникнуть язвенная коррозия. По аналогичным схемам происходит коррозия и других металлов — алюминия, цинка и т. д.

Как же бороться с коррозией? Приемов и средств для этой цели много. Однако в каждом случае приходится решать, каким из средств или в каком их сочетании можно получить наибольший экономический эффект. Вряд ли для крыши дачного домика целесообразно использовать листовую медь, нержавеющую сталь или применять позолоту. Но никого не удивляет, если этот прием используется при защите архитектурных памятников.

Лакокрасочные покрытия не случайно занимают важное место среди противокоррозионных покрытий. Широкое применение на практике этого способа защиты металлов объясняется удачным сочетанием необходимых для защиты от коррозии свойств (гидрофобности, водоотталкивания, низких газо - и паропроницаемости, препятствующих доступу воды и кислорода к поверхности металла), технологичности и возможности получения различных декоративных эффектов.

Рассмотрим «работу» лакокрасочного покрытия по защите металла от коррозии. В общем случае изолирующее покрытие (непигментированное или наполненное инертными пигментами) не изменяет характера коррозионного процесса на поверхности металла, а только тормозит его, являясь барьером на пути влаги и кислорода. Поэтому естественно, что защитное действие покрытия зависит от природы окрашиваемого металла, свойств наносимого на поверхность лакокрасочного материала и качества получаемого покрытия (толщины слоя, сплошности, проницаемости, адгезии, способности набухать в воде и т. д.).

При формировании покрытия возможно образование микро - и макродефектов, которые существенно влияют на его защитные свойства. Проиллюстрируем это некоторыми примерами.

Неравномерность по толщине может вызвать застой электролита, тонкие участки могут оказаться проницаемыми для него, и на этих участках может начаться коррозия. Неоднородность внешней поверхности пленки, наличие включений могут усиливать смачиваемость поверхности пленки водой и ее проницаемость. Повышение проницаемости может произойти также из-за наличия воздушных полостей, которые «ослабляют» покрытия. Неполное смачивание поверхности металла, нарушение адгезии покрытия к металлу также могут привести к накоплению электролита под пленкой и коррозии.

При плохой подготовке поверхности на ней остаются окалина и ржавчина, которые являются катодами, что может - привести к интенсификации электрохимических процессов.

Причиной повышения проницаемости является также наличие пор на поверхности.

Возникновение пор может быть обусловлено структурой самой пленки — плотностью упаковки молекул пленкообразующего, строением молекул, их химическим составом. Размеры таких пор 10~7 — 10~5 мм. Пористость возникает и в процессе формирования покрытия за счет испарения растворителя, улетучивания продуктов отверждения и деструкции (при старении пленки). Размер этих пор может составлять 10~4—10 ~2 мм. Следует отметить, что пористость покрытия зависит от его толщины: существует определенная толщина покрытия, меньше которой оно будет пористым. Во всех случаях толщина пленки должна быть оптимальной для данного типа покрытий. Для получения пленки нужной толщины следует наносить несколько слоев.

Предложены различные объяснения механизма защитного действия лакокрасочных покрытий — барьерного, адгезионного и смешанного.

В первом случае рассматривается самопроизвольное отделение пленки от металла в результате сорбции агрессивной среды на границе раздела пленка — металл, поэтому скорость коррозии обусловлена скоростью проникновения среды к подложке и пропорциональна толщине пленки.

Если при воздействии среды адгезия покрытия меняется мало, значит, торможение коррозионного процесса обусловлено этим фактором. Увеличение толщины покрытия приводит к ослаблению адгезии и снижению защитных свойств. В этом случае говорят о смешанном механизме защиты. Он характерен для покрытий, эксплуатируемых в промышленной и влажной атмосфере, агрессивных средах.

Подводя итог, следует еще раз обратить внимание на необходимость достижения хорошей адгезии покрытия к подложке для обеспечения высоких защитных свойств и длительного срока службы.

Существенное влияние на защитные свойства оказывает тип пленкообразователя. Так, масляные пленки и пленки во-додисперсионных материалов сильно поглощают влагу, набухают и размягчаются. Синтетические пленкообразователи и глубокосшитые пленки значительно более устойчивы. Проницаемость покрытий зависит от смачиваемости пленки водой, которая кроме природы пленкообразователя определяется также состоянием ее поверхности. Гладкие лакокрасочные покрытия менее пористы, проникновение влаги в них происходит в основном за счет диффузии. Для снижения смачиваемости покрытия иногда защищают восковыми или крем-нийорганическими составами. При наличии покрытий на поверхности металла доступ электролита и кислорода к металлу затруднен. Кислород быстрее достигает поверхности металла по сравнению с электролитом, поэтому вступает во взаимодействие не с электролитом, а самим металлом, что приводит к образованию на нем плотных устойчивых оксидных пленок. Иными словами, даже простые лакокрасочные покрытия не только изолируют, предохраняя металл от коррозии, но и повышают его коррозионную стойкость, тормозят протекание электрохимических анодных и катодных процессов.

Важным свойством многих лакокрасочных покрытий является высокое удельное электрическое сопротивление пленок 108—1013 Ом • м, что препятствует или сильно затрудняет перенос ионов в электролите, т. е. тормозит протекание электрохимического коррозионного процесса.

Обладая невысокой величиной диэлектрической проницаемости от (3 до 6), сухие пленки являются слабо ионизирующей средой. Под действием влаги электрическое сопротивление может резко уменьшаться.

Это происходит в том случае, когда в состав пленкообразователя входят ионо-генные и гидрофильные группы, а в состав лакокрасочного материала — водорастворимые компоненты и примеси, способные к диссоциации. Снижение электрического сопротивления пленок обусловливает ослабление защитного действия лакокрасочного покрытия.

Если низкая проницаемость, препятствуя диффузии электролита, является барьером на пути агрессивной среды, то высокое электрическое сопротивление тормоз зит выход электронов из металла и движение ионов в пленке. При суммарном воздействии обоих факторов защитные свойства покрытия усиливаются.

Попробуем сравнить действие лакокрасочного и металлического (гальванического) покрытий. Можно отметить, что электрический фактор для гальванических покрытий роли не играет. Вследствие электронной проводимости металлов катодный процесс может беспрепятственно протекать на поверхности покрытия.

В случае нанесения на железо металлов с более положительным потенциалом (никель, хром, свинец, медь) роль защитного покрытия состоит в создании диффузионного барьера на пути ионов электролита к поверхности железа и изоляции поверхности от газов при химической коррозии. Сплошность гальванического покрытия является определяющим фактором защиты. При малейшем разрушении покрытия становится возможным протекание анодной реакции покрываемого металла и его растворение по всей поверхности, покрытой электролитом. При этом неповрежденные участки поверхности играют роль катодов.

Если при повреждении лакокрасочного покрытия поверхность пленки остается практически целой, электрохимическая реакция локализована и может протекать только на поврежденных местах, на которых находятся и катодные, и анодные vqa-'.'тки. Неповрежденная часть пленки не участвует в коррозионном процессе и продолжает выполнять защитную функцию. Таким образом, лакокрасочное покрытие продолжает защищать металл от коррозии даже при частичном повреждении пленки, з то время как гальванические покрытия могут ускорять коррозию железа. Другим преимуществом лакокрасочных покрытий является то, что их ремонт осуществляется легче и с меньшими экономическими затратами.

Следует отметить, что даже пигменти-оованные лакокрасочные покрытия не являются полностью непроницаемыми для зоды и кислорода и предотвратить коррозию полностью не удается.

Однако некоторые пигменты обладают способностью повышать противокоррозионные свойства покрытий. Это происходит в том случае, когда пигмент является ингибитором (замедлителем) коррозии. Такими замедлителями являются хроматы стронция, свинца и цинка, ограниченно растворимые в воде, поэтому растворение •; вымывание их из пленки происходит медленно.

Распространенные антикоррозионные материалы: грунтовка ГФ-0119, грунт-эмаль по ржавчине ХВ-0278, грунт-эмаль ПФ-012Р

Некоторые пигменты, обладающие основными свойствами, например цинковые селила (оксид цинка), свинцовый сурик, :лособны образовывать с льняным маслом химические соединения — мыла. В при-:утствии воды и кислорода мыла окисляются с образованием водорастворимых продуктов, имеющих ингибирующие свойства.