книги из ГПНТБ / Искра Е.В. Технология окраски судов учеб. пособие

Контрольные вопросы

1.Какие существуют основные типы судов?

2.Чем отличаются условия эксплуатации подводной части корпуса от усло­ вий эксплуатации района переменной ватерлинии, надводного борта и надстроек?

3.На какой части корпуса судна наиболее быстро происходит разрушение покрытия?

4.Каковы особенности окраски междудонных и труднодоступных пространств

ицистерн?

5. В чем состоят особенности окраски помещений специального назначения?

6.В чем преимущества окраски в секциях?

7.Причины использования в судостроении значительного ассортимента лако­ красочных материалов?

8.Основные требования, предъявляемые к лакокрасочным покрытиям, ис­ пользуемым в судостроении?

9.Какие материалы используются при постройке судов?

Под коррозией понимают разрушение металлов или их сплавов в результате взаимодействия с внешней средой. Под влиянием кор­ розионных процессов состав и свойства металлов изменяются, а сами они, без должных мер защиты, превращаются в соответ­ ствующие окислы или соли. На рис. 10 показана внутренняя по­ верхность танка наливного судна, защите которого от коррозии не уделялось требуемого внимания.

Суда чаще всего подвергаются двум основным видам корро­ зии— химической и электрохимической.

При химической коррозии внешней средой, вызывающей раз­ рушение металлов, являются сухие газы, а также различные орга­ нические жидкости, не проводящие электрический ток (бензин, ке­ росин, спирт и т. п.).

Причиной возникновения электрохимической коррозии явля­ ются электролиты — вещества, проводящие электрический ток (мор­ ская вода, растворы кислот, щелочей и т. п.), а также влажные газы или тонкая пленка атмосферной влаги. Такая коррозия воз­ никает при взаимодействии металла с электролитом и сопровож­ дается протеканием электрического тока.

Металлические изделия как в процессе эксплуатации, так и при хранении неизбежно подвергаются коррозии. Скорость и характер коррозионных разрушений металла находится в прямой зависи­ мости от среды, содержания кислородаргею^ггературѣі -и- неремеще-

ния изделия в электролите. Возникая на поверхности металла, кор­ розия редко распространяется равномерно (рис. 11,а). Как пра­ вило, коррозионные разрушения металла носят неравномерный характер или наблюдаются в виде пятен на отдельных участках конструкции (рис. 11,6). В некоторых случаях коррозия сосредо­ тачивается на очень малой поверхности, вызывая глубокие раз­ рушения в виде язв (рис. 11, в) или точек. Нередко разрушение металла, почти незаметное с поверхности, происходит вдоль гра­ ниц кристаллов, нарушая между ними связь и вызывая межкри-

Рис. 10. Коррозионные разрушения на танкере, перевозившем смешанные грузы.

сталлитную коррозию (рис. 11,г). Это самый опасный вид корро­ зии, вызывающий часто полную потерю прочности конструкции. Различают также подповерхностную коррозию, сопровождающуюся вспучиванием или расслаиванием металла (рис. 11,6).

Коррозия наружных конструкций судов вызывается действием электролита на подводную часть корпуса судна, район переменной ватерлинии, частично надводный борт, надстройки, палубы, куда попадают брызги морской воды. Во внутренних помещениях кор­ розия возникает под влиянием тонкой пленки влаги с растворен­ ными в ней газами и частицами соли, всегда содержащимися в морском воздухе. В результате коррозии поверхность металла становится изъязвленной, шероховатой, цвет его изменяется, изде­ лие теряет механическую прочность.

18

При действии электролита металл стремится перейти в раствор. Скорость растворения металлов в электролитах различна. Одни из них растворяются очень интенсивно и быстро насыщают растворы, другие даже после длительного соприкосновения с электролитом растворяются незначительно.

глубокие разрушения в виде язв («пит­ тинговая» коррозия); г — межкристал­ литное; д — подповерхностное.

Металлы, расположенные выше водорода, электроположитель­ ные, а ниже — электроотрицательные. Чем более электроотрицате­ лен металл, тем легче он будет переходить в раствор.

Если построить гальванический элемент из двух разнородных металлов, то в таком элементе каждый металл будет анодом по отношению к металлу, расположенному выше него, и катодом по отношению ко всем, расположенным ниже. Это значит, что в су­ довых условиях при наличии контакта стальных конструкций с кон­ струкциями, изготовленными из алюминия, алюминиево-магниевых и подобных сплавов, обязательно будут наблюдаться разрушения последних. По этой же причине на судне происходит сильное раз­ рушение стального вала, на котором укреплен бронзовый или ла­ тунный гребной винт, рулей, расположенных вблизи винта, и т. п.

Технические металлы, используемые для постройки судов, всегда бывают неоднородными. Это связано с химическим составом ме­ талла, термической и механической обработкой, которым он под­ вергался при изготовлении судна. Кроме того, на коррозию листов обшивки корпуса значительное влияние оказывает оставшаяся ока­ лина, образующаяся при горячей прокатке металла. Обладая поло­ жительным потенциалом, она способствует очень интенсивной кор­ розии металла.

Окалина имеет сложное, слоистое строение и в зависимости от температуры прокатки листов может состоять из трех (FeO, Рез0 4 И

Fe20 3), двух (FeO, Fe30 4 или Fe20 3) или одного (FeO или Fe30 4)

слоя. Схематическое изображение многослойной окалины на мало­ углеродистой стали представлено на рис. 13.

Неоднородность металлов является причиной того, что при нали­ чии электролита на их поверхности образуются многоэлектродные гальванические элементы. При этом одни участки (анодные) будут сильно разрушаться, на других (катодных) участках будет выде­

Рис. 12. Нормальный ряд напряжений. Рис. 13. Схема строения окалины на малоугле­

родистой стали.

ны наблюдается на корпусе вблизи ватерлинии. Это объясняется более легким доступом кислорода воздуха к этому району судна.

При постройке судна неизбежно использование конструкций, в которых встречается сочетание различных металлов. В этих слу­ чаях электрохимическая коррозия развивается очень интенсивно и сопровождается быстрым разрушением металла с более высоким электроотрицательным потенциалом. Так, алюминий обладает свой­ ством самопассивирования, в результате чего становится устойчи­ вым во многих средах; при контакте с другими металлами он теряет это свойство и подвергается сильной коррозии. Попадание морской воды, содержащей хлористые соединения различных солей, которые разрушают пассивную пленку, усиливает процесс коррозии.

Установлено, что алюминиевые сплавы, хотя и в меньшей сте­ пени, чем сталь, чувствительны к периодическому смачиванию. Ско­ рость коррозии конструкций из любых металлов при периодическом смачивании в 7—12 раз выше, чем при постоянном погружении

20

вморскую воду. Поэтому для защиты от коррозии конструкции из разнородных металлов (особенно подвергающихся периодическому смачиванию) необходимо принимать специальные меры — окраши­ вать по усиленной схеме и устанавливать протекторы.

Об экономическом ущербе, причиняемом коррозией, можно су­ дить по нижеприведенным данным. В США ежегодно сумма убыт­ ков, причиняемых коррозией всему хозяйству страны, оценивается

в6 млрд, долларов, в ФРГ — в 2 млрд, марок, в Италии — в 150— 170 млрд, лир и т. п.

Воздух

Fe,0j.H-}Q(р ж авчина)

Рис. 14. Коррозионное разрушение судостроительной стали при частичном разрушении прокатной окалины.

По данным Морского Регистра СССР, в некоторых случаях судно приходится капитально ремонтировать после 10—15 лет экс­ плуатации вместо предусмотренных 30—35 лет.

§ 7

Общие сведения об обрастании судов

На любом предмете, конструкции, изделии, приборе, погружен­ ном в воду, в том числе и на корпусе судна, неизбежно поселяются различного рода животные и водоросли — происходит обрастание поверхностей. В районах с тропическим климатом оно более интен­ сивное, менее интенсивное в средних широтах и незначительное в северных. Из морских животных, поселяющихся на подводной ча­ сти корпуса, встречаются балянусы, мидии, мшанки, морские уточ­ ки, гидроиды; в районе переменной ватерлинии развиваются пре­ имущественно водоросли различного типа.

Обрастание начинается при стоянке судна в гавани, но на ти­ хоходных судах оно может происходить и во время рейса, если ско­ рость потока, омывающего судно, не превышает 25 м/мин. При бо­ лее высоких скоростях обрастания не происходит. Интенсивность обрастания зависит от температуры воды и, как уже было сказано, от района плавания. Наиболее сильное обрастание происходит ле­ том, в холодный зимний период оно слабее. Обрастание подводной

21

части корпуса судна относится к наиболее сложным и трудноустра­ нимым явлениям.

Обрастание судов приводит к уменьшению их скорости, что вле­ чет за собой увеличение расхода топлива, потерь времени. Появле­ ние обрастания на днище судна с подводными крыльями или самих крыльях исключает возможность нормальной эксплуатации таких судов. Трубы и трубопроводы, используемые для снабжения судов морской водой, относятся к местам, особо благоприятным для раз­ вития морских животных и растений. Поэтому всегда существует опасность выхода из строя этих систем вследствие скопления отор­ вавшихся организмов у клапанов, сопл и в других узких местах. Замечено, что трубы с постоянным сильным током воды обычно не

Рис. 15. Процесс разрушения лакокрасочного покрытия балянусами:

сочное покрытие разрушено, интенсивная коррозия металла.

подвергаются обрастанию в отличие от труб с очень слабым током воды или от таких, в которых вода на короткие промежутки вре­ мени остается без движения.

Обрастание эхолотов и других гидроакустических устройств, на­ ходящихся постоянно под водой, резко снижает эффективность их действия, затрудняет эксплуатацию судов.

Плотность населяющей микрофлоры и фауны различна, в от­ дельных случаях на 1 м2 поверхности в течение года нарастает до 55 кг мидий или 30 кг балянусов. Поэтому при очистке судов прихо­ дится удалять обрастания, вес которых в сыром виде достигает не­ скольких сот тонн.

В пресной воде сравнительно мало организмов, принимающих участие в обрастании. Это водоросли, развивающиеся вдоль ватер­ линии, а в пресноводных морях — моллюски дрейсена, напоминаю­ щие мидии.

Кроме нарушения нормальных условий эксплуатации судов, об­ растание вызывает повреждение защитных покрытий, способствует появлению интенсивной язвенной коррозии. Повреждение защитной окраски происходит различными путями. Организмы с твердыми раковинами прикрепляются к покрытию настолько прочно, что при отделении раковины вместе с ней отделяется и часть покрытия. Балянусы повреждают покрытия вследствие особенностей своего роста. Края растущего домика очень остры и имеют клиновидное сечение. По мере роста основания края раздвигаются и, если

22

пленка краски не очень твердая, углубляются в нее, а иногда проре­ зают до металла (рис. 15).

На корпусе судна обрастание начинается с района переменной ватерлинии, где вдоль верхнего края, омываемого водой, растут зе­ леные водоросли. На несколько сантиметров ниже поселяются балянусы, которые по мере увеличения глубины становятся все много­ численнее, здесь же появляются мидии, мшанки, гидроиды и другие морские организмы. Средняя и кормовая часть судна обрастают сильнее, чем носовая, что объясняется более интенсивным движе­ нием воды в этом районе.

§ 8

Способы защиты от коррозии

Для предупреждения возникновения любого коррозионного про­ цесса можно использовать следующие основные способы:

—устранить причины коррозии (контакт с электролитом);

—применить пассивную защиту, затрудняющую возникновение коррозионных процессов, но не устраняющую их причины (окраска);

—использовать активную защиту, которая заключается в воз­ действии на причину коррозии (катодная защита, т. е. создание ре­ жима, снижающего разрушение корпуса судна).

В судостроении применяются два последних способа борьбы с коррозией, так как исключить контакт корпуса судна с электроли­ том (морской водой) невозможно.

Пассивная защита может быть осуществлена путем нанесения на корпус судна или корпусную конструкцию защитного покрытия: металлического, органического или неорганического. При использо­ вании металлических покрытий необходимо помнить о том, что они могут быть анодными и катодными. Цинковые покрытия, относя­ щиеся к числу анодных, не только изолируют металл от влияния внешней среды, но и защищают его электрохимически. Если участки корпуса оголяются, то коррозии подвергается нанесенное покрытие, которое является анодом по отношению к поверхности металла. Ка­ тодное покрытие (олово, свинец, никель и др.) будет защищать ос­ новной металл от коррозии только при отсутствии в покрытии пор, трещин и других дефектов. При наличии их защищаемый металл на оголенных участках будет подвергаться сильной коррозии, так как они по отношению к покрытию будут являться анодом.

К числу органических покрытий относятся главным образом ла­ кокрасочные покрытия. В зависимости от пигментов, входящих в их состав, они также могут быть анодными или катодными.

Неорганические защитные покрытия получаются в результате химической обработки металла. При этом на его поверхности обра­ зуются окисные, фосфатные и другие подобные им пленки. Вслед­ ствие значительной пористости сами по себе окисные или фосфат­ ные пленки не могут служить надежным защитным покрытием для металла. Не могут они полностью заменить грунтовочное покрытие, наносимое на металлическую поверхность. Такие пленки лишь улуч­

23

шают сцепление, так называемую адгезию, лакокрасочного покры­ тия с окрашиваемой поверхностью, что в отдельных случаях значи­ тельно повышает антикоррозионную защиту металла.

В основе активной защиты лежат электрохимические способы борьбы с коррозионными процессами. При катодном способе за­ щиты корпус судна присоединяется к постороннему источнику по­ стоянного тока, и он служит катодом. Анодом служат дополнитель­ ные электроды, специально устанавливаемые на внешней поверх-

Рис. 16. Расположение протекторов в кормовой части судна.

ности корпуса, которые при этом разрушаются и таким образом защищают корпус.

Анодная, или протекторная, защита заключается в следующем: к защищаемой конструкции присоединяют пластину металла, менее благородного, чем защищаемый металл, т. е. имеющего более низ­ кий электродный потенциал. При этом такая пластина (протектор) становится анодом, на котором искусственно сосредотачивается коррозия. Разрушенный протектор заменяют новым.

Протекторы устанавливают в кормовой части судна, вблизи гребного винта, на гребном валу, вдоль ватерлинии, а также вблизи различных отверстий в корпусе судна.

На рис. 16 показано расположение протекторов в кормовой части корпуса одного из судов иностранной постройки.

В судостроении применяют протекторы из цинка, алюминия, магния, сплава алюминия с цинком, магния с алюминием, цинком

и т. п. Каждый из этих типов протекторов имеет свои преимущества

инедостатки. Поэтому эффективность протекторной защиты зави­ сит как от правильного выбора марки протектора, так и от их раз­

24

мещения на корпусе судна. Наиболее эффективна протекторная за­ щита в сочетании с лакокрасочными покрытиями.

Для защиты от коррозии наиболее часто применяют лакокрасоч­ ные покрытия. Пленкообразующая основа большинства таких по­ крытий относится к органическим соединениям. По сравнению с другими видами защитных покрытий, используемых для тех же целей, лакокрасочные покрытия имеют следующие преимущества:

Они стоят в несколько раз дешевле, чем защитные покрытия других типов (гальванические, пластмассовые и др.).

Процесс нанесения покрытий менее сложен, чем нанесения дру­ гих видов защитных покрытий. Окрашивать можно изделия любого размера.

Правильный выбор лакокрасочных материалов, технологии их нанесения и схемы окраски обеспечивает длительную защиту изде­ лия от коррозии.

В случае повреждения или разрушения покрытия его можно во­ зобновить значительно проще и быстрее, чем другие типы покрытий.

Путем соответствующего подбора красок и технологии их нане­ сения можно получить покрытие, обладающее практически любыми требуемыми свойствами (кислотостойкие, щелочеустойчивые, бензостойкие, негорючие, необрастающие и т. п.), а также любого задан­ ного цвета и требуемой фактуры.

Покрытия можно легко совмещать с другими способами защиты (например, протекторную с фосфатными и оксидными покры­ тиями), что позволяет значительно увеличить защитную способ­ ность последних.

При выборе способа защиты необходимо учитывать те условия, в которых будет находиться изделие при эксплуатации. Поэтому для окраски судов должны применяться покрытия, обладающие прежде всего высокой водостойкостью.

Защитные свойства лакокрасочного покрытия зависят от способ­ ности пленки изолировать окрашенную поверхность от внешней среды, от химического взаимодействия нанесенной пленки или от­ дельных компонентов, входящих в ее состав, с окрашенным метал­ лом, а также от технологии окрасочных работ.

Для изоляции поверхности металла от действия внешней среды необходимо, чтобы пленка покрытия была сплошной, не набухаю­ щей в воде, лишенной пор и обладающей высокой адгезией к окра­ шенной поверхности металла. На практике даже при многослойной окраске не удается полностью изолировать окрашиваемую поверх­ ность от действия влаги и кислорода воздуха вследствие неизбеж­ ного наличия в пленке краски пор, способности ее к набуханию и постепенного ухудшения адгезии покрытия к поверхности металла. Кроме того, даже очень высококачественные покрытия при эксплуа­ тации стареют, на них появляются поры и трещины, резко снижаю­ щие защиту металла от коррозии. Особенно опасны разрушения покрытий в тех случаях, когда на поверхности стали 1 имеются ос­ татки окалины (рис. 17, а), неизбежно создающие на металле анодные 2 и катодные 3 участки. Нанесенная защитная пленка 4

25

изолирует окалину, прекращая коррозионные процессы (рис. 17, б). Однако при повреждении защитного слоя немедленно начинается коррозия металла, приводящая к появлению глубоких местных раз­ рушений (рис. 17, в). Неблагоприятное влияние окалины на металл на некоторое время можно ослабить, применяя протекторные грунты

\/

типа), наиболее целесообразно применять свинцовый сурик. В при­ сутствии этого пигмента в пленкообразующей основе появляются мыла жирных кислот, они резко уменьшают водонабухаемость ла­ кокрасочного покрытия, т. е. повышают его защитные свойства. Способность цинковой пудры замедлять коррозию объясняют элек­ трохимической протекторной защитой, так как цинк по отношению к железу является анодом. В связи с тем, что после окраски

26