Методы определения противокоррозионных свойств покрытий

Для определения противокоррозионных свойств покрытий пользуются стандартными методами в соответствии с «Единой системой защиты от коррозии и старения» (ЕСЗКС) и другими широко освоенными методиками, не вошедшими в стандарты. Согласно ГОСТ 9.407—84 предусмотрена единая система оценки состояния покрытий (по пятибалльной шкале) при проведении испытаний в различных условиях. Она включает комплексную характеристику состояния одновременно и защитных, и декоративных свойств покрытий (8 показателей первых и 4 вторых). Свойства оцениваются с учетом весомости каждого показателя, который имеет свои значения в зависимости от вида испытания— в электролитах (кислоты, щелочи, растворы солей, вода), в органических средах, в атмосферных условиях. Более низкому значению обобщающего показателя соответствуют меньшие изменения покрытия при испытании.

Простым и распространенным способом определения защитной способности покрытий является испытание погружением покрытых образцов в неподвижный или подвижный коррозионно-активный раствор. Погружение образцов в подвижный раствор особенно широко применяют при испытании судовых покрытий в морской воде и химически стойких покрытий в агрессивных средах. При испытании судовых покрытий пользуются шпиндельными аппаратами (испытываемые образцы укрепляют на движущемся валу), щелевыми установками и ваннами с проточной водой. Скорость движения воды изменяют от 5 до 27 м/с. При противокоррозионных испытаниях в химически активных средах пользуются образцами в виде пластин и стержней. Применение стержней со сферическими или конусообразными концами считается обязательным, если испытание проводят в сильноагрессивных средах. Отсутствие острых граней и углов исключает появление «слабых мест» в покрытии и делает более стабильными результаты испытаний. Независимо от вида испытаний кромки пластин и непокрытые участки поверхности стержней (крючки) хорошо изолируют, нанося дополнительные слои этого или другого (более химически стойкого) лакокрасочного материала или применяя изолирующие замазки. Испытания проводя по ГОСТ 9.083—78 и ГОСТ 9.403—80. Критериями оценки качества покрытий при этом служат изменение внешнего вида, уменьшение массы металла в результате подпленочной коррозии, изменение электрического сопротивления. По результатам испытаний рассчитывают время до появления коррозии металла и скорость ее развития в последующий период.

Коррозионные испытания проводят в самых разных жидких и газообразных средах. Наиболее типичными являются испытания в дистиллированной воде, атмосфере 100%-й влажности (гидростат), 3%-м растворе NaCl — жидкости или аэрозоле (камера солевого тумана), атмосфере SO₂ (0,15%), растворах кислот и щелочей разных концентраций.

Стойкость органических покрытий к воздействию солевого тумана определяют в соответствии с международным стандартом ИСО 7253. Испытания проводят в специальной камере, снабженной распылительным устройством для образования аэрозоля водного раствора NaCl с концентрацией 50 г/л; температура испытания 35 °С.

О коррозионной стойкости покрытий в атмосферных условиях, в том числе и в тропическом климате, судят на основании результатов климатических испытаний — натурных или ускоренных, которые проводят по соответствующим методам (см. гл. 6).

При климатических испытаниях и испытаниях в неагрессивных средах нередко оценивают защитные свойства покрытий по краевой коррозии. Метод заключается в том, что испытание проводят с нарушением сплошности покрытия: на нем специально делают соответствующие надрезы (рис. 5.16).

По окончании испытания определяют ширину распространения коррозии относительно линии надреза. Степень краевой коррозии оценивают по пятибалльной шкале; ширине коррозионной полосы до 1 мм соответствует 1 балл, до 7 мм — 3 балла, свыше 10 мм — 5 баллов.

Рис. Противокоррозионное испытание с нарушением сплошности покрытия:а — исходное покрытие; б — покрытие после испытания

Рис. Анодная потенциостатическая кривая пассивирующегося металла:

φ_п и l_п- потенциал и плотность тока пассивации; φ_п.п и l_п.п — потенциал и плотность тока полной пассивации

В лабораторной практике для противокоррозионных испытаний применяют электрохимические методы: емкостно-омический, потенциостатический и гальваностатический.

Емкостно-омический (или R—С) метод основан на фиксации частотных зависимостей сопротивления R и емкости С покрытий или изменения этих показателей ©о времени. В процессе контакта с электролитами электрическое сопротивление пленок, как указывалось в гл. 4, падает, емкость и сила тока при этом возрастают. Кинетика изменения этих свойств позволяет судить о защитных функциях покрытий. Особенно показательным является изменение частотного коэффициента К:

где f — частота тока; α и β — углы наклона прямых зависимостей R=f(f) и C=f(f).

У исходных покрытий значение К велико и составляет десятки и сотни единиц. По мере выдержки покрытий в водных средах частотный коэффициент падает. Условно считают, что при K≈1 покрытие теряет защитные свойства.

Потенциостатический метод и метод импульсной поляризации (гальваностатический) позволяют оценивать потенциал электрода под покрытием, возможность установления пассивного состояния металла и выход его из этого состояния. На рис. приведена типовая анодная потенциостатическая кривая металла, склонного переходить в пассивное состояние. Такие кривые снимаются с помощью потенциостата.

Весьма распространен метод определения защитных свойств покрытий, основанный на регистрации изменения сопротивления подложки (слой напыленного в вакууме металла) при испытании покрытия в коррозионноактивной среде. Сопротивление возрастает вследствие растворения (коррозии) металла под пленкой и достигает максимума (10³—10⁴ Ом), когда слой металла практически полностью растворяется. Этот метод, известный под названием метода Зубова и Михайловского, позволяет с большой точностью судить как о начале коррозии металла под покрытием, так и о кинетике протекания этого процесса.

В последнее время разработан рентгеновский метод испытания защитных свойств покрытий. О появлении и росте коррозии судят по изменению интенсивности рентгеновских линий на рентгенограмме, обусловленных образованием кристаллических продуктов коррозии.

Классификация лакокрасочных материалов.

Лакокрасочные материалы представляют собой композиции, способные обеспе­чить формирование на подложке (поверхности изделий) покрытий с заданным комплексом свойств. Возможность формирования слоя покрытия определяется пленкообразующим веществом (пленкообразователем).

Пленкообразующие вещества — высокомолекулярные синте­тические или природные вещества, а также их смеси, способные вместе с другими компонентами лакокрасочных материалов при нанесении тонким слоем из раствора, дисперсий или расплава формировать покрытие в результате физико-механических или химических превращений на подложке.

На рис. представлена классификация лакокрасочных материалов.

Рис. Классификация лакокрасочных материалов

Лаки—растворы пленкообразующих веществ в органиче­ских растворителях или воде. При высыхании или отверждении они образуют прозрачное однородное покрытие.

Олифы — продукты термической или химической перера­ботки растительных масел.

Пигменты — твердые порошкообразные тонкодисперсные неорганические и органические вещества (синтетические и при­родные), придающие покрытию непрозрачность, цвет и влияю­щие на другие свойства покрытия.

Краски — лакокрасочные материалы, представляющие собой однородные суспензии пигментов в пленкообразующих веществах. Можно выделить три основные группы красок:

масляные — на основе высыхающих масел и олиф;

водные — клеевые на основе растительных и животных клеев; силикатные на основе жидкого стекла;

эмульсионные — на основе водных эмульсий высыхающих масел или синтетических полимеров.

В отдельную группу выделены порошковые краски — измельченные твердые смеси пленкообразующих веществ, пигментов, наполнителей и других компонентов лакокрасочных материалов. Такие краски образуют покрытия в процессе термообработки; в результате сплавления частиц краски образуется сплошное покрытие при одновременном протекании различных физико-химических и химических процессов.

Эмали (эмалевые краски)— суспензии пигментов в лаках. Их наносят последним слоем на многослойное покрытие. Эмали придают покрытиям декоративность и обеспечивают стойкость к внешним воздействиям.

Грунтовки — суспензии пигментов в лаке, олифе или эмульсии пленкообразователя. Они предназначены для нанесения первым слоем на окрашиваемую поверхность и обеспечивают надежное сцепление покрытия с поверхностью.

Водоразбавляемые грунтовки и эмали — лакокрасочные материалы на основе синтетических полимеров, образующих достаточно стабильные растворы в воде.

Шпатлевки — дисперсии в связующем пигментов и наполнителей. Их берут в количествах, обеспечивающих получение вязкой массы с возможно большим содержанием нелетучих веществ и, следовательно, возможно меньшей усадкой при сушке или отверждении. Шпатлевки служат для заделывания раз­личных дефектов (пор, раковин, углублений и т.п.) на окраши­ваемой поверхности.

Основные свойства лакокрасочных покрытий. В зависимости от назначения и условий эксплуатации лакокрасочных покрытий к ним предъявляются различные требования. Тем не менее существуют обязательные свойства, которыми должно обладать покрытие.

Ниже приводятся основные характеристики лакокрасочных покрытий.

Адгезия — связь между поверхностями двух соприкасающихся разнородных тел, обусловливающая их «прилипание» друг к другу. Этот показатель определяется интенсивностью межмо­лекулярного, молекулярного и химического взаимодействия на поверхности раздела.

Адгезия лакокрасочного покрытия зависит от химического строения пленкообразователя (наличие или отсутствие полярных групп в молекуле, молекулярная масса и т.д.), химических свойств пигментов и вязкости материала. Лакокрасочные мате­риалы с более низкой вязкостью образуют покрытия с большей адгезией.

Когезия — сцепление молекул одного и того же твердого тела или жидкости, приводящее к объединению этих частиц в единое целое. Когезия обусловлена межмолекулярным взаимодействием в самом теле. От величины когезии зависит такое важное свойство лакокрасочных покрытий, как абразивостойкость (стойкость к истиранию).

Пластичность — способность покрытия сохранять деформацию после снятия усилия, вызвавшего эту деформацию,

Эластичность—способность покрытия принимать свою прежнюю форму после снятия деформирующего усилия. Как и пластичность, определяется в основном химическим строением пленкообразователя и для некоторых покрытий имеет первостепенное значение (например, для покрытий по коже, тканям).

Химическая стойкость — стойкость к действию агрессивных реагентов (как жидких» так и газообразных), растворителей и смазочных масел.

Атмосферостойкость — способность покрытия противостоять воздействию атмосферных факторов (влаги, температуры, кислорода воздуха, солнечной радиации).

Термостойкость и морозостойкость — способность покрытий сохранять свой внешний вид и не разрушаться под действием высоких и низких температур. Эти свойства во» многом зависят от наличия и количества в отвержденном покрытии реакционноспособных групп.

КЛАССИФИКАЦИЯ ПЛЕНКООБРАЗУЮЩИХ ВЕЩЕСТВ

Используемые в технологии лаков и красок пленкообразующие вещества можно классифицировать по следующим признакам:

источнику сырья — природные пленкообразующие вещества и продукты их переработки; синтетические пленкообразующие вещества (полимеры) и продукты их модификации;

молекулярной массе — олигомеры (с молекулярной массой 100—1000) и полимеры (с молекулярной массой более 10000).

В гетероцепных полимерах, главные цепи образованы не только углеродными атомами» но и атомами других элементов (кислород» азот, сера). Классификация полимеров-по химической структуре основной цепи представлена на рис.