Министерство образования Российской Федерации

_______________________________________________________

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Санкт-Петербургский государственный технологический институт

(Технический университет)

_________________________________________________________________

Кафедра теоретических основ материаловедения

С.И.Гринева, В.Н.Коробко

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАЧЕСТВА ЛАКОКРАСОЧНОГО ПОКРЫТИЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

Методические указания

к лабораторной работе

Санкт-Петербург

2004

УДК 620.193:620.197

Гринева С.И., Коробко В.Н. Определение качества лакокрасочного покрытия электрохимическим методом: Методические указания. – СПб.: СПбГТИ(ТУ), 2004. – 11 с.

Представлена лабораторная работа об определении качества лакокрасочного покрытия. Изложены сведения о химическом составе, достоинствах и недостатках неметаллических покрытий на органической основе, способах подготовки поверхности к нанесению покрытий. Описан электрохимический метод определения качества лакокрасочных покрытий.

Предназначено для студентов 2 курса, изучающих дисциплину «Химическое сопротивление материалов и методы защиты от коррозии», и соответствует рабочей программе.

Таблиц 1, библиогр.назв. 3.

Рецензент: С.С.Орданьян, д-р техн.наук, профессор,

зав.кафедрой химической технологии тонкой

технической керамики СПбГТИ(ТУ).

Утверждено на заседании учебно-методической комиссии общеинженерного отделения 25.03.2004

Рекомендовано к изданию РИСо СПбГТИ(ТУ)

Введение

Существует много способов борьбы с коррозией металлов, но все они не являются универсальными. Выбор того или иного способа определяется его эффективностью и экономической целесообразностью. Большое распространение среди методов защиты имеют покрытия. Они могут быть металлическими и неметаллическими.

Неметаллические покрытия на органической основе

Для защиты металлических поверхностей от коррозии широко применяются неметаллические покрытия. По химическому составу они подразделяются на две группы: неорганические и органические. К органическим покрытиям относятся гуммировочные, лакокрасочные и пластмассовые.

Металлические изделия имеют на своей поверхности пленку загрязнений, приобретенную в процессе изготовления. Для обеспечения хорошей прочности сцепления покрытия с металлом необходимо произвести очистку поверхности от загрязнений. Очистка поверхности может осуществляться механической, химической или термической обработкой.

Механическая обработка позволяет убрать с поверхности окислы или продукты коррозии. Она может состоять из пескоструйной обработки, крацевания, зачистки наждачным полотном или полирования. После механической проводят химическую обработку для удаления органической пленки (масла, жиры, полимерные пленки). Химическая обработка состоит из обезжиривания и травления. Обезжиривание проводят в щелочных растворах с высокими значениями рН, а травление осуществляется в растворах соляной или серной кислот.

При термической обработке поверхность изделия обрабатывают пламенем кислородно-ацетиленовой горелки или выдерживают в муфельной печи. Вследствие разницы в коэффициентах теплового расширения металла и ржавчины, последняя разрыхляется и отслаивается. При этом с удалением окалины происходит и обезжиривание. Но для тонкостенных изделий этой обработкой не пользуются, т.к. под влиянием высоких температур возможна деформация изделий.

Гуммировочные или резиновые покрытия изготовляют на основе натурального или синтетического каучука. Каучук обладает высокой эластичностью вследствие свернутого строения молекул полимера, которые при растяжении расправляются, а при снятии нагрузки вновь свертываются. Кроме каучука в состав резины входят вулканизирующие вещества (сера, оксиды металлов и др.), наполнители, красители и др. Основным вулканизирующим веществом является сера. В зависимости от процентного содержания серы гуммировочные покрытия подразделяются на:

- мягкую резину, содержащую от 0,8 до 4% S;

- полутвердую резину (полуэбонит), содержащую от 12 до 20%S;

- твердую резину (эбонит), содержащую от 30 до 50%S.

Мягкая резина обладает высокой эластичностью и используется для защиты деталей подверженных встряске, ударам, колебаниям температуры, а также обладают высоким сопротивлением истиранию.

Эбонитам присуща более высокая химическая стойкость, большая твердость и меньшая эластичность по сравнению с мягкой резиной. Эбонитовые покрытия плохо работают в условиях абразивного износа, знакопеременных деформаций, ударов и резких перепадов температур.

По назначению и свойствам резины классифицируются на:

- резины общего назначения, эксплуатируемые при -50⁰ до +150⁰С;

- теплостойкие, используемые для длительной эксплуатации при

температурах выше +150⁰С;

- химическислостойкие, т.е. устойчивые к кислотам, щелочам и

растворам солей;

- маслостойкие, т.е. устойчивые в бензине, керосине, нефти;

- морозостойкие;

- диэлектрические.

Лакокрасочные покрытия имеют в своем составе следующие компоненты: пленкообразователи, растворители, пигменты, наполнители и пластификаторы.

Пленкообразователи являются основными компонентами лакокрасочных материалов, так как способствуют образованию защитной пленки на металлической поверхности. В качестве пленкообразующих веществ используют алкидные, эпоксидные и виниловые смолы, аминосмолы и пр.

Под растворителями подразумевают летучие компоненты лакокрасочных материалов, обеспечивающие растворение пленкообразующих веществ. Классификацию растворителей, как правило, производят в соответствии с их химическим составом, например, алифатические или ароматические углеводороды, спирты, эфиры, кетоны и т.д. После окрашивания растворитель полностью удалится из покрытия.

Основная функция пигмента – определять цвет, однако совершенно очевидно, что в целом пигмент также должен повышать прочность всей системы и улучшать другие свойства покрытий. Пигменты – высокодисперсные окрашенные порошки, нерастворимые в компонентах, применяемых для составления рецептуры лакокрасочных материалов. В качестве пигментов используют свинцовый сурик, хромат цинка, плюмбат кальция и др. Пигменты подбирают не только по цветовой гамме. Они не должны взаимодействовать с компонентами краски и быть стабильными в условиях применения и эксплуатации на воздухе.

Наполнители – вещества, которые вводят для улучшения прочностных свойств и уменьшения количества дорогостоящих пигментов. В качестве наполнителей используют мел, тальк, каолин и др.

Пластификаторы – вещества, которые повышают пластичность покрытий и их устойчивость в процессе эксплуатации.

По химическому составу лакокрасочные материалы подразделяются на:

краски – покрытия, состоящие из пленкообразователя, растворителя и большого количества пигментов и наполнителей;

лаки – покрытия, состоящие только из пленкообразователя и

растворителя;

эмали – покрытия, состоящие из суспензии небольшого количества

пигментов и наполнителей в лаке.

По назначению лакокрасочные материалы делятся на: грунтовые, промежуточные и покровные.

Основными недостатками лакокрасочных материалов являются: паро-,газо-, влагопроницаемость и низкая теплостойкость.

Пластмассовые покрытия могут быть на основе термопластичных (термопласты) и термореактивных (реактопласты) полимеров. Пластическим материалам присущ ряд ценных свойств. Они имеют низкую плотность, устойчивы в атмосфере и многих кислотах, щелочах, растворах солей. Пластмассы являются хорошими диэлектриками, а по удельной прочности некоторые из них превосходят, углеродистые стали и сплавы цветных металлов. К недостаткам пластмассовых покрытий относятся: низкая твердость, низкая теплостойкость (70⁰- 250⁰), подвержены старению и имеют ярко выраженную зависимость механических свойств от температуры и продолжительности действия нагрузки. Основным свойством термопластичных полимеров является их способность размягчаться и плавиться при нагревании и вновь затвердевать, сохраняя первоначальные свойства. Для противозащитных покрытий в основном применяют химически стойкие такие термопласты как: поливинилхлорид, полиэтилен, полипропилен, полиизобутилен, фторопласт, которые наносят на поверхность в виде листовых и пленочных материалов.

Термореактивные пластмассы при нагревании в результате химической реакции переходят в твердое нерастворимое состояние. При повторном нагревании, неразмягчаясь, разлагаются при достижении определенной температуры. Любая композиция на основе реактопластов включает в себя:

- смолу или смеси смол,

- пластификаторы для повышения эластичности отвержденных композиций,

- растворители (ацетон, толуол, ксилол и т.п.), применяемые для понижения начальной вязкости смолы,

- наполнители (графит, асбестовое волокно и т.п.).

Для защиты от коррозии применяют эпоксидные, фенолоформальдегидные, фурановые смолы и различные их комбинации. Наносят реактопласты на металлические поверхности в виде растворов, паст и листовых материалов.

Наиболее дешевыми и простыми в нанесении являются лакокрасочные покрытия. Однако лакокрасочная пленка состоит из участков различной плотности с многочисленными микропорами. При соприкосновении с агрессивной средой вследствие диффузии начинается ее проникновение через пленку к поверхности металла, а также наблюдается адсорбция влаги активными центрами пленкообразующего (набухание). В связи с этим при оценке качества покрытия важное значение приобретает определение пористости, особенно субмикроскопических пустот (диаметр 10^-5 -10^-7см), а также микроскопических пустот – проколы, кратеры, трещины и другие дефекты пленок (диаметр >10^-2см).

Критерием оценки изолирующей способности лакокрасочных пленок является высокое омическое сопротивление пленки (незначительная проницаемость), низкая емкость (небольшая набухаемость) и медленное изменение этих свойств во времени.

Пористость пленок является важным показателем защитного действия покрытий. К стандартным методам определения пористости покрытий относятся химический; электрохимический (измерение электрохимического потенциала в системе: электрод – электролит – металл с лакокрасочным покрытием) и электрический (измерение электропроводности в системе: металл с лакокрасочным покрытием – электролит – электрод).

Химический метод определения пористости лакокрасочных покрытий состоит в обнаружении нарушения сплошности по образованию турнбуллевой сини в результате реакции гексацианоферрата (III) калия с ионами двухвалентного железа по реакции (при рН7):

2Fе²⁺ + 2[Fе(СN)₆]³  Fе₃[Fе(СN)₆]₂ (1)

Сущность метода заключается в восстановлении ионами железа металла, выделившегося из соли при проникновении раствора сульфата меди соответственно к поверхности металла через поры в покрытии.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА. Определение качества лакокрасочного

покрытия электрохимическим методом