Во многом от качества подготовки поверхности зависит срок службы лакокрасочных материалов. Целью подготовки металлических поверхностей является удаление всех загрязнений и наслоений, которые мешают непосредственному контакту покрытия с металлом. В первую очередь это относится к продуктам коррозии (ржавчине), которая обычно представляет собой сложную систему и состоит из продуктов коррозии железа и посторонних примесей — солей, природной и производственной пыли.
Агрессивность атмосферы влияет на строение слоя ржавчины. Слой ржавчины состоит из многих подслоев в случае воздействия высоких концентраций сернистого или других агрессивных газов и при определенной влажности. Многослойность может быть незаметна и проявляться лишь после отверждения покрытия, когда в силу упругих свойств лакокрасочной пленки покрытие легко отделяется от подложки вместе с верхним подслоем ржавчины.
Основным продуктом окисления железа при атмосферной коррозии углеродистых сталей является гидроксид FeOOH, который кристаллизуется в нескольких модификациях. Фазовый состав ржавчины представлен α- FeOOH (гетит) и β- FeOOH (лепидокрокит). Характерной чертой этих веществ является то, что они являются хорошими сорбентами, особенно влаги.
В агрессивных атмосферных условиях к гетиту и лепидокрокиту в ржавчине добавляется магнетит (Fe3O4), который может быть расположен в виде тончайших прослоек. Магнетит в этих условиях не подвержен набуханию и поглощает мало влаги. Послойное разрушение ржавчины в изменчивых атмосферных условиях определяет различное поведение этих трех продуктов коррозии.
При этом наблюдаются и общие тенденции и отличия в процессе поглощения агрессивных газов гетитом и лепидокрокитом. Как общую тенденцию можно отметить то, что с увеличением относительной влажности воздуха возрастает и количество поглощенного сернистого газа. С повышением содержания SO2 в атмосфере увеличивается и его поглощение обеими модификациями FeOOH. Характер связи между влажностью воздуха и концентрацией сульфатов указывает на то, что кроме сорбции происходит растворение SO2 в поглощенной воде. Раствор кислоты легко проникает через слой ржавчины до металла и способствует усилению коррозии. Лепидокрокит при всех концентрациях газов в атмосфере является более активным поглотителем, чем гетит. Причем известно, что лепидокрокит растворяется в кислотах и кислых растворах солей легче, чем гетит, поэтому кислота, которая образуется при растворении, больше расходуется в химических реакциях именно с лепидокрокитом. В одинаковых внешних условиях лепидокрокит поглощает также почти вдвое больше НCL, чем гетит [1].
Следовательно, отрицательное влияние ржавчины заключается в том, что снижается адгезия покрытия к подложке, накапливается химически связанная вода, которая может освободиться и способствовать коррозии под защитной пленкой, а также адсорбируются и накапливаются в слое агрессивные примеси их окружающей среды, в том числе и вода.
Основными требованиями, которым должны отвечать антикоррозионные покрытия, являются обеспечение надежной защиты в течение запланированного межремонтного периода и ее технико-экономическая целесообразность. Соответствие этим требованиям обеспечивается правильным выбором вида антикоррозионного покрытия с учетом типа и материала защищаемой конструкции и условий ее эксплуатации.
Самым важным из факторов, влияющих на долговечность лакокрасочных покрытий, даже важнее качества используемых материалов, является качество подготовки поверхности металла перед окрашиванием. Другими словами, плохое лакокрасочное покрытие, нанесенное на хорошо подготовленную поверхность, служит дольше, чем хорошее лакокрасочное покрытие на некачественно подготовленной поверхности.
Очистка сильно заржавленной поверхности механизированным и особенно ручным способом, как правило, не позволяет полностью удалить продукты коррозии и приводит к неизбежности окраски по остаточной ржавчине. В таких случаях наиболее актуальным является окраска непосредственно по ржавой поверхности. Один из путей решения этой проблемы, является использование химических веществ, которые могут реагировать с продуктами коррозии и превращать их из вредных в нейтральные, или даже полезные вещества, т. е. преобразовывать ржавчину.
Модификаторами ржавчины являются вещества, способные обезвреживать агрессивные примеси и стабилизировать состояние ржавчины. Они представляют собой обычно кислые ингибированные растворы с органическими комплексообразователями или грунтовки на основе синтетических или природных пленкообразователей, содержащие активные добавки, ингибиторы и т. п.
Модификаторы ржавчины рекомендуется использовать только в тех случаях, когда современные технические методы и средства удаления ржавчины не применимы, а также когда на поверхности металла после очистки ручным способом, остаются продукты коррозии. Обработке модификаторами ржавчины могут подвергаться продукты коррозии, плотно сцепленные с поверхностью металла, допустимая для модификации толщина слоя продуктов коррозии, составляет не более 100 мкм.
Подготовка поверхности металлических конструкций заключается в очистке от продуктов коррозии, окалины, старой краски, жировых и других загрязнений, а также в нейтрализации и удалении кислот, щелочей и других химических продуктов, препятствующих хорошему сцеплению покрытия с металлом. При окраске по неочищенной поверхности адгезия покрытия к ней снижается, и на металле быстро появляется подпленочная коррозия.
Действие компонентов преобразователя ржавчины заключается в преобразовании оксидов железа (которые и являются ржавчиной) в стабильные соединения, неспособные к окислению. Кислотные модификаторы продуктов коррозии превращают окислившееся железо в ортофосфат, который при взаимодействии с остальными компонентами состава образует прочное, химически устойчивое соединение. Преобразователь ржавчины с цинком работает по принципу притягивания кислорода к атомам цинка. При этом происходит частичная оцинковка металла, а образовавшийся цинковый слой надежно защищает обрабатываемую поверхность от электрохимической коррозии.
В состав большинства современных модификаторов продуктов коррозии входит фосфорная кислота, но есть и такие, что изготовлены на основе таннина, оксикарбоновых многоосновных кислот и др.
Нами было проведено исследование ржавчины, которая образуется на металлоконструкциях в условиях двух промышленных объектов — листопрокатном цехе № 2 (ЛПЦ-2) АО «Испат-Кармет» (г. Темиртау) и корпусах обогащения и комкования Жайремского горно-обогатительного комбината (ЖГОК) (Карагандинская область) [2].
Этим работам предшествовали обследование конструкций, исследование, анализ и выбор наиболее оптимальных средств подготовки поверхности металла и его окраски.
Согласно заводским данным, подтвержденным дополнительным химическим анализом, в воздушной среде ЛПЦ-2 в наибольшем количестве присутствуют пары соляной кислоты (т. к. процесс травления происходит при помощи концентрированного раствора соляной кислоты), максимальная концентрация которых достигает 25 г/м3. Вторым агрессивным компонентом является двуокись углерода, его концентрация по цеху равномерная и незначительная 0,005 г/м3. Травление в растворах соляной кислоты сопровождается большим влаговыделением, обуславливающим формирование влажной агрессивной внутрицеховой атмосферы.
На Жайремском горно-обогатительном комбинате строительные металлоконструкции эксплуатируются в общепромышленной атмосфере, загрязненной технологическими выделениями — парами, газами и пылью. Применяемая технология обогащения железистых кварцитов характеризуется большими расходами технологической воды, агрессивные свойства которой в значительной степени обусловлены содержанием солей, определяющих ее общую и карбонатную жесткость (бикарбонаты кальция и магния), и наличием агрессивных хлор- и сульфатионов, суммарная концентрация которых в технологической воде достигает 5 г/л. Неизбежные проливы, открытые хвостовые лотки, интенсивный смыв полов вызывают коррозионный износ металлических конструкций. Причем агрессивность технологической воды увеличивается по мере загрязнения ее во время рабочего цикла.
Была проведена оценка активности исходной ржавчины по фазовому составу ржавчины, образованной в листопрокатном цехе № 2 (ЛПЦ-2) АО «Испат-Кармет» (г. Темиртау) и корпусах обогащения и комкования Жайремского горно-обогатительного комбината (ЖГОК) (Карагандинская область).
Фазовый состав исходной ржавчины определяется по результатам рентгенофазового анализа с помощью дифрактометра типа ДРОН-2 [3]. Метод позволяет оценить активность исходной ржавчины, которая определяется градациями фазового состава, в зависимости от присутствия на рентгенограммах тех или иных спектров дифракционных максимумов и их интенсивности.
Рентгенографическими данными показано, что в продуктах коррозии ЛПЦ-2 гидроксиды и оксигидроксиды являются в основном аморфными. Закисных солей, стимулирующих процесс коррозии, в составе ржавчины не обнаружено. Кристаллическая ее часть представлена акаганеитом (β-FeOOH), характерным для сред с повышенным содержанием хлоридов, и который является стабильным компонентом ржавчины, не вступающий в реакции с кислотами и комплексообразователями. Следовательно, по степени активности фазового состава это ржавчина градации, где степень кристалличности низкая, четко выраженного преобладающего компонента нет.
Результаты рентгенофазового анализа продуктов коррозии ЖГОКа показали, что в ржавчине преобладает гетит (Fe3O4) и магнетит (α-FeOOH), которые не имеют столь высокой степени кристалличности, как лепидокрокит в атмосфере низкой агрессивности. Присутствует кварц и сидерит, которые являются, вероятно, следами технологической пыли, оседающей на поверхности конструкций. По степени активности фазового состава ржавчина относится к градациям, где в ржавчине преобладает лепидокрокит, дифракционные максимумы четко выражены, основные рефлексы (6.27; 3.29; 2.47; 1.937 Ǻ) имеют интенсивность (по высоте) 25 мм и выше и гетит, дифракционные максимумы четко выражены, основные рефлексы (4.18; 2.69; 2.45; 2.18; 1.72 Ǻ) имеют интенсивность 20 мм и выше. Присутствовать могут также магнетит в незначительных количествах;
Таким образом, на основании проведенных исследований состава продуктов коррозии и обследования состояния строительных металлоконструкций были сделаны следующие выводы:
– по корпусу обогащения и комкования Жайремского ГОКа, в продуктах коррозии в ржавчине преобладает лепидокрокит, гетит и магнетит, то наиболее эффективным способом химической подготовки поверхности металлоконструкций является модифицирование ее преобразователями ржавчины. Лепидокрокит активный компонент ржавчины, который легко вступает в реакции с кислотами и с комплексообразователями. Для его инактивации оправдано использование кислых модифицирующих растворов. Гетит и магнетит, которые не имеют столь высокой степени кристалличности, как лепидокрокит, медленно реагируют с разбавленными кислотами [4].;
– по листопрокатному цеху № 2 АО «Испат-Кармет» согласно результатам исследования, в продуктах коррозии отсутствует преобладающий компонент, степень кристалличности низкая, поэтому модифицировать такую ржавчину нецелесообразно, ее следует удалять механическими или химическими способами.
Литература:
- Розенфельд И. Л., Рубинштейн Ф. И.,Жигалова К. А. Защита металлов от корозии лакокрасочными покрытиями. — М.: химия, 1987. — 224 с.
2. Асимбетов В. Э., КалмагамбетоваА. Ш. Антикоррозионные материалы для подготовки поверхности и окраски металлоконструкций в ремонтных условиях. — Астана: Акмолинская полиграфия, 1999, -138 с.
- КалмагамбетоваА.Ш., КуркумбаеваР.М., ИкишеваА.О., ДадиеваМ. К. Анализ и выбор оптимальных средств подготовки поверхности металла перед окраской // Международный журнал экспериментального образования. — 2015. № 2, с. 362–364.
- Кукурс О., Упите А., Хознак И. и др. Продукты атмосферной коррозии железа и окраска по ржавчине. — Рига: Зинатне, 1980. — 163 с.
