Оборудование, приборы, материал

 

1. Образцы стальные - 3 шт.

2. Образцы цинковые - 3 шт.

3. Штангенциркуль, наждачная бумага, растворитель.

4. Аналитические весы. Секундомер.

5. Гальваническая ванна.  

6. Секундомер, фильтровальная бумага.

 

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 

1. Определить размеры образцов штангенциркулем с точностью до ±0,1 мм Образцы зачистить наждачной бумагой, протереть органическим растворителем и все три образца вместе взвесить.

2. После подготовки ванны взвешенные образцы окончательно обезжиривают. Для этого протирают их поверхность СаСО0₃, потом промывают холодной проточной водой, декапируют (легко травят), окуная в холодный 15%-ный раствор H₂SО₄ на 0,5 мин., снова промывают водой и подвешивают на катодные штанги.

Следует учесть, что качество покрытия зависит от подготовки образцов: если при их промывании после обезжиривания вода стекает из них в виде отдельных капель или появляются участки, не смачиваемые водой, следует операцию обезжиривания повторить. Обезжиривание считается качественным, если при промывании вода равномерно стекает с образца.

3. По формуле (1) рассчитать необходимую плотность тока для ванны.

4. Поместить образцы в ванну на 30 мин., включить рубильник, установить на приборах вычисленную силу току для ванны, регулируя его сопротивлением реостата.

5. По окончании заданного времени рубильник выключают, образцы вынимают, промывают их холодной проточной водой, сушат и взвешивают все образцы за один прием.

6. Определить толщину слоя покрытие капельным методом. Для этого из капельницы нанести на образец одну каплю раствора и по секундомеру отметить время. По окончании одной минуты каплю снимают, промокая ее фильтровальной бумагой, и на то же место наносят вторую краплю раствору. И так до тех пор, пока не окажется участок основного металла, ровный по величине половине поверхности, занимаемой каплей. По общему числу капель определяют толщину, слоя.

7. Определить средний выход металла по току по формуле (2).

8. Рассчитать толщину, слоя покрытие по формуле (3).

9. Результаты эксперимента занести в табл. 2.

10. Сопоставить значение толщины, слоя покрытия, полученные экспериментальным и расчетным методами и объяснить причины расхождения значений. На основании полученных данных сделать вывод относительно механизма защиты начали цинковым покрытиям, а также вывод о влиянии толщины покрытия на длительность его службы.

 

Таблица2- Результаты электролитического получения цинкового покрытия

Показатели испытаний	Результаты определений
Материал образца Полная поверхность образцов, см2 Масса трех образцов, г: До покрытия После покрытия Масса металла, который выделился, г Режим покрытия: Сила тока, а Напряжение, в Плотность тока, а/см2 Температура электролита °С Длительность процесса, ч Толщина защитного слоя, мкм: По расчету По капельному методу

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1) Что такое электролитическое цинкование?

2) Что такое анод и катод?

3) Что такое анодное покрытие, что такое катодное покрытие?

4) Как осуществляется защита катодным покрытиям в активной среде?

5) Как осуществляется защита катодным покрытиям в пассивирующей среде?

6) Что такое пористость покрытия?

7) В чем заключается электролитический метод нанесения металлического покрытия?

8) Дайте характеристику схемы установки для получения электролитических покрытий.

9) Как определить силу тока для гальванической ванны?

10) Как определить толщину слоя покрытия капельным методом?

11) Как определить средний выход металла по току?

12) Как определить толщину слоя покрытия экспериментальным и расчетным методами?

13) Объясните механизм защиты стали цинковым покрытием.

14) Объясните влияние толщина слоя покрытия на длительность его службы.

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 5

 

ЗАЩИТА МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ ОТ КОРРОЗИИ

ЛАКОКРАСОЧНЫМИ ПОКРЫТИЯМИ

 

Цель работы: изучить защитные свойства и качество лакокрасочного покрытия при защите металлических конструкций от краевой коррозии.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

 

Лакокрасочные покрытия (ЛКП) применяются для защиты металлических конструкций от атмосферной коррозии и коррозии в морской воде.

Лакокрасочные покрытия имеют ряд преимуществ перед другими. К ним относятся:

1) удобство и простота нанесения покрытия, возможность его употребления для защиты оборудования и металлических конструкций любых конфигураций и размеров;

2) невысокая стоимость по сравнению с металлическими покрытиями;

3) возможность быстрого возобновления покрытия при его разрушении в процессе эксплуатации оборудования и металлических конструкций;

4) возможность получения покрытия с нужными свойствами.

Основные недостатки лакокрасочных покрытий - их ограниченная непроницаемость и недостаточная термостойкость.

Защитные действия лакокрасочного покрытия заключаются в создании на поверхности металлического изделия сплошной пленки, которая препятствует проникновению агрессивных компонентов коррозийной среды к этой поверхности и тем самым оберегает металл от разрушения.

Механическая изоляция металлической поверхности от окружающей среды достигается в том случае, когда покрытие обладает хорошей адгезией (сцеплением) с поверхностью, которая защищается, не имеет пор и по своей природе хорошо противостоит данной агрессивной среде.

Лакокрасочное покрытие является суспензией нерастворимых частей пигмента в однородном органическом или водном связующем. Пигментами называют сухие окрашенные вещества минерального происхождения, которые не растворяются в пленкообразующей основе. Пигменты обычно состоят из оксидов металлов (например, TiO₂,

 

 

Рb₃О₄, Fe₂О₃ или других соединений. Связующим может быть натуральное масло, например, льняное или тунговое. На воздухе эти быстросохнущие покрытия окисляются, полимеризуются и твердеют.

Для успешной противокоррозионной защиты ЛКП должно отвечать следующим требованиям.

Обеспечивать надежное экранирование изделий. Это значит, что покрытия должны иметь наименьшую проницаемость воды и кислорода за счет создания диффузионного барьера при хорошем сцеплении многослойного покрытия. Диффузии через слой покрытия обычно затрудняется при введении в него пигментов.

Ингибировать протекание коррозии. Пигменты, которые содержатся в слое грунтовки, непосредственно прилегающему к поверхности металлу, должны быть эффективными ингибиторами коррозии. Достигая поверхности металла, вода растворяет определенное количество пигмента и становится менее корозионноактивной.

Обеспечивать большой срок службы при низкой стоимости. Экономически оправданно повышение стоимости краски вдвое, если она при этом обеспечивает увеличение срока службы металлоконструкции на 5 лет. 

Нанесения ЛКП выполняют в два этапа: подготовка поверхности металла и нанесение покрытия.

Подготовка поверхности металла заключается в первичной очистке поверхности с использованием растворителей или щелочных растворов. Как растворители применяют уайт-спирт, лигроин, спирты, эфиры и т. д. С помощью водных растворов щелочей удалять масляные загрязнения из поверхности более дешевле и безопаснее.

Ржавчину и прокатную окалину удаляют травлением или пескоструйной обработкой.

Для достижения лучшего сцепления покрытия наносят грунт на сухую поверхность сразу после очистки. Покровные слои краски наносят сразу после высыхания почвы.

При выборе ЛКП следует хорошо знать его основные защитные свойства. К ним относятся: непроницаемость пленок, атмосферостойкость, хорошая адгезия к металлу, эластичность, гибкость, пластичность, твердость, механическая прочность на удар, блеск, стойкость к стиранию, стойкость к сниженным и повышенным температурам.

 К наиболее важным показателям, которые определяют защитные свойства ЛКП и срок его служы, относится их адгезионная способность. Адгезия оказывает влияние на набухание, старение и другие физико-химические процессы, которые определяют качество защитных покрытий. Кроме того, она играет большую роль в торможении адсорбции агрессивной среды на металлах под адгезионными пленками и предотвращении коррозийных процессов. Адгезионная прочность оценивается по силе или работе, необходимой для нарушения адгезионной лакокрасочной пленки из металлической поверхности.

 

В зависимости от способа приложения нарушающих усилий различают два основных метода определения адгезии защитных покрытий: параллельных и решетчатых надрезов.

Метод параллельных надрезов заключается в оценке степени прилипания лакокрасочного покрытия к поверхности металла по числу отслаивавшихся полос пленки, при отрыве от поверхности с помощью липкой ленты.

Метод решетчатого надреза заключается в оценке степени прилипания лакокрасочного покрытия к поверхности металла по числу ячеек решетки, отпавших от поверхности при прорезании (рис. 1)

 

           

 

а - с хорошей адгезией; б- с плохой адгезией

Рис. 1 - Применение метода решетчатого надреза

 

Адгезию ЛКП с металлической поверхностью оценивают в баллах по проценту площади отслоения покрытия. Определяющими являются величины - 0%, 5%, 35% отслоений кусочков покрытия. При этом используют четырехбальную шкалу в соответствии с ГОСТ 15140 (табл.1).

Таблица 1 - Шкала оценки адгезии лакокрасочного покрытия

 

Описание поверхности лакокрасочного покрытия после нанесения надрезов в виде решетки	Балл
Края надрезов должны быть гладкими, кусочков отслоившихся покрытий не наблюдается (0%)	1
Незначительное отслоение покрытия (до 5% поверхности) в виде точек вдоль линии надрезов или в местах их пересечения	2
Отслоение покрытия вдоль линии надрезов или полос (до 35% поверхности с каждой решетки)	3
Полное или частичное отслаивание покрытия полосами или квадратами вдоль линий надрезов (больше 35% поверхности с каждой решетки)	4

 

 

Требования к качеству ЛКП, которые эксплуатируются в атмосферных условиях, значительно повышаются, если металлическая конструкция испытывает ударные, режущие или другие действия, которые приводят к нарушению целостности полимерной пленки. Это вызывает обнажение металла и развитие атмосферной коррозии.

Атмосферная коррозия приводит к коррозийному разрушению, которое охватывает отдельные участки поверхности металла, и называется местной коррозией. Известны разные виды местной коррозии: пятнами, язвами, точечная, сквозная, нитевидная, ножевая, краевая и так далее

При краевой коррозии происходит локализация коррозии металла в месте разрушения пленки. Если при этом адгезия ЛКП мала, то коррозия от края разрушения под пленкой распространяется настолько интенсивно, что приводит к отслоению покрытия и развитию подповерхностной коррозии. При этом ЛКП полностью теряет защитные свойства.

Изучение краевой коррозии показало, что она отличается по протяжности и форме (рис.2)

 

 

 

Рис 2 - Образцы с разными видами краевой коррозии

 

Анализ коррозийных разрушений в следствие нарушения целостности ЛКП позволила создать виды краевой коррозии (рис.3).

Вид коррозийного разрушения (рис.3, а) относится к равномерному процессу. виды коррозийного разрушения (рис.3, б-г) следует рассматривать как процессы коррозии, которые неравномерно развиваются. Это может быть связано с наличием на поверхности металла участков разной коррозийной активности, неоднородностью по свойствам самой полимерной пленки или неодинаковым адгезионным взаимодействием на границе металл - покрытие.

 

 

Если краевая коррозия развивается равномерно (рис.3, а), ширину ее распространения d_A определяют по обе стороны от линии надреза по формуле, мм

 

d_А=d-d₀,                                          (1)

 где d - ширина области поражения  с двух сторон, мм;

 d_o- ширина первоначального надреза, мм.

 

При определении ширины распространения краевой коррозии (рис.3, б-г) на линию надреза сверху прикладывают шаблон-линейку из оргстекла и измеряют размеры на каждом неоднородном участке. Ширину распространения краевой коррозии рассчитывают по следующим формулам, мм

 

Рис 3 - Характерные виды краевой коррозии

 

 

Для рис.3, б:

 

 где dmах, d_min - наибольшая и наименьшая ширина области поражения, соответственно, мм

 

Для рис.3, в:

 

 

 

 где Σ^dmaxcp^lmaxcp - сумма произведений среднего значения распространения коррозии на наиболее широком участке на его длину, мм;

Σ^dmin cp^lmin cp - сумма произведений среднего значения поражения на наименее широком участке на его длину, мм.

 

Для рис.3, г:

 

                                                                                       

 

 где Σ^dmaxcp^lmaxcp – сумма произведений участков наиболее широкого поражения на длину мм;

Σ^dmincp^lmincp - сумма произведений участков наименее широкого поражения на длину, мм

 

Степень краевой коррозии оценивают по пятибалльной шкале, приведенной в табл.2.

 

Таблица 2 - Оценка степени краевой коррозии

 

Ширина распространения краевой корозии, мм	Балл
0-1	1
1-3	2
3-7	3
7-10	4
10 и более	5

 

 

МАТЕРИАЛ, ИНСТРУМЕНТ

1) Стальные пластины с нанесенным лакокрасочным покрытием и решетчатым надрезом.

2) Стальные пластины с нанесенным лакокрасочным покрытием и разными типами коррозийных разрушений.

3) Линейка