Дослідження інгібування крайової корозії оцинкованої сталі нехроматними пігментами

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Дослідження інгібування крайової корозії оцинкованої сталі нехроматними пігментами

Введення

Вихідні дані до роботи Оцинкована сталь, фосфат цинку, хромат стронцію, кальційвмісний іоно-обмінний пігмент, модельний електрохімічний елемент, потенціостат, сканівний електронний мікроскоп

Перелік графічного матеріалу

1) Часові залежності потенціалу корозії та гальванічного струму модельного електрохімічного елемента в синтетичному кислому дощі з екстраткми інгібувальних пігментів.

2) Поляризаційні залежності модельного елемента та його складових частин в синтетичному иуслому дощі з екстрактами інгібувальних пігментів.

3) Дані аналізу поверхні крайового зрізу оцинкованої сталі на електронному мікроскопі після витримки і інгібованих розчинах.

4) Принципова схема експериментальної установки

Мета роботи -- дослідження ефективності інгібування крайової корозії оцинкованої сталі хроматним та безхроматними пігментами із застосуванням модельного електрохімічного елементу.

З використанням електрохімічного елемента, яка моделює крайову корозію сталі з комбінованим цинк полімерним покриттям, досліджено інгібувальну ефективність в кислому дощі екстрактів стронцію хромату, цинк фосфату, кальцієвмісного оксиду креміню та композиції фосфатного пігмента з кальцієвмісним. Безхроматні одинарні пігменти мають ефективність захисту стосовно крайової корозії порядку 50%, в той час як композиція цинк фосфату та кальцієвмісного оксиду кремнію проявила сильний синергічний протикорозійний ефект. Вона є рівно ефективною зі стронцію хроматом.

В кислому дощовому розчині, інгібованому синергічною композицію фосфату та кальцієвмісного пігмента, спостерігається змішаний контроль корозії електрохімічної моделі. Після кількох годин витримки катодна реакція на сталі стає суттєво сповільнюється внаслідок осадження щільної кальцій/цинк фосфатної плівки. При цьому сильний анодний контроль крайової корозії зберігається.

Композиція фосфату цинку та кальцієвмісного іоно-обмінного пігмента на основі оксиду кремнію може бути перспективною для заміни токсичних хроматів в лакофарбових покриттях на оцинкованій сталі.

1. Огляд літератури

цинковий залізо корозія інгібування

1.1 Методи одержання цинкових покриттів

Основним методом нанесення цинку на залізо і сталь є цинкування зануренням в гарячий розплав (гаряче цинкування). Крім того, є ще чотири інші відомі методи цинкування, кожен з яких має свої особливості. До них відносяться методи термічного напилення, електролітичного осадження, дифузійного насичення та покриття цинкнаповненими фарбами. Ці п'ять методів часто замінюють один одного на практиці, тому зазвичай виникають питання, який із них більш ефективний [2].

1.2 Властивості цинкових покриттів

Структура і склад цинкових покриттів залежать від методу осадження. Цинкові покриття, отримані гарячим цинкуванням та дифузійним методом, частково або повністю є сплави системи залізо - цинк. Напилені і електролітичні цинкові покриття не утворюють сплавів; електролітичне покриття складається в основному з чистого цинку [4].

Характерною особливістю методу нанесення покриття збагачених цинком фарб (фарб з цинковим пігментом) є простота в застосуванні. У цьому випадку немає необхідності в спеціальному обладнані, та операції з нанесення покриттів можна проводити з однаковим успіхом на великих і малих конструкціях. У той же час цілком очевидно, що фарби з цинковим пігментом необхідно наносити на поверхню сталі, з якої вилучені оксиди. Цю операцію так само важливо проводити як і операцію підготовки поверхні під звичайне лакофарбове покриття. Чим краще проведена підготовка, тим вищі результати будуть досягнуті. Основне призначення таких покриттів захистити сталеві конструкції на заводах, корпуси кораблів, деякі місця вагонів, які найбільш піддаються корозії, і для відновлення місць руйнування інших цинкових покриттів [9].

1.3 Корозійна тривкість цинкових покриттів

Є дві основні причини, виходячи з яких цинк обраний як основне покриття для заліза і сталі. Перша - висока природна стійкість самого цинку в атмосферних умовах і друга - електронегативність цинку по відношенню до заліза, що дозволяє захистити сталь електрохімічно за рахунок забезпечення катодного захисту. Сам цинк може бути також захищений внаслідок утворення продуктів корозії. Його достатньо висока корозійна тривкість в атмосферному середовищі, за винятком, можливо, найбільш сильно забруднених агресивних промислових середовищ, забезпечує йому, як захисному покриттю, широке практичне використання та економічну вигоду. Крім того, цинковий підшар використовують як основу для лакофарбових покриттів для захисту сталі в дуже агресивних умовах [2].

Цинк, що знаходиться на поверхні сталі, розчиняється (кородує), електрохімічно захищаючи при цьому від корозії основний метал. Продукти корозії зазвичай заповнюють пори та дефекти в цинкових покриттях і тим самим додатково запобігають корозії сталі.

Швидкість корозії і довговічність цинкових покриттів в промислових умовах Великобританії наведені в табл. 1.1. Практична експлуатація оцинкованих конструкцій показала аналогічні спеціальним атмосферним випробуванням результати.

Таблиця 1.1 Швидкість корозії і довговічність цинкових покриттів

*1 Покриття, отримане гарячим цинкуванням або розпиленням.

*2 Звичайна товщина покриттів, одержаних з розплаву або розпиленням.

*3 Звичайна товщина покриття на цинкових дифузійних покриттів.

*4 Звичайна товщина цинкового гальванічного покриття.

Наведені значення повинні розглядатися як орієнтовні, оскільки зазвичай буває важко точно визначити агресивність атмосфери та оцінити її в певних умовних одиницях. В даний час є тенденція визначати корозійну активність атмосфери за значеннями швидкості корозії цинку. Однак важко буває врахувати локальні відхилення агресивності атмосфери в різних географічних місцях та в часі. Наприклад, торф'яниста місцевість, яка часто покрита кислими відкладеннями, може бути дуже агресивною.

1.4 Захисні системи на основі цинкових покриттів

1.4.1 Хроматування

Хроматна плівка на цинку має хороше зчеплення та захисні властивості і може бути тьмяно-коричневою, жовто-зеленою або безбарвною за зовнішнім виглядом. Колір плівки значною мірою залежить від методу хроматування. Вона уповільнює утворення «білої іржі» - білого нальоту, який іноді утворюється на свіжоприготовленій поверхні цинку у вологих умовах. Хроматна плівка руйнується при нагріванні і якщо використовується як основа для поліпшення адгезії лакофарбових покриттів, то не повинна нагріватися вище 150 ° С протягом 1 год. і більше [9].

2. Вихідні речовини, матеріали та методики експерименту

2.1 Антикорозійні пігменти

Дані по антикорозійних пігментах, які використовувалися в роботі для приготування екстрактів та епоксидних грунтів подані в табл. 2.1.

Таблиця 2.1 Антикорозійні пігменти.

2.2 Корозійні середовища

Відомо [18, 19], що кислі атмосферні опади, зумовлені викидами великих промислових підприємств, дуже поширені на Європейському континенті. Вони є причиною інтенсивного корозійного руйнування металевих виробів та конструкцій. Тому, в даній роботі як основне агресивне середовище для пришвидшених корозійно-електрохімічних досліджень використовували модельний розчин, який імітує кислі атмосферні опади (табл. 2.3.).

Таблиця 2.3 Склад синтетичного дощового розчину

*pH приведено до 4,4 додаванням карбонату натрію.

2.3 Поляризаційні дослідження

Корозійні реакції на оцинкованій сталі без і з дефектними покриттями досліджували з використанням потенціодинамічної поляризації. Вимірювання проводили в кислому дощовому розчині (табл. 2.3) за допомогою приладу AutoTafel застосовуючи триелектродну електрохімічну комірку, насичений каломельний електрод порівняння та платиновий допоміжний. Робоча площа зразка становила 3,14 cм2. Швидкість розгортки потенціалу у всіх випадках була 1 мВ/с. Екстраполяцію тафелевських ділянок поляризаційних кривих та обчислення струму саморозчинення проводили за програмою AutoTafel.

2.4 Дослідження крайової корозії оцинкованої сталі з покриттями за допомогою модельного електрохімічного елемента

Здатність різних пігментів зменшувати гальванічний струм між цинком та сталлю під час крайової корозії в кислому дощовому розчині вивчали за допомогою модельного електрохімічного елемента (рис. 2.2) [20], який являє собою “сендвіч” зі сталевого листа, тонкої пластикової плівки з двостороннім адгезивним шаром і цинкової фольги, поміщених в епоксидний клей Araldite.

Співвідношення розмірів окремих складових елементу аналогічні до реальних співвідношень на листовій сталі з комбінованим металополімерним покриттям.

Ізольовані мідні провідники з'єднують цинкову та сталеву частини елемента через нульгальванометр ACM Zero ResistanceAmmeter (ZRA), який міряє гальванічний струм, що протікає між цинком і сталлю, а також дозволяє фіксувати потенціали корозії модельного елемента.

Рисунок 2.1 Схема електрохімічного елементу для моделювання краєвої корозії сталевого листа з цинковим покриттям

Насичені кислі дощові розчини пігментів готували, розчиняючи 2 г кожного пігменту в 1 л розчину з використанням магнітної мішалки. Далі розчини витримували протягом 24 год і двічі фільтрували. Насичений розчин комбінації пігментів - модифікованого фосфату цинку та кальційвмісного іонно-обмінного - готували розчиненням 1 г кожного пігменту в літрі кислого розчину.

2.5 Електронно-мікроскопічні дослідження

Сканівний електронний мікроскоп AMRAY 1810A з приставкою для мікрорентгеноспектрального аналізу (EDS) використовуали для вивчення поверхневих плівок на незахищений сталі та на металі під епоксидними покриттями в місцях наскрізних дефектів після їх витримки в корозійному середовищі та екстрактах пігментів. Перед електронно-мікроскопічними дослідженнями на поверхню зразків за допомогою пристрою Е5400 HRSC напилювали шар вуглецю.

Висновки

1. З використанням комірки, яка моделює крайову корозію сталі з комбінованим цинк полімерним покриттям, досліджено інгібувальну ефективність в кислому дощі екстрактів стронцію хромату, цинк фосфату/молібдату, кальцієвмісного оксиду креміню та композиції фосфатного пігмента з кальцієвмісним. Безхроматні одинарні пігменти забезпечують інгібувальну ефективність порядку 50%, в той час як композиція цинк фосфату/молібдату та кальцієвмісного оксиду кремнію виявила сильний синергічний протикорозійний ефект. ЇЇ ефективність була (>91%) співмірножю з ефективністю стронцію хромату (>95%).

2. Інгібування анодної реакції на цинку за присутності в розчині хромату переважає на початку експозиції. Однак після декількох годин катодна реакція на сталі стає також істотно сповільненою, ймовірно внаслідок осадження відновлених сполук Cr(III).

3. Змішаний контроль корозії електрохімічної моделі спостерігається в кислому дощовому розчині, який включає композицію фосфату та кальцієвмісного пігмента. Після кількох годин витримки катодна реакція на сталі стає суттєво сповільнена внаслідок осадження щільної кальцій/цинк фосфатної плівки. При цьому анодний контроль корозії також має місце. Ця інгібувальна безхроматна композиція забезпечує протикорозійний ефект подібно до хроматного інгібітора.

4. Композиція фосфатного та кальцієвмісного пігмента іоно-обмінного типу є перспективним модифікатором для заміни хроматів в лакофарбових покриттях на оцинкованій сталі.

Список літератури

1. Шрайер Л. Л Справочник з коррозии, Москва, 1981 - 300 c.

2. Сокол И. Я., Ульянин Е. А., Фельдгандлер Э. Г. и др. Структура и коррозия металлов и сплавов: Атлас. Справ. зд./ - Металургия, 1989 - 400с.

3. Бодо Мюллер, Ульих Пот Лакокрасочные материалы и покрытия. Принпипы составления рецептур, М.:ООО «Пеэнт - Медиа», 2007 - 237 с.

4. Богоцкий В. С. Основи Электрохимии, - М:Химия, 1988 - 400с.

5. Wiederholt, W.j Korrosionverhalten von Zink, Metall--Verlag GmbH, Berlin (translation available on loan from Z. D. A., Library).

6. Hudson, J. C., Corrosion of Buried Metals, S. I. Special Publication No. 45, 1952.

7. Ливщиц М. Л., Пшиялковский Лакокрасочние материалы: Справочное пособие - М.: Химия, 1982 - 360 с

Размещено на Allbest.ru