Подготовка стальной поверхности перед нанесением цинк-полимерных лакокрасочных покрытий методом катодного электроосаждения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Подготовка стальной поверхности перед нанесением цинк-полимерных лакокрасочных покрытий методом катодного электроосаждения

А.В. Павлов*,

М.Ю. Квасников,

Н.О. Баранов,

А.Д. Зеленская

Резюме

Изучено влияние подготовки стальной поверхности на коррозионную стойкость цинк-полимерных лакокрасочных покрытий, получаемых комбинацией двух процессов (катодного электроосаждения и электролитического восстановления металла).

Ключевые слова: обезжиривание, фосфатирование, катодное электроосаждение, лакокрасочные покрытия.

Большая часть металлических поверхностей защищена сегодня от коррозии путем окраски. Доля лакокрасочных покрытий среди всех средств пассивной защиты составляет 70-80%. Поэтому необходимо совершенствовать имеющиеся антикоррозионные лакокрасочные материалы, либо создавать принципиально новые. Перспективными являются металлополимерные защитные покрытия, которые совмещают в себе свойства полимеров (высокая адгезия, эластичность) и металлов (теплопроводность, износостойкость, твердость).

Подготовка поверхности металла в свою очередь - одно из основных условий успешной антикоррозионной защиты. В настоящий момент для защиты металлов и сплавов от коррозии в сочетании с лакокрасочными покрытиями наибольшее распространение получили фосфатные покрытия, получаемые в результате процесса фосфатирования [1]. Обезжиривание - процесс удаления жировых загрязнений с поверхности деталей также входит в технологический процесс подготовки процесса под окраску.

В работах [2,3,4,5] было описано получение металлополимерных покрытий, содержащих различные металлы и полученных комбинацией двух процессов: электролитического осаждения металла и катодного электроосаждения полимерного пленкообразователя. Но в этих работах не рассматривались вопросы влияния подготовки поверхности на антикоррозионные свойства получаемых покрытий.

Процесс фосфатирования в зависимости от используемых растворов разделяют на кристаллическое и аморфное фосфатирование. Под окраску методом катодного электроосаждения используют кристаллическое фосфатирование, так как именно такой вид фосфатирования обеспечивает максимальную антикоррозионную защиту, особенно для эксплуатации изделий в жестких условиях (открытой атмосфере, влажном климате или в условиях тропиков). Фосфатные покрытия для катафорезного окрашивания чаще всего получают из цинкофосфатных растворов с низким содержанием цинка. катодный стальной коррозионный

В данной работе рассматриваются процессы влияния подготовки поверхности, а именно обезжиривания и кристаллического фосфатирования, на коррозионную стойкость цинк-полимерных лакокрасочных покрытий.

В качестве моющего агента были использованы материалы фирмы Chemetall Gardoclean S5225 c добавлением поверхностно-активного вещества (ПАВ) Gardoclean H7149. Для активации процесса кристаллического фосфатирования применяли активатор Chemetall Gardolene V6559. Для непосредственного кристаллического фосфатирования был использована система цинкфосфатирующего состава Chemetall: Gardobond R 24 TA - модифицированная марганцем фосфатирующая композиция с низким содержанием цинка для изделий из стали и оцинкованной стали и алюминия, Gardobond Additive H7141 - щелочной нейтрализатор для кислотных ванн, применяется для корректировки содержания свободных кислот, Gardobond Additive H7004 - окислительный продукт, способствующий ускорению процессов цинкового фосфатирования. Материалы фирмы Chemetall широко используются в автомобильной промышленности для подготовки кузовов автомобилей под окраску методом катодного электроосаждения.

В качестве окрашиваемого изделия были взяты пластины из углеродистой стали марки 08 КП. Для процесса обезжиривания готовили ванну окунания с концентрацией Gardoclean S5225 1,2 масс. %. Для улучшения процесса обезжиривания в ванну при Т= 60 0С добавляли ПАВ Gardoclean H7149. Пластины погружали в ванну с полученным составом на 3 минуты при непрерывном перемешивании. После этого пластины тщательно промывали в дистиллированной воде. Для активации процесса фосфатирования пластины погружали в предварительно приготовленную ванну окунания с 0,06 масс. % раствором активатора Gardolene V6559 и выдерживали в течение 1 минуты при постоянном перемешивании. После активации пластины непосредственно фосфатировали в ванне окунания с составом Gardobond R 24 TA и добавленным к нему Gardobond Additive H7141. Ускоритель Gardobond Additive H7004 добавляли в цинк-фосфатирующий состав непосредственно перед окунанием пластин. Количество всех компонентов ванны фосфатирования были рассчитаны в соответствии с методическими указаниями фирмы Chemetall на эти материалы. Пластины выдерживались в течение 3 минут при Т= 55 0С, после чего промывались дистиллированной водой. Пластины с цинк-фосфатным покрытием сушили при Т= 100 0С в течение 10 минут в сушильном шкафу.

После проведенных операций оценивалось качество полученных фосфатных покрытий в соответствии с нормативной документацией, описывающей требования к оценке качества фосфатного покрытия ОАО "Автоваз". Фосфатное покрытие было без налетов коррозии, рельефных потеков, налетов шлама, не имело дефектов, сплошное и мелкокристаллическое с размерами глобулообразных (сфероидальных) кристаллов до 3 мкм (рис. 2 а, б).

Поверхностная плотность фосфатного слоя составила 1,74 г/м 2. Показатель W, который показывает эффективность процесса фосфатирования и соответствует отношению массы стравленного металла при фосфатировании к массе фосфатного слоя, составил 0,4. Все полученные характеристики цинк-фосфатного слоя соответствуют требованиям для получения высоких результатов коррозионной стойкости после окрашивания методом электроосаждения.

Пластины с цинк-фосфатным слоем окрашивали методом катодного электроосаждения при оптимальных параметрах для цинк-полимерной композиции на основе соли цинка и связующего лакокрасочного материала фирмы Basf (эпоксиаминный аддукт, модифицированный блокированным изоцианатом). Оптимальные параметры нанесения цинк-полимерных покрытий были установлены ранее [5]. Коррозионная стойкость цинк-полимерных покрытий с фосфатным слоем сравнивалась с полимерными катафорезными покрытиями с фосфатным слоем, полученными из связующего Basf без соли цинка. Также для установления увеличения коррозионной стойкости цинк-полимерных и полимерных покрытий вследствие содержания фосфатного подслоя их сравнивали с цинк-полимерными и полимерными покрытиями без него (таблица 1).

Рис. 2. Цинк-фосфатный слой на основе материалов Сhemetall под микроскопом: а- увеличение в 750 раз, б - в 2000 раз

Таблица 1. Коррозионная стойкость электроосажденных цинк-полимерных и полимерных покрытий с цинк-фосфатным подслоем и без него в 3 % растворе NaCI

Таким образом, доказано, что цинк-фосфатный подслой увеличивает коррозионную стойкость и полимерных катафорезных покрытий, и цинк-полимерных покрытий, полученных комбинацией двух процессов: катодного электроосаждения и электролитического восстановления цинка.

По предварительным испытаниям было установлено, что водостойкость цинк-полимерных покрытий, полученных катодном электроосаждением по обезжиренной стали в 4 раза превосходит аналогичные полимерные покрытия без цинка. Это вероятно можно объяснить наличием наноразмерного цинка, образующегося in situ в покрытии при получении указанным способом, способствующего увеличению эластичности покрытий при сохранении высокой прочности, что способствует снижению внутренних напряжений за счёт ускорения релаксационных процессов [6] и увеличением барьерной защиты. Однако солестойкость при этом не возрастала. По-видимому, это связано с нестойкостью цинка в растворах хлоридов, а протекторный механизм защиты стали при введении в систему наноразмерного цинка не реализуется [7]. Однако использование цинк-фосфатного подслоя обеспечивает высокую солестойкость покрытия.

Павлов Александр Валерьевич, аспирант, сотрудник кафедры химической технологии полимерных композиционных лакокрасочных материалов и покрытий РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва.

Квасников Михаил Юрьевич, д.т.н., профессор кафедры химической технологии полимерных композиционных лакокрасочных материалов и покрытий РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва.

Баранов Никита Олегович, студент 4 курса факультета нефтегазохимии и полимерных материалов РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва.

Зеленская Александра Дмитриевна, студентка 2 курса факультета нефтегазохимии и полимерных материалов РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва.

Литература

1. Григорян Н.С., Акимова Е.Ф., Ваграмян Т.А. Фосфатирование: учеб. пособие. - М.: Глобус, 2008. - 144 с.

2. Квасников М.Ю., Романова О.А. Уткина И.Ф., Смирнов К.Н., Киселёв М.Р., Королёв Ю.М., Крылова И.А., Антипов Е.М., Силаева А.А. Получение металлополимерных покрытий совместным электроосаждением на катоде полимерных электролитов и металлов// Высокомолекулярные соединения. сер. А . - 2015.- Т. 57, №4. - С.361-367.

3. Силаева А.А., Квасников М.Ю., Варанкин А.В., Антипов Е.М., Киселев М.Р., Крылова И.А. Лакокрасочные теплопроводящие медь-полимерные покрытия// Журнал прикладной химии. - 2015. - Т. 88, № 12. - С. 1699

4. Павлов А.В., Лукашина К.В., Лукъянскова А.И., Квасников М.Ю., Уткина И.Ф. Изучение возможности получения металлополимерных покрытий на основе цинка и полимерного электролита методом катодного электроосаждения //Успехи в химии и химической технологии. - 2014. - Т. 28, № 3 (152). - С. 58-60

5. Павлов А.В., Квасников М.Ю., Уткина И.Ф., Лукашина К.В. Цинк-полимерные покрытия, получаемые одновременным электроосаждением на катоде аминосодержащего полиэлектролита и электролитическим восстановлением цинка//Химическая промышленность сегодня. - 2015. - № 2. - С. 18-23.

6. П.И. Зубов, Л.А. Сухарева Структура и свойства полимерных покрытий. - М.: Химия, 1982. - 255 c.

7. Vertuest P. Anti-corrosion properties of zinc powder paintings using nano zinc metal powder/ P. Vertuest// China coatings journal. - 2009. - July. - P. 24-36.

Pavlov Alexander Valeryevich*, Kvasnikov Mikhail Yuryevich, Baranov Nikita Olegovich, Zelenskaya Alexandra Dmitrievna

D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia.

* e-mail: alexanderpavlov2013@mail.ru

Размещено на Allbest.ru