МЕТОДЫ УСКОРЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ ЛАКОКРАСОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ

Дешевый хостинг

Лакокрасочные покрытия, применяющиеся *в настоящее время в промышленности, не могут обеспечить полной непроницаемости для многих коррозионно-активных веществ.

Поскольку мы до настоящего времени еще не располагаем знаниями, позволяющими в полном объеме представить механизм коррозионного разрушения металлов под покрытием и

 

роль отдельных физико-химических свойств пленки в начале развития этого процесса, большое значение имеют ускоренные методы испытания лакокрасочных покрытий при комплексном воздействии отдельных факторов, имитирующих условия эксплуатации покрытий. Способы определения физико-химических свойств покрытий приведены в работе [49].

При разработке и выборе метода ускоренного испытания следует руководствоваться теми же принципами, которые были изложены в гл. 2 для ускоренных испытаний металлов, с учетом особенностей, обусловленных наличием на металле лакокрасочной пленки.

При проведении ускоренных испытаний следует учитывать коррозионную среду, в которой будут эксплуатироваться изделия с лакокрасочным покрытием, а также свойства материалов покрытий; температура испытания должна выбираться в соответствии с температурой, допустимой для данного материала. Для сокращения сроков испытания можно проводить на модельных системах, т. е. на системах с сокращенным числом слоев или с уменьшенной толщиной покрытия.

Как и при ускоренных испытаниях неокрашенных металлов, при определении защитной способности лакокрасочных покрытий необходимо проводить сравнительные испытания, т. е. одновременно испытывать покрытия, о которых есть данные о стойкости их в практических условиях « при ускоренных испытаниях.

Классификацию методов ускоренных испытаний защитных свойств лакокрасочных покрытий условно примем такой же, как ■и для металлов без покрытий, т. е. с учетом характера создаваемой среды.

Ускоренные испытания металлов с лакокрасочным покрытием проводят при непрерывном и периодическом погружении в различные электролиты или во влажных камерах, где воспроизводятся заданные условия.

Испытания при погружении в электролиты

При испытаниях окрашенных образцов в условиях полного или частичного погружения в электролиты очень важно правильно подготовить образцы. Окрашенные образцы не должны иметь оголенных мест, углы и края должны быть тщательно покрыты специальной замазкой или грунтовкой, стойкой в данной среде (обычно выбирают грунтовку естественной сушки). Необходимо следить за тем, чтобы толщина покрытия на всей поверхности образцов была одинаковой.

Для предотвращения касания образцов их погружают в отдельные сосуды, изготовленные из стекла, керамики, плекси- гласса, укрепляя на стеклянных, крючках, подставках или капроновых нитях.

Поскольку свойства лакокрасочных покрытий сильно зависят от воздействия света, даже при погружении в электролит следует предусмотреть одинаковую освещенность всех испытуемых образцов. В том случае, когда необходимо выяснить влияние ватерлинии на защитные свойства покрытий, окрашенные образцы помещают в электролит лишь на 7з их длины.

Электролитами для ускоренных испытаний в зависимости от условий эксплуатации, для которых предназначены покрытия, являются растворы NaCl концентрацией от 0,1 до 5%, искусственная морская вода, растворы кислот, щелочей и другие среды. Для ускорения процесса разрушения рекомендуется повысить температуру испытания и осуществлять перемешивание электролита или его циркуляцию.

Образцы для таких испытаний могут быть различной величины; чаще всего используют пластины размером 30X50; 50×100; 90X120 и 70X150 мм. Вместо пластин можно применять выточенные из металла стержни диаметром 12—15 и длиной 70—80 мм. В нижней части стержни должны быть закруглены для устранения влияния острых краев.

Испытания, воспроизводящие атмосферные условия

Лакокрасочные покрытия наиболее часто используются для защиты от атмосферной коррозии, поэтому и испытания, воспроизводящие эти условия, наиболее широко применяются в исследовательской и производственной практике.

Такие испытания проводят во влажной чистой атмосфере с периодической конденсацией или без нее, а также при введении в камеру различных агрессивных компонентов, содержащихся в атмосфере и ускоряющих процесс разрушения покрытий и металла под ними.

Одновременно при таких испытаниях предусматривают облучение и периодическое обрызгивание 3%-ным раствором хлорида натрия или водой, воспроизводящие условия работы конструкций в береговой зоне.

Если защитные покрытия предназначены для эксплуатации в промышленной атмосфере, в камеру вводятся диоксид серы, в морской — солевой туман, для эксплуатации в атмосфере химических производств — оксиды азота, хлор или другие компоненты.

Испытания проводят в аппаратах искусственной погоды — везерометрах.

В везерометре имеется цилиндрическая камера, в которой в вертикальном положении на специальных кассетах располагаются образцы металла с покрытием. Кассеты располагаются в радиальном положении на вращающемся барабанном устройстве. В аппарате предусматривается облучение двумя ртутнокварцевыми лампами и двумя электродуговыми лампами, по-

 

следние располагаются внутри барабана горизонтально. Образцы в аппарате искусственной погоды периодически орошаются струями воды, направленными под углом 45° к поверхности барабана.

Необходимая влажность в аппарате поддерживается водой, находящейся в сборнике под барабаном. Аппарат снабжен автоматической регулировкой температуры и переключателем, позволяющим устанавливать различные режимы смачивания.

Испытания в аппарате искусственной погоды проводятся ■в течение 10 сут и состоят из 10 циклов. Образцы осматривают через 1, 3, 5 и 10 сут после выдержки на воздухе в течение 1 ч.

В этом же аппарате производят испытания и тех покрытий, которые предназначены для защиты металлов во влажном тропическом климате и северных районах нашей страны, испытания ведутся циклически; режимы устанавливаются в соответствии с ГОСТ 9.074—77, 9.401—79, 9.404—81.

Для оценки защитной способности ингибированных покрытий, предназначенных для защиты металлов в период транспортирования и хранения, проводятся следующие испытания: при повышенных относительной влажности и температуре воздуха без конденсации влаги и с периодической конденсацией влаги; при повышенных относительной влажности и температуре воздуха при одновременном воздействии диоксида серы с периодической конденсацией влаги; при воздействии соляного тумана и повышенной температуре воздуха.

Для этой же цели проводят испытания при погружении в 3°/о-ный раствор хлорида натрия или в дистиллированную воду.

Продолжительность испытаний ингибированных покрытий определяется временем, требующимся для поражения коррозией от 2 до 5% площади незащищенного образца, но не более двух месяцев.

Метод испытания выбирают в зависимости от характера атмосферы, в которой предполагается эксплуатировать ингибированное покрытие, а также от условий хранения и размещения защищаемых изделий.

Комплексная оценка декоративных и защитных свойств покрытий

При применении лакокрасочных покрытий для защиты от коррозии металлов важно оценить не только их защитные, но и декоративные свойства.

На основе результатов широких исследований была создана единая система оценки состояния покрытий при проведении испытаний в различных условиях (ГОСТ 9.407—84).

Эта система предусматривает комплексную оценку декоративных и защитных свойств в соответствии с пятибалльной шкалой (табл. 5.1 и 5.2) и на основании обобщенной оценки.

 

БаллИзменение блескаМеление (по числу отпечатков)
по блескомеру, %при визуальном определении
1От 0 до 20Без изменения0
2Свыше 20 до 40НезначительноеДо 2
3Свыше 40 до 60ЗначительноеСвыше 2 до 5
4Свыше 60 до 80С ильноеСвыше 5 до 8
5С выше 80Очень сильноеСвыше 8

 

Изменение блеска покрытия определяют визуально или с помощью блеокомера. Степень меления определяют по величине отпечатка на приборе ПМ-1 (ГОСТ 163.76—71). Изменение цвета устанавливают визуально по сравнению с контрольным образцом.

Показатели защитных свойств характеризуют долей разрушенной поверхности и размерами дефекта, за исключением сморщивания, для которого оценивают только долю поверхности, подвергшейся этому виду разрушения.

Доля разрушенной поверхности покрытия X измерется при наложении на поверхность образца пластины из прозрачного органического стекла с нанесенной сеткой размером 10X10 мм или проволочной сетки и вычисляется по формуле (%):

X = (гуту -100,

где П] — число квадратов, в которых наблюдается один из видов разрушений, характеризующих защитные свойства покрытия; Пг— общее число квадратов на прозрачной пластине или проволочной сетке.

Доля разрушенной поверхности покрытия X измеряется при { %) визуально.

Таблица 5.2. Шкала оценки защитных свойств лакокрасочного покрытия в зависимости от доли разрушенной поверхности (%)

БаллДоля разрушенной поверхности (%) при наличииОтносительная оценка показателя а
растрескивания, отслаивания, пузырей, выветривания (растворения), сморщиваниякоррозии металла
1,0
■2 ‘До 5До 10,7
3Свыше 5 до 25Свыше 1 до 50,5
4Свыше 25 до 50Свыше 5 до 150,1
5Свыше 50Свыше 150,0

 

 

Без изменения

Незначительное посветлсние или потемнение

Появление различных оттенков цвета покрытия

Цвет покрытия плохо различим Цвет покрытия не различим

Механические частицы отсутствуют Отдельные механические частицы

Налет механических частиц; цвет покрытия различим

Налет механических частиц; цвет покрытия плохо различим Налет механических частиц; цвет покрытия неразличим

 

 

 

Размеры пузырей и очагов коррозионных разрушений выражают величиной диаметра (мм) и измеряют линейкой. Размеры растрескивания, отслаивания, выветривания (растворения) характеризуют глубиной разрушения покрытия — верхнего слоя, До грунтовки, до окрашиваемой поверхности — и определяют визуально или с помощью лупы.

Оценив декоративные и защитные свойства покрытия, приступают к составлению обобщенной оценки с учетом изменения каждого показателя. За обобщенную оценку состояния покрытия по декоративным свойствам принимают максимальный балл, отмеченный хотя бы для одного показателя по табл. 5.1 и 5.3. Для обобщенной оценки защитных свойств покрытия принимают максимальный балл.

Запись проведенной обобщенной оценки по декоративным и защитным свойствам производится в виде баллов.

Для более точной количественной характеристики состояния покрытия при исследовательских работах вводятся понятия «весомости» показателя (его влияния на общее состояние по-

Таблица 5.3. Шкала оценки защитных свойств лакокрасочного покрытия в зависимости от размера отдельных разрушений

БаллРазмер пузырей и очагов коррозионных разрушений (диаметр, мм)Растрескивание, отслаивание, выветривание (растворение)Относительная оценка показателя а
10Отсутствие разрушения1,0
2До 0,5Разрушение верхнего слоя, видимое при увеличении в 10 раз0,8
3Свыше 0,5 до 1,0Разрушение верхнего слоя, видимое невооруженным глазом0,4
4Свыше 1,0 до 3,0Разрушение до грунтовки0,2
5Свыше 3,0Разрушение до окрашиваемого металла0,0

 

при испытании в разных средах

Коэффициенты весомости в обобщенной
оценке л
Показатель
кислоты, ще-органическиеатмосферные
соединенияусловия
Декоративныесвойства(АД)
Блеск (Б)0,25_0,25
Цвет (Ц)0,250,25
Грязеудержание (Г)0,250,25
Меление (М)0,25
Защитные свойства (АЗ)
Выветривание (В)‘—0,15
Растрескивание (Т)0,050,100,20
Отслаивание (С)0,150,100,15
Сморщивание (СМ)0,150,35
Растворение (Р)0,050,05
Пузыри (П)0,200,250, 15
Коррозия металла (К)0,400,100,40
Линейный размер разрушения (ЛР)0,150,150,15

 

крытия) и устанавливается относительная оценка а каждого показателя в пределах от 0 до 1 (см. табл. 5.1 и 5.2). Расчет обобщенной оценки состояния декоративных свойств АД производится по уравнению

АД = ХаБ + ХаЦ + ХаГ + ХаМ,

где X — коэффициент весомости каждого вида разрушения (табл 5.4); аБ, аЦ, аГ, аМ — относительные оценки изменения блеска цвета, грязеудержа- ния, меления (величины в зависимости от балла определяются по табл. 5.2).

Расчет обобщенной оценки состояния защитных свойств покрытия АЗ для атмосферных условий производится по уравнению

А3= ХВ + ХР + ХС + ХП + ХЦ + ХК-

Для защитных и декоративных свойств относительная оценка отсутствующих показателей принимается равной единице.

Для жидких сред расчет обобщенной оценки защитных свойств покрытия производится по уравнению

АЗ=ХВ + ХТ + ХС+ХСМ + ХП + ХР + ХК,

где В, Т, С, СМ, П, Р, К — количественные оценки выветривания, растрескивания, отслаивания, сморщивания, пузырей, растворения и коррозии металла.

 

Эти показатели вычисляются по приведенным ниже формулам:

В = 0,6аВ + 0,4а Л Р;           Т = 0,6аТ + 0, 4а Л Р ;

С=0,6аС + 0,4аЛР;       СМ = аСМ;

Р=0,6аР + 0,4аЛР;       П= 0,6аП + 0,4аЛР;

К = 0,6аК+ 0,4аЛР.

Значения аВ, аТ, аС, аСМ, аР, аП, аК берутся из табл. 5.2; ЛР — линейный размер разрушения и его относительная оценка а устанавливаются в соответствии с табл. 5.3; коэффициенты весомости показателя ЛР приведены в табл. 5.4.

Кроме рассмотренной комплексной оценки декоративных и защитных свойств лакокрасочных покрытий, испытывающихся в различных условиях, принятой в настоящее время, существуют и другие способы оценки.

Так, например, при ускоренных испытаниях ингибированных покрытий для временной защиты изделий при транспортировании и хранении в зависимости от требований, предъявляемых к ним, и цели испытания выбирают следующие критерии оценки: по площади коррозионных поражений металлической поверхности образцов; по времени до появления первого коррозионного очага; по изменению электрохимических свойств в процессе испытания.

Допускается также производить оценку по изменению массы металлического образца после удаления покрытия и оптическим методом — по изменению блеска металлической поверхности образцов после удаления покрытия. Блеск и его изменения определяют по коэффициенту отражения или визуально — путем сравнения с поверхностью стандартных образцов.

Продолжительность испытаний защитной способности ингибированных покрытий должна быть такой, чтобы доля прокор- родировавшей поверхности незащищенного образца составляла 2—5%, но не более 2 месяцев.

Следует отметить, что образцы с покрытием и без него должны испытываться одновременно. Для оценки свойств покрытий в процессе испытаний производятся периодические съемы части образцов через установленные программой сроки.

Для оценки защитных свойств ингибированных покрытий и систем покрытий применяется электрохимический метод.

Электрохимический метод оценки защитных свойств лакокрасочных покрытий

Существует ряд электрохимических методов для оценки защитных свойств лакокрасочных покрытий в лабораторных условиях. Эти методы описаны в гл. 2 и основаны на наложении постоянного тока, что может привести к преждевременному разрушению материала покрытия, а также требует учета омического сопротивления лакокрасочной пленки.

Наибольшее распространение получил импедансный метод оценки защитных свойств как тонкослойных лакокрасочных покрытий, так и систем покрытий [50—52].

Импедансный, или, как его часто называют, емкостно-омический, метод заключается в измерении емкости и сопротивления окрашенного металла в электролите, изменяющихся под воздействием коррозионной среды. Метод основан на представлении, что металл с покрытием при погружении в электролит описывается эквивалентной электрической схемой, в которой емкость и сопротивление соединены параллельно, иными словами, в первый момент соприкосновения с электролитом система может рассматриваться как конденсатор с потерями, в котором металл и электролит являются обкладками, а диэлектрической прокладкой — лакокрасочное покрытие.

По мере увеличения несплошности покрытия и появления участков с прямой проводимостью электролит достигает поверхности металла, и измеряемая емкость будет определяться суммой электрической и электрохимической составляющих. Электрическая емкость мала по величине и не зависит от частоты, а электрохимическая емкость сильно зависит от частоты и возрастает по величине под воздействием электролита. Сопротивление зависит от частоты переменного тока в том случае, когда покрытие обладает высокими изоляционными свойствами, что характерно для начального момента воздействия электролита на лакокрасочное покрытие и для покрытий с высокими защитными свойствами. Для покрытий с низкими защитными свойствами характерно отсутствие или малая зависимость сопротивления от частоты.

Исходя из этого, за критерий оценки защитных свойств лакокрасочных покрытий в этом методе принято изменение частотной зависимости емкости и сопротивления окрашенного металла в электролите. Экспериментально было установлено, что измерения составляющих импеданса достаточно проводить при трех частотах: 500, 1000 и 20 000 Гц.

Измерения проводят на мостах переменного тока типа Р-568 (для ингибированных покрытий) [50] и на мосте Р-571 [52] или на установке, собранной из отдельных приборов [51]. В мостах

Рис. 5.1. Электрохимическая ячейка для измерения емкости и сопротивления металла с лакокрасочным покрытием:

/ — металл; 2 — покрытие; 3 — уплотнительная замазка; 4 — стеклянный стакан; 5 — электролит; 6 — вспомогательный электрод из платинированной платины

Рис. 5.2. Приспособление для крепления стеклянных стаканов на окрашенном металле:

1 — брусок из органического стекла; 2 — два слоя химически стойкой резины; 3 —образец; 4 — подставка из текстолита или органического стекла; 5-—* полые стеклянные цн« линдры; 6 — шпилька длиной 90 мм

и на установках используется наложение переменного тока с низким напряжением (100 мВ), не оказывающее влияния на ■свойства покрытия.

Измерения могут проводиться на образцах для ускоренных испытаний в виде пластин. Для проведения измерений применяют стеклянные полые трубки диаметром 25 мм и высотой 40 мм, наклеиваемые на образец. Образующаяся таким образом ячейка схематично представлена на рис. 5.1. В качестве вспомогательного электрода используется платинированная платина. При испытаниях в газовых средах для оценки защитных свойств этим методом используется специальное приспособление, позволяющее в момент измерения укреплять полые стеклянные цилиндры на окрашенных образцах. Схема такого приспособления показана на рис. 5.2. Рабочими поверхностями в этом случае являются участки поверхности на дне стеклянных сосудов. Для простоты расчетов целесообразно использовать стаканы с таким диаметром, чтобы образовывался электрод с поверхностью, кратной 1 см2.

Вспомогательный электрод опускается в электролит, налитый в стаканы на % его высоты; при этом электрод не должен касаться окрашенной поверхности. К измерительной установке или мосту ячейка подключается двумя контактами: вспомогательным электродом и участком образца с удаленным покрытием.

После того как в стаканы налит электролит, система должна быть выдержана перед измерениями в течение 0,5—1 ч.

Продолжительность испытаний, устанавливается исследователем в зависимости от вида покрытия и условий испытания. Обычно первые результаты можно уже получить через 10— 15 сут, ранее чем появились видимые изменения покрытия.

Если в мостах или установке емкость С и сопротивление R соединены последовательно, то полученные результаты необхо-

Рис. 5.3. Зависимость сопротивления покрытий R от частоты переменного тока f (толщина покрытия 50—55 мкм):

1-^2 слоя грунта АК-070+3 слоя эмали ХВ-16; 2 — 5 слоев грунта АК-070+1 слой эмали ХВ-16; 3— 1 слой грунта АК-070+2 слоя эмали ХВ-16;

I—3 — в начальный момент; Г—3′ — после испытания в 3%-ном растворе NaCl

 

 

Рис. 5.4. Зависимость емкости покрытия (толщина 50—55 мкм) от частоты переменного тока:

1— 2 слоя грунта АК-070+3 слоя эмали ХВ-16; 2 — 5 слоев грунта АК-070+1 слой эмали ХВ-16; 3 — 1 слой грунта АК-070+2 слоя эмали ХВ-16;

/■—3 — в начальный момент; 1’—3′ — после испытания в 3%-ном растворе NaCl

димо пересчитать по формулам

_______ £нзм_____

1 + (2л/)2 С2изм/?2изм ;

р _ ^изм [ 1 4- (2тт/)2 CW?zh3m]

(2л/)2

где Сизм • емкость, отнесенная к единице поверхности; f — частота переменного тока; R изм ~~ сопротивление при данной частоте тока, отнесенное к единице поверхности.

Защитную способность покрытий оценивают по характеру зависимости составляющих импеданса от частоты переменного тока, графически представляемой в координатах lg R-—lgf; С-lg/.

Для примера приведем полученные этим методом зависимости при испытании систем покрытий при погружении в 3%-ный раствор хлорида натрия (рис. 5.3 и 5.4). Как видно из рисунков, сопротивление и емкость покрытия из двух слоев грунтовки и трех слоев эмали (кривые 1) мало изменяются под влиянием коррозионной среды, следовательно, это наиболее стойкая из изученных систем. У системы из пяти слоев грунтовки и одного слоя эмали (кривые 2) после испытания появляется площадка на кривой, выражающей зависимость сопротивления от частоты переменного тока (рис. 5.3, кривая 2′). Проявляется и слабая зависимость емкости от частоты (рис. 5.4, кривая 2′). Следовательно, эта система обладает худшими защитными свойствами, чем система из двух слоев грунтовки и трех слоев эмали.

Самыми слабыми защитными свойствами из изученных обладает система из двух слоев грунтовки и одного слоя эмали (обозначена цифрой 3). У этой системы сопротивление после испытания снизилось на два порядка и уже не зависит от частоты (рис. 5.3, кривая 3′), а емкость, включающая в себя электрохимическую емкость, возросла по величине и сильно зависит от частоты (рис. 5.4, кривая 3′).

Для сопоставимости получаемых результатов необходимо измеренные значения сопротивления и емкости относить к единице поверхности, для чего сопротивление умножается, а емкость делится на площадь и выражаются соответственно в Ом-см2 и 1МкФ/см2. Необходимо также указывать, для какой толщины покрытия получены приводимые данные.

Допускается сравнивать величины сопротивления и емкости для образцов с различными покрытиями, не приводя к единице поверхности, но в этом случае следует указывать размеры площади, на которой проводились измерения.

Преимуществом этого метода оценки защитных свойств лакокрасочных покрытий является то, что он позволяет получить объективные данные о защитных свойствах покрытий и их изменении под влиянием коррозионной среды задолго до появления видимых коррозионных поражений.

Конечной целью всех ускоренных испытаний является не только получение сравнительных данных, но и прогнозирование коррозионной стойкости и защитной способности покрытий на длительный срок.

В работах [53, 54] предпринята попытка долгосрочного прогноза коррозионных потерь металла под лакокрасочным покрытием. Расчет производится с помощью физико-математической модели, в основу которой положено предположение, что скорость коррозии под покрытием пропорциональна доле активной части поверхности, не занятой адгезионными связями и продуктами коррозии. Расчетные данные были сопоставлены с экспериментальными, полученными на коррозионных станциях за период около 4 лет; расхождение составило 20%.

Окончательный вывод о пригодности описанного метода можно сделать лишь после более широкой проверки его для различных систем покрытий.

More from my site

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: