Холодное цинкование

Главная → Холодное цинкование

 

     Эффективная защита подземных трубопроводов от коррозии возможна при сочетании электрохимической (катодной) защиты и пассивной защиты (изолирующие покрытия). При этом такие характеристики катодной защиты как зона защиты, ток и напряжение СКЗ зависят от сопротивления изолирующего покрытия. Чем выше сопротивление, т. е. чем лучше его экранирующие свойства, тем больше протяженность трубопровода, на которой поддерживается защитный потенциал и ниже потребляемый защитный ток. При идеальном, совершенно непроницаемом для коррозионной среды покрытии, необходимость в катодной защите вообще отпала бы,  но даже при высоком качестве изолирующего покрытия всегда некоторое количество влаги проникает внутрь покрытия. При малейшем дефекте покрытия и проникновении влаги до стали становится возможной работа катодной защиты.

     Дальнейшее развитие событий, в отсутствие механических воздействий, может развиваться по следующим сценариям. При нормальном уровне защиты, катодный потенциал в порах обеспечивает только восстановление кислорода по реакции

О2+2Н2О+4е=4ОН-.

     Этот процесс, хотя и наиболее благоприятный, однако может приводить к медленному равномерному разрушению изолирующего покрытия за счет омыления органической основы гидроксильными ионами.   В случае недозащиты, когда катодный потенциал в порах не достигает защитного значения, по периметру поры возникнет анодная зона. При этом начинается коррозия металла и возникнет подтравливание. Это начало т.н. подпленочной коррозии. Наиболее неприятные последствия подпленочной коррозии обусловлены тем, что в зону коррозии силовые линии электрического поля практически не проникают даже если катодный потенциал в этой области увеличить. Область подпленочной коррозии может возникнуть также в результате потери адгезии защитного покрытия в результате катодного отслаивания при перезащите, когда на поверхности металла начинает выделяться водород. Во всех случаях при катодной защите происходит подщелачивание среды у поверхности  защищаемого изделия и в порах изолирующего покрытия. Под действием гидроксил-анионов происходит разрушение связующего и нарушение адгезионных связей, что также приводит к развитию подпленочной коррозии. Следствием такой коррозии является не только разрушение стали, но и дальнейшее разрушение покрытия. 

     Важно отметить, что при подпленочной коррозии катодная защита оказывается неэффективной, поскольку очаги коррозии изолированы от воздействия поляризующего электрического поля.  Таким образом, для повышения  качества противокоррозионной защиты необходимо с одной стороны улучшение экранирующих свойств покрытия при одновременном снижении вероятности его отслаивания, а с другой стороны, возникновение защитного эффекта под слоем покрытия в зонах отслаивания.

     Подпленочная коррозия возникает не только при катодной защите. Для повышения стойкости против отслаивания используют разные приемы. Листование - применение наполнителя (алюминия, слюды) в виде частиц чешуйчатой  или пластинчатой формы. В присутствии таких наполнителей, как чешуйки алюминия, образуется дополнительный барьерный слой, что усиливает изолирующие свойства покрытия. При образовании полости под пленкой и начале коррозионного процесса взаимодействие наполнителя с гидроксил-анионами приводит к снижению щелочности среды и уменьшению разрушения связующего. При этом снижается вероятность отслаивания покрытия.  Используют также связующие с высокой адгезией к металлу: эпоксидные краски по стали, резины по латуни и т.п. Применяют пассиваторы, протекторные краски.

Для борьбы с подпленочной коррозией в ряде стран успешно применяют цинкнаполненные лакокрасочные грунтовки с последующим нанесением изолирующего покрывного слоя. При использовании такого вида покрытия, первоначально покрытие работает как обычное экранирующее, однако после возникновения дефекта в покрывном слое, вступает в действие защитный механизм ЦНП. Защитное действие ЦНП - сочетание изолирующего, протекторного и гидроизолирующего защитных механизмов. Такая же последовательность вступления в силу различных механизмов наблюдается и при наложении катодной защиты.

     Цинкнаполненные лакокрасочные покрытия являются эффективным способом защиты стали от коррозии. Преимущества таких покрытий связано с реализацией указанных 3-х механизмов защиты. До момента появления дефектов или проникновения влаги в покрытие они выполняют функции изолирующих покрытий благодаря сплошной пленке органического связующего. После проникновения влаги до стальной основы начинает функционировать протекторный механизм защиты. На границе слоя краски и стенки трубы, образуются гальванопары цинк/железо, в которых цинк играет роль жертвенного анода, а сталь является катодом, то есть цинк растворяется , а на стали идут процессы восстановления компонентов коррозионной среды .

     Раствор внутри пленки подщелачивается вследствие образования анионов гидроксила, что приводит к образованию нерастворимого гидроксида цинка и основных солей цинка. Нерастворимые соединения цинка в виде белого налета заполняют дефекты и поры в цинкнаполненном покрытии, что препятствует полному растворению цинка и является дополнительной защитой стали от коррозии. Этот третий механизм защиты еще называют гидроизолирующим. Последние два механизма защиты реализуются независимо от того проникают силовые линии электрического поля в область подпленочной коррозии или нет.

     В зависимости от типа связующего и степени его взаимодействия с цинковым пигментом у цинкнаполненных композиций могут по-разному проявляться указанные 3 механизма защиты. Например, для эпоксидных составов, у которых связующее хорошо смачивает цинк, а сопротивление покрытий велико, в большей степени проявляется изолирующая стадия защиты и менее эффективна протекторная. У покрытий на основе полистирола электропроводность выше, поэтому они более эффективны на стадии протекторной защиты. При этом оба вида ЦНП являются эффективным средством защиты от коррозии.

         Для того, чтобы успешно выполнять свои защитные функции цинкнаполненные покрытия должны содержать не менее 80-90 мас.% цинка (в зависимости от типа связующего). Однако, при высоком содержании цинка ухудшаются адгезионные свойства покрытий. В зависимости от условий эксплуатации требуются покрытия с различным содержанием цинка. В агрессивной среде, где возможна недозащита, желательно использовать грунтовки с высоким содержанием цинка, хоть это и приведет к снижению адгезии, т.к. в этом случае цинк будет выполнять роль протектора. В тех случаях, когда возможна перезащита, происходит бурное выделение водорода и гидроксил-ионов, что может усиливать катодное отслаивание, желательно использовать композиции с меньшим содержанием цинка, что повысит адгезионные свойства. Границы концентраций будут определяться экспериментально применительно к марке стали, типу связующего и условиями эксплуатации (климат).

Очень важны структурные характеристики металлического наполнителя (размер частиц, форма, гранулометрический состав). В настоящее время для приготовления цинкнаполненных композиций используют порошки, состоящие из частиц сферической формы. Порошки, полученные электролизом, обладают разветвленной структурой. При их использовании содержание цинка в грунтовках ниже. Меньшее наполнение цинком возможно благодаря дендритной форме частиц, вследствие чего  образование проводящих мостиков (кластеров) происходит при меньшей массовой концентрации цинка.

         Структура защитного цинкнаполненного покрытия должна выглядеть следующим образом. Для реализации протекторного механизма защиты необходимо наличие непосредственного контакта частиц цинка и стальной основы. Это возможно при наличии в покрытии сплошных цепочек цинка, имеющих контакт со сталью. Другими словами цинкнаполненные слои должны быть электропроводны. Вследствие того, что цинканполненные составы состоят из разных по природе и свойствам фаз: органическое связующее, порошок цинка, различные реологические добавки, - они имеют определенную пористость. Однако, для ЦНП пористость не является недостатком, так как при проникновении влаги (ионного проводника) в поры и дефекты покрытия становится возможным работа защитных гальванопар цинк/железо.


     Преимущества защитных цинкнаполненных покрытий:

1.     Длительность защитного действия.

2.     Защита при наличии поврежденных участков в покрытии. ЦНП обладают способностью к "самозалечиванию" в местах дефектов покрытий (царапины, сколы).

3.     Возобновляемая защита - возможность чередования протекторного и гидроизолирующего механизмов защиты, простота нанесения.

4.     Благодаря электропроводности они не накапливают статического электричества.

5.     Возможность применения цинкнаполненных композиций в качестве грунтовок в составе пассивной защиты одновременно с катодной защитой.

     Использование протекторной краски как единственного покрытия в сочетании с катодной защитой невозможно, так как покрытие становится электропроводным. Но использование цинкнаполненной композиции в качестве грунтовки под слой изолирующего покрытия, в силу описанного механизма защиты, оказывается чрезвычайно эффективным средством борьбы против подпленочной коррозии.

Благодаря изолирующему покрывному слою сопротивление такой системы высокое, что необходимо для  получения протяженной зоны защиты. При появлении дефектов в покрытии цинкнаполненный грунт выполняет роль дополнительной протекторной защиты и предупреждает развитие коррозионного разрушения железа под пленкой. Кроме того цинк способен вступать во взаимодействие с гидроксил-анионами, нейтрализуя их вредное влияние на полимерное связующее.

     Необходимо также отметить, что использование цинкнаполненных  грунтовок позволяет защитить от коррозии части конструкций, непосредственно не контактирующих с почвой или находящиеся в «тени» катодной защиты: выступающие над поверхностью, в пустотах естественного или искусственного происхождения, за металлическими или непроводящими телами на пути тока катодной защиты.


     Цинкнаполненные композиции, таким образом, как самостоятельное покрытие используются для защиты стальных конструкций от атмосферной коррозии. Нанесение цинкнаполненных грунтовок под изолирующее покрытие позволит повысить эффективность противокоррозионной защиты подземных трубопроводов, уменьшить катодное отслаивание и избежать подпленочной коррозии.


Данная статья является интеллектуальной собственностью ООО "НПП Электрохимия" Любое копирование без прямой ссылки на сайт www.zctc.ru преследуется по закону. Текст статьи обработан сервисом Яндекс "Оригинальные тексты"

Яндекс.Метрика