Забарвлення іржавого металу

Створення декоративно-захисних покриттів на металевих поверхнях з щільною іржею і окалиною.

Як відомо, чорні метали (до яких відноситься залізо і деякі його сплави) термодинамічно нестабільні і досить легко окислюються в присутності води і кисню, швидко з'являється знайома всім іржа. Ще швидше цей процес протікає в умовах забрудненого навколишнього середовища - різні хімічні сполуки, так чи інакше присутні в повітряному і водному середовищі, прискорюють цей процес.
Іноді за лічені рік-два, а то і менше, здавалося б, «нові» металоконструкції, обладнання, агрегати машин і механізмів можуть покриватися шаром іржі. Картина знайома багатьом!
Сумарний збиток, принесений в результаті корозії металів в промислово розвинених країнах, досягає 5% національного доходу.
На жаль, використання в таких випадках традиційних способів захисту металів з ретельної очищенням від іржі, обробкою поверхні спеціальними пасивуючими складами, ґрунтуванням і подальшим нанесенням ЛФМ (лакофарбові матеріали) не завжди можливо (з економічних, екологічних, а іноді просто практичних міркувань). Дійсно, далеко не завжди є можливість поставити на капремонт міст, по якому і вдень і вночі йде інтенсивний рух, поставити «на прикол» автотранспортні засоби, відключити на тривалий час обладнання, машини, механізми, постійно зайняті у виробничому процесі. Та й вартість робіт з попередньої підготовки поверхні, пов'язаної з видаленням щільної іржі і окалини, досягає в окремих випадках до 80% загальної вартості фарбувальних робіт.
У такій ситуації можна спробувати (а це іноді і робиться) нанести звичайну фарбу безпосередньо на іржаву поверхню, без попередньої обробки. Однак, такий «оперативний» спосіб антикорозійного захисту металу обертається новими клопотами і витратами, т. К. Традиційні ЛФМ (навіть на органічній основі) не забезпечують повну ізоляцію поверхні. Волога все одно рано чи пізно проникає крізь плівку фарби і розвиток корозії, особливо при наявності вже наявної іржі і окалини, буде відбуватися дуже швидко.
У науково-технічній літературі описується досить велика кількість спеціальних ЛФМ, які можуть наноситися «прямо на іржу». Найбільше число таких матеріалів відноситься переважно до вододисперсійним (водорозчинні) грунтам і грунт-фарбам, що містить в своєму складі фосфорну кислоту, яка хімічно пов'язує (перетворює) іржу, а що утворюється полімерна плівка ізолює поверхню металу від впливу середовища.
Також відомі і органоразбавляємиє двухупаковочние склади (основа + затверджувач), що містять інгібітори корозії і цільові добавки на основі епоксидних смол (ЕП-0199, грунт-емаль «Греміруст») або з додаванням тієї ж епоксидної смоли в органічний розчин сополимера вінілхлориду з вінілацетату (ХС -500).
Не дивлячись на те, що водорозчинні склади відрізняються більшою екологічністю і меншою вартістю, застосування їх в якості фінішних покриттів можливо лише в тих випадках, коли до них не пред'являється вимог по високій декоративності або коли вони застосовуються в умовах відносно невисокою агресивності середовища. Покриття, утворені спеціальними вододисперсний ЛФМ зазвичай матові, не мають широкої колірної гами і мають відносно високу пористість. До того ж використання їх обмежується досить вузьким інтервалом температур (зазвичай не нижче +8 ° С) і вологістю повітря не більше 75%. Найкраще застосування таких матеріалів - для попереднього грунтування (пассірованія поверхні) з подальшим нанесенням органоразбавляємих ЛФМ.
Для фінішного нанесення «на іржу» з перерахованих вище ЛФМ для створення покриттів, одночасно володіють як захисними властивостями (в т. Ч. В умовах підвищеної агресивності середовища), так і більш високою декоративністю, слід віднести двухупаковочние органоразбавляємиє ЛФМ з використанням епоксидних смол. До єдиного недоліку даних ЛФМ (при потенційній можливості розширення їх колірної гами) можна віднести їх двухупаковочние, що не завжди влаштовує споживача, з огляду на нетривалої життєздатності цих складів після змішування. Особливо цей недолік проявляється при необхідності проведення великомасштабних ремонтно-відновлювальних фарбувальних роботах.
У зв'язку з цим виникає важливість обговорення пропонованих сьогодні на вітчизняному ринку спеціальних однопакувальний органоразбавляємих захисно-декоративних ЛФМ.

Залізо і його властивості. Корозія заліза.

Перш, ніж перейти до більш докладного ознайомлення з такими однопакувальний складами, для оцінки ефективності їх застосування на проблемних металевих поверхнях, необхідно згадати і ще раз проаналізувати, що таке корозія, і як вона розвивається безпосередньо на залозі і чому окалина та іржа знаходяться на поверхні заліза , сприяють прискоренню корозійного процесу.
Отже: Корозія - це мимовільне руйнування металів, що відбувається під хімічним впливом навколишнього середовища.
З самого визначення корозії вже випливає те, що, щоб їй запобігти, треба якомога ефективніше ізолювати метал від цього середовища.
Звідси випливає необхідність застосування ЛФМ, які утворюють стійкі лакофарбові покриття (ЛКП), що забезпечують максимальну ізоляцію металевої поверхні від впливу зовнішнього середовища.
У зв'язку з цим треба пам'ятати, що не буває ідеальних покриттів, що забезпечують 100% -ву ізоляцію, особливо це стосується тонкоплівкових (80-120 мкм) покриттів, утворених ЛФМ. Ступінь цієї ізоляції для різних видів ЛФМ може тільки більш-менш наближатися до ідеальної. І тут не останню роль відіграє не тільки тип використовуваного пленкообразователя, але і раціональний підбір спеціальних пігментів, які здатні створити певний додатковий бар'єр проникненню вологи до поверхні металу.
Для більш детального розуміння питання корозії заліза, необхідно зупинитися на його деяких, в т. Ч. Хімічних властивостях.
Залізо - сріблястий пластичний метал, що добре піддається куванні, прокатці і ін. Видам механічної обробки.
Залізо має більшу спорідненість до кисню. З сухим повітрям компактне залізо починає помітно реагувати лише вище 150 ° С. При прожаренні на повітрі воно дає проміжний оксид Fe3O4 (з хімічної точки зору представляє суміш оксидів FeO і Fe2O3), який також утворюється при куванні і гарячої прокатки заліза (окалина). Окалина має більш позитивний електродний потенціал у водних розчинах в порівнянні з потенціалом заліза, тому в воді, у вологому атмосфері, в розчинах солей при наявності окалини (в місцях її порушення) спостерігається інтенсивна корозія сталі.
Такий же ефект прискореної корозії заліза відбувається при порушенні суцільності катодних покриттів: лудженого залозі, заліза, покритого нікелем, міддю і іншими більш благородними металами, т. К. В даному випадку, як і в разі окалини, в утворюється (у присутності вологи) електрохімічної парі, залізо, виконуючи функцію анода, швидко окислюється (корродирует).
Окалина досить міцно зчеплена з металом, і її видалення є найбільш трудомісткою операцією.
Залізо, як уже зазначалося, належить до групи металів підвищеної термодинамічної нестабільності, для якої значення електродного потенціалу менше, ніж потенціал водневого електрода при pH = 7 (-0.412 В). Однак, вода, яка не містить повітря, майже не взаємодіє з залізом, тому що на його поверхні утворюється щільний шар білої гідроксиду двовалентного заліза [Fe (OH) 2], яка має захисну дію навіть при дуже невеликій товщині. У присутності повітря, навпаки, утворюється щільна бура гідроокис тривалентного заліза [Fe (OH) 3], яка складає основу іржі, і корозія різко прогресує. Хімізм процесу, в даному випадку, виглядає наступним чином:

Fe + 2H2O → Fe (OH) 2 + H2 (у відсутності кисню)
2Fe + 3H2O + 3 / 2O2 → 2Fe (OH) 3 (в присутності кисню)
2Fe (OH) 2 + ½O2 + H2O → Fe (OH) 3

Процес утворення іржі відбувається через стадію накопичення в поверхневому шарі іонів Fe3 + і гідроксид-іонів і після перевищення їх концентрації вище критичної - пересичення (характеризується твором розчинності Fe (OH) 3), відбувається кристалізація твердого речовини на поверхні заліза.
Наявність вже наявної іржі надає каталітичне вплив на прискорений розвиток корозії внаслідок наявності більш енергетично вигідних (ніж чиста поверхню заліза) центрів кристалізації, створення прискореного перенесення розчиненого повітря (кисню) до заліза за рахунок окислювально-відновних реакцій, що відбуваються між іонами Fe3 +, залізом і розчиненим киснем:

2Fe3 + + Fe0 → 3Fe2 +
2Fe2 + + ½O2 + H2O → 2Fe2 + + 2 (OH)¯

Звідси випливає, що найбільш оптимально використовувати ЛФМ, які при нанесенні на іржу могли б змінити її хімічний склад - модифікувати.
Модифікування наявної іржі сприяє уповільненню процесу корозії в разі проникнення вологи через покриття, проте, не усуває повністю можливість її підплівкова розвитку. У цій в'язі необхідно розглянути ще один можливий механізм захисту чорних металів, пов'язаний з наявністю в ЛФМ інгібіторів корозії.
Як приклад можна зупинитися на дії фосфату цинку - Zn3 (PO4) 2nH2O, який завдяки своїй низькій токсичності і невисокої вартості, є одним з найбільш вживаних, в т. Ч. За кордоном, протикорозійних пігментів, призначених для багатьох органо-і водорозбавляються ЛФМ .
Механізм протикорозійного дії фосфату цинку включає дисоціацію фосфату під дією води (вологи), що проникає в ЛФМ з утворенням комплексної кислоти:

Zn3 (PO4) 2 4nH2O ↔ [Zn3 (PO4) 2 (OH) 2 (H2O) 2] 2¯ + 2H +,

Комплексна кислота (або її комплекси з пленкообразователями) реагують з іонами заліза на анодних ділянках з утворенням стабільних, міцно утримуваних комплексних інгібіторів корозії:

[Zn3 (PO4) 2 (OH) 2 (H2O) 2] Fe або [Zn3 (PO4) 2 (H2O) 2 (OH) (COOH)] Fe

Мінімальні вимоги до ЛФМ «по іржі» і їх максимальні можливості.

Підводячи підсумок вищевикладеного випливає, що для створення декоративних та одночасно захисних покриттів на металевій поверхні з щільною іржею і окалиною (попереднє видалення пухкої (нещільної) іржі (як і інших механічний забруднень) в будь-якому випадку необхідно, тому що вона перешкоджає адгезії покриттів і підсилює осмотичний проникнення води під плівку внаслідок наявності в ній розчинних продуктів) спеціальні ЛФМ повинні володіти як мінімум першим з трьох нижче перерахованих властивостей:

утворювати покриття, максимально ізолюючі металеву поверхню від води (вологи) і можливого надходження з нею більш агресивних речовин (що знаходяться в міській та промислової атмосфері оксиди сірки і азоту, конденсуючись разом з вологою, роз'їдають метал, а хлорид-іони, присутні в морській воді і атмосфері приморських районів, адсорбируясь на поверхні заліза, перешкоджаючи утворенню на ній захисних шарів, прискорюють розвиток корозії) і одночасно зберігають досить тривалу стійкість до тих умов навколишнього природ їй середовища, в яких планується їх експлуатація;
по можливості змінювати хімічний склад іржі - модифікувати її;
по можливості утримувати в своєму складі додаткові компоненти (в т.ч. інгібітори корозії), здатні на планований термін служби покриття максимально виключити розвиток подпленочной корозії.

У наведеній на наступній сторінці таблиці (як приклад) розглянуті основні технічні характеристики спеціальних однопакувальний органоразбавляємих ЛФМ, які пропонують виробники лакофарбових матеріалів (що володіють одним або декількома з перерахованих вище властивостей), які при нанесенні на металеву поверхню з щільною іржею і окалиною, утворюють декоративні та одночасно захисні покриття. Там же зазначені основні прийоми і рекомендації з попередньої підготовки поверхні і нанесення покриттів.
При оцінці і виборі споживачем того чи іншого матеріалу, з наявних сьогодні на ринку для нанесення «по іржі», крім декоративності, слід приділити особливу увагу таким характеристикам, як механізм захисної дії утвореного покриття, умови і прогнозовані терміни його експлуатації (пункти 4, 10 , 12 в таблиці), а також витрати матеріалу (пункт 6) для досягнення необхідної товщини сухого покриття.
Повертаючись до ЛФМ, зазначеним в таблиці, необхідно відзначити, що не дивлячись на те, що вони (крім поліуретанового лаку) випускаються в широкій колірній гамі, великими захисними властивостями володіють ті з них, в яких в якості пігменту використовується алюмінієва пудра. Крім додання ЛКП підвищеної ізолюючої здатності, високої покриваності і характерною декоративності (металевого блиску), алюмінієва пудра сприяє підвищенню відбивної здатності покриттів до будь-яких видів випромінювання (видиме світло, теплове, УФ-випромінювання) і знижує температуру забарвлених об'єктів на 5-10 °, забезпечуючи тим самим і більш «м'які» умови експлуатації для самого покриття.

Про переваги.

Застосування спеціальних ЛФМ «по іржі», в т. Ч. І для фарбування нових металевих поверхонь, не дивлячись на їх відносну вищу вартість в порівнянні з традиційними ЛФМ, дозволяє відмовитися від ряду трудомістких і дорогих операцій з видалення щільної іржі і окалини, пассивации і попередньою грунтуванню металевих поверхонь. Це значно спрощує і здешевлює всю технологію антикорозійного покриття, і в ряді випадків може бути чи не єдиним способом проведення ремонтно-відновлювальних робіт забарвлень.
Уже сьогодні перераховані в статті ЛФМ з успіхом використовуються на практиці в найрізноманітніших галузях і особливо при великомасштабних роботах по захисту від корозії будівельних металоконструкцій - ферм, мостів, опор, решіток, деталей машин і механізмів, газо- водопровідної арматури, труб і мн. ін.

Технічні характеристики спеціальних ЛФМ, які пропонують виробники лакофарбових матеріалів для захисно-декоративного фарбування металевих поверхонь з щільно-тримається іржею і окалиною.

Емаль ПФ-5000 «HammerRus»

ЕФЕКТИВНА бар'єрного захисту, яка полягає в механічної ізоляції фарбується від вологи за рахунок входять до складу фарби прозорих склоподібних мікрочастинок, алюмінієвої пудри і силіконів, що забезпечують водовідштовхувальні властивості.

До складу емалі додатково включено спеціальний органічний інгібітор, що перешкоджає розвитку подпленочной корозії в разі будь-якого механічного порушення цілісності покриття.

Пасивацію ПОВЕРХНІ за рахунок взаємодії металу та іржі зі спеціальними органічними і неорганічними добавками, що входять до складу емалі, з утворенням на кордоні «метал-емаль», «іржа-емаль» міцно утримує комплексних інгібіторів корозії, що запобігають розвитку подпленочной корозії в разі будь-якого механічного порушення цілісності покриття. Бар'єрного захисту забезпечується ефективними ізолюючими пігментами і спеціальними водовідштовхувальними присадками.

ЕФЕКТИВНА бар'єрного захисту здійснюється за рахунок отвержденного поліуретанового полімеру, який володіє високою хімічною стійкістю, низькою проникністю і високим ступенем зчеплення (адгезію) з металевою поверхнею. При нанесенні UR-108 (Zn) досягається посиленням бар'єрної захисту за рахунок «закупорювання пір» в шарі покриття продуктами окислення металевого цинку. ПЕРЕТВОРЕННЯ (ЦЕМЕНТІРВОАНІЕ) ІРЖІ відбувається в результаті хімічної взаємодії гідратної вологи іржі з поліуретановим полімером.

Стійко до слабкого хімічного руйнування в результаті диму і випарів, а також бризок розбавлених кислот і лугів (максимально 10% розчин), бензину, дизельного палива і інших речовин, що застосовуються в будівництві.

Стійко при постійному контакті з наступними агресивними середовищами: розчини солей, лугів, кислот, спиртів; нафту, мазут, дизельне паливо, бензин; мінеральні і синтетичні масла; тваринні та рослинні жири; солі, мінеральні добрива та ін.

Межі температур при експлуатації: