Введение к работе
Актуальность темы. Коррозионная агрессивность технологических и природных сред является одной из основных причин выхода из строя оборудования и сооружений. Убытки, причиняемые коррозией, исчисляются колоссальными суммами. Ущерб от коррозиошюго разрушения металлоконструкций может быть существенно снижен за счет осуществления различных мер защиты. На протяжении последних десятилетий все большее применение для этих целей находят лакокрасочные материалы, содержащие в качестве наполнителя цинковый порошок. Предпочтение, отдаваемое им по сравнению с другими защитными покрытиями, объясняется рядом факторов: они относительно дешевы, их срок службы сопоставим с продолжительностью коррозионной защиты горячеоцинкованными покрытиями, технология нанесения их сравнительно проста и может быть реализована как в заводских, так и полевых условиях.
В связи с расширяющейся областью использования протекторных грунтовок возникает необходимость прогнозирования их поведешія в различных условиях эксплуатации, что оказывается невозможным без точных представлений о механизме защитного действия самого покрытия. Существует целый ряд электрохимических методов, используемых в коррозионной практике для изучения коррозионных процессов, протекающих в лакокрасочных пленках. Однако, в силу принципиальных различий в механизме защитного действия типичных гидроизолирующих и цинкнаполненных полимерных покрытий большинство из них либо не применимы к последним, либо требуют иного подхода к интерпретации результатов измерений. Таким образом, несмотря на обширный экспериментальный материал, касающийся коррозиоішой стойкости цинксодержащих покрытий, адекватные методы исследования коррозионно-защитных процессов в протекторных грунтах практически отсутствуют. До настоящего времени недостаточно изученными остаются и физические свойства протекторных грунтовых пленок. Так, ігзвестно, что наличие пор в цинкнаполненных покрытиях оказывает существенное влияние на их защитное действие. Однако, в литературе данные относительно количественной оценки этой характеристики цинксодержащих композиций не были обнаружены. Помимо этого, мало внимания уделялось изучению электропроводных свойств протекторных грунтовых пленок, хотя именно способность проводить электрический ток является необходимым условием для проявления исследуемыми покрытиями протекторных свойств. В целом, можно констатировать отсутствие единого подхода в рассмотрении физико-химических и электрохимических свойств ме-галлнаполненных покрытий, который позволил бы в полном объеме представить механизм их коррозионного разрушения. Вследствие этого развитие методологии исследования физико-химических свойств цинкнаполненных покрытий, а также изучение механизма их защитного действия представляют интерес как с практической, так и с научной точки зрения.
Целью работы явилось:
— разработка экспериментальных методик изучения общей пористости и элек
тропроводности протекторных грунтовых пленок и количественная оценка этих
свойств;
— разработка целостной концепции поведения электрохимической системы
сталь — протекторное грунтовое покрытие — электролит в постоянном и пере
менном токе, учитывающей структурные особенности исследуемых покрытий.
Объект и методы исследования. В работе исследовали протекторную грунтовку ЦВЭС (цинк высокодисперсный на этилсиликатном связующем) ТУ 494К-А064-04-93, производимую АОЗТ "Высокодисперсные металлические порошки". Она представляет собой двухкомпонентный самоотверждающийся состав, содержащий в качестве металлического пигмента цинковый порошок марки ПЦВД (ТУ 494 К-А064-02-93), диспергированный в этилсиликатном связующем (ТУ 0165-09-95).
Плотность пленок ЦВЭС, а также отдельных составляющих протекторного грунта измеряли пикнометрическим методом.
Электропроводность покрытий измеряли с помощью моста переменного тока тип МИЕ классі. Токоподводы из серебряной фольги прижимали к исследуемому цилиндрическому образцу винтовой стяжкой.
Электрохимотеское поведение покрытий исследовали в гальваностатическом режиме с использованием потенциостата П-5848 и регистратора КСП-4. Рабочий электрод представлял собой стальную пластинку, окрашенную протекторным грунтом. Измерения проводили в стандартной трехэлектродной ячейке с разделенными электродными пространствами. В качестве рабочего был использован 0,1М раствор NaCl.
Комплексное сопротивление электродов с покрытием ЦВЭС измеряли в растворе состава: 0,1М NaCl + 0,01М ZnS04 при стационарном потенциале. Измерения осуществляли на мосте переменного тока Р-5021 при последовательном соединении элементов плеча сравнения.
Научная новизна. Впервые для оценки электропроводных свойств ме-таллнаполненных пленок была применена теория протекания, на основе которой выведено соотношение, адекватно описывающее зависимость удельного сопротивления металлполимерных композиций от объемной концентрации в них металлической фазы.
Разработана концепция электрохимического поведения металлнаполнен-ных композиций, учитывающая структурные особенности слоя краски и основанная на представлении протекторной защиты как перколяционного процесса анодного вытравливания частиц пигмента и образования гидроизолирующих слоев.
Предложена математическая модель анодного растворения металлического наполнителя в ходе процесса коррозионной защиты протекторными грунтовками.
Выбрана и обоснована эквивалентная схема, описывающая поведение в переменном токе окрашенного электрода и охватывающая все основные процессы, протекающие при воздействии на него коррозионной среды.
Практическая ценность работы. Впервые выполнены измерения плот-Еюсти и электропроводности покрытий ЦВЭС в широкой области концентраций цинкового порошка. Разработана методика определения полной пористости металлнаполненных покрытий.
Разработан гальваностатический метод исследования электрохимического поведения протекторных грунтовых покрытий, который позволяет выявить детали коррозионного процесса, протекающего в объеме покрытия в реальных условиях и недоступного прямому изучению.
Методы оценки состояния металлнаполненных покрытий, основанные на гальваностатических и импедансных измерениях, в дальнейшем могут быть использованы при создании комплексной методики ускоренных коррозионных испытаний протекторных грунтовых покрытий.
На защиту выносятся:
-
Экспериментальные данные по плотности, пористости и электропроводности покрытий ЦВЭС.
-
Установленная взаимосвязь между электропроводными свойствами металлнаполненных покрытий и содержанием металлического порошка в них.
-
Модель анодного растворения протекторных грунтовых покрытий, отражающая стадийность их защитного механизма и позволяющая выявить детали коррозионного процесса, протекающего в реальных условиях.
-
Эквивалентная схема, описывающая поведение в переменном токе электрода с металлнаполненным покрытием при воздействии на него раствора электролита.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на: I Научно-технической конференции молодых ученых и аспирантов НИ РХТУ-97 (Новомосковск, 1997); VIII Всероссийской студенческой научно-технической конференции «Проблемы теоретической и экспериментальной химии» (Екатеринбург, 1998); 13th International Congress of Chemical and Process Engineering «CHISA'98» (Prague, 1998); Межвузовской научно-практической конференции «Ресурсосберегающие электрохимические технологии и проблемы экологии» (Екатеринбург, 1998).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 147 страницах и состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы из 92 наименований. Работа содержит 28 рисунков, 6 таблиц и 1 приложение.
Благодарность. Автор диссертационной работы благодарит АОЗТ «Высокодисперсные металлические порошки» за предоставление образцов с исследуемыми покрытиями.