Коррозия и защита от нее

Что такое — преобразователи ржавчины и насколько они эффективны?

Актуальность поисков новых антикоррозионных материалов и методов защиты прокорродированного металла обусловлена многими факторами, в том числе постоянно возрастающим объемом производства изделий из металлов, дефицитом технических средств и производственных мощностей для подготовки поверхности перед окраской механическими и химическими методами, недостаточным объемом производства антикоррозионных грунтовок, содержащих дорогостоящие пассивирующие пигменты, а также их токсичностью.

Преобразователями ржавчины являются композиции, способные обезвреживать агрессивные примеси и стабилизировать состояние ржавчины. А ржавчина обычно представлят собой сложную систему, состоящую из продуктов коррозии (оксиды и гидроксиды различных модификаций) и посторонних примесей (соли, пыль и др.). Фазовый и химический составы, а также свойства этих продуктов зависят от агрессивности среды, в которой они образовались. Применение наиболее распространенных преобразователей ржавчины на основе фосфорной кислоты обусловлено ее способностью образовывать на поверхности стали слой фосфатов железа, однако сильная кислотность таких состаВОВ может впоследствии отрицательно повлиять на защиту металла лакокрасочными покрытиями. Следует также отметить применение преобразователей ржавчины на основе частично блокированной фосфорной кислоты.

Одним из перспективных направлений антикоррозионной защиты прокорродировавшей поверхности, в частности при невозможности использования традиционных технологий, является применение водных преобразователей ржавчины, характеризующихся значениями рН 5,0 -6,5. Определенные ограничения таких преобразователей были связаны с их сравнительно слабыми антикоррозионными свойствами. В настоящее время разработаны и используются модифицированные нейтральные преобразователи ржавчины, содержащие ингибиторы коррозии и пленкообразующие вещества (грунты-преобразователи), которые могут обеспечить достаточно длительную защиту прокорродировавшей поверхности. Преимуществами этих материалов является возможность исключения промывки обработанной поверхности, а также отсутствие подпленочной коррозии.

В качестве примера можно привести преобразователь ржавчины ИФХАН-58ПР, разработанный в ИФХ РАН на основе водного раствора танинов (рН 5 — 6). Результаты его испытаний в условиях высокоагрессивных сред, содержащих хлориды и сульфаты, свидетельствуют о перспективности использования в качестве грунтовки для последующего нанесения лакокрасочных покрытий (Пк).

Какие требования предъявляются к антикоррозионным лакокрасочным материалам?

Требования к антикоррозионным ЛКМ устанавливаются в соответствии с условиями эксплуатации: агрессивностью окружающей среды, температурой, влажностью и другими параметрами, природой окрашиваемой поверхности, конструкцией защищаемого изделия. Для выполнения основного назначения защитных Пк необходимо обеспечить высокую адгезию, наличие в грунтовке эффективных противокоррозионных пигментов и наполнителей, химическую инертность пленкообразующих веществ, заданные функциональные свойства Пк. Например, Пк, рекомендуемые для противокоррозионной защиты внутренней поверхности стальных резервуаров для нефтяной эмульсии, должны иметь следующие основные свойства: выдерживать воздействие минерализованной воды, нефтяной эмульсии, сероводорода, кислорода; защищать поверхность резервуара от коррозии в течение 3—5 лет, иметь высокую адгезию к металлу, сохранять эксплуатационные качества в рабочем диапазоне температур, иметь хорошую эластичность, отверждаться при комнатной температуре. Поскольку условия эксплуатации Пк чрезвычайно многообразны, требования к ним широко варьируются.

Необходимые защитные свойства антикоррозионных ЛКМ зависят от оптимального выбора их состава. Пленкообразователь должен обеспечивать создание сплошного Пк, изоляцию и защиту поверхности. Его выбор определяется областью использования окрашиваемых изделий. Пигменты обеспечивают цвет и укрывистость, а в совокупности с пленкообразователем — барьерные и физико-механические свойства Пк.

Кроме того, защитные грунтовки содержат в своем составе антикоррозионные пигменты и наполнители, пассивирующие поверхность металла. Примером могут служить соединения свинца (свинцовый сурик, свинцовые и свинцово-молибдатные крона), но их применение из-за высокой токсичности ограничено. В настоящее время в качестве антикоррозионных пигментов используют соединения цинка (металлический цинк, цинковые крона, фосфат цинка), а также некоторых других металлов.

Для повышения защитных свойств Пк в рецептуры ЛКМ, в том числе водно-дисперсионных, входят ингибиторы коррозии различных видов.

Отметим, что иногда некоторые ЛКМ (например, меламино- и мочевиноалкидные) содержат в качестве катализаторов отверждения фосфорные кислоты и их производные, способные к преобразованию ржавчины.

Какими методами можно контролировать эффективность защита от коррозии резервуаров?

Наиболее достоверные данные о защитных и других свойствах лакокрасочных, металлических и других Пк можно получить по результатам натурных испытаний. Однако они очень длительны и трудоемки. Для ускорения коррозионных испытаний разработаны стандартные методы, обеспечивающие корреляцию с данными натурных испытаний.

В области разработки методов обнаружения и контроля коррозионных процессов наблюдаются следующие тенденции:

повышается надежность используемых приборов, степень их автоматизации, уменьшаются габариты, энергопотребление, что особенно важно для автономных приборов;
шире используют электрохимические методы, приборы на основе компьютеров, в том числе портативных, что открывает широкие возможности применения многих методов контроля коррозии непосредственно в условиях эксплуатации оборудования;
разрабатывают системы полностью автоматизированного контроля коррозионных процессов крупных промышленных объектов.
В настоящее время для контроля коррозии металлов, в том числе в нефтегазовой промышленности, энергетике, машиностроении, при эксплуатации защитно-декоративных Пк наиболее широко используются следующие методы:

гравиметрический;
аналитические — для контроля коррозионных сред;
определение изменения электрического сопротивления металла;
определение поляризационного сопротивления;
вольтамперометрические (гальвано-потенциостатический);
неразрушающие (ультразвуковой, радиографический, вихревые токи, акустическая эмиссия);
электрохимического импеданса.
Все перечисленные методы имеют достоинства и недостатки. В данной публикации нет возможности подробно рассмотреть каждый из них. Отметим, что выбор оптимального метода контроля коррозии зависит от конкретных условий: тип изделия, металла и Пк, условия их эксплуатации, а также непосредственных задач, которые ставятся перед контролем.

Автором совместно с ООО «Эконикс-Эксперт» разработан портативный пробор для экспресс-оценки коррозионного поведения металлов и Пк — коррозиометр «ЭКСПЕРТ-004». Это многофункциональный прибор, позволяющий решать широкий круг коррозионных и электрохимических задач, в том числе производственного контроля противокоррозионных материа лов и технологий. Коррозиометр создан на основе высокочувствительного метода поляризационного сопротивления. Его можно использовать для определения коррозионных характеристик металлов и сплавов, а также защитных свойств Пк различных типов, эксплуатируемых в водных средах, растворах кислот, средах кондитерского производства и др.

Разумеется, широко используются стандартные методы испытаний защитных свойств лакокрасочных Пк: определение стойкости к воздействию жидкостей, климатической стойкости, испытания в камерах влаги, солевого тумана, сернистого газа. Здесь эти методы подробно не рассматриваются.

Как правильно выбрать материалы и технологии для защиты от коррозии конкретных поверхностей?

Скорость коррозии металлоконструкций и оборудования промышленных предприятий зависит от профиля предприятия, его расположения, климатических условий. Поэтому выбор систем защитных Пк для каждого случая должен производиться с учетом упомянутых факторов, а также продолжительности воздействия агрессивных факторов (кратковременное, периодическое или длительное). В каждом конкретном случае необходимы специфические Пк.

Конечно, здесь невозможно рассмотреть все варианты защиты от коррозии различного оборудования с помощью ЛКМ. Остановимся на примере оценки коррозионной стойкости различных материалов для долговременной защиты оборудования и конструкций промышленных предприятий, работающих в наиболее жестких условиях. Это нефтеперерабатывающие, нефтехимические заводы, предприятия, выпускающие минеральные удобрения, тепловые и атомные электростанции. Помимо атмосферной коррозии их оборудование подвергается воздействию паров химических веществ, кислотных дождей, высокой температуры и давления технологических сред, радиации.

Были испытаны различные системы Пк. В качестве грунтовки использовали однослойное цинксиликатное Пк, в качестве покрывного слоя — ЛКМ на основе сополимеров винилхлорида, эпоксидной смолы, хлоркаучука, фенолформальдегидной смолы и битума. Преимущество такой системы заключается в том, что цинксиликатный слой предотвращает коррозию стальной подложки в течение длительного времени. Даже если покрывной слой не может служить так же долго, его можно вновь нанести без повторной подготовки поверхности, так как в процессе эксплуатации Пк не наблюдается образование ржавчины.

Перечисленные системы Пк были испытаны на стойкость к различным агрессивным факторам. По результатам испытаний установлено, что материалы ведут себя по-разному в зависимости от характера испытаний. Так, Пк на основе сополимеров винилхлорида обладают высокой стойкостью к солнечной радиации, влажности, воздействию воды, щелочей и кислот; эпоксидные и хлоркаучуковые Пк — к воздействию воды, растворов соли и кислот. Фенолформальдегидные материалы стойки к нагреву и к действию рас творителей, воды, соли и кислот. Наименее стойкими оказались Пк на основе битумных ЛКМ.

Стойкость Пк к действию агрессивных факторов количественно оценивали в баллах. Суммируя их, можно получить комплексную оценку противокоррозионного действия различных Пк. Наиболее эффективными оказались винилхлоридные и эпоксидные материалы.

Были выданы рекомендации по защите от коррозии для конкретных объектов с учетом условий их эксплуатации и характера воздействия агрессивных факторов. Так, для строительных конструкций, подверженных влиянию кислот, оптимальной является система Пк, состоящая из цинксиликатной грунтовки и покрывного ЛКМ на основе сополимеров винилхлорида. Для тех же объектов, эксплуатируемых в средах, содержащих щелочи или растворители, рекомендуется применять цинксиликатную грунтовку и эпоксидные ЛКМ. Были также даны рекомендации по количеству слоев и технологии получения Пк.

Поскольку объекты, нуждающиеся в защите от коррозии и условия их эксплуатации очень разнообразны, необходимость квалифицированного выбора конкретных материалов и технологий очевидна. Обращайтесь к нам.