Оценка работоспособности полимерных и лакокрасочных покрытий

Полный текст

Для обеспечения защиты оборудования от коррозионного разрушения можно использовать полимерные и лакокрасочные покрытия, которые несмотря на большие преимущества со временем под действием агрессивной среды становятся проницаемыми и теряют свои защитные свойства, поэтому подвергаются обязательному контролю [1]. Контролировать необходимо такие важные характеристики, как проницаемость, твердость, адгезия к подложке, химическая стойкость и т. д. Для оценки проницаемости используют три группы методов [2]: - методы, основанные на измерении проницаемости; - методы, основанные на измерении физико-химических свойств полимерных материалов; - методы, основанные на регистрации положения движущейся границы вещества в полимерном материале. Проницаемость может быть определена по регистрации количества жидкости, проникшей через единицу поверхности полимерного материала в единицу времени. Для этого необходимо определить коэффициент диффузии, который может быть рассчитан двумя методами: по проницаемости и по значению времени запаздывания. Согласно первому методу необходимо знать количество агрессивной среды, проникшей в полимерный или лакокрасочный материал. Для этого можно воспользоваться формулой, полученной из решения первого закона Фика [1-3]: , где - объем ячейки, в которой регистрируется вещество; - толщина слоя полимера; - площадь пленки полимера; - время; - концентрация вещества в поверхностном слое полимерного материала со стороны раствора вещества постоянной концентрации и со стороны измеряемого раствора соответственно. По второму методу необходимо знать время, в течение которого агрессивная среда не может быть замечена в специальной емкости. Для расчета коэффициента диффузии в этом случае можно воспользоваться следующей формулой: , где - глубина проникновения среды; - время, за которое произошло проникновение. Проницаемость покрытия может быть оценена и по регистрации границы проникновения агрессивной среды в полимерном материале, при этом скорость перемещения зоны заданной концентрации вдоль направления диффузии может быть рассчитана по уравнению [2] , где - глубина границы заданной концентрации за время ; - константа проникновения. В общем случае время защитного действия полимерного или лакокрасочного покрытия складывается из трех составляющих: времени непроницаемости покрытия, характеризующемся нестационарным переносом среды в материал ; времени накопления среды в покрытии, характеризующемся стационарным переносом среды ; времени достижения недопустимых изменений на защищаемой поверхности , т. е. . Для определения работоспособности защитных покрытий можно воспользоваться только первым членом этого уравнения, для этого необходимо зафиксировать время контакта агрессивной среды с подложкой. Это электрохимический метод исследований, который основан на измерении величины электродного потенциала, возникающего на межфазной границе «подложка - покрытие». Были изготовлены образцы из стальной проволоки диаметром 4,0 мм, на которую наносился слой покрытия из полимерного материала. В некоторых образцах изготавливались искусственные дефекты. В результате проведенных измерений установлено (см. рисунок), что по мере проникновения агрессивной среды к подложке наблюдается скачкообразное изменение электродного потенциала в отрицательную сторону. Непостоянство электрохимического потенциала в начальный период контакта агрессивной среды с подложкой можно объяснить небольшим количеством проникшего к подложке электролита [1, 4]. В дальнейшем количество электролита увеличивается, повышается надежность его контакта с подложкой, в результате этого стабилизируется значение электрохимического потенциала в системе «подложка - полимер - среда». Зависимость электрохимического потенциала покрытия (1), металла (2) и покрытия с дефектом (3) от продолжительности выдержки образца в 5%-ном растворе серной кислоты Для подтверждения полученных данных были проведены исследования на образцах с искусственными дефектами в виде отверстия малого диаметра в покрытии. В результате установлено, что значение электродного потенциала образцов с дефектами близко к значениям электродного потенциала, через которые проникла агрессивная среда. После вскрытия образцов можно было визуально наблюдать за состоянием подложки, на которой видны следы коррозионного разрушения в виде пятен.

Об авторах

Николай Григорьевич Кац

Самарский государственный технический университет

(к.т.н., доц.), доцент кафедры «Машины и оборудование нефтегазовых и химических производств». Россия, 443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244

Список литературы

Дополнительные файлы