АНТИКОРРОЗИОННОЕ ПОКРЫТИЕ И СПОСОБ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ Российский патент 2000 года по МПК C09D5/08 C09D5/10 

Изобретение относится к способам антикоррозионной обработки строительных металлических конструкций путем нанесения на поверхность антикоррозионного металлсодержащего покрытия и может быть использовано, например, для обработки опор воздушных линий электропередач, открытых распределительных устройств высоковольтных подстанций, дорожных ограждений, несущих конструкций промышленных зданий и сооружений, арматуры и других изделий.

Для обеспечения антикоррозионной защиты изделий, предназначенных для длительного использования в условиях слабоагрессивной, среднеагрессивной и сильноагрессивной среды, известны металлические покрытия с толщиной пленки от 60 до 300 мкм, например цинковые, которые наносят методом горячего цинкования, газотермическим напылением цинка или электрохимического анодирования ["Защита строительных конструкций от коррозии" Строительные нормы и правила N 2.03.11-85, Изд-во Государственный Комитет СССР по делам строительства, М., 1986 г.].

Метод горячего цинкования, заключающийся в опускании изделия в ванну с расплавленным цинком, неприемлем для обработки габаритных изделий и требует больших энергозатрат. Метод газотермического напыления хотя и применим для антикоррозионной обработки габаритных конструкций, однако связан с высокими энергозатратами и большими потерями цинка при его нанесении на поверхность. Метод электрохимического анодирования требует значительных трудозатрат, связанных с высокими требованиями, предъявляемыми к качеству обрабатываемой поверхности и высокими энергозатратами.

Наиболее близкими к предлагаемому являются способы антикоррозионной обработки строительных металлоконструкций и оборудования, заключающихся в нанесении на предварительно подготовленную поверхность антикоррозионных покрытий, сформированных из композиций, содержащих мелкодисперсный цинковый порошок и органоразбавляемое связующее.

Так, например, известно многослойное покрытие состоящее из грунтовочного слоя, сформированного из материала, содержащего термопластичный пленкообразователь (Л.Я.Попилов Новые материалы для судостроения. Судостроение, Л., 1972, с 433-434).

Использование известного покрытия позволяет сократить энергозатраты на антикоррозионную обработку, однако качество покрытия не удовлетворяет требованиям, предъявляемым при работе конструкций в слабоагресивных, среднеагрессивных и сильноагрессивных средах. Это обусловлено, в первую очередь, ее недостаточной электрохимической (протекторной) защитой. Протекторная защита высокоцинкнаполненных покрытий заключается в том, что цинк и сталь образуют гальваническую пару, где цинк - анод, и в дефектных местах окисляется цинк, а не металл, на который нанесено покрытие. При высоком наполнении покрытия цинком его частицы контактируют друг с другом. Это обеспечивает электропроводность покрытия и катодную защиту стали. При недостаточном наполнении покрытия цинком в дефектных местах покрытия - порах, царапинах, сколах происходит коррозия основного металла. Кроме того, нанесение известного покрытия требует жестких нормативов подготовки поверхности.

Задачей настоящего изобретения является создание антикоррозионного покрытия с высокими эстетическими свойствами, обеспечивающего длительную электрохимическую защиту, пригодного для нанесения, в том числе на габаритные изделия, обладающего повышенной коррозионной стойкостью во всем диапазоне агрессивности воздушной среды и зон влажности при одновременном упрощении и удешевлении способа его нанесения на обрабатываемую поверхность.

Поставленная задача достигается тем, что заявляется многослойное антикоррозионное покрытие, включающее грунтовочный слой, состоящий по меньшей мере из двух слоев, сформированных из материала, содержащего высокодисперсный порошок цинка, полистирол и/или сополимер стирола с каучуком и органоразбавитель следующего состава, мас.%:
Высокодисперсный порошок цинка - 50-78
Полистирол и/или сополимер стирола с каучуком - 2,5-7,5
Органический растворитель - Остальное
и по меньшей мере одного покрывного слоя, сформированного из материала, содержащего алюминиевую пудру, полистирол и/или сополимер стирола с каучуком, органоразбавитель следующего состава, мас.%:
Алюминиевая пудра - 5-10
Полистирол и/или сополимер стирола с каучуком - 9-15
Органический растворитель - Остальное
Способ антикоррозионной обработки металлических конструкций заключается в нанесении на предварительно подготовленную поверхность многослойного цинксодержащего покрытия, отличается тем, что сначала формируют грунтовочный слой путем последовательного нанесения по меньшей мере двух слоев, при этом слои выполнены из материала, содержащего высокодисперсный порошок цинка, полистирол и/или сополимер стирола с каучуком и органоразбавитель следующего состава, мас.%:
Высокодисперсный порошок цинка - 50-78
Полистирол и/или сополимер стирола с каучуком - 2,5-7,5
Органический растворитель - Остальное
с последующим нанесением по меньшей мере одного покрывного слоя, выполненного из материала, содержащего алюминиевую пудру, полистирол и/или сополимер стирола с каучуком, органоразбавитель следующего состава, мас.%:
Алюминиевая пудра - 5-10
Полистирол и/или сополимер стирола с каучуком - 9-15
Органический растворитель - Остальное
Предварительную подготовку поверхности ведут путем обезжиривания, удаления окалины и ржавчины. Нанесение слоев на обрабатываемую поверхность ведут методом пневматического или безвоздушного распыления, кистью, валиком, окунанием.

В качестве материала, формирующего грунтовочный слой, используют материал, выпускаемый под товарным названием "Цинол", в качестве сополимера стирола с каучуком используют полистирол ударопрочный по ГОСТ 28250-89.

В качестве материала, формирующего покрывной слой, используют материал, выпускаемый под товарным названием" Алпол".

В науке и технике известно использование алюминиевой пудры в качестве добавок к материалам, формирующим покрытие, для обеспечения, главным образом, его эстетических свойств. Защитные показатели алюмосодержащих покрытий, сформированных из материалов, содержащих органоразбавляемые пленкообразователи, эквивалентны известным в настоящее время лакокрасочным покрытиям и обеспечивают только механическую защиту обрабатываемой поверхности от воздействия агрессивной среды.

В предлагаемом нами способе нанесение алюмосодержащего слоя на предварительно покрытую грунтовочным слоем поверхность, приводит к увеличению коррозионной стойкости покрытия в целом при одновременном снижении общей толщины покрытия. Так при использовании изделий, обработанных заявляемым способом, коррозионная стойкость стальных конструкций при эксплуатации в условиях повышенной агрессивности воздушной среды увеличивается на 5-7 лет. Предлагаемое покрытие обеспечивает защиту стальных конструкций от коррозии, эквивалентную горячецинкованному покрытию толщиной не менее 60 мкм.

Таким образом, применение заявляемого способа обработки металлических конструкций приводит к улучшению коррозионной стойкости цинксодержащего слоя и покрытия в целом, снижению стоимости покрытия. Это может быть связано с тем, что в предлагаемом покрытии не только сохраняется электрохимический (протекторный) механизм защиты от коррозии, но и, кроме того, наличие заявляемого покрывного слоя обеспечивает достаточно эффективную защиту от солнечной радиации, способного разрушать структуру покрытия, обеспечивает создание плотной пленки за счет плотной компоновки алюминия, имеющего чешуйчатую форму частиц, что приводит к исключению появления "язвенной коррозии" за счет перекрытия пор рыхлого цинксодержащего слоя и исключает возможность образования белых пятен, портящих внешний вид изделия. Кроме того, наносимые слои имеют высокую адгезию как к обрабатываемой поверхности, так и друг к другу, характеризуются равными коэффициентами расширения. Это, в свою очередь приводит к высокой механической прочности покрытия.

Несмотря на то, что науке и технике известно использование покрывных слоев, например лакокрасочных, нанесение известных ранее покрывных слоев на антикоррозионные цинксодержащие покрытия не обеспечивало достигаемое нами увеличение их коррозионной стойкости и механической прочности в тонких слоях покрытия, составляющих не более 100 мкм.

Заявляемый способ антикоррозионной обработки упрощает существующую технологию, уменьшает ее стоимость за счет сокращения сырьевых и трудозатрат, а также устраняется необходимость тщательной подготовки поверхности перед обработкой.

Так при поэтапном нанесении известного материала возникали технологические трудности, связанные с тем, что каждый из последовательно наносимых высоконаполненных цинксодержащих слоев имеет одинаковый цвет и оттенок, что затрудняет визуальный контроль требуемой слойности. При недостатке производственных площадей и отсутствии технических возможностей оперативного контроля толщины покрытия это может привести к перерасходу материала при формировании покрытия или некачественному его нанесению. Замена по крайней мере одного цинксодержащего слоя на алюмосодержащий устраняет эти сложности и существенно снижает расход высоконаполненного цинксодержащего материала, снижая общий расход грунтовочного материала и стоимость покрытия.

Заявляемое покрытие и способ обработки металлических конструкций с его использованием иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1 (заявляемый)
Антикоррозионную обработку стандартного стального образца размером 150х100х2 мм проводили путем пневматического распыления грунтовочного слоя на предварительно очищенную поверхность образца. Грунтовочный слой формировали из цинксодержащего материала "Цинол", последовательно нанесенного в два этапа. Каждый из нанесенных слоев сушили в естественных условиях в течение 20-30 мин. Толщина одного цинксодержащего слоя 30-40 мкм. На сформированный грунтовочный слой наносили покрывной слой, выполненный из алюмосодержащего материала "Алпол", путем его пневматического распыления. Сушку вели в естественных условиях в течение 20-30 мин. Толщина покрывного слоя составляет около 10 мкм.

"Цинол" представляет собой композицию, содержащую, мас. %:
Высокодисперсный порошок цинка - 50-78
Полистирол и/или сополимер стирола с каучуком - 2,5 - 7,5
Органический растворитель - Остальное
Алпол представляет собой композицию, содержащую, мас.%:
Алюминиевая пудра - 5-10
Полистирол и/или сополимер стирола с каучуком - 9-15
Органический растворитель - Остальное
Обработанные образцы с общей толщиной покрытия 90 мкм подвергали стандартным испытаниям. Данные приведены в табл. 1 и табл. 2.

Пример 2 (контрольный)
Антикоррозионную обработку стандартного стального образца размером 150х100х2 мм проводили путем пневматического распыления грунтовочного слоя на предварительно очищенную поверхность. Грунтовочный слой формировали из материала "Цинол", нанесенного в один слой толщиной 30 мкм. Оцинкованные образцы сушили в естественных условиях в течение 20-30 мин, после чего наносили покрывной слой, сформированный из материала "Алпол" путем его пневматического распыления. Сушку вели в естественных условиях в течение 20-30 мин. Толщина покрывного слоя составляет 10 мкм.

Обработанные образцы с общей толщиной покрытия 40 мкм подвергали стандартным испытаниям. Данные приведены в табл. 1 и табл. 2.

Пример 3 (контрольный)
Антикоррозионную обработку стандартного стального образца размером 150х100х2 мм проводили путем пневматического распыления грунтовочного слоя на предварительно очищенную поверхность. Грунтовочный слой формировали из двух последовательно нанесенных слоев, выполненных из "Цинола", каждый из которых сушили в естественных условиях в течение 20-30 мин. Толщина одного слоя 30-40 мкм. Обработанные образцы с общей толщиной покрытия 80 мкм подвергали стандартным испытаниям. Данные приведены в табл. 1 и табл. 2.

Пример 4 (контрольный)
Антикоррозионную обработку стандартного стального образца размером 150х100х2 мм проводили путем пневматического распыления грунтовочного слоя на предварительно очищенную поверхность. Грунтовочный слой формировали из трех последовательно нанесенных слоев, выполненных из "Цинола", каждый из которых сушили в естественных условиях в течение 20-30 мин. Слои имеет толщину 30-40 мкм. Обработанные образцы с общей толщиной покрытия 120 мкм подвергали стандартным испытаниям. Данные приведены в табл. 1 и табл. 2.

Пример 5 (контрольный)
Поверхность стандартного стального образца размером 150х100х2 мм очищали путем проведения механической обработки, обезжиривания и фосфатирования по общеизвестным методикам. Антикоррозионную обработку проводили методом горячего цинкования по типовой технологии в промышленных ваннах. Обработанные образцы с однослойным цинковым покрытием толщиной 60 мкм подвергали стандартным испытаниям. Данные приведены в табл. 1 и табл. 2.

Свойства покрытий, получаемых по примерам 1 - 5, приведены в табл. 1 и табл. 2. Адгезия определена по методу решетчатых надрезов (ГОСТ 15140-78). Прочность при ударе по ГОСТ 6806-73. Стандартный потенциал по ТУ 0165-12-95.

Свойства заявляемых покрытий:
(адгезия методом решетчатых надрезов не более 2 баллов;
прочность при ударе не менее 3 Дж;
эластичность при изгибе не более 4 мм;
начальный стационарный потенциал не более 0,95 В;
относительно хлорсеребрянного электрода ускоренные климатические испытания по ГОСТ 9.401, метод 20 выдерживает не менее 1500 часов без коррозионных поражений стали.

Декоративные свойства покрытий, изготовленных по примеру 2, существенно изменяются после термостарения их при температуре 60^oC в течение 120 часов.

Нанесение покрывного слоя по примеру 1 не снижает физико-механических свойств, однако существенно повышает стойкость покрытия и сохраняет его декоративные свойства. Улучшение качества покрытия обусловлено, вероятно в первую очередь, перекрытием пор грунтовочного покрытия и возникновением диффузионного барьера для проникновения электролитов к подложке покрытия.

Как видно из приведенных данных, заявляемые покрытия характеризуются повышенной антикоррозионной стойкостью, высокой адгезией, сохранением требуемого уровня электропроводности, обеспечивающего протекторный механизм защиты металлической поверхности от разрушения.

Проведенные атмосферные стендовые испытания покрытий и результаты электрохимических измерений, показали, что скорость изменения свойств заявляемых покрытий аналогичны покрытиям, полученными методом горячего цинкования.

Заявляемое покрытие может быть особенно эффективно в случае отсутствия у предприятия возможностей обеспечения жестких требований к степени подготовки поверхности перед нанесением покрытия.

Изобретения относятся к способам антикоррозионной обработки строительных металлических конструкций путем нанесения на поверхность антикоррозионного металлосодержащего покрытия и могут быть использованы, например, для обработки опор воздушных линий электропередач, открытых распределительных устройств высоковольтных подстанций, дорожных ограждений, несущих конструкций промышленных зданий и сооружений, арматуры и других изделий. Описывается антикоррозионное покрытие, которое выполнено многослойным и состоит из грунтовочного слоя, состоящего по меньшей мере из двух слоев, сформированных из материала, содержащего высокодисперсный порошок цинка в среде органоразбавляемого термопластичного связующего, и по меньшей мере одного покрывного слоя, сформированного из материала, содержащего алюминиевую пудру в среде органоразбавляемого термопластичного связующего. В качестве термопластичного связующего используют полистирол и/или сополимер стирола с каучуком. Описывается также способ обработки металлических конструкций. Изобретение позволяет получить антикоррозионное покрытие с высокими эстетическими свойствами, обеспечивающее длительную электрохимическую защиту, пригодное для нанесения, в том числе на габаритные изделия, обладающее повышенной коррозионной стойкостью во всем диапазоне агрессивности воздушной среды и зон влажности при одновременном упрощении и удешевлении способа его нанесения на обрабатываемую поверхность. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Антикоррозионное покрытие выполнено многослойным и состоит из грунтового слоя, сформированного из материала, содержащего термопластичный пленкообразователь, отличающееся тем, что покрытие выполнено из грунтового слоя, включающего, по меньшей мере, два слоя, сформированных из материала, содержащего высокодисперсный порошок цинка, полистирол и/или сополимер стирола с каучуком и органоразбавитель следующего состава, мас.%:
Высокодисперсный порошок цинка - 50 - 78
Полистирол и/или сополимер стирола с каучуком - 2,5 - 7,5
Органический растворитель - Остальное
и по меньшей мере одного покрывного слоя, сформированного из материала, содержащего алюминиевую пудру, полистирол и/или сополимер стирола с каучуком, органоразбавитель следующего состава, мас.%:
Алюминиевая пудра - 5 - 10
Полистирол и/или сополимер стирола с каучуком - 9 - 15
Органический растворитель - Остальное
2. Способ антикоррозионной обработки металлических конструкций, заключающийся в нанесении на предварительно подготовленную поверхность многослойного металлосодержащего покрытия, отличающийся тем, что сначала формируют грунтовочный слой путем последовательного нанесения по меньшей мере двух слоев, выполненных из материала содержащего высокодисперсный порошок цинка в среде органоразбавляемого термопластичного пленкообразователя следующего состава, мас.%:
Высокодисперсный порошок цинка - 50м - 78
Полистирол и/или сополимер стирола с каучуком - 2,5 - 7,5
Органический растворитель - Остальное
С последующим нанесением покрывного слоя, выполненного из материала, содержащего алюминиевую пудру в среде органораздавляемого термопластичного, пленкообразователя следующего состава, мас.%:
Алюминиевая пудра - 5 - 10
Полистирол и/или сополимер стирола с каучуком - 9 - 15
Органический растворитель - Остальное
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что предварительную подготовку поверхности ведут путем удаления окалины и продуктов коррозии.