СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАЩИТНОЙ СПОСОБНОСТИ ХРОМАТИРОВАННЫХ ЦИНКОВЫХ ПОКРЫТИЙ НА СТАЛИ Российский патент 2007 года по МПК G01N17/00 

Изобретение относится к испытаниям материалов, а именно к способам определения защитной способности цинковых покрытий, и может быть использовано для оценки долговечности хроматированных цинковых покрытий на стали в приморских атмосферах районов эксплуатации.

Основными внешними факторами, определяющими скорость атмосферной коррозии для приморских атмосфер, являются продолжительность смачивания поверхности металла и концентрация хлоридов, см. Берукштис Г.К., Кларк Г.Б. Коррозионная устойчивость металлов и металлических покрытий в атмосферных условиях, М., Наука, 1971 г., с.7, 11.

Коррозия цинковых покрытий носит неравномерный характер и протекает поэтапно с постоянными, но значительно различающимися на каждом из этапов скоростями, см. журнал «Защита металлов», 1999 г., Т. 35, №3, с.273-275.

Известен способ определения защитной способности хроматированных цинковых покрытий на стали, см. ГОСТ 9.040-74. Расчетно-экспериментальный метод ускоренного определения коррозионных потерь в атмосферных условиях, в соответствии с которым проводят ускоренные испытания образцов с покрытиями в чистой влажной атмосфере при различных температурах. Определяют значение скорости коррозии К, г/(м²·ч), для каждой температуры t. Из графика зависимости «К - t» находят скорость коррозии под адсорбционными пленками влаги - К⁰ _а, г/(м²·ч). Затем проводят ускоренные испытания при относительной влажности воздуха 100% при различных температурах. Аналогично вышеописанному определяют скорость коррозии под фазовыми пленками влаги К⁰ _Ф, г/(м²·ч). После чего проводят ускоренные испытания образцов с покрытиями при относительной влажности 95%, температуре 20°С и концентрации хлоридов С, равной 10, 30 и 60 мг/(м²·сут) и находят значение скорости коррозии К, г/(м²·ч) для каждой концентрации. По линейному участку зависимости «К-С» определяют коэффициент ускорения коррозии хлоридами а, [г/(м²·ч)] / [мг/(м²·сут)]. Потерю массы покрытием М, г/(м²·год), рассчитывают по формуле

М=(К⁰ _а+а·[С])·τ_а+К⁰ _Ф·τ_ф,

где τ_а и τ_ф (ч/год) - продолжительность увлажнения поверхности покрытия адсорбционными и фазовыми пленками влаги соответственно.

Недостатками известного способа является то, что он не учитывает реальный механизм разрушения хроматированных цинковых покрытий: условия, создаваемые в камере неудовлетворительно имитируют коррозию в полевых условиях; выбранный критерий - потеря массы характеризует защитную способность только в случае равномерной коррозии и является недостаточным для оценки защитной способности в случаях локального разрушения цинковых покрытий, так как отказ изделия с покрытием (коррозия основного металла) может произойти в момент, когда потеря массы цинка еще мала. Определение защитной способности требует продолжительного времени (свыше 100 суток).

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является способ определения защитной способности хроматированных цинковых покрытий на стали, заключающийся в том, что в камере исследуемый образец с покрытием в течение 12 часов при температуре 50±1°С подвергают воздействию соляного тумана, который создают путем распыления раствора состава (г/дм³): NaCl - 27,4, MgCl₂ - 3,8, MgSO₄ - 1,7, CaSO₄ - 1,2, К₂SO₄ - 0,9, СаСО₃ - 0,1, KBr - 0,13, и обдуванию ветром со скоростью 2,7 м/с, УФ - облучению в течение 5 минут после распыления раствора, затем 12 часов образец выдерживают в камере, после чего определяют потерю массы образца при значениях времени до появления белых объемных продуктов коррозии цинка и достижения коррозии стали, значения потери массы наносят на график в координатах «потеря массы (г/м²) - время (сут)», проводят прямую через начало координат и точку, соответствующую значению времени до появления белых объемных продуктов коррозии цинка, проводят прямую, угловой коэффициент которой равен 0,5 г/(м²·сут.), через точку, соответствующую значению времени достижения коррозии стали, определяют защитную способность хроматной пленки на цинковом покрытии как абсциссу точки пересечения прямых, см. RU Патент 2223478, МПК G01N 17/00, 2004.

Недостатком известного способа является то, что он не позволяет определять защитную способность хроматированных цинковых покрытий на стали в приморских атмосферах районов эксплуатации.

Задачей изобретения является создание способа, позволяющего определять защитную способность хроматированных цинковых покрытий на стали в приморских атмосферах районов эксплуатации.

Техническая задача решается способом определения защитной способности хроматированных цинковых покрытий на стали, заключающийся в том, что в камере исследуемый образец с покрытием в течение 12 часов при температуре 50±1°С подвергают воздействию соляного тумана, который создают путем распыления раствора состава (г/дм³): NaCl -27,4, MgCl₂ - 3,8, MgSO₄ - 1,7, CaSO₄ - 1,2, K₂SO₄ - 0,9, СаСО₃ - 0,1, KBr - 0,13, и обдуванию ветром со скоростью 2,7 м/с, УФ - облучению в течение 5 минут после распыления раствора, затем 12 часов образец выдерживают в камере, после чего определяют потерю массы образца при значениях времени до появления белых объемных продуктов коррозии цинка и достижения коррозии стали, значения потери массы наносят на график в координатах «потеря массы (г/м²) - время (сут)», проводят прямую через начало координат и точку, соответствующую значению времени до появления белых объемных продуктов коррозии цинка, проводят прямую, угловой коэффициент которой равен 0,5 г/(м²·сут), через точку, соответствующую значению времени достижения коррозии стали, определяют защитную способность хроматной пленки на цинковом покрытии как абсциссу точки пересечения прямых, в котором на исследуемый образец воздействуют соляным туманом с концентрацией хлоридов 54 мг/(м²·сут) при относительной влажности 95±3%, о достижении коррозии стали судят по появлению первого очага коррозии стали, а защитную способность хроматированного цинкового покрытия t^A _з (сут) с учетом района его эксплуатации определяют по формуле

,

где - концентрация хлоридов в камере, мг/(м²·сут);

- концентрация хлоридов в приморской атмосфере района эксплуатации, мг/(м²·сут);

t^У _п - защитная способность хроматной пленки на цинковом покрытии, сут;

18 - коэффициент ускорения коррозии в камере;

t^У _з - время появления первого очага коррозии стали, сут.

Решение технической задачи позволяет определять защитную способность хроматированных цинковых покрытий на стали для различных приморских атмосфер районов эксплуатации.

Данное изобретение иллюстрируется следующими примерами конкретного выполнения.

Примеры по заявляемому объекту.

Стальные (Ст 3) образцы размером 50×80 (мм): а) покрывают цинком толщиной 20 мкм из электролита №5 (г/ дм³): ZnSO₄ - 7 Н₂О - 80-140; NH₄Cl - 140-180; СН₃COONH₄ - 25-30; желатин - 0,5-1; рН 5,8 - 6,2; температура 25-40°С; плотность тока 0,7-1,2 А/дм²; реверсирование тока - 8/0,8 (с); осветляют в растворе (г/ дм³): CrO₃ - 100-150; HNO₃ - 80-100; H₂SO₄ - 19-27; температура 18-23°С; продолжительность обработки 2-3 с; хроматируют в растворе №6 (г/дм³): Na₂Cr₂O₇ - 195-205; H₂SO₄ - 5; температура 18-25°С; продолжительность обработки 5-15 с. Условное обозначение покрытия 5-6; б) покрывают цинком из электролита №4 (г/ дм³): Zn - 30-35; NaCN - 80-90; NaOH - 80-90; Na₂S - 0,5-5; температура 25-35°С; плотность тока 2 А/дм²; хроматируют в растворе №5 (г/ дм³): К₂Cr₂O₇ - 5-15; Na₂SO₄ - 5-15; HNO₃ -5-15 см³/дм³; температура - 18-20°С; продолжительность обработки 50-60 с.Условное обозначение покрытия 4-5.

Исследуемые образцы с покрытиями 5-6 и 4-5 в течение 12 часов при температуре (50±1)°С подвергают в камере воздействию соляного тумана, который создают путем распыления раствора состава (г/дм³): NaCl - 27,4, MgCl₂ - 3,8, MgSO₄ - 1,7, CaSO₄ - 1,2, К₂SO₄ - 0,9, СаСО₃ - 0,1, KBr - 0,13, с концентрацией хлоридов 54 мг/(м²·сут) при относительной влажности 95±3%, обдуванию ветром со скоростью 2,7 м/с, УФ - облучению в течение 5 минут после распыления раствора, затем 12 часов образцы выдерживают в камере, после выдержки в камере определяют К₁₀ - потерю массы образцов с покрытиями 5-6 и 4-5 за время до появления белых объемных продуктов коррозии цинка - 10 суток, которая составляет 3,5 и 2,1 г/м², соответственно. Затем определяют t^У _з - время достижения коррозии стали для образцов с покрытиями 5-6 и 4-5, которое составляет 27 и 35 суток соответственно и К^У _tз - потерю массы за 27 и 35 суток, которая составляет 11,25 и 10,25 г/м², соответственно. Значения потери массы наносят на график в координатах «потеря массы (г/м²) - время (сут)», см. фиг.1, точки В, В' и А, А'.

Проводят прямые через начало координат 0 и точки В, В', проводят прямые через точки А и А', угловой коэффициент k которых равен 0,5 г/(м²·сут) до пересечения с прямыми, проведенными через точки В и В'. Затем определяют защитную способность хроматных пленок как абсциссу точек пересечения прямых - С и С'. Значение защитной способности хроматных пленок t^У _п для покрытия 5-6 составляет 18 суток, а для покрытия 4-5 - 25 суток. Защитную способность хроматированного цинкового покрытия на стали в приморской атмосфере с учетом района его эксплуатации рассчитывают по формуле

,

где - концентрация хлоридов в камере, мг/(м²·сут);

- концентрация хлоридов в приморской атмосфере района эксплуатации, мг/(м²·сут);

t^У _п - защитная способность хроматной пленки на цинковом покрытии, сут;

18 - коэффициент ускорения коррозии в камере;

t^У _з - время достижения коррозии стали, сут.

Время до появления белых объемных продуктов коррозии цинка выбирают исходя из того, что оно остается меньше времени потери хроматными пленками защитных свойств - t^У _п. Обычно время до появления белых объемных продуктов коррозии цинка соответствует времени образования белых плоских пятен, для покрытий 5-6 и 4-5 оно принимается равным 10 суткам.

Район эксплуатации изделий с покрытиями 5-6 и 4-5 - Южное приморье (г.Батуми). Концентрация хлоридов в этом районе составляет 3 мг/ (м²·сут), см. журнал «Защита металлов», 1987 г., Т.23, №1, с 64. Например, для покрытия 5-6

t^А _з=(54/3)18+18(27-18)=486 сут≈16 мес.

Район эксплуатации изделий с покрытиями 5-6 и 4-5 - Северное приморье (г.Мурманск). Концентрация хлоридов в этом районе составляет 12 мг/(м²·сут), см. там же, с.64.

Например, для покрытия 5-6

t^А _з=(54/12)18+18(27-18)=243 сут≈8 мес.

Значения t^А _з и параметры для их определения t^У _п, t^У _з приведены в таблице.

Периодический осмотр, экспонированных на станциях г.г.Батуми и Мурманска образцов с покрытиями 5-6 и 4-5 показывает, что значения времени достижения коррозии стали близки к расчетным.

Погрешность определения защитной способности покрытий (%) находят по формуле

где К^А _tз - потеря массы образца с покрытием за время t^А _з на коррозионной станции, г/м²;

К^А _tз - потеря массы образца с покрытием за время t^У _з в камере, г/м².

Значение К^А _tз находят из графика зависимости «потеря массы - время», построенной по данным испытаний на станции, см. Фиг.2 и Фиг.3.

Пример определения А для покрытия 5-6 на изделиях, эксплуатируемых на Южной приморской станции.

В этом случае К^У _tз=11,25 г/м², t^А _з=16 мес.

По графику, см. Фиг.2, находят значение К^А _tз, которое составляет 12 г/м².

Тогда, Δ=[(12-11,25)/12]·100≈6 (%).

Значения Δ приведены в таблице.

Во всех случаях величина ошибки не превышает 10%.

Таким образом, заявляемый способ позволяет определять с высокой точностью защитную способность хроматированных цинковых покрытий на стали в различных приморских районах эксплуатации.

Способ осуществляют путем воздействия соляным туманом на исследуемый образец с покрытием в камере в течение 12 часов при температуре (50±1)°С и при относительной влажности (95±3)%. Соляной туман создают распылением раствора состава (г/дм³): NaCl - 27,4, MgCl₂ - 3,8, MgSO₄ - 1,7, CaSO₄ - 1,2, К₂SO₄ - 0,9, СаСО₃ - 0,1, KBr - 0,13. Подвергают обдуванию ветром со скоростью 2,7 м/с, УФ - облучению в течение 5 минут после распыления раствора, затем 12 часов образец выдерживают в камере. Определяют потерю массы образца при значениях времени до появления белых объемных продуктов коррозии цинка и появления первого очага коррозии стали. На графике в координатах «потеря массы (г) - время (сут.)», определенным образом проводят прямые, точка пересечения которых позволяет определить защитную способность хроматной пленки на цинковом покрытии. Защитную способность хроматированного цинкового покрытия t^A _З (сут.) с учетом района его эксплуатации находят по формуле , где С^У _Cl концентрация хлоридов в камере, мг/(м²·сут.); C^A _Cl - концентрация хлоридов в приморской атмосфере района эксплуатации, мг/(м²·сут.); t^У _П - защитная способность хроматной пленки на цинковом покрытии, сут.; 18 - коэффициент ускорения коррозии в камере; t^У _З - время появления первого очага коррозии стали, сут. Изобретение позволяет с высокой точностью определять защитную способность хроматированных цинковых покрытий на стали для различных приморских атмосфер районов эксплуатации. 3 ил., 1 табл.

Способ определения защитной способности хроматированных цинковых покрытий на стали, заключающийся в том, что в камере исследуемый образец с покрытием в течение 12 ч при температуре (50±1)°С подвергают воздействию соляного тумана, который создают путем распыления раствора состава, г/дм³: NaCl - 27,4, MgCl₂ - 3,8, MgSO₄ - 1,7, CaSO₄ - 1,2, K₂SO₄ - 0,9, СаСО₃ - 0,1, KBr - 0,13, и обдуванию ветром со скоростью 2,7 м/с, УФ-облучению в течение 5 мин после распыления раствора, затем 12 ч образец выдерживают в камере, после чего определяют потерю массы образца при значениях времени до появления белых объемных продуктов коррозии цинка и достижения коррозии стали, значения потери массы наносят на график в координатах потеря массы г/м² - время сут, проводят прямую через начало координат и точку, соответствующую значению времени до появления белых объемных продуктов коррозии цинка, проводят прямую, угловой коэффициент, которой равен 0,5 г/м²·сут, через точку, соответствующую значению времени достижения коррозии стали, определяют защитную способность хроматной пленки на цинковом покрытии как абсциссу точки пересечения прямых, отличающийся тем, что на исследуемый образец воздействуют соляным туманом с концентрацией хлоридов 54 мг/м²·сут при относительной влажности (95±3)%, о достижения коррозии стали судят по появлению первого очага коррозии стали, а защитную способность хроматированного цинкового покрытия t^A ₃ сут с учетом района его эксплуатации определяют по формуле

,

где С^У _Cl - концентрация хлоридов в камере, мг/м²·сут;

С^A _Cl - концентрация хлоридов в приморской атмосфере, мг/м²·сут;

t^У _П - защитная способность хроматной пленки на цинковом покрытии, сут;

18 - коэффициент ускорения коррозии в камере;

t^У _З - время появления первого очага коррозии стали, сут.