Ниже рассмотрены свойства покрытий в основном с точки зре­ния эффективности защиты черных металлов от коррозии. Если по­крытие плотное и полностью закрывает основной металл от прони­кания к нему агрессивной среды, то коррозионная стойкость из­делия определяется уровнем коррозионной стойкости самого материала покрытия к действию конкретной среды. В случае пори­стого покрытия или при наличии в нем возникших в процессе экс­плуатации дефектов агрессивные компоненты среды беспрепятст­венно проникают к поверхности основного металла.

При изучении коррозионной стойкости покрытий прежде всего следует рассматривать электрохимические взаимодействия покры­тия с основным металлом в данной агрессивной среде. Алюминие­вое и цинковое покрытия относятся к числу типичных коррозионно — стойких покрытий для защиты черных металлов. На рис. 167 при­ведены скорости коррозии алюминия, цинка, железа в водных рас­творах с различными значениями pH. Для цинка характерна высо­кая стойкость к растворам с водородным показателем рН = 5~12, а для алюминия — к растворам с рН = 3^-4 [35].

В случае проникания агрессивной среды к основному металлу возможны два варианта взаимодействия покрытия с основным ме­таллом. Если потенциал покрытия по отношению к стали является отрицательным, то при проникании агрессивной среды через по­крытие к поверхности основы последняя станет анодом, обеспечи­вая электрохимическую защиту основного металла. В противном случае происходит ускоренная коррозия основы. Следовательно, для защиты стали желательно выбирать такой материал покры­тия, который по отношению к ней служит катодом. Цинк является типичным катодным покрытием при нанесении на сталь. Алюминий же по отношению к стали может быть как анодом, так и катодом, в зависимости от состава агрессивной среды. Электрохимическая коррозия характеризуется постоянной величиной коррозии в еди­ницу времени, поэтому срок службы покрытия определяется его тол­щиной. На рис. 168 приведены данные, демонстрирующие пропор-

1 — щелочные свойства; 2 — кислотные
свойства; 3 — алюминий; 4 — цинк; 5 — же-
лезо

циональную зависимость срока службы от толщины цинковых по­крытий, нанесенных на стальные изделия при работе в промыш­ленных районах Англии [35].

Развитие коррозии, металлических изделий зависит от состояния агрессивной среды. В связи с этим следует обратиться к резуль­татам рспытаний на коррозионную стойкость в атмосферных усло­виях для стальных изделий с напыленными покрытиями [36]. Испы­таниям подвергали стальные изделия с цинковым и алюминиевым покрытиями или с покрытием из сплава цинка с алюминием * в со­стояниях после напыления или последующей окраски покрытия.

Ниже проведены результаты атмосферных испытаний, прове­денных в течение 6 лет (с июня 1968 г.) в четырех районах с харак­терными условиями. Испытанию подвергали стальные полосы и швеллеры с покрытиями после напыления или после окраски по­крытий кистью в один слой грунтовкой на бутиралевой основе и дважды на фталатной основе.

Во время выдержки в атмосферных условиях масса образцов сначала увеличивалась, а затем начинала уменьшаться. Увеличение массы связано со скоплением продуктов коррозии на поверхности, а уменьшение — с их выветриванием. Переход от увеличения массы к уменьшению наступал раньше в районах с высокой концентрацией агрессивных компонентов в окружающей среде. В начальный период испытаний (в продолжение 1—3 лет) изменения массы носили пе­ременчивый характер, а в продолжение последних 3 лет заметно стабилизировались. Такой характер изменений массы образцов в процессе испытаний опровергает правомерность заключений на долгосрочную перспективу по результатам краткосрочных испыта-

* Сплав содержит 81,9% Zn; 17,6% AI; 0,55% Си; 0,008% РЬ; 0,006% Fe; 0,005% Cd и 0,03% Mg.

ний. Скорость и характер коррозии стали показали зависимость от района испытаний. В частности, при испытаниях в районах с высо­кой концентрацией заводов и на побережье коррозия имела вид ржавчины и разъедания поверхности образцов.

При испытании в промышленном районе образцы с цинковым покрытием имели большую величину коррозии. Образцы с алюми­ниевым покрытием имели хорошие и стабильные результаты при испытаниях в промышленных районах с высокой и средней концен­трацией заводов. Такое состояние образцов с цинковым и ^алюминиевым покрытиями связано с тем, что в промышлен­ном районе преобладающий агрессивный компонент — сернистый газ.

В прибрежном районе хорошие результаты показали образцы с цинковым покрытием. Для этих образцов характерно увеличение

массы в течение первых двух лет испытании, что связано с осажде — «нием хлоридов, образующих на поверхности образцов плотную пленку, блокирующую пористость покрытия. Образцы с покрытием из сплава цинка с алюминием (от 40% А1 до 60% Zn или от 60% А1 до 40%Zn) показали хорошие и стабильные результаты во всех районах, включая промышленный и прибрежный [38]. Это объясня­ется образованием на поверхности образцов прочных пленок про­дуктов коррозии, надежно блокирующих пористость покрытий.

В практике окраски напыленных покрытий очень важно правиль­но выбрать основу красителя, поскольку применение красителя, со­ответствующего виду напыленного покрытия и условиям эксплуа­таций, показывает высокие результаты даже при низкой стоимости и доступности выбранного красителя. В частности, краситель на фталатной основе, будучи одним из широко распространенных и до­ступных, повышает стойкость покрытия в 3—4 раза по сравнению с тем же покрытием без окраски.

В США были предприняты крупномасштабные долгосрочные {19 лет) испытания образцов с алюминиевым и цинковым напылен­ными покрытиями в морской воде, на воздухе в прибрежном рай­оне и в промышленном районе [37].

Испытания проводили на образцах в виде пластин из низкоуг­леродистой стали* размером 102X152X3,2 мм (для испытания в воде 102x305x3,2 мм), подвергнутых со всех сторон газопламен­ному напылению алюминием (более 99,0%) и цинком (более *)9,9%) с использованием проволоки 0 3,2 мм. Перед напылением образцы подвергали предварительной обработке, а после напыле­ния— уплотнению окраской. В табл. 14.14 приведены данные по условиям подготовки образцов для испытаний в морской воде. Образцы № 14—28 использовали для изучения эффекта предвари­тельной обработки (перед напылением) и имели постоянную тол­щину напыленного покрытия, равную 0,23 мм. Для испытаний в морской воде образцы устанавливали вертикально, а для испытания в атмосфере — под углом 30° к горизонтали.

* Сталь содержит 0,08% С; 0,3% Мп; 0,003% Si; 0,08% Р, 0,03% S и 0,3 % Си.

N

Окраска **

Окраска **

14.14. Условие подготовки образцов с покрытиями для испытаний в морской воде

* 1 — пескоструйная обработка крупным кварцевым песком; 2 — напыление подслоя стали после обдувки крупным кварцевым песком; 3 — пескоструйная обработка мелким кварцевым песком; 4 — напыление подслоя стали после обдувки мелким кварцевым пес­ком; 5 — дробеструйная обработка дробью отбеленного чугуна; 6 — напыление подслоя стали после дробеструйной обработки дробью отбеленного чугуна.

** WP — тонкая грунтовка; CV — винилалюминиевый краситель; CR — хлорированный’ каучук; в скобках: 1 — один слой, 2 —два слоя.

По результатам испытаний можно сделать следующие выводы.

1. Алюминиевые покрытия толщиной 0,08—0,15 мм обеспечива­ют полную защиту основного металла (даже без окраски) при ис­пытаниях в морской воде и атмосферном воздухе (в прибрежном ветреном и промышленном районах). Эти покрытия хорошо защи­щают сталь даже в состоянии частичного вздутия.

2. Для того чтобы цинковое покрытие без последующей окраски обеспечивало надежную защиту основного металла, толщина по­крытия должна быть не менее 0,3 мм при испытаниях в морской

воде и не менее 0,23 мм при испытаниях в прибрежном ветреном и промышленном районах. На поверхности цинковых покрытий обра­зуется слой продуктов коррозии, обладающий защитными свойст­вами. В случае окраски покрытий надежная защита основ­ного металла обеспечивается при толщине покрытия менее 0,15 мм.

3. Алюминиевые покрытия толщиной 0,08 мм в случае последу­ющей окраски (один слой тонкой грунтовки и один или два слоя ви — нилалюминиевого красителя) сохраняют хороший внешний вид и защищают основной металл от коррозии при испытаниях в ветре­ном прибрежном районе.

Винилалюминиевый краситель на поверхности цинкового покры­тия толщиной 0,08 мм быстро исчезает, не обеспечивая защиты ста­ли от ржавчины. Эта окраска частично сохраняется лишь на об­ратной стороне образцов, а на лицевой стороне она исчезает прак­тически полностью.

Винилалюминиевый краситель на поверхности цинковых покры­тий при испытаниях в прибрежном ветреном районе показал низ­кую стойкость в связи с агрессивным действием хлоридов. Такой вывод обоснован тем, что при испытаниях в промышленном рай­оне, атмосфера которого отличается низкой концентрацией хлори­дов, названная окраска на цинковых покрытиях успешно выполнила свои защитные функции.

4. Коррозия стали не развивалась даже в случаях механических повреждений алюминиевых покрытий и локального обнажения ос­новного металла, что связано, как предполагают, с электрохимиче­ской защитой стали алюминиевым покрытием. В частности, некото­рые образцы после нескольких лет выдержки в состоянии локаль­ных механических повреждений алюминиевого покрытия показали лишь незначительную коррозию основного металла, на поверхности которого после удаления ржавчины выявлялись следы предвари­тельной дробеструйной (или пескоструйной) обработки.

5. Защитное действие алюминиевого и цинкового покрытия не зависит от технологии предварительной обработки поверхности ос­новного металла перед напылением, что указывает на отсутствие какой-либо надобности в подслое перед нанесением на изделие алю­миния или цинка. В случае напыления больших площадей или при напылении покрытия толщиной более 0,15 мм для получения хо­роших результатов достаточно подвергнуть основной металл песко­струйной обработке крупным песком.

6. Хлорированный каучук оказался малоэффективным защитным средством как для алюминиевых, так и для цинковых покрытий. В частности, при испытаниях в прибрежном ветреном районе ок­раска хлорированным каучуком на поверхности цинкового покры­тия исчезла уже в самый начальный период испытаний, что свиде­тельствует об отсутствии проникания красителя в поры покрытия. При испытаниях в г. Нью-Йорке на образцах с окраской покрытий хлорированным каучуком полностью исчезло цинковое покрытие и на 10% исчез расположенный под ним подслой, напыленный на ос­новной металл.