Спосіб визначення корозійної стійкості металу з органічним покриттям

СПОСІБ ВИЗНАЧЕННЯ КОРОЗІЙНОЇ СТІЙКОСТІ МЕТАЛУ З ОРГАНІЧНИМ ПОКРИТТЯМ Винахід відноситься до діагностики захисних властивостей органічних покрить, в тому числі багатошарових, на металах і може бути використаний для неруйнуючого контролю корозійної стійкості металу з органічним покриттям і прогнозування терміну служби (ресурсу) покриття в умовах експлуатації. Відомий спосіб оцінки захисних властивостей і довговічності органічних покрить методом експертної кваліметрії, що базується на визначенні характеристичних технічних властивостей покрить (ХТВ), таких як: адгезія, вологостійкість, блиск, водопоглинання, солестійкість, твердість, міцність, стійкість до стирання та ін., що мають різні коефіцієнти вагомості, причому, І ХТВ і коефіцієнти вагомості визначаються за результатами роботи експертів [1]. Перелічені критерії визначаються здебільшого візуально і не враховують впливу процесів підплівкової корозії на стабільність адгезійного зв'язку і захисну спроможність покрить. В зв'язку з цим спосіб є суб'єктивним і не може служити вірогідною основою для прогнозування конкретного терміну служби покрить в умовах експлуатації. Відомий також математико-статистичний спосіб визначення термінів служби лакофарбових покрить, оснований на аналізі зміни ХТВ покрить шляхом усереднення великого числа експериментальних даних, отриманих за тривалий термін іспиту покрить у природних умовах (не менше ніж за 5 років), з наступним проведенням математикостатистичного аналізу [2]. Описаний спосіб не є прискореним, використовує як критерії напівкількісні показники: зміну декоративного вигляду покрить, зміну захисних властивостей покрить 2 без кількісної процесів оцінки останніх, не враховує впливу підплівкової корозії на термін служби покрить. Вищенаведені причини не дозволяють розглядати його як об'єктивний спосіб прогнозування ресурсу покрить в умовах експлуатації. Відомі також способи створення штучних середовищ підвищеної агресивності (високі температури, концентровані розчини корозійного середовища, механічні навантаження) з метою інтенсифікації випробувань корозійоні стійкості металів з органічними покриттями [3], однак екстраполяцію даних, отриманих в таких умовах, на експлуатаційні середовища та умови не можна вважати коректною. Найбільш близьким, за технічною сутю до винаходу, що пропонується, є неруйнуючий спосіб визначення адгезії полімерного покриття до металу [41. Спосіб-прототип здійснюють таким чином. Метал з органічним покриттям занурюють у деаерований розчин електроліту, вимірюють його ємність і будують хронограму ємності, з використанням якої розраховують площу відсутності адгезії покриття до металу (0н): GH=h- (СіС2-С22-)/єєоА- (2Сі - С2), (1) де Сі і Сг - значення ємності на відповідних стаціонарних ділянках хронограми; h - середня товщина шару розчину електроліту; s0 діелектрична стала; є - діелектрична проникність розчину електроліту, А - площа зразка. Величина площі неадгезії є об'єктивною кількісною характеристикою корозійної стійкості металу з органічним покриттям. Основним недоліком способу-прототипу є той факт, що він не дозволяє прогнозувати ресурс покриття. Визначення корозійної стійкості металу з органічним покриттям за способом-прототипом передбачає одноразовий вимір ємності зразка і розрахунок величини площі неадгезії з використанням величини цієї ємності тільки в певний момент часу. Сама величина 8Н є кількісною характеристикою стійкості з і захисної спроможності покриття, її зміна з часом дозволяє судити про його довговічність, але спосіб-прототип не містить дій, які необхідні для визначення терміну служби покриття в умовах експлуатації. Метою винаходу, що пропонується, є прогнозування терміну служби органічних покрить в умовах експлуатації. Поставлена мета досягається тим, що, на відмінну від відомого способу, який включає визначення площі порушення адгезії покриття до металу (Єн> за результатами виміру хронограми ємності електроду з покриттям при контакті з деаерованим розчином електроліту, - в способі, що пропонується, зразки безперервно витримують в електроліті протягом проміжку часу (t, доба) t>8-108-S2, де б - товщина покриття (м), проводять вимір ємності зразків через рівні проміжки часу, визначають приріст площі неадгезії з часом (Авн/At), будують графік залежності ln(A0H/At)-lnt, з використанням якого визначають термін служби покриття (Т): T=exp(-Inb+In (-In (І -Р))/а), (2) де коефіцієнт а визначають за кутом нахилу залежності In (A0H/At)-hit: a=l+Aln (A6H/At)/Alnt; коефіцієнт b розраховують за величиною відрізка d, що відтинається на осі ординат: b =exp [(d-lna)/a]; P - припустима величина ефекту пошкоджень (площі порушення адгезії), що залежить від призначення покриття і сфери його застосування. Порівняльний аналіз способу-прототипу і технічного рішення, що заявляється, свідчить, що основна відміннкспособу, що заявляється, полягає в тому, що він передбачає безперервну витримку зразків в розчині електроліта протягом певного проміжку часу t, що залежить від товщини покриття (8): t>8-I08-82, проведення вимірів ємності зразків через рівні проміжки часу, визначення приросту площі порушення адгезії Аби/At і містить рівняння для розрахунку терміну служби покриття, що і дозволяє прогнозувати довговічність покрить за 4 результатами прискорених лабораторних випробувань в умовах, близьких до експлуатаційних. Безперервна витримка зразків у заданому розчині протягом певного часу дозволяє звести до мінімуму внесок випадкових процесів, що перебігають в нестаціонарних умовах, наприклад, нестаціонарного процесу дифузії електроліту в покритті, структурних змін полімерної матриці в початковий період випробувань та ін., тому час витримки строго пов'язаний з товщиною покриття і швидкістю дифузійних процесів в ньому, що і відбиває коефіцієнт 8-Ю8. Витримка зразків в розчині протягом проміжку часу, меншого t призводить до підвищення похибки визначення терміну служби покрить. Проведення багаторазових вимірів ємності зразків через рівні проміжки часу дозволяє простежити за зміною властивостей покриття і межі металпокриття, які і відбивають відмову покриття. Величини приросту площі неадгезії з часом Лбн/At є кількісними характеристиками відмови покриття та підставою для прогнозування терміну служби покрить з використанням рівняння, яке виведено авторами за результатами численних експериментів з різноманітними за природою органічними покриттями, нанесеними на поверхню ряду технічних металів (сталь, нікель, цинк і ін.), з використанням функції ризику розподілу Вейбула, параметри якої відбивають суть фізико-хімічних процесів, що приводять до деградації покрить. Спосіб є експресним, оскільки тривалість випробувань для визначення характеру прирост)' площі неадгезії не перевищує 1-2 місяці. Вірогідність прогнозування досягається двома шляхами: по-перше, за рахунок використання як критерію відмови покриття величини приросту площі порушення адгезії, яка визначається неруйнуючим імпедансним способом і характеризує водночас як динаміку властивостей покриггя, так і характер і швидкість процесів на межфазовій межі метал-покриття, а, подруге, застосуванням статистично-імовірносного аналізу для 5 розрахунку параметрів прогностичного рівняння, які відбивають природу фізико-хімічних процесів у системі метал-покриття. Варіювання припустимої величини ефекту пошкоджень Р дозволяє прогнозувати довговічність покрить різноманітного призначення для різних умов експлуатації, оскільки Р регламентується галузевими стандартами і вимогами до надійності і безпеки експлуатації металоконструкцій, які захищають від корозії органічними покритгями. Спосіб, що пропонується, може знайти широке застосування в лабораторній практиці і виробничих умовах, бо при його здійсненні використовують прилади, що серійно випускаються промисловістю. В практиці прогнозування довговічності лакофарбових покрить використовують математико-статистичні способи [5], але обмежуються встановленням емпіричних кореляційних залежностей якісних показників дієздатності покриття від часу. Однак, використання для мети прогнозування кількісного критерію - площі порушення адгезії покриття до металу і його приросту, як характеристики стабільності системи метал-покриття, невідомо з літературних джерел. В практиці оцінки надійності технічних систем використовують функцію ризик)' розподілу Вейбула [6]. Однак, автори вперше застосували її для побудови математичної моделі прогнозування терміну служби органічних покрить в умовах експлуатації. Рівняння для розрахунку терміну служби покрить невідомо з літературних джерел як вітчизняних, так і зарубіжних, і отримано авторами вперше при узагальненні і систематизації результатів експериментальних досліджень. Спосіб здійснюють таким чином. Зразки з багатошаровим лакофарбовим покриттям, яке нанесене за стандартною технологією, занурюють у герметичній комірці, яка заповнена деаеровапим розчином корозійного середовища випробування проводять протягом часу t>8-I08-tf2, де б - товщинг покриття(м), проводять виміри ємності зразків через рівні проміжки 6 часу. З використанням хронограми смності зразків розраховують площу порушення адгезії покриття до металу за рівнянням (1)т а після цього визначають ЇЇ приріст Абв/At. Для підготовки даних до розрахунку терміну служби покрить заповнюють таблицю 1. Таблиця 1 Вхідні дані для розрахунку терміну служби покриття Час внпрбувавь, доба 6 н ЛЄ /At Ы її ln(A6H/At) Будують графік залежності в координатах In (Aea/At)»lnt і обчислюють коефіцієнт а=1+ Aln(A6H/At)/Alnt; параметр b визначають за величиною відрізка d, що відтинається на осі ординат, за формулою b =exp [(d-lna)/a]. Для розрахунку терміну служби покриття Т (доба) за рівнянням (2) задають припустиму величину ефекту пошкоджень Р у відповідності з нормативними документами галузі. Приклад реалізації способу. Зразки з стали Ст.З з багатошаровим лакофарбовим покриттям (: наведених в таблиці 2), товщиною 200 ±10 мкм, яке нанесено зг стандартною технологією, занурюють у герметичній комірці, заповна деаеровашш 3%-им розчином хлориду натрію. ЯКІ Зразкі витримують протягом не менш 40 діб в електроліті, вимірюють ємністі зразка, наприклад, з епоксидкьш покриттям (система IV) через кожн; добу за допомогою мосту змінного струму Р-5083, з використання? хронограми ємності розраховують площу порушення адгезії покритт до металу за рівнянням (1). Дані для розрахунку терміну служб покрить наведені в таблиці 3. З використанням графіка залежною ln(A6 /At)-lnt (рис.) обчислюють коефіцієнт a=l+Aln(Ae /Al)/Aln параметр b визначають за величиною відрізка d, що відтинається на о ординат, за формулою b =exp [(d-ina)/a]. Для розрахунку терміну служб J покритгя Т (діб) задають припустиму величину ефекту пошкоджень Р: для суднобудування, де знаходять застосування дані покри ггя, Р=0, 2. Таблиця 2 Системи багатошарових органічних покрить Номер системи І Склад системи ЕКЖС-40 ВЛ-02, ЕП-755 ВЛ-02, ХС-413 Б-ЕП-0126,Б-ЕП-421 ВЛ-02, ХС-720 ЕФ-1219,ХС-527 ЕФ-1219,ПФ-І67 ЕФ-065,ПФ-І67 ФЛ-03к, ПФ-218 II III IV V VI VII VIII IX Галузь застосування Підводна частина корпусу судна і і Баластні цистерни Надводний борт, надбудови ____ і 1.4 1.7 2.0 2.4 2.8 3.2 3.7 4.2 5.1 6.1 8.4 3 3 3 4 4 4 5 5 5 5.5 7.0 -11.51 -11.51 ~1 40.82 Г -10.41 S.07 5.19 5.40 ___ 1 -10.41 -10.41 -10.41 . ; -10.41 і -10.13 -10.13 -10.13 -9.90 -9.90 -9.90 -9.81 -9.57_J Аналогічні виміри і розрахунки проводять і для інших типів покрить. Зіставлення даних, отриманих за способом-прототипом, 8 способом, що заявляється, і результатами натурних випробувань покрить, наведено в таблиці 4. Таблиця 4 Порівняльний аналіз прогнозних значень терміну служби покрить за способом, що заявляється, (Тт) і ресурсу покрить в умовах експлуатації (Тф) Тип покриття Значення в 103,що отримані за способом -прототипом (50 діб) Тт, діб Тф,діб І II 4.00 0.70 0.50 0.40 0.85 2.00 1.93 0.75 1.80 698 730 1126 1441 2428 1100 1460 >1800 480 370 400 543 274 580 440 360 500 300 III IV V VI VII VIII IX Отримані дані свідчать, що спосіб, який заявляється, на відзнаку від способу-прототипу, дозволяє розрахувати термін служби покрить і прогнозувати їхню довговічність. Добра збіжність розрахункового терміну служби і ресурсу покрить в умовах експлуатації свідчить про коректність і вірогідність способу, що пропонується, для оцінки корозійної стійкості системи метал-покриття. Джерела інформації, прийняті до уваги 1. Карякина М. И. Испытания лакокрасочных материалов к покрытий. -М.: Химия, 1988.-272 с. 2. Тищенко Г. П. В кн. Современные лакокрасочные материалы и технология их применения. - М.: МДНТП им. Ф. Э. Дзержинского 1987.-е. И 8-120. 3. ГОСТ 9.083-78 Единая система защиты от коррозии и старения Покрытия лакокрасочные. Способи ускоренных долговечность в жидких агрессивных средах. 4. Ах. СССР № 1552078, Б,И. №11, 1990 испытаний н; 10 5. Абрамов О. В., Розенбаум А. Н. Прогнозирование состояния технических систем. - М.: Наука, 1990. - 126 с. 6. Хастингс Н., Пикок Дж. Справочник распределениям. - М.: Статистика. 1980. - 95 с. по статистическим 11 СПОСІБ ВИЗНАЧЕННЯ КОРОЗІЙНОЇ СТІЙКОСТІ МЕТАЛУ З ОРГАНІЧНИМ ПОКРИТТЯМ ш .:','Ж.