Защита металлических судов от коррозии и обрастания с помощью лакокрасочных покрытий
Защита от коррозии. Для предупреждения любого коррозионного процесса можно использовать следующие основные способы:
устранить причину коррозии (контакт с электролитом);
применить пассивную защиту, затрудняющую возникновение и развитие коррозионных процессов, но не устраняющую их причины (окрашивание);
использовать активную защиту, которая заключается в воздействии на причину коррозии (катодная защита, при которой устанавливается режим, снижающий разрушение корпуса судна);
использовать анодную защиту.
В судостроении применяют три последних способа борьбы с коррозией, так как исключить контакт корпуса судна с электролитом (морской водой) невозможно.
Пассивная защита может быть осуществлена путем нанесения на корпус судна, корпусную конструкцию или изделие защитного покрытия: металлического, органического или неорганического. Металлические покрытия могут быть анодными или катодными. Цинковые покрытия, относящиеся к анодным, не только изолируют металл от влияния внешней среды, но и защищают его электрохимически. К органическим покрытиям относятся жидкие, пастообразные, без растворителей или порошковые лакокрасочные материалы. Неорганические защитные покрытия получаются в результате химической обработки металла. Вследствие значительной пористости сами по себе окисные или фосфатные пленки не могут служить надежным защитным покрытием для металла. Такие пленки только улучшают адгезию лакокрасочного покрытия с окрашиваемой поверхностью, что повышает противокоррозионную защиту металла.
В основе активной защиты лежат электрохимические способы борьбы с коррозионными процессами. При катодном способе защиты корпус судна присоединяется к постороннему источнику постоянного тока, и он служит катодом. В качестве анодов используют дополнительные электроды, специально устанавливаемые на внешней поверхности корпуса, которые при этом разрушаются.
Анодная, или протекторная, защита заключается в следующем: к защищаемой конструкции присоединяют пластину металла, менее благородного, чем защищаемый металл, т. е. имеющего более низкий электродный потенциал. Такая пластина (протектор) становится анодом, на котором искусственно сосредоточивается коррозия. Разрушенный протектор заменяют новым. В судостроении применяют протекторы из цинка, алюминия, магния, сплавов алюминия с цинком, магния с алюминием, цинком и т. п. Наиболее эффективна протекторная защита в сочетании с лакокрасочными покрытиями.
Для защиты от коррозии наиболее часто используют лакокрасочные покрытия, которые по сравнению с другими видами защитных покрытий, служащих для тех же целей, имеют следующие преимущества:
низкую стоимость (по сравнению, например, со стоимостью гальванических, порошковых, стеклоэмалевых и других покрытий);
высокую технологичность (нанесение красок менее сложно, чем нанесение других видов защитных покрытий; окрашивать можно изделия любой конфигурации и размера, полностью или частично);
длительный период действия при правильном выборе лакокрасочных материалов, технологии их нанесения и схемы окрашивания;
возможность быстрого возобновления покрытия в случае его повреждения или разрушения, даже на эксплуатируемом судне.
Кроме того, путем соответствующего подбора красок и технологии их нанесения можно получить покрытия, обладающие практически любыми требуемыми свойствами (негорючие, теплостойкие, нефтестойкие, кислотостойкие, нескользкие, противообрастающие, химически стойкие и т. п.), а также любого заданного цвета и желаемой фактуры (глянцевые, матовые, полуматовые, шероховатые и др.).
Выбирая способ защиты, необходимо учитывать условия, в которых будет находиться изделие при эксплуатации. Поэтому для окрашивания судов следует применять покрытия, обладающие хорошей водостойкостью, твердостью и износоустойчивостью.
Для длительной защиты изделия от действия внешней среды необходимо, чтобы пленка покрытия была сплошной, лишенной пор, сохраняла высокую адгезию к поверхности, обладала минимальным водопоглощением. На практике при многослойном окрашивании не удается полностью изолировать окрашиваемую поверхность от действия влаги и кислорода воздуха вследствие неизбежного наличия в пленке краски пор, способности ее к набуханию, постепенного проникновения влаги к металлу и ухудшения адгезии покрытия к окрашенной поверхности. Особенно опасны разрушения краски в тех случаях, когда на поверхности стали 1 имеются остатки окалины, неизбежно создающие на металле анодные 2 и катодные 3 участки (рис. 2.3).
Рис. 2.3. Возникновение коррозионных процессов при наличии на металле окалины: а — на стальном листе с остатками окалины имеются анодные и катодные участки; б — сплошная пленка лакокрасочного покрытия защищает анодные участки от разрушения; в — при повреждении лакокрасочного покрытия на анодных участках возникает коррозия; г — нанесение протекторной грунтовки усиливает защиту анодных участков; д — повреждение краски вызывает разрушение только протекторной грунтовки.
При нанесении защитного покрытия 4, изолирующего металл, коррозионные процессы прекращаются. Однако по мере набухания покрытия, сопровождающегося его повреждением немедленно начинается коррозия металла, приводящая к появлению в анодных зонах глубоких местных разрушений. Неблагоприятное влияние остатков окалины или ржавчины можно ослабить применением протекторной грунтовки 5, которую затем перекрывают противокоррозионной краской.
Для того чтобы надежно защитить окрашиваемую поверхность, необходимо применять краски, в состав которых входят пигменты, способные замедлять коррозию металла. Это свойство пигментов называется ингибирующей способностью.
Все пигменты, используемые для изготовления красок, могут быть разделены на инертные (алюминиевая пудра, титановые белила, хромовый желтый пигмент и др.), замедляющие коррозию (свинцовый и цинковый крон, свинцовый сурик, цинковая пыль и др.) и способствующие коррозии (мумия, сажа, железный сурик из пиритных огарков и др.).
Замедляющее влияние на коррозию красок, в том числе содержащих алюминиевую пудру, не всегда можно объяснить только электрохимической протекторной защитой. Высокие противокоррозионные свойства таких красок в значительной степени зависят от их малой набухаемости и проницаемости вследствие чешуйчатого строения частиц алюминиевой пудры.
Свинцовый крон к числу универсальных замедлителей коррозии не относится. Цинковый крон является одним из универсальных замедлителей коррозии для стали и легких сплавов, но только в нейтральной или щелочной среде. В кислой среде, наоборот, он усиливает коррозию.
Наблюдениями установлено, что лакокрасочные покрытия, содержащие в своем составе пигменты, являющиеся замедлителями коррозии, оказывают защитное действие на окрашенную металлическую поверхность даже после повреждения покрытия.
Большое значение имеет технология получения лакокрасочных покрытий. Основные требования, от выполнения которых зависит качество покрытия, заключаются в следующем:
окрашиваемые поверхности должны быть сухими и полностью очищенными от всяких загрязнений;
окрашивание нужно производить рекомендованными материалами в сухую погоду при температуре и относительной влажности воздуха, установленных для покрытия;
количество нанесенных слоев и общая толщина высохшего слоя покрытия должны отвечать заданным;
окрашивание необходимо выполнять способами, указанными в технологии, с помощью рекомендованного оборудования и инструментов;
эксплуатация окрашенного судна должна быть начата только после полного высыхания всех нанесенных слоев краски.
Очень важно очистку металла выполнять так, чтобы на его поверхности не появлялись выступы и глубокие впадины, поскольку на выступающие участки практически невозможно нанести слой краски нужной толщины. При эксплуатации в этих точках происходит быстрое разрушение покрытия и появляется значительное количество очагов коррозии, устранить которые можно только нанесением дополнительных слоев красок. Впадины тоже способствуют быстрому разрушению защитного покрытия. Скапливающаяся в них краска до начала эксплуатации не успевает достаточно хорошо просохнуть. При попадании в воду полувысохшая краска на этих участках набухает и быстро разрушается.