Продажа
профессиональных
антикоррозийных
красок
Объекты применения

Механизм защитного действия и разрушения лакокрасочных покрытий

Способность лакокрасочного покрытия предотвращать или замедлять коррозию металла определяется пятью основными группами его свойств:

  1. барьерными;
  2. адгезионными;
  3. диэлектрическими;
  4. пассивирующими;
  5. физико-механическими.

Различные специалисты по-разному оценивают  вклад указанных свойств в общий эффект защитного действия; одни отдают предпочтения барьерным свойствам, другие считают наиболее важным адгезионную прочность, третьи – омическое сопротивление пленки и т.д. На самом деле защитные свойства покрытия определяются комплексом указанных выше свойств, которые к тому же связаны между собой и оказывают друг на друга взаимное влияние. Для различных по природе покрытий и сред могут преобладать те или иные из этих свойств.

Барьерные свойства покрытия – это способность, во-первых, ограничивать доставку через пленку к металлу воды, кислорода, хлоридов и других коррозионных агентов и удаление через пленку в среду продуктов коррозии;; и, во-вторых, самому противостоять воздействию среды. Барьерные свойства покрытия (проницаемость, сорбция) тесно связаны со структурой полимерной пленки, ее наполнением, степенью гидрофильности и пр. Различают полимеры линейные и с трехмерной  структурой. Очевидно, что полимер с частой трехмерной сеткой представляет собой большее препятствие для частиц среды, чем линейный полимер.  Полимер с гидрофильными и полярными группами будет более активно сорбировать воду, чем полимер гидрофобный. Проницаемость пленки будет меньше, если ее наполнить, например, частицами стекла чешуйчатой формы.

Адгезионные свойства покрытия объясняются сложным взаимодействием (физическим, химическим, электрическим) функциональных групп полимера с активными центрами металла. Возникшие связи препятствуют взаимодействию металла с частицами среды, т.е. процессу коррозии. Попросту говоря, чем выше адгезия, т.е. чем больше связей металла с полимером и чем сильнее эти связи, тем меньше остается вакантных участков, на которых возможен коррозионный процесс.

Диэлектрические свойства покрытия характеризуются электрическим сопротивлением покрытия в данной среде, и является суммой двух его составляющих – омического и поляризационного сопротивлений.  Суть влияния электрического сопротивления на процесс коррозии состоит в уменьшении стока ионных зарядов и электронов от поверхности металла через пленку в среду, т.е. в торможении как анодного, так и катодного процесса. Существует прямая зависимость между электрическим сопротивлением и его защитными свойствами. В частности, хорошую защиту морской воде обеспечивают покрытия, имеющие электрическое сопротивление не менее 108Ом•см2.

Пассивирующие свойства характеризуют способность покрытия пассивировать металл под пленкой покрытия в местах нарушения адгезии с помощью экстрагируемых из покрытия пигментов или ингибиторов коррозии. Пассивирующие свойства могут проявляться на металле по-разному: изменением потенциала анодных и катодных участков, изменением pH среды под пленкой, образованием оксидных пленок и ингибирующих комплексов. Эффективность пигментов и ингибиторов в покрытии определяется оптимальной концентрацией пассивирующего раствора под пленкой и продолжительностью поддержания металла в пассивном состоянии.

Физико-механические свойства характеризуют стойкость покрытия пртив механического разрушению пленки под действием внешних и внутренних напряжений. Механизм разрушения лакокрасочного покрытия и коррозии окрашенного металла включает в себя множество последовательных и параллельных превращений физического, химического, электрохимического и механического характера. Условно этот процесс можно представить в виде четырех последовательных стадий:

Стадия 1 – диффузия корозионно-активных агентов (воды, кислорода, хлоридов) через пленку покрытия к металлу. Под покрытием вследствие шероховатости и наличия неадгезированных участков имеют место не заполненные лакокрасочным материалом полости. В эти полости проникает сначала вода (молекула воды имеет меньшие размеры), затем кислород и хлориды. Процесс диффузионного проникновения включает в себя адсорбцию реагентов среды на поверхности покрытия, растворение их в пленке покрытия, перенос через пленку под валянием градиента химического потенциала и адсорбцию на поверхности металла.

На этой стадии начинается и продолжается в течение всего срока службы покрытия взаимодействие его со средой и изменение физико-химических и физико-механических характеристик покрытия. Результатом такого взаимодействия являются набухание пленки, ослабление межмолекулярных связей, вымывание из полимерной матрицы растворителей, пигментов и низкомолекулярных фракций полимера, деструкция макромолекул и т.п.  Это приводит к снижению прочности пленки, ослаблению адгезионных связей.

Стадия 2 – растворение водой пассивирующих пигментов (в случае их присутствия), торможение коррозионных процессов, осмотическое проникновение воды на участках неадгезированного покрытия.

Вода, проникая в покрытие, частично растворяет противокоррозионные пигменты, образуя пассивирующий раствор на границе металл-покрытие. При определенной концентрации этого раствора полностью тормозится коррозия металла. Содержание водорастворимых пигментов в покрытии выбирается обычно с учетом оптимального сочетания их положительных свойств (защита от коррозии) и отрицательных (осмос, снижение барьерных качеств).

При осмотическом заполнении полостей водой давление в ней возрастает, что приводит к образованию под пленкой осмотических пузырей. Со временем давление возрастает настолько, что в отдельных местах начинают нарушаться слабые адгезионные связи, чему способствует расклинивающее действие раствора.

Стадия 3 снижение концентрации пассивирующего раствора под пленкой покрытия ниже минимального защитного  уровня, начало коррозионного процесса.

С ростом объема осмотических пузырей концентрация пассиватора в них начинает уменьшаться и, соответственно, увеличивается скорость коррозии под пленкой покрытия. Продолжается разрушение адгезионных связей и рост микрополости за счет осмотического проникновения воды и вследствие давления образующихся продуктов коррозии (их объем, как известно, в несколько раз превышает объем разрушений металла).

Стадия 4 – когезионное или адгезионное разрушение покрытия.  На этой стадии на пленку покрытия с длительной прочностью  σдл  действуют механические напряжения от давления продуктов коррозии  σкор, осмотического давления  σосм, σσ - деформацией окрашенной конструкции  , а также внутренние напряжения в пленке  σвн..

Условие механического разрушения определяется выражением:

 σдл  <  σкор + σосм +  σσ +  σвн..

Разрушение покрытия может произойти не в виде разрыва пленки в месте образования осмотического пузырька, а в виде отслоения пленки вследствие разрушения адгезионных связей. Тогда условие будет определяться выражением:

 σА <  σкор + σосм  + σσ  +  σвн +  σраскл


где   σраскл  -  напряжение, вызванное действием расклинивающих сил.

Схема разрушения лакокрасочного покрытия представлена на рис.1.

Схема разрушения лакокрасочного покрытия

Рис. 1. Схема разрушения лакокрасочного покрытия.

Описанный сценарий разрушения лакокрасочного покрытия большей степени относится к условиям эксплуатации окрашенной конструкции в морской  или пресной воде, во влажной атмосфере. В агрессивных кислых или щелочных средах, в условиях повышенной температуры, воздействия солнечной радиации, бактериальной среды и других внешних факторов процесс разрушения лакокрасочного покрытия может протекать по другому механизму. Например, в сухой атмосфере с повышенной температурой основным разрушающим фактором могут оказаться не продукты коррозии, а внутренние усадочные напряжения в пленке; в этом случае видимыми дефектами покрытия будут не пузыри, а трещины и отслоения.

Характер разрушения лакокрасочного покрытия определяется не только внешними воздействиями, но и природой лакокрасочного материала, главным образом, типом пленкообразующей основы и наполнения. Например, кремнийорганические покрытия
обладают хорошими термостойкими свойствами вследствие высокой энергии связи Si-O (446 кДж/моль против 250-290 кДж/моль для связи С-С), однако имеют  низкую стойкость при контакте с водой и влажной атмосферой. Благоприятно влияют на термостойкость различных покрытий пигменты с чешуйчатой формой частиц – алюминиевая пудра, слюда, стекло.

Часто критическое состояние лакокрасочного покрытия определяется не коррозией металла под покрытием и не разрушением пленки, и ее декоративным видом. В этом случае покрытие оценивают такими показателями как меление, изменение цвета и блеска, грязеудержание.

Таким образом, описанный выше механизм разрушения лакокрасочных покрытий, наиболее типичный для противокоррозионных покрытий, может иметь существенные специфические отличия для различных по природе лакокрасочных материалов. Это следует учитывать при выборе оптимальных систем покрытий для конкретных условий эксплуатации объекта.


Рассказать друзьям:  
 
Поставки цинковых покрытий в любые регионы РФ:
Москва, Санкт-Петербург, Астрахань, Нижний Новгород, Воронеж
Создание сайта Unitech
file/image/main_Zn.jpg
1998-2014 “Corrozii.net” 
Российская Федерация, 620062,г.Екатеринбург, пр. Ленина, 101/2
тел.: (343) 268-10-53 

группа в контакте twitter

Антикоррозийная защита и покрытия, цинковые покрытия, холодное цинкование