ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Антикоррозионная защита подземных трубопроводов покрытиями из "Защита подземных трубопроводов антикоррозионными покрытиями" Защита металла от коррозии покрытиями основывается на их барьерном, пассивирующем или протекторном действии. Покрытия барьерного типа исключают контакт металлической поверхности с веществами, вызывающими коррозию. Следует отметить, что для протекания коррозионного процесса со средней скоростью 70 мг/см в год достаточно 11 мг воды и 30 мг кислорода [20]. [c.24] Покрытия, действие которых основано на пассивации поверхности металла, содержат химические агенты, обладающие окислительными свойствами (чаще всего пигменты) и вызывающие торможение коррозионного процесса. Пассивирующие свойства покрытиям можно придавать введением в состав макромолекул пленкообразующего специальных групп [21]. В этом случае покрытия сохраняют защитные свойства и при небольших нарушениях сплошности [22], Под термином пассивация следует понимать замедление коррозионного процесса в результате торможения анодной реакции, вызванное резким изменением состояния поверхности при образовании на ней адсорбционных слоев кислорода, кислородсодержащих соединений [23], или, в другой трактовке, при образовании фазовой окислительной пленки, физически изолирующей металл от агрессивного действия электролита [24]. [c.24] Протекторные покрытия содержат наполнители, которые по отношению к трубной стали действуют как растворимые аноды и таким образом обеспечивают катодную защиту. Наполнителями могли бы служить порошки магния, алюминия и цинка, однако магний и алюминий довольно быстро покрываются окисной пленкой это препятствует их растворению и прекращает действие таких наполнителей в качестве анодов. [c.24] По современным воззрениям защитное действие лакокрасочного покрытия объясняется торможением процессов электрохимической коррозии на границе раздела металл—покрытие. Но трактуется это явление различно. [c.25] Изучение строения лакокрасочных покрытий показало, что они обладают пористо-капиллярной структурой. При этом различают поры, образуемые просветами , возникающими между молекулярными цепями при флуктуации плотностей во время теплового движения отрезков цепей, и истинные поры, образующиеся в процессе формирования покрытий. Величина просветов зависит от плотности упаковки макромолекул полимера и находится в пределах 0,001—0,1 мкм размер (и количество) истинных пор в значительной мере определяется способом нанесения лакокрасочного покрытия и колеблется от 1 до 100 мкм. [c.25] На проницаемость покрытий влияет также способ их отверждения. При образовании поперечных связей между мо-лекула1йи снижается гибкость цепных молекул, что способствует уменьщению проницаемости полимера. Известно, что пространственно-структурированные полимеры с частыми поперечными связями характеризуются низкой водо- и газопроницаемостью. От структурной пористости, а также от присутствия в полимере гидрофильных групп (карбоксильных, гидроксильных, эфирных), сорбирующих влагу, зависит степень набухаемости полимерного материала. При высокой сорбционной способности полимерная пленка прочно удерживает влагу, тем самым ограничивает ее доступ к металлической поверхности. Истинные поры, образующиеся в лакокрасочном покрытии после улетучивания растворителей, служат каналами, по которым к металлической поверхности могут проникать вещества, вызывающие ее коррозию —кислород, влага, ионы и молекулы электролитов. Суммарный эффект от работы пор обоего рода определяет влаго- и газопроницаемость полимерного материала. [c.25] Максимальная проницаемость характерна для высоко-, эластичных каучукоподобных полимеров, минимальная —для жестких полимеров, имеющих в своем составе большое число полярных групп. Наибольшей проницаемостью обладают полимеры, в которых взаимодействие цепных молекул осуществляется в основном за счет дисперсионных сил (полибутадиен), а наименьшей —полимеры, молекулы которых связаны ионными, водородными или ковалентными связями. Присутствие в молекулах полярных групп — гидроксильных, карбоксильных, аминных, как правило, понижает проницаемость, что обусловливается увеличением межмолекулярного взаимодействия в полимере [25]. [c.26] До недавнего времени многие исследователи считали, что протекание коррозионных процессов под изоляционными ПО7 крытиями контролируется скоростью диффузионного переноса влаги, кислорода и электролитов к металлической поверхности, и выбором определенной толщины защитного покрытия, рассчитываемой по закону Фика, можно предотвратить возникновение коррозионног-о процесса [26, 27]. [c.26] Большое значение толщине покрытия придают также В. Киттельбергер и А. Элм [28], которые полагают, что перенос воды через пленку осуществляется в результате осмоса и электроосмоса. Первый определяется разностью концентраций растворов по обе стороны пленки, второй — разностью электрических потенциалов. Следует отметить, что оба эти процесса являются вторичными, т. е. возможными после начала коррозионного процесса под изоляционной пленкой, в результате которого возникает разность концентрационного или электрического потенциалов. [c.26] Для каждого вида антикоррозионного покрытия существует оптимальное значение толщины. Оно определяется экспериментально и приводится в технических условиях на покрытие. [c.27] Красильщиков с сотрудниками считает защитная способность покрытия связана с тем, что в результате его взаимодействия с металлом изменяется энергетический уровень атомов, расположенных на поверхности, и таким образом повышается его термодинамическая стабильность. Образующийся на границе раздела металл — покрытие двойной электрический слой вызывает торможение электрохимических процессов на металле под пленкой, снижает ток пассивации и увеличивает адгезию полимера к металлу. На основании установленной зависимости между адгезией покрытия к стали и током поляризации, характеризующим защитную способность покрытия, авторами предложен неразрушающий метод определения прочности связи покрытия сЬ сталью по величине плотности тока анодной пассивации [19, 30]. [c.27] Ницберг, С. В. Якубович, Я. М. Колотыркин [31], рассматривая окрашенную металлическую поверхность как трехфазную систему лакокрасочное покрытие — окисная пленка — металл, считают, что защитное действие покрытия основано на ограничении диффузии агентов, вызывающих разрушение окисной пленки, а следовательно, на разблагоражива-нии потенциала на поверхности металла, т. е. торможении коррозионного процесса. [c.27] В соответствии с взглядами Н. Д. Томашова, В. С. Киселева и М. М. Гольдберга, защитные свойства антикоррозионных лакокрасочных покрытий складынаются из многих факторов адгезионной способности пленки, ее сплошности, степени набухаемости, пассивирующего действия содержащихся в ней пигментов на металл, значения pH в пленке и др. Поэтому объяснить механизм защитного действия лакокрасочного покрытия влиянием только одного из перечисленных факторов нельзя, и его количественная оценка не может однозначно характеризовать защитную эффективность покрытия. Критерием защитной способности должна служить скорость протекания процесса электрохимической коррозии металлической поверхности под лакокрасочной пленкой [17]. [c.27] Михайловский с сотрудниками [33, 34], считая, что имеющиеся экспериментальные данные не позволяют объяснить тормозящее действие адгезионного слоя на скорость электрохимических реакций в свете современных представлений об его строении и о природе адгезионных сил, провели серию исследований, це ью которых было разделить и количественно оценить степень торможения окисления металла, обусловленную действием диффузионных и адгезионных сил. [c.28] Исследование влияния проницаемости свободных полимерных пленок из поливинилхлорида, полиэтилена и фторопласта на скорость окисления металла при отсутствии адгезионной связи покрытия с подложкой показало, что скорость окисления металла во влажной неагрессивной среде не зави сит от природы защитной полимерной пленки, так как контролирующим фактором процесса окисления металла является не диффузия влаги через пленку, а торможение анодного процесса ионизации металла. Во влажной среде, содержащей химически агрессивные вещества, проникающие через пленку и активирующие анодный процесс, защитные свойства пленок определяются их влагопроницаемостью, т. е. в этом случае защитные свойства покрытий зависят от химической природы и структуры полимерного материала. Из исследованных материалов наиболее плотную упаковку имеет фторопласт, а наименее плотную — поливинилхлорид, повышенная влагопроницаемость которого обусловлена его линейной структурой и присутствием в нем пластификатора. В результате проведенных исследований была предложена количественная оценка защитных свойств полимерных пленок величиной 0., показывающей, во сколько раз скорость окисления металла под защитным покрытием меньше скорости окисления незащищенного металла в тех же условиях. [c.28] Каков же механизм возникновения адгезионной связи между полимерным покрытием и металлической поверхностью Существует несколько теорий, различным образом трактующих природу этого явления. За рубежом главным образом придерживаются адсорбционной теории, разработанной Н. А. Дебройном, который рассматривает адгезионную связь как адсорбционную. По мнению советских ученых [36], адсорбционная теория ошибочна по своей сути, поскольку теория адгезии должна охватывать любые основные факторы, влияющие на величину адгезии, между тем адсорбционные явления не всегда сопутствуют возникновению адгезионной связи. По наиболее современным представлениям, развитым Б. В. Дерягиным, Н. А. Кротовой, В. П. Смилгой [36], адгезия во всех случаях является результатом межмолекулярного взаимодействия поверхностей разнородных материалов и обусловливается силами химической связи, или силами Ван-дер-Ваальса. Поэтому нельзя противопоставлять электронную теорию адгезии химической теории. [c.29] Для защиты подземных трубопроводов в Советском Союзе и за рубежом главным образом применяются материалы, изготовленные на основе битума, при этом в отечественной практике используются преимущественно нефтяные битумы, а в, зарубежной — наряду с ними битумы твердого топлива (каменноугольные смолы и пеки). [c.30] Мосферостойки и обладают лучшей растяжимостью. Парафин в составе битумов, наоборот, снижает адгезиЮ . Кроме того, при содержании парафина (за исключением твердых парафинов определенной структуры) более 3% ухудшаются структурно-механические свойства битума. С увеличением содержания серы повышается хрупкость последнего и уменьшается интервал пластичности, а карбены и карбоиды увеличивают его твердость. [c.31] Нефтяные битумы получают из нефтей прямой отгонкой высококипящих фракций (остаточный битум) или окислением кислородом воздуха гудронов при температурах 260—280°С (окисленный битум). В процессе окисления увеличивается содержание смол и асфальтенов, поэтому окисленные битумы более эластичны и термостойки, чем остаточные. В зависимости от твердости, пластичности и температуры размягчения битумы делятся на марки. [c.31] В Советском Союзе выпускается около десяти видов нефтяных битумов, но для защиты подземных трубопроводов используются изоляционные битумы (ГОСТ 9812—74), строительные (ГОСТ 6617—56) и рубракс (ГОСТ 781—68). Изоляционные битумы по сравнению со строит ьными обладают более высокими упругопластическими свойствами, а рубракс, в отличие от них обоих, имеет высокую температуру размягчения, и вспышки (270 °С) и меньший показатель пенетрации от 0,3 до 0,8 мм. [c.31] Вернуться к основной статье