Статьи
Главная > Статьи > К вопросу применения фосфатных покрытий для защиты стальных труб
К вопросу применения фосфатных покрытий для защиты стальных труб

УДК 620.197:621.643
T.С. Тарасова, инж.;
А.Т. Ломакин, канд.техн.наук;
Б.Ф. Соколов, канд.хим.наук;
Э.М.Веренкова

В связи с возросшими масштабами применения стальных тонко­стенных труб в мелиорации возникла необходимость осуществления длительной и эффективной защиты внутренней и наружной поверх­ности трубопроводов.
В настоящее время освоен выпуск стальных тонкостенных спиральношовных труб, изолированных снаружи полиэтиленовым покры­тием, с наружным диаметром 259…425 мм, толщиной стенок 4...4,5 мм, длиной 11 м. Для широкого применения таких труб в мелиоративном строительстве ЦНИИСКом Госстроя СССР при участии ВНПО «Радуга» разработано внутреннее противокоррозионное фосфатное покрытие холодного отверждения типа АФП-ХО [4].
Для исследования физико-механических, адгезионных и защитных свойств покрытий использовались плоские стальные образцы по ГOCТУ 9.402-60 и трубные образцы диметром 219 мм длиной 3...6 м. Покрытия наносили методом пневмораспыления. Перед нанесением по­верхность образцов подвергалась дробеструйной очистке, обезжири­ванию и обработке 5%-ным раствором бихромата калия.
Покрытие наносилось в 4 слоя с промежуточной сушкой при нормальных условиях в течение 30...45 мин, после чего образцы подвергались дополнительной выдержке на воздухе и дальнейшим испы­таниям физико-механичееких, адгезионных и защитных свойств при экспозиции в дистиллированной и морской воде, растворе минераль­ных удобрений и на гидравлическом стенде.
Результаты испытаний адгезии и прочности при ударе в процессе экспозиции в средах приведены в табл.1. Из табл.1 видно, что ад­гезия и прочность при ударе практически неизменны для всех вари­антов покрытия на протяжении всего времени экспозиции в морской воде, растворе минеральных удобрений и дистиллированной воде. Однако необходимо отметить, что наблюдались незначительные сни­жения адгезии и прочности при ударе у некоторых вариантов пок­рытия в дистиллированной воде. Во всех случаях коррозии под пок­рытием не наблюдалось.
Водопоглощение за сутки составило - 5,6 %. При испытании на гидравлическом стенде по трубам перекачивалась вода со скоростью от 1,2 до 1,5 м/с, содержащая механические примеси с размером частиц до 0,25 мм около 0,1 г/л. Температура воды колебалась от 20 до 40°С, рН - 7,4, Наработка т на стенде составила 2700 ч.
В процессе испытаний производились визуальный осмотр покрытия и поэтапные замеры его толщиномером марки МШ-10 по коор­динируемым с помощью шаблона точкам. По результатам замеров ус­тановлено, что интенсивный износ покрытия наблюдается в первые 1800 ч испытаний с последующей стабилизацией его толщины (рис.1).
Защитные свойства покрытий зависят от их состава и возможного механизма образования фосфатной пленки. Входящее в состав вододисперсной композиции кислое цинкхлорфосфатное связующее (ЦХФС) обуславливает активное химическое взаимодействие с металлом, в результате которого в несколько этапов образуется защитная фосфатная пленка. Под слоем кислого ЦФХС осуществляется предварительная пассивация стали бихроматом калия. Далее пассивированная поверхность металла химически взаимодействует с цинкхромфосфатным связующим с образованием гидратных комплексов фосфатов железа и цинка. Механизм образования фосфатного покрытия, вероятно, можно свести к протеканию следующих реакций:

1. K2CrO7 + 2Fe + 3H2O = Cr2O 3 + K2O + 2Fe(OH)3;
2. P2O5 + 3H2O = 2H3PO 4;
3. 6Fe(OH)3 + 3H3PO4 = [Fe(OH)]3(PO4)2 + [Fe(OH)2]3PO 4 + 9H2O;
4. 3ZnO + 2H3PO4 = Zn3(PO4) 2·3H2O;
5. 4ZnO + 4CrO3 + 3H2O·CrO3·3H2 O.

Таблица 1. Адгезия и прочность при ударе (Н·м) при экспозиции фосфатных покрытий типа АФП-ХО в различных средах
Вариант покрытия

Время экспозиции, месяц



0
1
2
4
6
8
10
12
I 2
3
4
5
6
7
8
9
АФП-Х01








I)+ 1/5+ 1/5
1/5 1/5 1/5 1/5 1/5 1/5
2)
1/5 1/5 1/5 1/5 1/5 1/5 1/5 1/5
3)
1/5 1/5 1/5 1/4,5
1/4,5 1/4,5 1/4,5 1/4,5
АФП-Х02








I)+ 1/5
1/5  1/5 1/5 1/5 1/5 1/5 1/5
2)
1/5 1/5 1/5 1/5 1/5 1/5 1/5 1/5
3)
1/5 1/5 1/5 1/5 1/5 1/5 1/5 1/5
АФП-Х02-1








I)+ 1/5 1/5 1/5 1/5 1/5 1/5 1/5 1/5
2)
1/5 1/5 1/5 1/5 1/5 1/5 1/5 1/5
3)
1/5 1/5 1/4
1/4
1/4,5
1/5 1/5 1/5
АФП-Х02-2








I)+ 1/5
1/5  1/5 1/5 1/5 1/5 1/5 1/5
2)
1/5 1/5 1/5 1/5 1/5 1/5 1/5 1/5
3)
1/5 1/4,5
1/4,5 1/4,5 1/4,5 1/4,5 1/4,5 1/4,5
АФП-Х02-11








I)+ 1/5
1/5 1/5 1/5 1/5 1/5 1/5 1/5
2)
1/5 1/5 1/5 1/5 1/5 1/5 1/5 1/5
3)
1/5 1/5 1/5 1/5 1/5 1/5 1/5 1/5
АФП-Х02-12







I)+ 1/5 1/5 1/5 1/5 1/5 1/5 1/5 1/5
2)
1/5 1/5 1/5 1/5 1/5 1/5 1/5 1/5
3)
1/5 1/5 1/5 1/5 1/5 1/5 1/5 1/5
АФП-Х02-13







I)+ 1/5 1/5 1/5 1/5 1/5 1/5 1/5 1/5
2)
1/5 1/5 1/5 1/5 1/5 1/5 1/5 1/5
3)
1/5 1/5 1/5 1/5 1/5 1/5 1/5 1/5
АФП-Х02







I)+ 1/5 1/4,5
1/4,5 1/4,5 1/5 1/5 1/5 1/5
2)
1/5 1/4,5 1/4,5 1/4,5 1/5 1/5 1/5 1/5
3)
1/5 2/4,5 2/4 2/4,5 1/5 1/5 1/5 1/5

Примечания;

+1) - морская вода по ГОСТУ 9.0403-80:

2) - раствор минеральных удобрений: 1 % - азотных; 3 % - фосфатных; 5% -калийных;

3) - дистиллированная вода;

++ - в числителе - величина адгезии, в знаменателе - прочность при ударе.

 

Такое химическое взаимодействие неорганического связующего с пассивированной поверхностью стали и обуславливает, по-видимому, высокую адгезионную и когезионную прочность покрытия: электрохимическое растворение металла заторможено переводом его из активного состояния в пассивное бихроматом калия, а пассив­ная пленка, прореагировав с неорганические; связующим, образует конечный слой защитных фосфатов, прочно сцепленных со стальной поверхностью. Это согласуется с проведенными ранее работами [I].
Критерием оценки пригодности неорганического связующего ЦХФС для противокоррозионного покрытия холодного отверждения явился низкотемпературный интервал необратимой дегидратации, от которо­го зависит температура образования водостойких форм [I] .
Высокая изолирующая способность покрытия достигается и совмеще­нием неорганического связующего с органическим стиролбутадиеновым латексом СКС-65 ГП, который в естественных условиях, окисляясь кислородом воздуха и окисью хрома, также обеспечивает химическое отверждение комплексной композиции.
Вместе с тем, немаловажна пассивирующая роль фосфатного связую­щего. Концентрация пассивирующего агента - хромат-ионов [VI] , по-видимому, должна обеспечивать полную и длительную защиту, ибо при недостаточной концентрации пассивирующего агента может усиливаться местная коррозия. Однако - избыток ионов Сr+6, образующихся вследст­вие их вымывания водой из покрытия, также может неблагоприятно ска­заться на защитной роли покрытия: происходит ослабление барьерных свойств, снижается адгезия [2]. Возникающее противоречие вызывает необратимость регулирования концентрации пассивирующего агента, для чего в состав фосфатного покрытия вводится ингибитор - хромат ба­рия. Аромат бария, по мнению Мейера [3] , обеспечивает длительную защиту металлической поверхности, оказывая ингибирующее действие на более поздней стадии защиты, по сравнению с начальной стадии, осуществляемой комбинацией хромата бария с ЦХФС.
Функцию управления процессом вымывания пассивирующего агента в ЦХФС несет окись цинка, способствующая увеличению анодной по­ляризации стали цутем уменьшения скорости анодного растворения. В этих условиях проявляется тормозящее действие хромата по отношению к анодному процессу, то есть его пассивирующие свойства. На стабиль­ность высоких значений физико-механических свойств существенно повлияло введение в состав фосфатного покрытия железоокисного пигмента в качестве наполнителя, который, сохраняя в композиции свою стрэгктуру, обеспечивает прочностный каркас покрытия.
Серпентинит наряду с железоокисным пигментом упрочняет и уп­лотняет cтpyктуpy, создает в комплексе с остальными компонента­ми диффузионные затруднения для проникновения жидких агрессивных сред. Кроме того, структура серпентинита позволяет снижать внутрен­ние напряжения покрытия, благодаря чему не наблюдаются нарушения сплошности покрытия.
Первоначальный износ покрытия на гидравлическом стенде произо­шел за счет износа шероховатостей неорганической части покрытия.
Полученный процент водопоглощения можно также объяснить струк­турой покрытия; поскольку покрытие комбинированное, то его струк­туре присуща некоторая определенная неплотность упаковок с нали­чием микропор, что может создавать доступ воде.
На основании сказанного можно сделать заключение о пассивирующе-изолирующем механизме защитного действия покрытия типа АФП-ХО.
Положительные результаты испытаний фосфатных покрытий, а также разрешение Минздрава СССР на применение их в водоснабжении и мели­орации позволяют рекомендовать их для защиты внутренней поверх­ности стальных тонкостенных труб, применяемых при строительстве напорных подземных трубопроводов оросительных систем.

Список использованной литературы

1. Захарова Н.Б. Антикоррозионная защита стальных строитель­ных конструкций покрытиями на основе фосфатного связующего. Авто­реферат диссертации на соискание ученой степени канд.техн.наук. М., 1979.
2. Розенфельд И.Л., Рубенштейн Ф.И. Антикоррозионные грунтов­ки и ингибированные лакокрасочные покрытия. М., Химия, I960.
3. Мруел.. <5. Fanbe und Lack , 1963, 5с/69, № 7. S. 528...532.
4. Веренкова Э.М., Ильина Л.К., Камнева Г.П. и др. Влияние предварительной пассивации на защитные свойства противокоррозион­ного фосфатного покрытия типа АФП-ХО. - Коррозия и защита в нефте­газовой промышленности. М., 1963, 8.

 



перейти в раздел Статьи
 

Во исполнение требований Федерального закона «О персональных данных» № 152-ФЗ от 27.07.2006 г. Все персональные данные, полученные на этом сайте, не хранятся, не передаются третьим лицам, и используются только для отправки товара и исполнения заявки, полученной от покупателя. Все, лица, заполнившие форму заявки, подтверждают свое согласие на использование таких персональных данных, как имя, и телефон, указанные ими в форме заявки, для обработки и отправки заказа.
Хранение персональных данных не производится.

Тип машины *
Пожалуйста, заполните обязательные поля.

Производитель *
Пожалуйста, заполните обязательные поля.

Год выпуска *
Пожалуйста, заполните обязательные поля.

Наработка

Ваше имя *
Пожалуйста, заполните обязательные поля.

Ваш телефон *
Пожалуйста, заполните обязательные поля.

Ваша электронная почта