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.