Металлизиционные протекторные покрытия

Ежегодно от коррозии в мире теряется до 20% годового производства металла. При этом проблема не  только  в  потере  металла  как  такового. Потери,  которые  возникают  в  связи  с  коррозией —  остановки производства из-за необходимости ремонта металлоконструкций производственных объектов, транспортные проблемы  из-за  закрытия  на  ремонт  мостов  и  путепроводов —  наносят  не  меньший  ущерб.  Известны  случаи, когда  коррозионное разрушение несущих металлических конструкций приводило к человеческим жертвам.

Способов защиты от коррозии конструкционных сталей достаточно много. Среди них как основные могут  быть  обозначены  изоляция  от  воздействия  среды  и  изменение  электрического  потенциала поверхности объекта.    Чаще  всего  сейчас  применяется  изолирующий  способ —  изоляция  поверхности  металла  от  коррозионного  воздействия.  Для  этого  используются  лакокрасочные  материалы,  битумы,  различные  полимерные  пленки.  Недостатком  данного  метода  является  высокий  риск  подпленочной  коррозии  при  повреждении покрытия. В то же время изменение потенциала на поверхности изделия — катодная защита,  включена  в многие  отраслевые  нормативы,  как  эффективный  промышленный метод  защиты  от  коррозии. Недостатком  катодной  защиты  являются  высокие  энергозатраты  при  эксплуатации  Существует   метод, объединяющий преимущества и исключающий недостатки обоих способов — нанесение металлизационных  протекторных покрытий из материалов «электроотрицательных» по отношению к конструкционным сталям металлов — алюминия, цинка и их сплавов.    Промышленное  применение металлизационных протекторных покрытий на металлоконструкциях промышленных  объектов широко  известно  в  развитых  странах  и  включено  в  многие  регламентирующие документы. Такое пристальное внимание к протекторным покрытиям обусловлено пониманием серьезности экономических потерь  вызванных в долгосрочной перспективе коррозионными разрушениями.    Первые  случаи  применения протекторных  покрытий имели  место  в 30-х  г.г.  ХХ-го  века.  В  то время газопламенное напыление, само по себе изобретенное за три десятилетия до этого, было использовано для  защиты  от  коррозии  мостов,  нанесением  цинкового  покрытия.  Уровень  развития  технологии газотермического нанесения покрытий был таков, что покрытия имели очень высокую пористость. Для ее заполнения  использовались  лакокрасочные  материалы,  выполнявшие  в  то  же  время  и  декоративные функции.   Уже  первые  примеры  применения  газотермических  протекторных  покрытий  показали  их высочайшую  эффективность.  Так  например Menai Straits Bridge  в  Англии  еще 90  лет  был  защищен газопламенным  цинковым  порошковым  напылением.  В 1952  году  инспекция  качества  покрытия  моста рекомендовала лишь восстановление декоративного лакокрасочного покрытия, несмотря на то, что за более чем 30-летний  период  эксплуатации,  пришедшийся  на  годы  экономического  кризиса  и  мировую  войну, серьезных работ по обслуживанию моста не производилось.

Мониторинг защиты от коррозии протекторных металлизационных покрытий  проводился в США с 50-х по 70-е  годы (всего 19 лет) Американским обществом  сварщиков и Комитетом по  газотермическому напылению  и  в   Великобритании  в 1969/70-х  г.г.  Результаты  обоих   исследований  доказали  что комбинированная  протекторная  защита (напыленный  металл  плюс  пропитка)  обеспечивает  наилучшую защиту от коррозии металлоконструкций в высокоагрессивных средах (морская и речная вода, атмосфера с повышенным  содержанием  сернистых  выбросов,  подземная  прокладка  элементов  стальных  конструкций при наличии блуждающих токов, в том числе под асфальтным покрытием и др.)

За  рубежом  металлические  протекторные  покрытия  на  основе  алюминия  и  цинка  стали  активно внедряться в различных областях промышленности в 80-90-х годах прошлого столетия в рамках стандартов ISO 2064 Metallic and other non-organic coatings-Definitions and conventions, ISO 2178 Non-magnetic coatings on magnetic substrate’s, в основном использовались для  защиты мостов, различных  стальных конструкций, дымоходов и других изделий.    В  то  же  время  на  территории  бывшего  СССР  применение  протекторных  покрытий  имело  место только  на  отдельных  объектах  в  основном  в  качестве  опытно-промышленных  испытаний. До  настоящего времени  доля  металлизационных  протекторных  покрытий  в  практике  защиты  от  коррозии  в  России ничтожна в сравнении с тем, какое место протекторные покрытия занимают в Европе, США и Японии.   В  последнее  десятилетие  в  нашей  стране  широко  рекламируются  технологии  так  называемого «холодного  цинкования»,  когда  цинковый  или  алюминиевый  порошок  вводится  в  лакокрасочное связующее.  Предполагается,  что  лакокрасочное  связующее  имеет  определенную  проводимость электрического тока, что обеспечивает гальваническое взаимодействие между цинковым или алюминиевым порошком  и  основным  металлом.  Таким  образом  якобы  осуществляется  комбинация  изолирующего  и протекторного  способа  защиты  от  коррозии.  Тем  не  менее  гарантийные  обязательства  и  срок  службы  на практике оказываются несравнимо меньшими, чем таковые для металлизационных протекторных покрытий, а случаи подпленочных коррозионных разрушений под такими покрытиями — не редкость.   Основные  преимущества  металлизационных  протекторных  покрытий  перед  лакокрасочными обусловлены следующими обстоятельствами:

1.  Непосредственный  контакт  металлов.  При  газотермическом  способе  нанесения  покрытийпротекторный металл наносится непосредственно на защищаемый металл, так что электрический контакт не опосредован  лакокрасочным  материалом  с  весьма  относительной  проводимостью.  Таким  образом достигаются реальное гальваническое взаимодействие стальной основы и наносимого металла — цинка или алюминия, т.е реальный, а не «для рекламы» протекторный эффект. Как следствие, подпленочные процессы просто  невозможны  для  такого  типа  покрытий,  ввиду  сущности  электрохимических  процессов, происходящих в месте контакта материалов и на их поверхности.

2.  Неубывающая адгезия. При газотермическим способе нанесения покрытий слой металла толщиной обычно 250-300  мкм  наносится  непосредственно  на  поверхность  стального  объекта,  предварительно очищенную  от  загрязнений  и  оксидных  пленок  путем  абразивно-струйной  обработки.  Для  АСО используются  специальные  малопылящие  материалы —  электрокорунд,  никельшлак,  обеспечивающие полную чистоту поверхности, необходимую шероховатость и активность поверхности. Нанесение покрытия производится  не  позднее  чем  через  несколько,  обычно  не  более 2-х,  часов.  Таким  образом  напыляемый материал-  цинк,  алюминий  или  сплавы  на  их  основе  наносятся  поверхность,  в  состоянии  готовности  в взаимодействию  с  напыляемым  материалом.  В  результате  адгезия  цинка  или  алюминия  сопоставима  с прочностью  самого  металла,  а,  ввиду  наличия  тепловой  диффузии  металлов,  она  со  временем  только возрастает,  что  подтверждается  многочисленными  практическими  наблюдениями.  Ничего  подобного  для лакокрасочных материалов не происходит.

3.  Качество  поверхности.  Несмотря  на  прогресс  технологии,  газотермические  покрытия  все  таки обладают некоторой остаточной пористостью — от 0,5 до 15 для различных типов напыления. Кроме того, сама  напыленная  поверхность  обладает  определенной  шероховатостью —  от 20  до 40 Rz.  Наличие пористости  и  шероховатостью  не  следует  считать  ухудшающим  фактором.  Напротив  декоративные лакокрасоочные  материалы  очень  хорошо  наносятся  на  газотермические  покрытия,  проникая  в  поры покрытия. Таким образом адгезия декоративного лакокрасочного материала к газотермическому покрытию превосходит адгезию к металлической поверхности, даже обработанной методом АСО. Защитные свойства металлического покрытия при этом становятся еще выше.

4. Механическая  прочность  покрытия.  Металлические  газотермические  покрытия,  как  показывает практика,  по  стойкости  к  абразивному  и  некоторым  другим  типам  воздействия  в 1,5-3  раза  превосходят стойкость того же материала в виде проката или отливки.    В настоящий момент в России отношение к металлическим покрытиям меняется в лучшую сторону, правда  темпы  этих  изменений  все  еще  неудовлетворительны.  В  качестве   наиболее  эффектного  примера использования таких покрытий можно привести напыление внутренних конструкций скульптурной группы «Рабочий  и  колхозница»,  выполненные  ООО «ТСЗП»  в 2009  г.  В  ходе  реставрации  объекта  силовые конструкции были полностью изготовлены заново, после чего на них было нанесено двухслойное покрытие из  цинка  и  алюминия.  После  сборки  конструкции  были  обработаны  все  болтовые  соединения  и  места сборочных  повреждений  покрытия,  после  чего  металлическое  покрытие  было  пропитано  специальным полимерным композитом. Эти мероприятия были обусловлены необходимостью обеспечить длительный до 100  лет  и  более  срок  службы  силовых  элементов  скульптуры.  Конструкции,  которые  были  изначально возведены  при  изготовлении  скульптурной  группы  пришли  в  негодность  в  результате  гальванических процессов  между  конструкционной  сталью  внутренних  элементов  и  нержавеющей  сталью  поверхности объекта.

Однако  реальные  горизонты  применения  металлизационных  покрытий  гораздо  шире.  Это  все сооружения  прибрежной  и  шельфовой  зоны  морей.  Корпуса  морских  и  речных  судов.  Все  мостовые конструкции.  Силовые  элементы  общественных  сооружений -  торговых  центров,  бассейнов  и  стадионов. Высокотемпературные применения — дымовые трубы, баки-аккумуляторы горячей воды и пр. Применение металлизационных покрытий регулируется рядом стандартов и отраслевых документов, в частности:

•  ГОСТ 28302-89 Покрытия газотермические защитные из цинка и алюминия металлических конструкций.

•  СНИП 2.03.11-85 Защита строительных конструкций от коррозии.

•  ВСН 41.88 Проектирование ледостойких стационарных платформ.

•  ОДМ 218.4.002-2009  Рекомендации  по  защите  от  коррозии  конструкций,  эксплуатируемых  на автомобильных дорогах Российской Федерации мостовых сооружений, ограждений и дорожных знаков.

•  РД 153-39.4-078-01  Правила  технической  эксплуатации  резервуаров  магистральных  нефтепроводов  и нефтебаз.

•  РД 153-34.1-40.504-00 Методические указания по защите баков аккумуляторов от коррозии и воды в них от аэрации.

•  РД 153-34.0-20.518-2003  Типовая  инструкция  по  защите  трубопроводов  тепловых  сетей  от  наружной  коррозии.

Можно  смело  утверждать,  что  применение  газотермических  протекторных  покрытий  будет экономически  эффективным  и  обоснованным,  даже  если  площади  нанесения  покрытия  относительно сегодняшнего уровня на промышленных объектах России вырастут в несколько десятков раз.

СБОРНИК ДОКЛАДОВ И КАТАЛОГ  ВТОРОЙ МЕЖОТРАСЛЕВОЙ КОНФЕРЕНЦИИ «АНТИКОРРОЗИОННАЯ ЗАЩИТА-2011»