4_ZUBIELEWICZ.pdf

Małgorzata

ZUBIELEWICZ *

WSPÓŁCZESNE ŚRODKI DO POWIERZCHNIOWEGO

ZABEZPIECZENIA ANTYKOROZYJNEGO KONSTRUKCJI

METALOWYCH

1. Wprowadzenie

Korozja jest to niszczenie materiałów pod wpływem oddziaływania środowiska, na

skutek ich naturalnej tendencji do przechodzenia w stan o najniŜszej energii wewnętrznej.

Rodzaje korozji:

zaleŜnie od mechanizmu:

elektrochemiczna, zachodząca w obecności tlenu i elektrolitu (w warunkach

atmosferycznych, w zanurzeniu w wodzie, w glebie i w innych środowiskach

korozyjnych);

chemiczna (wysokotemperaturowa), zachodząca bez obecności elektrolitu;

zaleŜnie od objawów i przyczyn:

korozja ogólna – równomierne zniszczenie metalu na całej powierzchni;

korozja szczelinowa – miejscowe ubytki, powstające w głębi szczelin (w złączach,

pod osadami, pod powłokami);

korozja wŜerowa – miejscowe ubytki penetrujące w głąb metalu, powstające głównie

na powierzchni metali ulegających pasywacji (stale nierdzewne, aluminium);

korozja galwaniczna – niszczenie metali na styku z innymi materiałami;

* Dr inŜ., Instytut InŜynierii Materiałów Polimerowych i Barwników, Oddział Zamiejscowy

Farb i Tworzyw, 44-100 Gliwice, ul. Chorzowska 50A

251

korozja napręŜeniowa – pękanie metali na skutek łącznego działania korozji i

napręŜeń rozciągających;

korozja napręŜeniowa – pękanie metali na skutek łącznego działania korozji i

napręŜeń rozciągających;

korozja zmęczeniowa – pękanie metali na skutek łącznego działania korozji i

zmiennych napręŜeń;

korozja selektywna – selektywna korozja jednego ze składników stopu (Ŝeliwo,

mosiądz);

korozja

erozja

–

niszczenie

metali

wskutek

łącznego

działania

czynników

korozyjnych

i erozyjnych (np. wnętrza rurociągów).

Najpowszechniejszą metodą ochrony metali przed korozją jest ochrona za pomocą

powłok lakierowych, która stanowi ok. 80% zabezpieczeń antykorozyjnych. Tak duŜy

udział powłok lakierowych w ochronie przed korozją spowodowany jest względnie niskim

kosztami, róŜnorodnością właściwości ochronnych, umoŜliwiających odpowiedni dobór

powłok do środowiska oraz moŜliwość nakładania na powierzchnie o dowolnych kształtach

i gabarytach.

Inne metody ochrony metali przed korozją to ochrona inhibitorowa, polegająca na

modyfikacji środowiska korozyjnego substancjami hamującymi korozję oraz ochrona

elektrochemiczna – katodowa lub anodowa – stosowana głównie do ochrony powierzchni

konstrukcji zanurzonych lub podziemnych (zbiorniki, rurociągi, platformy wiertnicze itp.)

NajwaŜniejsze czynniki warunkujące dobrą ochronę przed korozją za pomocą powłok

lakierowych to:

• mała przepuszczalność jonów, wody i tlenu, czyli czynników powodujących korozję

elktrochemiczną;

• pasywacja lub tworzenie warstw ochronnych na podłoŜu przez pigmenty antykorozyjne;

• dobra adhezja w warunkach suchych i mokrych;

• mała przewodność, ograniczająca przepływ prądu w lokalnych ogniwach korozyjnych

oraz ruch jonów i elektronów w powłoce;

• odporność na wpływy środowiska, np. na temperaturę, promieniowanie UV, czynniki

korozyjne, chemiczne i mechaniczne.

W celu uzyskania długotrwałej, skutecznej ochrony metali przed korozją za pomocą

powłok lakierowych naleŜy przestrzegać kilku podstawowych zasad:

• wykonywać prace antykorozyjne w sprzyjających warunkach atmosferycznych;

• dobrze przygotować podłoŜe przed malowaniem;

• prawidłowo dobrać system powłokowy do warunków eksploatacji konstrukcji i do

przewidywanego okresu trwałości, a takŜe do pory roku, w której konstrukcja będzie

malowana.

Ekonomiczne skutki korozji, pomimo wielu moŜliwości stosowania skutecznych

zabezpieczeń przeciwkorozyjnych, są nadal bardzo wysokie. Koszty te, oszacowane na

podstawie danych z 17 krajów, wyniosły w 2004 r. 990 mld. USD, tj. ok. 2% produktu

światowego

brutto

[1].

Procentowy

udział

poszczególnych

krajów

globalnych

bezpośrednich kosztach korozji przyjęty dla roku 2004 ilustruje tablica 1.

252

Tabl ica 1. Udział poszczególnych krajów w globalnych bezpośrednich kosztach kor ozji

Kraj

Udział, %

Kraje, dla których dane nie były dostępne

USA

Japonia

Niemcy

10 krajów biorących udział w badaniach z roku 2004

Australia

Belgia

Wielka Brytania

Koszty korozji w poszczególnych krajach są róŜne w zaleŜności od stopnia

uprzemysłowienia danego kraju: przyjmuje się, Ŝe dla kraju wysoko rozwiniętego, USA,

wynoszą one 1040 USD na osobę, podczas gdy w Indiach – jedynie 3,47 USD. Według

badań zainicjowanych przez NACE International (National Association of Corrosion

Engineers) bezpośrednie koszty spowodowane korozją wynoszą w USA 276 miliardów

USD rocznie (dane z 2002 roku), co stanowi około 3,1 % produktu narodowego brutto.

W związku z nadal wysokimi, a nawet rosnącymi kosztami korozji, w wielu krajach

podjęto szereg badań, często sponsorowanych przez rząd (np. w USA), mających na celu

opracowanie strategii ochrony przed korozją, w której kluczową rolę odgrywają powłoki

lakierowe. W zakresie powłok lakierowych konieczna jest zarówno poprawa ich

właściwości ochronnych, jak i obniŜenie kosztów zabezpieczenia, np. przez skrócenie czasu

przygotowania powierzchni, zmniejszenie liczby powłok lub wymaganej grubości,

zmniejszenie kosztów laboratoryjnych i aplikacyjnych. Właściwości ochronne

nowoczesnych układów powłokowych przewyŜszają w wielu przypadkach właściwości

tradycyjnych wyrobów lakierowych, lecz ciągle oczekuje się poprawy ich jakości.

Równolegle do poprawy jakości, przemysł i placówki naukowo-badawcze dąŜą do

opracowania wyrobów lakierowych spełniających ustalone kryteria, dotyczące ochrony

zdrowia, środowiska i ekonomicznego wykorzystania zasobów naturalnych. Rozwój

przemysłu farb zmierza w związku z tym do:

•

zapewnienia dobrej ochrony przed korozją;

•

eliminacji rozpuszczalników i substancji toksycznych;

•

zmniejszenia energochłonności;

•

eliminacji toksycznych odpadów;

•

poprawy trwałości powłok.

2. Przygotowanie powierzchni

Jednym z głównych czynników, warunkujących skuteczność i trwałość powłok

lakierowych jest przygotowanie podłoŜa przed malowaniem. Podstawowe zanieczyszczenia

powierzchni, które naleŜy usunąć przed malowaniem to:

• zgorzelina i rdza;

• kurz, pył, zatłuszczenia;

• stare, zniszczone powłoki lakierowe;

• zanieczyszczenia jonowe (rozpuszczalne w wodzie sole – chlorki i siarczany).

Pozostawienie na powierzchni wymienionych wyŜej zanieczyszczeń spowoduje złą

przyczepność powłok do podłoŜa, pęcherzenie, marszczenie, spękanie i inne wady powłok,

doprowadzi

efekcie

końcowym

przedwczesnego

zniszczenia

systemu

253

powłokowego. Szczególną uwagę naleŜy zwrócić na staranne oczyszczenie miejsc

trudnodostępnych, spoin, krawędzi itp.

Przygotowanie powierzchni ma równieŜ na celu nadanie odpowiedniego profilu podłoŜa

w celu uzyskania optymalnej przyczepności wyrobów lakierowych.

2.1. Metody przygotowania powierzchni

Metody przygotowania powierzchni przed malowaniem moŜna ogólnie podzielić na:

•

metody

strumieniowo-ścierne,

zapewniające

najlepszy

stopień

przygotowania

powierzchni;

• metody mechaniczne ręczne lub za pomocą narzędzi z napędem mechanicznym –

skrobanie, młotkowanie, szczotkowanie, szlifowanie;

• metody fizykochemiczne – mycie, odtłuszczanie;

• metody chemiczne – trawienie, stosowanie odrdzewiaczy;

• metoda płomieniowa – opalanie zgorzeliny, starych powłok płomieniem acetylenowym

(nie nadaje się do elementów o grubości mniejszej niŜ 4 mm);

• czyszczenie wodą pod wysokim i bardzo wysokim ciśnieniem, powodujące usunięcie

wszystkich zanieczyszczeń, ale nie zapewniające uzyskania odpowiedniej chropowatości

powierzchni.

Dobór metody przygotowania powierzchni zaleŜy od:

• wielkości i kształtu konstrukcji;

• rodzaju materiału podłoŜa;

• agresywności środowiska eksploatacji;

• charakteru zanieczyszczeń wymagających usunięcia;

• wymaganego okresu trwałości powłoki lakierowej;

• rodzaju systemu powłokowego i wymagań odnośnie przygotowania powierzchni pod

powłokę farby do gruntowania;

• stanu wyjściowego powierzchni.

Pierwszym etapem przygotowania powierzchni jest mycie, które powinno być procesem

obligatoryjnym zamieszczonych w projekcie zabezpieczenia przed korozją. Zgodnie z PN-

EN ISO 12944-2 wszystkie procesy z uŜyciem wody pod ciśnieniem do

70 MPa zalicza się do mycia. Mycie powierzchni wodą pod ciśnieniem jest jedyną operacją

w procesie przygotowania podłoŜa przed malowaniem, która umoŜliwia usunięcie

zanieczyszczeń hydrofilowych, głównie rozpuszczalnych w wodzie soli.

Najlepsze przygotowanie powierzchni zapewnia zastosowanie obróbki strumieniowo-

ściernej. W zaleŜności od rodzaju czynnika nośnego obróbkę te moŜna podzielić na:

• obróbkę strumieniowo-ścierną na sucho, gdy nośnikiem ścierniwa jest powietrze;

• obróbkę strumieniowo-ścierną na mokro, gdy nośnikiem ścierniwa jest ciecz lub ciecz

z powietrzem, co ogranicza pylenie.

Obróbkę strumieniowo-ścierną moŜna realizować z otwartym obiegiem ścierniwa

(wydajność czyszczenia wynosi 10 – 15 m 2 /h) lub zamkniętym obiegiem ścierniwa

(wydajność czyszczenia 2 – 4 m 2 /h), co ogranicza pylenie, ale z uwagi na małą wydajność

stosowane jest zwykle do prac poprawkowych, czyszczenia spoin oraz w takich

przypadkach, gdy niedopuszczalne jest zapylenie powietrza, a koszty obróbki są sprawą

drugorzędną. Ograniczenie pylenia moŜna równieŜ uzyskać stosując wilgotne ścierniwo

(mała ilość wody doprowadzana jest do dyszy, tworząc mgiełkę ograniczającą pylenie

ścierniwa) lub mokrym ścierniwem (ścierniwo miesza się wcześniej z wodą, zwykle

w proporcji 80% ścierniwa do 20% wody).

254

Od 1. 05. 2004 r. zakazane jest stosowanie piasku kwarcowego, jako ścierniwa suchego,

zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Pracy i Polityki Społecznej z dnia 14. 01. 2004 r.

(Dz. U. Nr 16 z 2004 r., poz. 156).

Brak pylenia uzyskuje się równieŜ stosując czyszczenie wodą pod wysokim ciśnieniem –

od 70-170 Mpa lub pod bardzo wysokim ciśnieniem – powyŜej 170 Mpa. Zalety tych metod

to:

• brak pylenia;

• selektywne usuwanie starych powłok, usunięcie rdzy i luźno przywartej zgorzeliny;

• usunięcie zanieczyszczeń jonowych.

Ograniczeniem jest brak moŜliwości kształtowania profilu powierzchni.

Metody przygotowania powierzchni opisano w następujących normach:

•

PN-EN ISO 12944-4 Farby i lakiery – Ochrona przed korozją konstrukcji stalowych za

pomocą

ochronnych

systemów

malarskich

–

Rodzaje

powierzchni

sposoby

przygotowania powierzchni;

•

PN-EN ISO 8504-1 Przygotowanie podłoŜy stalowych przed nakładaniem farb

i podobnych produktów – Metody przygotowania powierzchni – Zasady ogólne;

•

PN-EN ISO 8504-2 Przygotowanie podłoŜy stalowych przed nakładaniem farb

i podobnych produktów – Metody przygotowania powierzchni – Czyszczenie

narzędziem ręcznym i narzędziem z napędem mechanicznym;

•

PN-EN ISO 8504-3 Przygotowanie podłoŜy stalowych przed nakładaniem farb

i podobnych produktów – Metody przygotowania powierzchni – Obróbka strumieniowo-

ścierna.

2.1.1. Profil powierzchni

Odpowiedni profil powierzchni zapewnia dobre mechaniczne zakotwiczenie się powłoki

na powierzchni, a tym samym dobrą przyczepność. Chropowatość powierzchni określa się

parametrem R z =R y(5) – średnia arytmetyczna maksymalnych wysokości chropowatości R y

dla 5 sąsiadujących ze sobą pojedynczych odcinków elementarnych (rys. 1).

Rys. 1. Parametr chropowatości R z = R y(5)

Wymagania dotyczące profilu powierzchni (chropowatości) uzaleŜnione są od rodzaju

wyrobów lakierowych przewidzianych do zastosowania na danym obiekcie. Ogólnie moŜna

przyjąć, Ŝe chropowatość podłoŜa pod powłoki lakierowe powinna wynosić:

•

alkidowe, poliwinylowe, chlorokauczukowe – 20-30 m;

•

epoksydowe, poliuretanowe o grubości powłoki 100-120 m – 30-40 m;

•

bezrozpuszczalnikowe nakładane w jednej warstwie do grubości 300-600 m –

ok. 50 m;

•

etylokrzemianowe wysokocynowe – 50-70 m;

•

powłoki metalowe (cynkowe) natryskiwane cieplnie – 70 m.

255

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: