CC BY
27
ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ. ПОКРЫТИЯ
УДК 620.193:621.763/669.715:669.14
ИССЛЕДОВАНИЕ КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ КОМПОЗИТНЫХ ПАНЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ И СТАЛЕЙ ДЛЯ ФАСАДОВ ЗДАНИЙ
Г.П. Усынина, канд. техн. наук (ООО «Ки К», г. Красноярск, e-mail: ugp@kandk.ru), А.И. Клименков (ООО «КраспанИнновации», e-mail: archi@kraspan)
Показано, что исследованные панели с покрытиями после длительных испытаний в камере солевого тумана не имели коррозионных поражений в зоне надреза или на расстоянии не более 2 мм. Наилучшие результаты получены на алюминиевых композитных панелях, стальных композитных и оцинкованных стальных панелях с покрытиями RVDF и PE.
Оцинкованные заклепки имеют глубокие коррозионные поражения и не могут использоваться в навесных фасадных системах. Заклепки из нержавеющей стали показали хорошие результаты.
Ключевые слова: фасадные конструкции, коррозионная стойкость, оцинкованные заклепки, заклепки из нержавеющей стали, композиционные материалы, поливинилдендифторидная эмаль, полиэфирная эмаль, камера холода, камера соляного тумана.
Investigation of Corrosion Resistance of Aluminium Alloy and Steel-Based Composite Panels Used for Decoration of Building Sides. G.P. Usynina, A.I. Kli- "(i*)-
menkov.
It is shown that investigated coated panels had no corrosion damages in the notch area or at a distance of not more than 2 mm after long-time tests in a salt-spray chamber. Aluminium composite panels, steel composite and galvanized steel panels with PVDF and PE coatings showed the best results.
Galvanized rivets had deep corrosion damages and cannot be used in panel structures hanged on building sides. Tests of stainless steel rivets showed good results.
Key words: building side structures, corrosion resistance, galvanized rivets, stainless steel rivets, composite materials, polyvinilidene difluoride enamel, polyester enamel, cooler, salt-spray chamber.
Навесные фасадные системы широко используются для отделки строительных конструкций. Они обеспечивают большую экономичность и коррозионную стойкость. В настоящей работе исследовали образцы панелей «Краспан» для облицовки фасадов зданий: стальные композитные КраспанКомпозит^^ алюминиевые композитные КраспанКомпо-зит-AL, стальные оцинкованные КраспанМе-таллКолор.
В образцы исследуемых панелей с поли-уретановым, PVDF, РЕ и PE-порошковым по-
крытием были вставлены заклепки из нержавеющей и оцинкованной стали с целью оценки электрохимического контакта с разнородными металлами (см. таблицу).
Известно, что ускоренные коррозионные испытания являются частью проблемы прогнозирования надежности строительных конструкций, эксплуатируемых в различных климатических условиях.
Моделирование условий эксплуатации неизбежно связано с определенными упрощениями и допущениями, поскольку точное вос-
-Ф-
-Ф-
ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ. ПОКРЫТИЯ
Варианты испытываемых образцов
Испытываемая панель, толщина панели (толщина листов облицовки и внутреннего слоя), мм Покрытие и его толщина, мкм
полиуре-тановое РУОР (поливи-нилдендифто-ридная эмаль) РЕ (полиэфирная эмаль) РЕ (полиэфирная порошковая эмаль)
КраспанКомпозит-БТ, 3,5 мм (0,25 х 3,0 х 0,25), основа-сталь оцинкованная, марка ОХ5Ю, ЕЫ10142-2000 КраспанКомпозит-ДЦ 4 мм (0,4 х 3,2 х 0,4), основа-сплав 3003 или АМЦ КраспанМеталлКолор, 0,7 мм, основа-сталь оцинкованная 08пс, ГОСТ 14918-80 40(грунт 5 + краска 35) 40(грунт 5 + краска 35) 40 25 25 (грунт 10 + краска 15) 25(грунт 10 + краска 15) 25 (грунт 10 + краска 15) 25 (грунт 10 + краска 15) 70
Примечание. Обратная сторона панелей покрыта полиэфирным грунтом.
создание реальной коррозионном ситуации практически невозможно.
Обычно целью ускоренных коррозионных испытаний в климатических камерах является решение двух разных по своей направленности задач:
1. «Отбраковка» систем с низкой коррозионной стойкостью.
2. Прогнозирование коррозионной стойкости металлических материалов.
Лабораторные испытания позволяют получить результаты гораздо быстрее, но они не обладают достаточной объективностью по сравнению с натурными [1-4].
В связи с вышеизложенным результат проводимых коррозионных испытаний стальных композитных, алюминиевых композитных, стальных оцинкованных панелей с различными покрытиями, нержавеющими и оцинкованными заклепками могут дать только ориентировочную оценку.
Цель проведения исследований - оценка коррозионного состояния навесных фасадных систем с различными видами покрытий и креплением заклепками по результатам ускоренных испытаний на стойкость к воздействию климатических факторов, в том числе длительных в камере соляного тумана.
На первом этапе для определения целесообразности проведения испытаний покрытий на воздействие климатических факторов были проведены предварительные испытания, которые заключались в воздействии низкой тем-
пературы (метод А) и соляного тумана (распространение коррозии от надреза) (метод Б).
Далее для проведения сравнительных ускоренных коррозионных испытаний были выбраны наиболее жесткие режимы по сравнению с реальными условиями эксплуатации. В результате таких испытаний, как правило, удается отобрать наиболее коррозионно-стойкие системы.
Ускоренные испытания панелей с лакокрасочным покрытием на стойкость к воздействию экстремальных климатических факторов проводили по ГОСТ 9.401-91 в камере соляного тумана.
Срок испытаний устанавливали по формуле согласно ГОСТ 9.401-91, исходя из прогнозируемого срока службы лакокрасочных покрытий в условиях эксплуатации 25 лет по заключению ЦНИИПСК им. Мельникова № 3152, 2010 г.:
Ту = Тэ/ку, ( 1 )
где ку - коэффициент ускорения.
Значение коэффициента ускорения ку брали равным 41.
Срок испытаний представленных образцов панелей составил:
ту = 30 лет х 12 мес./41 = 8,78 мес.
(6384 ч) (266 сут.).
Образцы для испытаний - окрашенные пластины размером 40 х 60 мм (варианты образцов с покрытиями см. табл.). На них допол-
-Ф-
-Ф-
-Ф-
-Ф-
ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ. ПОКРЫТИЯ
нительно установили по 2 заклепки из оцинкованной и нержавеющей стали. Для испытаний использовали:
• камеру холода TEMP & HUMIDITY CHAMBER корейского производства, обеспечивающую испытательный режим с отклонениями, не превышающими указанные в ГОСТ 9.401-91 (метод А);
• камеру соляного тумана AIDEX-SWST-2S корейского производства с автоматическим поддержанием температурного режима и подачи соляного тумана в камеру. Камера изолирована от окружающей среды крышкой с водяным затвором и обеспечивает непрерывное распыление раствора хлористого натрия с концентрацией конденсата (50+/-5) г/дм3 и pH 6,5-7,2 при температуре (35+/-2) °С (метод Б). Подготовку поверхности пластин к испытаниям проводили по ГОСТ 9.402-2004 (п. 1.1).
Испытуемую систему покрытия по методу Б наносили на лицевую, обратную стороны и кромки пластин, а по методу А - на одну сторону пластины.
Перед испытаниями образцы с покрытиями естественной сушки выдерживали не менее 7 сут., покрытия горячей сушки - не менее 1 сут. при температуре 15-30 °С и относительной влажности воздуха не более 80 % без прямого попадания света.
При подготовке образцов для испытаний на лицевой стороне образца делали крестообразный надрез (по диагонали пластины), не доводя до края 20 мм. Надрезы покрытия до металла шириной 0,5 мм делали вручную за одно движение вдоль линейки. Для надрезов использовали резцы с режущей частью из стали Р18 по ГОСТ 23552 с углом заточки 36-38° и шириной режущей кромки 0,5 мм.
Контрольные образцы хранили без доступа света при температуре 15-30 °С и относительной влажности воздуха не более 80 % в течение всего срока испытаний.
Стойкость покрытий к воздействию низкой температуры определяли в камере холода. В ней образцы выдерживали при температуре минус (60+/-3) °С в течение 2 ч, затем определяли адгезию методом решетчатых надрезов по ГОСТ 15140 в течение 20-25 ч после извлечения из камеры. Покрытия считали вы-
державшими испытания, если адгезия методом решетчатых надрезов была не более балла 3 по ГОСТ 15140. Стойкость покрытий (распространение коррозии от надреза, метод Б) определяли в камере соляного тумана, куда образцы помещали под углом 20°+/-5° к вертикали испытуемой поверхностью вверх на расстоянии не менее 20 мм друг от друга, от стенок -не менее 100 мм, от дна камеры - не менее 200 мм, выдерживали при температуре (35+/-3) °С и непрерывно распыляемом растворе №СС (50+/-5) г/дм3 240 ч (при проведении предварительных испытаний) и 5256 ч (после длительных испытаний). Затем образцы извлекали из камеры и определяли величину распространения коррозии от надреза.
Покрытие после промывки водой и просушивания фильтровальной бумагой размягчали смесью ацетона с диметилформамидом в соотношении 1:1 и удаляли с образцов, осторожно поднимая пленку покрытия лезвием, не повреждая зону, прилегающую к надрезу.
Распространение коррозии от надреза определяли по средней величине значений двух линий, рассчитанной с учетом максимального поражения через каждые 10 мм линии надреза.
Значение распространения коррозии от надреза (в мм) вычисляли по формуле:
Wd = d - d0/2,
(2)
где ё - общая ширина распространения коррозии, мм (ё = М(тах/п; <(тах - максимальная ширина распространения коррозии на каждом участке линии надреза длиной 10 мм); п - число участков линии надреза длиной 10 мм; <0 - ширина первоначального надреза, равная 0,5 мм.
Оцинкованные заклепки после длительных испытаний в камере соляного тумана были подвергнуты металлографическому анализу по ГОСТ 9.908-85.
В предварительных испытаниях покрытия выдержали испытания на стойкость к воздействию низкой температуры (-60 °С). Адгезия на всех образцах с покрытиями была не более 1 балла по ГОСТ 15140.
Исследуемые системы покрытий без контактов выдержали испытания в камере соля-
ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ. ПОКРЫТИЯ
ного тумана в течение 240 ч, так как коррозия не распространялась от надреза на глубину более 2 мм.
На образцах с заклепками из разных материалов в камере соляного тумана через три дня оцинкованные заклепки на всех исследуемых пластинах с покрытиями подверглись коррозионным поражениям в виде образования в большей или меньшей степени ржавчины на самих заклепках и прилежащих участках пластин. Ржавчина имела место и на одной заклепке из нержавеющей стали.
Системы покрытий на исследуемых образцах через три дня испытаний не претерпели каких-либо видимых изменений.
Анализ образцов с покрытиями и заклепками после всего цикла предварительных испытаний (10 сут.) показал, что оцинкованные заклепки подверглись еще большей коррозии (ржавчине), произошло разрушение покрытий в зоне заклепок на ряде образцов. На этих же образцах имело место вздутие покрытия в зоне надреза. Небольшое разрушение покрытия наблюдали и на других образцах.
Определение распространения коррозии от надреза по формуле (1) показало, что она распространяется на глубину не более 2 мм, что свидетельствует о соответствии требова-
ниям ГОСТ 9.401-91. Наилучшие результаты по стойкости покрытий в зоне надреза получили образцы КраспанКомпозит-ДЬ и Крас-панМеталлКолор.
Таким образом, панели стальные композитные, алюминиевые композитные и стальные оцинкованные с лакокрасочным покрытием выдерживали предварительные испытания на стойкость к воздействию климатических факторов согласно ГОСТ 9.401-91 по методам А (стойкость к воздействию низкой температуры) и Б (стойкость к воздействию соляного тумана).
После 2-го этапа испытаний анализ образцов КраспанКомпозит-БТ с полиуретановым покрытием показывает, что в зоне надреза коррозия не распространяется на глубину более 2 мм. Таким образом, исследуемая система покрытия толщиной 40 мкм, в которой толщина грунта составляет 5 мкм, краски 35 мкм, выдержала длительные испытания в соляном тумане.
Установленная на образцах заклепка из оцинкованной стали подверглась язвенной и сплошной коррозии (рис. 1). На стержне заклепки после снятия с испытаний зафиксированы плотные продукты коррозии толщиной
б
Рис. 1. Коррозионные язвы (а) и сплошная коррозия (б) с плотными продуктами на стержне оцинкованной заклепки, х 200
-Ф-
-Ф-
"Ф
-Ф-
ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ. ПОКРЫТИЯ
а б
Рис. 2. Язвы (а) и сплошная коррозия (б) на головке оцинкованной стальной заклепки
300 мкм, под которыми имеет место сплошная коррозия. Они же есть и в зоне контакта.
Небольшое количество ржавых продуктов коррозии было обнаружено и в зоне нержавеющей заклепки с обратной стороны с другим покрытием. Однако вглубь коррозия на ней не распространялась, но наблюдалось некоторое потемнение заклепки. Оценка внешнего вида покрытия показывает его изменение в виде образования мелких пузырей.
На образцах КраспанКомпозит-БТ с РЕ-покрытием толщиной 25 мкм, состоящим из грунта 10 мкм и краски 15 мкм, коррозии в зоне надреза не было обнаружено. Нержавеющая заклепка после испытаний осталась блестящей, без следов коррозии. Имела место только небольшая ржавчина с обратной стороны панели с покрытием. Оцинкованная заклепка прокор-родировала, причем как с лицевой, так и внутренней стороны головки, на глубину до 77 мкм. Необходимо указать на наличие небольших ветвистых трещин, исходящих из коррозионной язвы на поверхности.
Оценка внешнего вида покрытия показывает наличие небольших отслоений от края образца и в зоне оцинкованной заклепки.
На образцах КраспанКомпозит-БТ с РУйР-покрытием толщиной 25 мкм коррозии в зоне надреза не обнаружено. Нержавеющая заклепка после испытаний осталась блестящей, без следов коррозии. Оцинкованная заклепка про-корродировала, причем как с лицевой,так и внутренней стороны головки, на глубину до 81 мкм.
Исследование образцов КраспанКомпо-зит-ДЬ с полиуретановым покрытием толщиной 40 мкм показало, что значение распространения коррозии от надреза составило, исходя из формулы (1), 0,25 мм, что допустимо по ГОСТ 9.401-91.
Оцинкованная заклепка была подвержена значительной коррозии, о чем свидетельствуют многочисленные язвы глубиной до 160 мкм с отслаиванием металла как с лицевой,так и внутренней стороны шляпки заклепки (рис. 2). На стержне заклепки были обнаружены плотные ржавые продукты коррозии. При этом в зоне отверстия заклепка оставалась не про-корродировавшей, но белые с ржавчиной продукты коррозии на обратной стороне панели имели место .
Нержавеющая заклепка после испытаний была неокисленной. С обратной стороны панели в зоне отверстия образовались белые с ржавчиной продукты коррозии.
Внешний вид покрытия практически не изменился, за исключением небольших участков в зоне заклепки и надреза.
На образцах КраспанКомпозит-ДЬ с РУйР-покрытием толщиной 25 мкм коррозия в зоне надреза составила 0,125 мкм, что удовлетворяет требованиям ГОСТ 9.401-91. Оцинкованная заклепка имела коррозионные поражения глубиной до 83 мкм на лицевой, внутренней сторонах и стержне с плотными продуктами коррозии. Нержавеющая заклепка не подверглась коррозии, но на обратной стороне были видны белые рыхлые продукты корро-
-Ф
-Ф-
ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ. ПОКРЫТИЯ
зии. Внешний вид покрытия также практически не изменился, за исключением небольшого участка в зоне надреза.
Образцы КраспанКомпозит-AL после длительных испытаний в камере соляного тумана с РЕ-покрытием толщиной 25 мкм, не имели в зоне надреза коррозионных поражений. Оцинкованная заклепка имела неглубокие коррозионные язвы на лицевой стороне головки и на внутренней стороне. Нержавеющая заклепка после испытаний не претерпела изменений, но наблюдались белые рыхлые продукты коррозии с обратной стороны, как и на других панелях с полиуретановым и с PVDF-покрытиями. Внешний вид покрытий с лицевой стороны практически не изменился, но на обратной стороне образца присутствовали пузыри .
Панели стальные оцинкованные Краспан-МеталлКолор с полиуретановым покрытием толщиной 40 мкм и РЕ толщиной 25 мкм и 70 мкм не имели изменений после испытаний в зоне надреза. Состояние оцинкованной и нержавеющей заклепок после испытаний характеризуется таким же, как и на других па-
нелях с разными видами покрытий. Внешний вид покрытия не изменился после испытаний.
На панели КраспанМеталлКолор с РЕ-порошковым покрытием толщиной 70 мкм имели близкие результаты по оценке к двум другим панелям этого типа. Однако на образцах с лицевой стороны наблюдали пузыри.
Выводы
1. Все исследованные панели с покрытиями после длительных испытаний в камере соляного тумана (6384 ч) не имели коррозионных поражений в зоне надреза или на расстоянии не более 2 мм и имели удовлетворительный внешний вид.
2. Наилучшие результаты были получены на алюминиевых композитных панелях, стальных композитных и оцинкованных стальных панелях с покрытием PVDF и РЕ.
3. Оцинкованные заклепки ввиду достаточно глубоких поражений (до 160 мкм) и опасного вида трещин, исходящих из язв, не могут быть использованы в навесных фасадных системах.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Синявский В.С., Калинин В.Д., Уланова В.В. 3.
Коррозионная стойкость алюминиевых сплавов для навесных вентилируемых фасадов // Технология легких сплавов. 2008. № 2. С. 107-114.
2. Синявский В.С. Основы прогнозирования коррозионной долговечности алюминиевых сплавов 4. и пути дальнейшего повышения сопротивления коррозии под напряжением // Цветные металлы. 2010. № 11. С.78-82.
Синявский В.С., Калинин В.Д. Коррозионная долговечность алюминиевых сплавов и коррозионно-стойких сталей в подконструкциях вентилируемых фасадов // Стройпрофиль. 2011. № 6, 7. С. 27, 28, 124, 125.
Поддшибякин Д., Дайнеко А.Ф. Алюминиевые композитные панели-фасады на любой вкус // КФИ (Кровля, фасады, изоляция). 2008. № 03. С. 48-54.
