CC BY
9
УДК 620.193
Белевич А.А., Алешина В.Х., Ваграмян Т.А.
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ РАСТВОРИТЕЛЕЙ НА КАЧЕСТВО ПОДГОТОВКИ ПОВЕРХНОСТИ СТАЛИ К НАНЕСЕНИЮ КОНСЕРВАЦИОННОГО СОСТАВА
Белевич Александра Александровна, студент 4 курса аспирантуры кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии, e-mail: Alexandrabelevich@mail.ru;
Алешина Венера Халитовна, ассистент кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии; Ваграмян Тигран Ашотович, д.т.н., профессор, заведующий кафедрой инновационных материалов и защиты от коррозии.
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская площадь, д. 9
Настоящая работа посвящена изучению влияния различных видов растворителей на качество подготовки поверхности стали марки 08пс к нанесению консервационного состава. Изучено влияние использованиия комбинаций растворителей на краевой угол смачивания поверхности стали. Подобрана оптимальная схема процесса обезжиривания поверхности металла, при которой достигается минимальное значение краевого угла смачивания, а, следовательно, наиболее равномерное покрытие пленкой консервационного состава.
Ключевые слова: консервационные составы (масла), защита от коррозии, подготовка поверхности, равномерность покрытия, нанесение масла, обезжиривание.
STUDY OF THE EFFECT OF VARIOS SOLVENTS ON THE QUALITY OF STEEL SURFACE PREPARATION FOR CONSERVATION COMPOSITION
Belevich A.A., Aleshina V.Kh., Asnis N.A., Vagramyan T.A.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
This work is devoted to the study of the influence various solvents for the quality of surface treatment of steel 1008. The effect of the contact angle of wetting is studied during of usage combinations of solvents. The optimal scheme of the metal surface degreasing process is selected, which achieves the minimal value of the contact angle of wetting, which is known as the densest and uniform coating of the oil film of the conservation composition.
Keywords: conservation oils, corrosion protection, surface treatment, uniform coating, oil application, degreasing.
Введение
Для организации временного хранения и транспортировки стали с целью защиты поверхности металла металлургические комбинаты используют консервационные масляные композиции,
содержащие ингибиторы коррозии. Актуальной остается задача разработки малокомпонентных консервационных составов (масел), обладающих не только защитной способностью, но и другими свойствами: легкостью смывания для ускорения подготовки металла к дальнейшим операциям и снижения издержек на процесс очистки поверхности, стойкостью к ультрафиолетовому облучению, легкостью нанесения без нагрева и дополнительных операций.
При обсуждении защитных свойств образующихся масляных пленок на поверхности металлов нельзя недооценивать вклад подготовки поверхности металла перед нанесением покрытия. Актуальность качественной подготовки поверхности металла (для эффективной защиты сталей) показана в работах J. C. Hudson, кроме того, многие исследователи подчеркивают особую важность процесса подготовки поверхности металла для
последующего нанесения антикоррозионных покрытий [1].
Качество подготовки поверхности металла определяется такими факторами, как наличие на поверхности остатков органических и неорганических веществ, шероховатость поверхности. Отсутствие или недостаточная подготовка поверхности металла может привести к преждевременной коррозии, образованию нежелательных очагов коррозии под пленками защитных покрытий или недостаточной адгезии защитных составов к поверхности.
Доказано, что наличие различных загрязнений на металлических поверхностях (масла, смазки и других органических веществ) может снизить поверхностную энергию высокоэнергетических металлических поверхностей со значений около 400 дин/см до значений <20 дин/см, тем самым уменьшая смачивание обрабатываемой поверхности и препятствуя адгезии ингибирующей пленки. Растворимые неорганические вещества (например, соли) также препятствуют адгезии и действуют как депассиваторы и препятствуют пассивации поверхности за счет резкого снижения электрического сопротивления в межфазной области.
Для увеличения адгезии ингибирующих покрытий к поверхности металла, поверхности придают шероховатость механическим или электрохимическим способом, что значительно увеличивает количество активных участков на поверхности металла (которые являются реакционными участками для адгезии пленки покрытия) [1].
Теоретическая часть
Для нанесения на поверхность металла консервационного состава требуется подготавливать поверхность металла для равномерного, однородного покрытия тонким слоем смазки. С целью обеспечения данного требования необходимо предварительно обезжиривать обрабатываемую поверхность. В разных отраслях промышленности, где применяют листовой прокат стали, используют различные органические растворители, например, гептан, уайт-спирит, и другие.
Как известно, природа растворителя влияет на работу адгезии и когезии, что приводит к различиям в смачиваемости поверхности обрабатываемого материала. Способность поверхности смачиваться описывается уравнением Юнга:
<713
где 023, 013, 012 — соответственно поверхностные энергии на границе раздела фаз твёрдое тело-газ, жидкость-твёрдое тело и жидкость-газ [2].
Величина косинуса краевого угла определяет в какой степени смачивается твёрдая поверхность жидкостью и зависит от работы адгезии и когезии. С работой адгезии контактный угол связан уравнением Дюпре-Юнга:
Wa - £Г12(1 + cos $),
где 012 — поверхностное натяжение на границе раздела двух фаз (жидкость-газ), cos0 — краевой угол смачивания, Wa — обратимая работа адгезии. Это уравнение можно представить в следующем виде:
Wa 1 - cos в Wk ~ 2 '
Работа адгезии — Wa направлена на растекание жидкости по поверхности твёрдого тела, посредством растяжения. В то же время, работа когезионных сил — Wк противоположна работе адгезии и
способствует стягиванию жидкости в каплеобразную форму, предотвращая растекание. Из этого следует, что чем выше значения Wa, и чем ниже Wк, тем лучше твёрдая поверхность будет смачиваться жидкостью (как следствие, величина 6<90°) [2].
Таким образом, краевой угол смачивания свидетельствует о степени гидрофильности поверхности и может служить критерием полноты ее очистки. Чем меньше значение краевого угла смачивания, тем лучше поверхность очищена от загрязнений.
Экспериментальная часть
Исследовано влияние состава растворителя на качество подготовки обрабатываемой поверхности металла перед нанесением консервационного состава (масла).
С целью нахождения оптимального способа подготовки поверхности (обезжиривания) стальных пластин, перед нанесением масла для дальнейших испытаний по определению степени защиты консервационного состава при воздействии соляного тумана и влажности, необходимо было определить значение краевого угла смачивания стали после обезжиривания.
Оценку смачиваемости поверхности металла проводили на гониометре ЛК-1. Принцип действия Гониометра ЛК-1 основан на получении изображения лежащей капли воды на исследуемом материале с помощью цифровой видеокамеры (Levenhuk С310 NG). Полученные изображения экспортируются на компьютер, после чего определяется краевой угол смачивания методом касательной при помощи программного обеспечения DropShape [3,4].
В качестве растворителей были выбраны органические и неорганические вещества: 1 Н раствор NaOH, уайт-спирит, уайт-спирит с последующей обработкой ацетоном, уайт-спирит с последующей обработкой этанолом, уайт-спирит с последующими обработками этанолом и ацетоном, гексан с последующей обработкой этанолом. В качестве металлической подложки использовалась сталь марки 08 пс.
Методика эксперимента: Пластины с обеих сторон обезжиривают бинтом или ватой, смоченными указанными выше растворителями. Затем пластины высушивают на воздухе, наносят каплю дистиллированной воды и проводят измерение краевого угла смачивания на гониометре ЛК-1. Результаты проведенных испытаний приведены в таблице! (рис.1).
Растворитель 1 2 3 4 5 6
1Н уайт- уайт-спирит уайт-спирит уайт-спирит + гексан +
NaOH спирит + ацетон + этанол этанол + ацетон этанол
Краевой угол
смачивания, ° 82 80 75 33 65 80
Таблица 1. Значение краевого угла смачиваемости в зависимости от типа растворителя, использованного для обезжиривания поверхности.
1
2
3
Рис. 1. Фотографии капли дистиллированной воды на поверхности стали, обезжиренной различными
растворителями.
Из полученных результатов видно, что наименьший краевой угол смачивания достигается при использовании последовательно пары растворителей по способу №4. Взяв за основу наилучший способ обезжиривания Уайт-спирит + этанол, было проведено двух- и трехкратное обезжиривание этанолом (после однократного обезжиривания Уайт-спиритом) с целью улучшения а
качества очистки. После каждого обезжиривания поверхности стальной пластины этанолом, дожидались его полного улетучивания с поверхности. Было установлено, что при двукратном повторении процедуры обезжиривания угол смачивания составил 0 = 25° (рис. 2а), а при трехкратном повторении процедуры обезжиривания угол смачивания составил 0 = 14° (рис. 2б). б
Рис. 2. Фотографии капли дистиллированной воды на поверхности стали: а-двухступенчатая очистка, б-трехступенчатая
очистка.
Выводы
Установлено, что для достижения равномерного покрытия поверхности металла консервационным составом наилучшим способом предварительного обезжиривания поверхности является
последовательное использование уайт-спирита и этилового спирта, что позволяет достичь минимальных значений краевого угла смачивания, а, следовательно, наибольшей плотности и равномерности покрытия масляной пленкой консервационного состава. Наиболее эффективной является трехступенчатая очистка поверхности: уайт-спиритом (однократно) и этиловым спиртом (двукратно).
Список литературы
1. C. H. Hare, CORROSION CONTROL OF STEEL BY ORGANIC COATINGS 2011, p.971-981.
2. Начинкин О.И. Полимерные микрофильтры. — М.: Химия, 1985. — С. 65. — 216 с.
3. Макарова Ю.С., Васильев Д.Д. Отработка режимов предварительной очистки подложек по критерию угла // Всероссийская научно-техническая конференция студентов. Студенческая научная весна 2015: Машиностроительные технологии - 2015. - с.1-6.
4.Гониометр ЛК-1. Инструкция по эксплуатации.
