CC BY
72
УДК 667.646.22:669.14 621.7.029:621.794.62
А. В. Павлов*, М. Ю. Квасников, Н. О. Баранов, А. Д. Зеленская Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125190, Москва, Миусская площадь, д. 9 * e-mail: [email protected]
ПОДГОТОВКА СТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПЕРЕД НАНЕСЕНИЕМ ЦИНК-ПОЛИМЕРНЫХ ЛАКОКРАСОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ МЕТОДОМ КАТОДНОГО ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЯ
Изучено влияние подготовки стальной поверхности на коррозионную стойкость цинк-полимерных лакокрасочных покрытий, получаемых комбинацией двух процессов (катодного электроосаждения и электролитического восстановления металла).
Ключевые слова: обезжиривание, фосфатирование, катодное электроосаждение, лакокрасочные покрытия.
Большая часть металлических поверхностей защищена сегодня от коррозии путем окраски. Доля лакокрасочных покрытий среди всех средств пассивной защиты составляет 70-80%. Поэтому необходимо совершенствовать имеющиеся антикоррозионные лакокрасочные материалы, либо создавать принципиально новые. Перспективными являются металлополимерные защитные покрытия, которые совмещают в себе свойства полимеров (высокая адгезия, эластичность) и металлов (теплопроводность, износостойкость, твердость).
Подготовка поверхности металла в свою очередь — одно из основных условий успешной антикоррозионной защиты. В настоящий момент для защиты металлов и сплавов от коррозии в сочетании с лакокрасочными покрытиями наибольшее распространение получили фосфатные покрытия, получаемые в результате процесса фосфатирования [1]. Обезжиривание - процесс удаления жировых загрязнений с поверхности деталей также входит в технологический процесс подготовки процесса под окраску.
В работах [2,3,4,5] было описано получение металлополимерных покрытий, содержащих различные металлы и полученных комбинацией двух процессов: электролитического осаждения металла и катодного электроосаждения полимерного пленкообразователя. Но в этих работах не рассматривались вопросы влияния подготовки поверхности на антикоррозионные свойства получаемых покрытий.
Процесс фосфатирования в зависимости от используемых растворов разделяют на кристаллическое и аморфное фосфатирование. Под окраску методом катодного электроосаждения используют кристаллическое фосфатирование, так как именно такой вид фосфатирования обеспечивает максимальную антикоррозионную защиту, особенно для эксплуатации изделий в жестких условиях (открытой атмосфере, влажном климате или в условиях тропиков). Фосфатные покрытия для катафорезного окрашивания чаще всего получают из
цинкофосфатных растворов с низким содержанием цинка.
В данной работе рассматриваются процессы влияния подготовки поверхности, а именно обезжиривания и кристаллического
фосфатирования, на коррозионную стойкость цинк-полимерных лакокрасочных покрытий.
В качестве моющего агента были использованы материалы фирмы Chemetall Gardoclean S5225 c добавлением поверхностно-активного вещества (ПАВ) Gardoclean H7149. Для активации процесса кристаллического фосфатирования применяли активатор Chemetall Gardolene V6559. Для непосредственного кристаллического
фосфатирования был использована система цинкфосфатирующего состава Chemetall: Gardobond R 24 TA - модифицированная марганцем фосфатирующая композиция с низким содержанием цинка для изделий из стали и оцинкованной стали и алюминия, Gardobond Additive H7141 - щелочной нейтрализатор для кислотных ванн, применяется для корректировки содержания свободных кислот, Gardobond Additive H7004 - окислительный продукт, способствующий ускорению процессов цинкового фосфатирования. Материалы фирмы Chemetall широко используются в автомобильной промышленности для подготовки кузовов автомобилей под окраску методом катодного электроосаждения.
В качестве окрашиваемого изделия были взяты пластины из углеродистой стали марки 08 КП. Для процесса обезжиривания готовили ванну окунания с концентрацией Gardoclean S5225 1,2 масс. %. Для улучшения процесса обезжиривания в ванну при Т= 60 °С добавляли ПАВ Gardoclean H7149. Пластины погружали в ванну с полученным составом на 3 минуты при непрерывном перемешивании. После этого пластины тщательно промывали в дистиллированной воде. Для активации процесса фосфатирования пластины погружали в предварительно приготовленную ванну окунания с 0,06 масс. % раствором активатора Gardolene V6559 и выдерживали в течение 1 минуты при постоянном
перемешивании. После активации пластины непосредственно фосфатировали в ванне окунания с составом Gardobond R 24 TA и добавленным к нему Gardobond Additive H7141. Ускоритель Gardobond Additive H7004 добавляли в цинк-фосфатирующий состав непосредственно перед окунанием пластин. Количество всех компонентов ванны фосфатирования были рассчитаны в соответствии с методическими указаниями фирмы Chemetall на эти материалы. Пластины выдерживались в течение 3 минут при Т= 55 °С, после чего промывались дистиллированной водой. Пластины с цинк-фосфатным покрытием сушили при Т= 100 °С в течение 10 минут в сушильном шкафу.
После проведенных операций оценивалось качество полученных фосфатных покрытий в соответствии с нормативной документацией, описывающей требования к оценке качества фосфатного покрытия ОАО «Автоваз». Фосфатное покрытие было без налетов коррозии, рельефных потеков, налетов шлама, не имело дефектов, сплошное и мелкокристаллическое с размерами глобулообразных (сфероидальных) кристаллов до 3 мкм (рис. 2 а, б).
Поверхностная плотность фосфатного слоя составила 1,74 г/м2. Показатель W, который
показывает эффективность процесса
фосфатирования и соответствует отношению массы стравленного металла при фосфатировании к массе фосфатного слоя, составил 0,4. Все полученные характеристики цинк-фосфатного слоя
соответствуют требованиям для получения высоких результатов коррозионной стойкости после окрашивания методом электроосаждения.
Пластины с цинк-фосфатным слоем окрашивали методом катодного электроосаждения при оптимальных параметрах для цинк-полимерной композиции на основе соли цинка и связующего лакокрасочного материала фирмы Ба8£ (эпоксиаминный аддукт, модифицированный блокированным изоцианатом). Оптимальные параметры нанесения цинк-полимерных покрытий были установлены ранее [5]. Коррозионная стойкость цинк-полимерных покрытий с фосфатным слоем сравнивалась с полимерными катафорезными покрытиями с фосфатным слоем, полученными из связующего Ва8Л' без соли цинка. Также для установления увеличения коррозионной стойкости цинк-полимерных и полимерных покрытий вследствие содержания фосфатного подслоя их сравнивали с цинк-полимерными и полимерными покрытиями без него (таблица 1).
vff ■ ' I
fcfS-F»' v «ш
> ХЛ I. ,
* V» Ж. I
1 * Ч '
> т
к Vi i t У
V 12Г4Н *
ч т %
10|jm*
J=
±
Рис. 2. Цинк-фосфатный слой на основе материалов Chemetall под микроскопом: а- увеличение в 750 раз, б - в 2000 раз Таблица 1. Коррозионная стойкость электроосажденных цинк-полимерных и полимерных покрытий с цинк-
Вид покрытия Коррозионная стойкость в часах после экспозиции в 3% NaCI
Полимерное катафорезное покрытие 250
Полимерное катафорезное покрытие с цинк-фосфатным подслоем 700
Цинк-полимерное покрытие 100
Цинк-полимерное покрытие с цинк-фосфатным подслоем 400
Таким образом, доказано, что цинк-фосфатный подслой увеличивает коррозионную стойкость и полимерных катафорезных покрытий, и цинк-полимерных покрытий, полученных комбинацией двух процессов: катодного электроосаждения и электролитического восстановления цинка.
По предварительным испытаниям было установлено, что водостойкость цинк-полимерных покрытий, полученных катодном
электроосаждением по обезжиренной стали в 4 раза превосходит аналогичные полимерные покрытия без цинка. Это вероятно можно объяснить наличием наноразмерного цинка, образующегося in situ в
покрытии при получении указанным способом, способствующего увеличению эластичности покрытий при сохранении высокой прочности, что способствует снижению внутренних напряжений за счёт ускорения релаксационных процессов [6] и увеличением барьерной защиты. Однако солестойкость при этом не возрастала. По-видимому, это связано с нестойкостью цинка в растворах хлоридов, а протекторный механизм защиты стали при введении в систему наноразмерного цинка не реализуется [7]. Однако использование цинк-фосфатного подслоя обеспечивает высокую солестойкость покрытия.
Павлов Александр Валерьевич, аспирант, сотрудник кафедры химической технологии полимерных композиционных лакокрасочных материалов и покрытий РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Квасников Михаил Юрьевич, д.т.н., профессор кафедры химической технологии полимерных композиционных лакокрасочных материалов и покрытий РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Баранов Никита Олегович, студент 4 курса факультета нефтегазохимии и полимерных материалов РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Зеленская Александра Дмитриевна, студентка 2 курса факультета нефтегазохимии и полимерных материалов РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Литература
1. Григорян Н.С., Акимова Е.Ф., Ваграмян Т.А. Фосфатирование: учеб. пособие. - М.: Глобус, 2008. - 144 с.
2. Квасников М. Ю., Романова О. А. Уткина И.Ф., Смирнов К.Н., Киселёв М.Р., Королёв Ю.М., Крылова И.А., Антипов Е.М., Силаева А.А. Получение металлополимерных покрытий совместным электроосаждением на катоде полимерных электролитов и металлов// Высокомолекулярные соединения. сер. А . - 2015.- Т. 57, №4. - С.361-367.
3. Силаева А. А., Квасников М. Ю., Варанкин А. В., Антипов Е. М., Киселев М. Р., Крылова И. А. Лакокрасочные теплопроводящие медь-полимерные покрытия// Журнал прикладной химии. - 2015. - Т. 88, № 12. - С. 1699
4. Павлов А.В., Лукашина КВ., Лукъянскова А.И., Квасников М.Ю., Уткина И.Ф. Изучение возможности получения металлополимерных покрытий на основе цинка и полимерного электролита методом катодного электроосаждения //Успехи в химии и химической технологии. - 2014. - Т. 28, № 3 (152). - С. 58-60
5. Павлов А.В., Квасников М.Ю., Уткина И.Ф., Лукашина КВ. Цинк-полимерные покрытия, получаемые одновременным электроосаждением на катоде аминосодержащего полиэлектролита и электролитическим восстановлением цинка//Химическая промышленность сегодня. - 2015. - № 2. - С. 18-23.
6. П.И. Зубов, Л.А. Сухарева Структура и свойства полимерных покрытий. - М.: Химия, 1982. - 255 с.
7. Vertuest P. Anti-corrosion properties of zinc powder paintings using nano zinc metal powder/ P. Vertuest// China coatings journal. - 2009. - July. - P. 24-36.
Pavlov Alexander Valeryevich*, Kvasnikov Mikhail Yuryevich, Baranov Nikita Olegovich, Zelenskaya Alexandra Dmitrievna
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. * e-mail: [email protected]
PREPARATION OF THE STEEL SUBSTRATE BEFORE APPLICATION OF THE ZINC-POLYMER LACQUER AND PAINT COATINGS OBTAINED BY CATHODIC ELECTRODEPOSITION
Abstract
The influence of surface preparation of steel on the corrosion resistance of zinc- polymer lacquer and paint coatings obtained by a combination of the two processes (cathodic electrodeposition and electrolytic metal recovery) was studied. Key words: degreasing, phosphating, cathodic electrodeposition, lacquer and paint coatings.
