Технология антикоррозийной обработки металлоконструкций

Технология антикоррозийной обработки (защиты) металлоконструкций

Процесс самопроизвольного разрушения металла под воздействием агрессивной внешней среды (коррозия) приводит кардинальному изменению прочностных и физико-химических свойств изделий из стали и ее сплавов, значительному снижению их функциональности и сроков годности. По данным беспощадной статистики постоянные потери от этого физико-химического процесса составляют 4-5% общего национального дохода страны, при этом безвозвратно гибнет 10-15% от объема ежегодно производимых ферросплавов.

Помимо материального ущерба коррозия металлов может привести (и зачастую приводит) к различным катастрофическим последствиям из-за выхода из строя сосудов высокого давления, оборудования энергетических объектов, деталей самолетов и паровых турбин, участков газонефтепроводов и т.д. Существуют различные виды борьбы с процессом окисления металла, при этом технология антикоррозийной обработки металлоконструкций постоянно совершенствуется.

Конструктивные методы защиты

Конструктивные методы защиты используются еще на стадии проектирования и изготовления изделия, до начала его активной эксплуатации. Они заключаются в выборе материала, способного противостоять пагубному воздействию среды (нержавеющие стали, кортеновские стали с прочной, неразрушаемой окисной пленкой, применение в ряде случаев высокополимерных материалов, стекла или керамики).

Помимо этого конструктивная антикоррозийная защита металлоконструкций СНИП подразумевает и методы рациональной эксплуатации металлических изделий:

• устранение щелей, трещин и зазоров в конструкции, в которые может попадать влага;
• ликвидация зон застоя влаги и защита от брызг и водяных капель;
• введение ингибиторов в агрессивную среду.

Пассивная защита от коррозии

К пассивным методам защиты относится нанесение на металлическую поверхность какого-либо покрытия, которое будет препятствовать контакту металла с кислородом и влагой. Современные лакокрасочные материалы обладают улучшенными эксплуатационными свойствами. В зависимости от состава, ЛКМ могут выполнять барьерные, протекторные, преобразующие или пассиваторные функции.

Барьерная защита — механически изолирует поверхность металла. Чаще всего барьерные ЛКМ наносят на черные металлы. При этом любое нарушение целостности защитной пленки (даже в виде микротрещин) ведет к проникновению агрессивной среды и возникновению подпленочной коррозии.

Пассивирование поверхности металла производится лакокрасочными материалами, в составе которых содержится фосфорная кислота или хроматные пигменты (соли хромовой кислоты), замедляющие коррозионные процессы. Антикоррозийное покрытие металлоконструкцийпассивирующими грунтовками выполняется при помощи распылителя. Пассивирующие грунтовки могут быть как одно, так и двухкомпонентными, в последнем случае составляющие части смешивают непосредственно перед употреблением. Таким образом можно защищать как черные, так и цветные металлы.

Следует отметить, что антикоррозийная защита металлоконструкций при помощи ЛКМ эффективна лишь в случае скрупулезно проведенных подготовительных мероприятий, особенно важно тщательное удаление продуктов коррозии, уже образовавшихся на поверхности металла.

При этом наносятся специальные составы, разрушающие ржавчину, а затем поверхность зачищается. Если же механическая обработка перед окрашиванием по тем или иным причинам производится не может или экономически нецелесообразна, используются так называемые преобразователи ржавчины. Преобразующие грунтовки содержат специальные добавки, которые превращают продукты ржавчины в нерастворимые соединения. Эти составы могут наноситься как при помощи кисти, так и распылением. В некоторых случаях преобразователи ржавчины уже входят в состав защитной композиции и тогда ЛКМ может наносится сразу на металл, без предварительной его обработки.

Пассивная антикоррозийная обработка металлоконструкций СНИП может выполнять и роль протектора, в этом случае в состав ЛКМ включают достаточно большое количество (>86%) металлической пыли из элемента, который обладает более высокой восстановительной способностью, чем обрабатываемая поверхность. Так как чаще всего в качестве наполнителя используют высокодисперсный порошок цинка, данный метод получил название «холодного цинкования». Цинконаполненные лакокрасочные материалы выгодно отличаются от традиционных увеличенными сроками службы и устойчивостью к абразивному износу.

Термопластичные полимеры и эпоксидные смолы, на основе которых выпускаются цинкосодержащие композиции, позволяют наносить эти грунтовки даже при сложных погодных условиях (повышенная влажность, отрицательные температуры). Кроме этого, цинковые протекторные ЛКМ не требуют смешивания компонентов, а по своим прочностным и защитным свойствам сопоставимы с такими гораздо более трудоемкими операциями, как горячее цинкование.

Активные методы защиты

К активным методам защиты можно отнести методы специальной обработки металла. Для повышения стойкости ферросплавов и изделий из них применяют:

• горячее цинкование деталей. Деталь или конструкция обезжиривается, подвергается пескоструйной обработке или травлению кислотой и покрывается тонким слоем расплава цинка в специальной вращающейся ванне. В результате химической реакции на поверхности образуется защитная пленка, экранирующая металл от доступа влаги, образующая гальвано пару со сталью и способная самовосстанавливаться после небольших повреждений. В качестве сырья для горячей металлизации могут применяться и другие металлы. Этот метод особенно хорош для крупных объектов (судов, баков, цистерн) ;
• электрохимическое (гальваническое) цинкование, которое основано на принципе диффузионного извлечения ионов цинка из слабокислого раствора при электролизе. Обрабатываемые детали и источник цинка (пластины, шары, болванки) помещаются в ванну с электролитом, через которую в дальнейшем пропускается электрический ток. В процессе электролиза цинк, являясь анодом, растворяется и оседает на стальной поверхности, придавая ей высокодекоративный блестящий вид. Однако адгезионные свойства полученного покрытия невелики, а сам процесс производства экологически вреден и трудоемок. Гальваническая обработка металлов применяется для обработки метизов и деталей средних размеров;
• термодиффузионное нанесение цинкового покрытия. Суть метода состоит в проникновении атомов цинка из цинкосодержащего порошка в поверхность железа при очень высокой температуре (в диапазоне 290-450˚С). При этом покрытие получается очень твердым и износостойким, в точности повторяя исходную деталь, включая резьбы или тонкий рельеф. Не требует сложного подготовительного этапа (очистки от пятен ржавчины, обезжиривания и т.п.). Подобная антикоррозийная обработка металлоконструкций и трубопроводов в 2-3 раза долговечнее, чем гальваническая и может длительно оберегать сталь даже при эксплуатации ее в условиях воздействия морской воды. Из недостатков метода можно отметить его небольшую производительность и необходимость наличия специального оборудования (роторных печей).

Электрохимическая защита металла от коррозии

Антикоррозийная обработка металлоконструкций может быть дополнена электрохимической защитой, при которой на ограждаемую деталь устанавливается специальный протекторный анод из металла с более электроотрицательными свойствами. При этом скорость окислительного процесса в защищаемом партнере падает практически до нуля вплоть до полного разрушения анода, который в данном дуэте называют «жертвенным». Подобным образом экранируют свайные фундаменты, металл которых находится в грунте (особенно засоленном), нефтегазопромысловые сооружения и хранилища, а также днища судов, на которые постоянно воздействует морская вода.

Аноды могут быть изготовлены из платинированного титана, железнокремниевых сплавов, графитопластов. В настоящее время разрабатываются методы электрохимической защиты кузовов автомобилей, при этом токопроводящие аноды выполняются из электропроводящих полимеров в декоративном исполнении и наклеиваются на кузов в потенциальных коррозионноопасных точках.

Новые методы защиты

Несомненно, нанесение лакокрасочных материалов наиболее доступный метод сбережения ферросодержащих конструктивных элементов и деталей. Однако этот защитный слой требует обновления каждые 5-7 лет, что довольно трудоемко. Гальваническая и электрохимическая подготовка металла, позволяющая забыть о ржавчине лет на 50, — дело достаточно затратное. Однако в настоящее время уже существует недорогой инновационный метод защиты металлов от окисления и ржавления.

«Жидкая резина» — двухкомпонентный эластомер, при помощи которого выполняется надежная и долговечная антикоррозийная защита металлоконструкций. Эта сплошная, бесшовная мембранная прослойка наносится на металл при помощи распылительного пистолета, без всякой предварительной подготовки поверхности. После нанесения битумная эмульсия застывает мгновенно, не образуя потеков и неровностей, даже если основа была гладкой, скользкой и влажной. Производитель гарантирует, что данное покрытие в течение первых 20 лет не только не теряет своих свойств, но даже становится со временем прочнее. Таким образом могут быть обработаны металлические трубы, строительные конструкции любой конфигурации, поверхность цистерн и даже кровля. Металлы экранируемые при помощи такого резинового слоя абсолютно индифферентны к воздействию повышенной влажности и критическим температурам.

Как производится антикоррозионная защита металлоконструкций?

Обязательно ли нужна антикоррозионная защита металлоконструкций? Любые металлы, особенно черные, подвержены пагубному воздействию агрессивной среды. Влага — главный враг металлов. Именно под ее воздействием на поверхности металлов образуется слой оксидов. И если не препятствовать этому процессу, то в результате любое изделие из металла потеряет свою прочность. Антикоррозионная защита металлоконструкций является важнейшей процедурой в производстве любых изделий тяжелой промышленности.

1 Нормы и правила СНиП относительно защиты металла

Защита строительных конструкций от коррозии предусматривается еще на начальном этапе проектирования. Все затраты, направленные на защиту, включаются в стоимость изделия. Определение в строительных нормах и правилах (СНиП) называет такие методы защиты конструктивными. Это же определение гласит, что основной задачей методов защиты металлоконструкций является выбор материалов, способных ограничить доступ агрессивной среды к металлическим поверхностям, и способов их нанесения.

Кроме выбора специального покрытия для металлов, СНиП рекомендует и методы оптимального режима использования конструкций из металла:

• устранение на поверхностях конструкций любых щелей или углублений, в которых может накапливаться влага или образовываться своеобразная аномальная температурная зона, способная привести к порче антикоррозийного покрытия;
• защиту конструкций от брызг и водяных капель;
• введение в агрессивную среду специальных ингибиторов.

2 Пассивная антикоррозийная защита металлоконструкций

Менее эффективной на данный момент видится пассивная защита строительных конструкций от коррозии. Заключается она в нанесении на поверхность любого лакокрасочного покрытия. Такая защита стальных конструкций не может быть эффективной на протяжении большого промежутка времени по нескольким причинам:

• металлы отличаются очень хорошей теплопроводностью, следовательно, лакокрасочное покрытие будет многократно подвергаться перепадам температур и быстро (в течение 5 лет) придет в негодность;
• перед нанесением лакокрасочного покрытия, защищаемую поверхность необходимо подвергать специальной очистке от оксидной пленки, после этого поверхность грунтуется, и лишь потом наносится основной слой защиты. Для объемных стальных конструкций такая технология нанесения защиты является слишком трудоемким процессом.

В настоящий момент отмеченные недостатки частично устранены: появились новые химические составы для обработки, которые самостоятельно справляются как с оксидной пленкой, так и со ржавчиной. Как правило, такие средства поступают к изготовителю конструкций в раздельном варианте и смешиваются непосредственно перед нанесением. Производители этих средств обещают защитить каждую стальную конструкцию при любых погодных условиях на протяжении десятилетий.

3 Покрытия с ингибиторами

Особую надежность металлическим конструкциям обеспечивают ЛКМ, содержащие фосфорную кислоту или соли хромовой кислоты. Названные элементы способны противостоять появлению «жучка» — коррозии, которая может происходить под защитным слоем.

Краски, имеющие в составе один из ингибиторов, тоже не наносятся на неподготовленную поверхность.

Эффект будет, конечно, в любом случае, но неподготовленная поверхность находится под защитой на протяжении всего лишь около 10 лет. В тех случаях, когда подготовка (зачистка) невозможна по причине конструктивных особенностей или экономически нецелесообразна, поверхность обрабатывается преобразователями ржавчины. Такой химический состав выдерживается на поверхности определенное время (указанное производителем состава), удаляется сухой ветошью и только после этого наносится защитный слой.

4 Как используется метод «протектора»?

Пассивная защита согласно СНиП может выполнять роль протектора. Для создания такого эффекта в состав ЛКМ вводится большое количество металлической пыли из химических элементов, способных самостоятельно противостоять коррозии. Для этих целей идеально подходит цинковая пыль.

Применяется она значительно чаще других химических составов, поэтому такая защита металлических конструкций получила название «холодное цинкование». Обычно для этого состава не используются лаки или краски. Изготавливают их на основе эпоксидных смол или термопластичных полимеров. Состав покрытия не требует смешивания.

Обработка металлоконструкций с помощью такого химического состава может вестись при неблагоприятных погодных условиях: высокая или низкая температура, повышенная влажность не могут стать помехой. И получается при такой обработке металлоконструкций двойная защита: буфер, создаваемый смолами, и протектор из стойкого слоя металла. Стоит ли удивляться, что гарантированная защита стальных элементов будет актуальна на протяжении нескольких десятилетий (около 50 лет). Важный момент: холодное цинкование намного дешевле известного горячего способа и гораздо удобнее.

5 Активная защита металла

Активные методы защиты металлоконструкций от коррозии подразумевают специальную обработку поверхности с целью придания ей особых химических свойств. Различают несколько видов покрытия поверхности с помощью все того же цинка:

1. Горячее цинкование. При такой обработке металлоконструкций принято тщательно готовить поверхность: зачищать от оксидов, обрабатывать пескоструем. Готовое изделие опускается в ванну с расплавленным цинком. Заготовку вращают и в период затвердевания тонкого слоя цинка. Получается идеально ровная поверхность с непревзойденной степенью антикоррозионной защиты.
2. Гальваническое цинкование. Обработку металлоконструкций гальваническим способом можно отнести к самым длительным во временном отношении процессам. Вначале стальная конструкция помещается в ванну с электролитом. На заготовку закрепляется электрический кабель, второй кабель закрепляется на цинковую заготовку. Оба подключаются к источнику постоянного тока. За счет диффузии в металлах ионы цинка покидают поверхность цинковой заготовки и оседают на нашей. В этом случае получается очень тонкий слой цинка, который имеет с поверхностью металла связь на молекулярном уровне. Обработка металлоконструкций гальваническим способом позволяет уверенно говорить, что изделие не будет подвергаться коррозии практически неограниченное время
3. Термодиффузионное цинкование — надежная защита конструкций. И это самый сложный процесс с точки зрения физики. Стальная конструкция прогревается в печи при температуре от 290°С до 450°С, где на нее под давлением подается цинковая пыль. Молекулы цинка расплавляются и проникают даже в толщу металла. Получается не просто защитная пленка из другого металла, а своеобразный сплав, способный неограниченное время выполнять роль защиты от коррозии металлических конструкций. Такая антикоррозионная обработка считается самой эффективной. Металлоконструкции, обработанные данным способом, спокойно выдерживают самые агрессивные среды: огонь, морскую воду. Единственный недостаток процесса заключается в том, что для его осуществления необходимо специальное оборудование.

Любой из выбранных методов защиты металлоконструкций целесообразен только при правильном использовании и рациональности вложения финансовых средств. Просчитывать это должны специалисты, поэтому для выполнения работ лучше обратиться в профессиональную компанию.

Правильно защищенная металлоконструкция прослужит намного дольше и не будет требовать ремонта или косметического ухода. Сразу же можно отнять расходы на покупку лакокрасочных материалов и прочее.