способ защиты углеродистой стали от атмосферной коррозии покрытиями на основе цинкнаполненного рапсового масла

Формула изобретения

Способ защиты углеродистой стали от атмосферной коррозии в жестких и особо жестких условиях посредством нанесения покрытия, отличающийся тем, что наносят покрытие толщиной 90±10 мкм, состоящее из рапсового масла и 50±10 мас.% порошка цинка.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам защиты стальных металлоизделий от атмосферной коррозии при хранении их на открытых площадках, в неотапливаемом помещении, а также в штабелях в процессе длительного хранения в условиях создания запаса госрезерва в жестких и особо жестких условиях, в том числе тропического, субтропического и морского климата, связанных с повышенными температурами, высокой относительной влажностью и возможным подкислением поверхностной пленки влаги за счет выпадения кислотных дождей. Оно может быть использовано в машиностроении, металлургии, в сельскохозяйственном производстве и на предприятиях госрезерва.

Известны многочисленные способы защиты металлоизделий от атмосферной коррозии посредством нанесения на поверхность металлоизделий консервационных материалов на масляной основе (Вигдорович В.И., Насыпайко И.Г., Прохоренков В.Д. Антикоррозионные консервационные материалы// М.: Агропромиздат, 1987. 127 с.). Однако одни из них в постреформенное время не производятся, основой других являются товарные нефтяные масла (Вигдорович В.И., Трифонова О.И., Поликарпов В.М. // Химия и химическая технология. 2005. Т.48, № 6, с.75-78) или экологически недостаточно чистые отработавшие моторные и индустриальные масла (Вигдорович В.И., Прохоренков В.Д., Князева Л.Г. // Практика противокоррозионной защиты. 2005. № 4, с.49-55). Минеральные масла имеют целый ряд недостатков: высокая, постоянно возрастающая стоимость; наличие в них комплекса заводских добавок неизвестной природы и токсикологии; наличие многочисленных экологических проблем, связанных с их обезвреживанием и утилизацией; многокомпонентность состава и необходимость введения значительных концентраций дефицитных ингибиторов коррозии, потребность в которых в Российской Федерации удовлетворяется на 10-15%.

Наиболее близким по технической сущности является способ защиты от атмосферной коррозии нанесением на поверхность стали цинкнаполненных лакокрасочных покрытий, содержащих 90-95 мас.% цинка (Фринсберг И.В., Субботина О.Ю., Павлюкова С.Ю. // Коррозия: материалы, защита. 2004. № 2. с.26-37.). Однако подобные составы непригодны в условиях многократной консервации и переконсервации, так как не подлежат быстрому снятию растворителями и повторному нанесению.

Целью изобретения является долговременная защита металлоизделий из углеродистой стали от атмосферной коррозии, в том числе в условиях морского, субтропического и тропического климата и возможного существенного подкисления поверхностных пленок влаги при периодическом выпадении кислотных дождей.

Отличительными признаками предлагаемого способа является использование цинкнаполненных масляных композиций, состоящих из рапсового масла и 50±10 мас.% порошка цинка, наносимых толщиной 90±10 мкм, снимаемых растворителями и позволяющих проводить многократную переконсервацию на основе экологически чистого быстро возобновляемого рапсового масла.

Указанные отличительные признаки предлагаемого способа защиты углеродистой стали определяют его новизну и изобретательский уровень в сравнении с известными методами защиты составами на масляной основе, так как цинкнаполненное масляное покрытие толщиной 90±10 мкм обладает защитным эффектом, обеспечивающим долговременную противокоррозионную защиту, обусловленную не только блокировочным действием масла, но и высоким протекторным действием порошка цинка. Это позволяет существенно повысить защитную эффективность, в том числе и в условиях морского, субтропического и тропического климата и выпадения кислотных дождей при хранении металлоизделий под навесом и в неотапливаемом помещении, расположенных даже навалом и в стеллажах на предприятиях госрезерва.

Технической задачей является разработка способа защиты углеродистой стали от атмосферной коррозии в обычных, жестких и особо жестких условиях. Решается эта задача созданием высокого протекторного эффекта защитного покрытия в результате введения в экологически чистое рапсовое масло цинкового протектора, обусловливающего катодную защиту (жертвенный анод) углеродистой стали в условиях, позволяющих проводить многократную переконсервацию.

Наличие длительного защитного эффекта за счет введения анодноактивного компонента в масляное покрытие, а также барьерного действия пленки масляной композиции толщиной 90±10 мкм определяет сущность способа. Таким компонентом является цинковый порошок, производимый в промышленности, следующего фракционного состава (по величинам эффективного диаметра), мкм: до 3 - 50,5%; 3 4 - 41,5%; 4 10 - 1,3%; 10 25 - 1%; 25 75 - 0,4%; остальное - более 75.

Для подтверждения высокой защитной эффективности проведены длительные коррозионные испытания в термовлагокамере при периодическом изменении температуры (от 20 до 40°С и обратно), относительной влажности воздуха (от 70% при Т=20°С до 100% при Т=40°С) и длительных натурно-стендовых испытаниях в атмосфере промышленного химического предприятия (анилино-красочного завода).

Образцы углеродистой стали размером 150×70×3 мм полировали до 6-го класса чистоты, обезжиривали ацетоном, сушили фильтровальной бумагой и взвешивали на аналитических весах с точностью до 5·10 ^-5 г. Для нанесения и формирования на них пленки защитного покрытия образцы опускали в ванну консервации с механически перемешанным составом (5 кг рапсового масла и 5 кг цинкового порошка промышленного производства без разделения его на фракции), находящимся при температуре 20±2°С. Затем извлекали из нее и оставляли на 2 часа на воздухе в помещении лаборатории в вертикальном положении для отекания избытка композиции и формирования защитной пленки толщиной 90±10 мкм. Толщину (L) сформировавшейся пленки оценивали гравиметрически, полагая слой равномерным по толщине, по формуле

L=10⁴·(m₁ -m₀)/ ·S, мкм,

где m₁ и m ₀ - соответственно масса образца с нанесенной защитной пленкой и без нее, г; - эффективная плотность состава, г/см³; S - видимая поверхность образца, см².

Каждый эксперимент дублировался по 6 раз для проведения статистической обработки результатов по методу малых выборок с доверительной вероятностью 95% (коэффициент Стьюдента - 2,447). Коррозионные потери массы оценивали весовым методом также с точностью 5·10 ^-5 г. С этой целью образцы взвешивали до нанесения покрытия (масса m₀) и после удаления с них продуктов коррозии по завершении испытаний (масса m_к). Потери массы m в результате коррозии составляют

m=m₀-m_к

Скорость коррозии рассчитывали по формуле

K_i= m/(S· ), г/(м²·ч),

где - продолжительность испытаний, ч; K_i - скорость коррозии незащищенной (К₀) и защищенной (К_з ) исследуемыми составами на базе рапсового масла стали.

Далее оценивали коэффициент понижения скорости коррозии ( , раз), равный

=К₀/К_з.

Защитное действие составов, содержащих 40, 50 и 60 мас.% цинка в рапсовом масле, приведено в таблицах 1 и 2.

Таблица 1
Снижение скорости коррозии углеродистой стали в термовлагокамере ( , раз) при нанесении цинкнаполненных составов на базе рапсового масла. Продолжительность испытаний 30 суток (8 часов при 40°С и 100% влажности и 16 часов при 20°С и 70% влажности ежесуточно)
Содержание цинка в масляном покрытии, мас.%	, раз
40	50
50	100
60	100

В неотапливаемом помещении полная защита углеродистой стали от коррозии композициями на основе цинкнаполненного (40, 50, 60 мас.%) рапсового масла наблюдается в течение 3-х лет. Далее испытания прекращались.

Таблица 2
Снижение скорости коррозии ( , раз) углеродистой стали, защищенной цинкнаполненными составами на основе рапсового масла в натурно-стендовых условиях
Содержание цинка в масляном покрытии, мас.%	, раз при продолжительности испытаний, месяц
3	6	9	12
40	20	17	13	12
50	25	25	17	13
60	50	33	13	13

Снижение рН агрессивной среды на фоне 3%-ного раствора NaCl с 6,5 до 3, то есть повышение кислотности в 1000 и более раз, не снижает защитного действия составов, так как коррозия стали в этих условиях протекает с кислородной деполяризацией.

Из приведенных экспериментальных данных следует, что предлагаемый способ защиты углеродистой стали от атмосферной коррозии в жестких и особо жестких условиях (рН 3 6,5) является эффективным, доступным и технологичным.