ЗАЩИТА МЕТАЛЛОВ, 2007, том 43, № 3, с. 310-312
НОВЫЕ ВЕЩЕСТВА, МАТЕРИАЛЫ И ПОКРЫТИЯ.
_ ФИЗИКО-ХИМИЯ НАНОЧАСТИЦ, НАНОРАЗМЕРНЫХ _
- И НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ -
И ПОКРЫТИЙ, КОМПОЗИЦИОННЫХ И ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ
УДК 621.771
БЕСХРОМАТНАЯ ОБРАБОТКА ОЦИНКОВАННОГО ПРОКАТА
© 2007 г. В. А. Парамонов, А. Т. Мороз, Н. Г. Филатова, О. А. Казанджиян
Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина
105005 Москва, 2-я Бауманская ул., д. 9/23 Тел.: 777-93-74 Поступила в редакцию 14.11.2005 г.
В последнее десятилетие значительное развитие получило производство металлопроката с горячим цинковым покрытием. Потребителями такого материала являются строительная, автомобильная, и другие отрасли промышленности. В работе рассматривается возможность замены хроматирова-ния оцинкованного проката экологически безопасным силикатированием.
PACS: 81.65.Rv, 82.45.Bb
В настоящее время хроматирование оцинкованного проката производят химическим способом из экологически опасных и агрессивных электролитов на основе Сг(УТ). Масса хроматных пленок составляет 8-60 мг/м2 [1].
Цель настоящей работы - изучение возможности замены хроматирования оцинкованного проката на бесхроматную экологически чистую обработку. При этом процесс должен оставаться химическим, а скорость осаждения пленок должна отвечать условиям скоростных непрерывных агрегатов покрытия.
Из литературных источников известны конверсионные антикоррозионные покрытия, получаемые в щелочно-силикатных растворах [1]. Отмечается их высокая защитная способность против коррозии, нагрева, радиации и стойкость в органических растворителях и нефтепродуктах. Растворы, используемые для получения таких покрытий, долговечны, экологически чисты, так как растворителем служит, в большинстве случаев, вода.
Силикатными покрытиями начали заниматься еще в 40-х годах прошлого столетия. Например, В.А. Орлов в своей монографии [2] подробно рассмотрел способы нанесения цинк-силикатных покрытий, состоящих из связующего, цинкового порошка и отвердителя. Успешным оказалось применение такого покрытия в Австралии для наземного трубопровода, эксплуатировавшегося в течение нескольких десятилетий. Вслед за этим такие композиции получили распространение в США, Японии, Западной Европе при изготовлении танкеров, судостроительного проката, нефтеперерабатывающего оборудования, работаю-
щего в различных климатических зонах (от тропиков - Индонезия, Сингапур, Персидский залив до Арктических областей Аляски, Северного моря и т.д.) [3]. Применяют их и как грунт под лакокрасочные покрытия.
Однако, толщина таких покрытий составляет более 50 мкм, а для бесхроматной обработки полосы она должна исчисляться сотыми долями микрона. При этом покрытие должно обладать высокой степенью адгезии и пластичностью для обеспечения транспортировки ее без нарушений сплошности и разрывов в скоростных непрерывных агрегатах покрытия.
Из практики известно, что некоторые материалы с кристаллической структурой при достаточном уменьшении толщины приобретают пластические свойства. Это соображение и легло в основу разрабатываемой технологии бесхроматной обработки.
В соответствии с вышеизложенным, мы выбрали раствор на основе силикатов натрия, как наиболее распространенный, дешевый и экологически чистый.
Наиболее вероятным процессом и продуктом взаимодействия цинкового покрытия (которое при нанесении практически моментально покрывается тончайшей пленкой ZnO) с раствором силикатов натрия должно быть образование орто-силиката цинка, одним из путей промышленного получения которого является гидротермальный синтез из ZnО и БЮ2 в содовом растворе, т.е. гид-ратирование продуктов того и другого [4]. В самом простом виде, опуская воду и щелочь, оно сводится к итоговому уравнению
Ъп + 8Ю2
ЪИ28Ю4.
БЕСХРОМАТНАЯ ОБРАБОТКА ОЦИНКОВАННОГО ПРОКАТА
311
Силикат натрия, г/л
Плотность тока, мА/дм2
50
150 250 350
Б. обр
Хр. пр.
0 0.17 0.33 2 4 6 8 10
Время испытаний, сутки
Рис. 1. Коррозионные испытания оцинкованных образцов с бесхроматной обработкой (различные концентрации силиката натрия): О - время испытаний образцов до появления первых очагов коррозии; б. обр. - без обработки; хр. пр. - хроматированные (промышленные [5]).
В первую очередь необходимо было определить оптимальную концентрацию и температуру растворов, которые готовили на дистиллированной воде, растворяя в ней различное количество силиката натрия (от насыщенного раствора до 20 г/л).
Горячеоцинкованные образцы промышленного производства (не хроматированные) обезжиривали спиртом и на их поверхность наносили названные растворы силиката натрия. Высушивали и подвергали механическим испытаниям методом удара (50 кг с высоты) на приборе Эриксена, выдавливая лунку глубиной 10 мм.
Испытания показали, что образцы, полученные из концентрированных растворов силиката натрия, имели поверхностные трещины и отслоения.
Пленки из менее концентрированных растворов, были равномерные, светло-серые, без потеков и включений. Толщина пленок из этих растворов, определенная взвешиванием, составила 0.05-0.2 мкм. Эти образцы выдержали механические испытания - трещин и отслоения пленок от основы не наблюдалось. Для растворов ниже 150 г/л толщину пленок вышеупомянутым методом определить не удалось.
Для коррозионных испытаний была отобрана серия образцов, обработанная в растворах силиката натрия, с толщиной покрытия 0.08-0.12 мкм. Коррозионные испытания проводили по методике, описанной в работе [5]. Состав раствора для испытания: 5-% ЙаС1 и 10 мл 30%-ой Н202, рН = 6. Рекомендуемое время испытаний 16-24 часа при комнатной температуре. Параллельно с указанными образцами были испытаны контрольные образцы оцинкованной стали промышленного производства без хроматной обработки. Результаты испытаний приведены на рис. 1, включая оцинкованные
350 -
300 -
250 -
200 -
150 -
100 -
50 -
0
-1000
350 г
300 -
250 -
200 -
150 -
100 -
50 -
0
-1000
50 г/л
-900 -800 -700 -600 -500
20°С 30
-900 -800 -700 -600 -500 Потенциал, мВ
Рис. 2. Анодные потенциодинамические кривые снятые в 5-% растворе №С1 (различные: а - концентрации и б - температура раствора силиката натрия).
образцы с хроматной обработкой промышленного производства [6].
На необработанных образцах "белая ржавчина" появилась через 5-10 мин с начала испытаний. "Белая ржавчина" представляет собой продукты коррозии цинка (основные гидрокарбонаты). На хроматированных образцах следы коррозии появились спустя 15-20 мин. Образцы с бесхроматной обработкой простояли 10-30 сут, что значительно превышает требуемое время испытаний. При этом после обработки в растворах с концентрацией силиката натрия менее 150 г/л коррозионная стойкость полученных пленок была ниже, чем у образцов с пленками, полученными в растворах 150-350 г/л очевидно вследствие мень-
шей толщины пленки.
Параллельно с описанными испытаниями были сняты анодные потенциодинамические кривые в 5% растворе КаС1. Скорость поляризации составила 2 мВ/с. Оцинкованные образцы обрабатывали в растворе с концентрацией силиката натрия - 200 г/л.
312
ПАРАМОНОВ и др.
Температура сушки, °C
150 200
250 300 350
Б. обр
0 0.17 2
4 6 8 10
Время испытаний, сутки
Рис. 3. Коррозионные испытания оцинкованных образцов - с бесхроматной обработкой: О - время испытаний образцов до появления первых очагов коррозии; б.обр. - без обработки.
Согласно поляризационным кривым (рис. 2а и 26) предпочтительны растворы от 150 до 350 г/л при температуре 30-40°С. Эти результаты хорошо коррелируют с вышеприведенными коррозионными испытаниями.
Известно [2], что процесс отверждения силикатных покрытий сопровождается переходом их из аморфного водорастворимого в кристаллическое водонерастворимое состояние, при этом, вследствие протекания комплекса химических и физических процессов, ее адгезионные свойства повышаются.
Принято считать, что адгезионные свойства пленок обеспечиваются наличием в них полярных групп, в данном случае кристаллизационной воды. Адгезия повышается в процессе высыхания пленки, благодаря которому она приобретает конденсационно-кристаллизационную структуру с высокой прочностью. Для получения твердого, прочного водонерастворимого покрытия необходимо длительное время (до 10 сут), в течение которого происходит полное удаление воды. Чем медленнее процесс, тем полнее его завершение и меньше конечные внутренние напряжения, а их снижение, в свою очередь, повышает адгезионную прочность покрытия. Ускорение процесса отверждения пленок может быть достигнуто за счет повышения температуры сушки.
Дальнейшие исследования были направлены на подбор температуры сушки, которая обеспечивала бы пластичность и коррозионную стойкость получаемых силикатных пленок.
Температуру сушки образцов с покрытием варьировали от 150°С до 350°С. Наилучшие результаты коррозионных испытаний показали образ-
цы с температурой сушки 200-300°С и времени выдержки 5-15 мин (рис. 3). Следует отметить, что для осуществления предлагаемой технологии на скоростных линиях покрытия необходимо значительно до 2-10 сек сократить время сушки получаемых пленок, что и будет предметом дальнейших исследований.
К преимуществам нового способа бесхроматной обработки можно отнести следующее:
1. Замена существующих экологически вредных и агрессивных электролитов на основе Cr(VI) на экологически безопасные растворы на основе силиката натрия.
2. Нанесение пленок, осуществляемое химическим способом, не требует дополнительных капитальных затрат.
3. Механические свойства пленок позволяют транспортировать полосу через множество роликов линий покрытий без разрывов и нарушения сплошности.
4. Коррозионная стойкость полученных пленок достаточно высока.
5. Режимы получения пленок хорошо вписываются в технологический цикл существующих непрерывных линий покрытия на металлургических заводах.
Таким образом, установлена принципиальная возможность получения на оцинкованной поверхности тонкого бесхроматного покрытия с необходимой пластичностью и ко
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.