ЗАЩИТНОЕ КОМБИНИРОВАННОЕ ПОКРЫТИЕ

Полезная модель относится к области защиты металлоконструкций, конкретнее к защите металлоконструкций при помощи защитных комбинированных покрытий, и может быть использована в качестве эффективного предохранения от коррозии металлоконструкций, работающих в агрессивных средах различной степени активности.
Коррозия это необратимый процесс разрушения конструкций и сооружений из черных металлов: деталей и узлов различного оборудования, запорной арматуры, трубопроводов, корпусов судов, нефтяных платформ, резервуаров, мостов, строительных металлоконструкций и т.д. По оценкам специалистов связанные с ней потери в промышленно развитых странах составляют от 2 до 4% валового национального продукта или от 10 до 20% годового производства стали.
На сегодняшний день, основным способом повышения срока службы подверженных коррозии изделий, является использование высокоэффективных изолирующих защитных покрытий. Изолирующее покрытие это покрытие, отделяющее основной металл, из которого изготовлен объект, (чаще всего это Ст3 или 09Г2С), от агрессивной среды, и тем самым предотвращающее процесс коррозии основного металла. Эти покрытия должны обладать высокой стойкостью к агрессивным средам, атмосферостойкостью и влагостойкостью, иметь высокую адгезию к металлу, высокую механическую прочность на изгиб и удар, длительный срок эксплуатации. Изолирующие покрытия представляют собой либо слои органических (лакокрасочных, эпоксидных, полиуретановых и др.) материалов, либо металлизационные слои, наносимые различными методами (например, гальваника, горячее цинкование).
Органические покрытия характеризуются сравнительно невысокой стоимостью материалов и низкими затратами на нанесение, хорошими декоративными свойствами и простотой ремонта. Однако при этом органические покрытия обладают не только низкой стойкостью к механическим повреждениям, но и склонностью к подпленочной коррозии при механическом повреждении, кроме того органические покрытия токсичны, долго высыхают и имеют низкую стойкость к химическим растворителям.
Гальванические покрытия характеризуются относительной простотой ведения процесса нанесения и высокой экономической эффективностью нанесения на большие партии одинаковых изделий, но при этом процесс нанесения покрытия занимает достаточно длительное время. Кроме того, компоненты электролита представляют экологическую опасность (так, например, при хромировании шестивалентный хром представляет собой мощный канцероген), а утилизация использованного электролита представляет собой сложную задачу с экологической точки зрения.
Альтернативой вышеперечисленным покрытиям являются газотермические покрытия (ТТЛ). В этом случае частицы напыляемого материала размером 5-200 мкм, при большинстве способов напыления находясь в расплавленном состоянии, с высокой скоростью 50-1000 м/сек ударяются о напыляемую поверхность (подложку) практически холодную. С использованием существующих в настоящее время оборудования, материалов и технологий газотермического напыления стало возможным значительно снизить или исключить влияние на изнашивание деталей таких факторов, как эрозия, коррозия (в том числе высокотемпературная), кавитация и др.
К преимуществам газотермических покрытий вообще и покрытий из сплавов алюминия или цинка в частности, относятся более высокая адгезия, прочность и стойкость к механическим воздействиям по сравнению с органическими и гальваническими покрытиями, длительный срок службы (до 10 раз по сравнению с лакокрасочными покрытиями), высокая коррозионная стойкость, отсутствие процессов старения, они обладают высокой, механической прочностью и коэффициентом термического линейного расширения, близкого к коэффициенту основного металла, высокой надежностью, поскольку, в частности, в случае повреждения покрытия до основного металла напыленное покрытие начинает работать как протекторная защита, выполняя функции жертвенного анода.
К недостаткам газотермических покрытий можно отнести пористость и узкую цветовую гамму.
Ближайшим аналогом предлагаемой полезной модели является система слоев покрытий содержащее нанесенное на металлическую матрицу защитное покрытие и промежуточный слой (патент РФ №97731, МПК С23С 28/00, дата публикации 20.09.2010).
Недостатком ближайшего аналога являются то, что для повышения прочности сцепления покрытия с подложкой активацию поверхности и последующий отжиг необходимо проводить в вакуумной камере, что ограничивает размеры обрабатываемого изделия и существенно удорожает процесс, еще одним недостатком является сравнительно небольшие функциональные возможности готового изделия с нанесенным на него покрытием.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является применение системы слоев покрытий в качестве защиты от коррозии широкого спектра оборудования и конструкций, работающих в агрессивных средах различной степени активности.
Техническим результатом при использовании полезной модели является увеличение функциональных возможностей покрытий, высокая твердость и высокая стойкость покрытий от коррозии и износа, в частности от абразивного износа, наличие протекторных свойств.
На рисунке 1 представлена система слоев покрытий.
Защитное комбинированное покрытие, выполненное в виде системы слоев на стальной металлоконструкции, по меньшей мере один из которых выполнен защитным. Защитный слой может быть выполнен антикоррозионным или огнезащитным или теплоизолирующим, при чем под защитным слоем расположен активированный и предварительно пропитанный органической пропиткой металлизационный слой, а в качестве металлизационного слоя применяют Аl или Zn, или ZnAl, или AlMg.
Металлизационный слой обеспечивает защиту стальной основы от коррозии и износа, а органическая пропитка закрывает поры и обеспечивает дополнительную защиту поверхности изделия, внешний защитный слой расширяет функциональные., возможности системы, придавая. ей коррозионную стойкость, стойкость к абразивному износу, а также огнезащитные, теплозащитные и т.п.свойства. Кроме того, металлизационный слой обладает протекторными свойствами и способен защищать стальную основу электрохимически.
В течение одного-трех часов после нанесения металлизационного слоя его поверхность остается активированной, так как имеет значительный запас свободной поверхностной энергии и, следовательно, характеризуется - высокой адсорбционной способностью. В результате адгезия пропитки и защитного покрытия к металлизационному слой, имеющему, активированную поверхность, в разы превосходит адгезию таких же материалов к стальной основе.
Металлы, составляющие металлизационный слой Zn, Al, Mg и их сплавы имеют по отношению к стали более низкий (отрицательный) электродный потенциал и в присутствии кислой или щелочной сред образуют гальваническую пару, в которой покрытие под действием возникающего тока будет растворяться в электролите и тем самым защищать от коррозии сталь, на которую оно нанесено.
Защитное комбинированное покрытие может быть выполнено с нанесенным на антикоррозионный или огнезащитный или теплоизолирующий слой декоративным покрытием.
Пример 1: Резервуар для хранения нефтепродуктов выполнен с нанесенными газотермическим способом на его внутренние стенки слоем алюминия, пропитанным пропиткой и защитным слоем на фторэпоксидной основе, нанесенным с помощью краскопульта, обеспечивающим полную антикоррозионную защиту металлоконструкций.
Пример 2: Камера шумопоглощения - газоперекачивающего агрегата выполнена с нанесенными газотермическим способом на его внешнюю поверхность слоем алюминия, пропитанным органической пропиткой и защитным слоем на кремнийорганической основе, обеспечивающим ей полную антикоррозионную защиту.
Пример 3: Бак-аккумулятор водоподготовки выполнен с нанесенными газотермическим способом на его внутренние стенки слоем сплава цинк-алюминий, затем защитным слоем на кремнийорганической основе, нанесенным с помощью краскопульта, обеспечивающим полную антикоррозионную защиту объекта.
Пример 4: Несущие металлоконструкции в цеху выполнены с нанесенным газотермическим способом на их поверхности слоем алюминия, затем вспучивающимся под действием высокой температуры огнезащитным слоем, нанесенным с помощью краскопульта, обеспечивающим защиту объекта от повреждений в результате воздействия пламени в течение часа.