СОСТАВ ДЛЯ ХИМИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ЧЕРНЫХ МЕТАЛЛОВ ПЕРЕД ОКРАШИВАНИЕМ ЦИНКСИЛИКАТНЫМИ СОСТАВАМИ
COMPOSITION FOR CHEMICAL TREATMENT OF FERROUS METAL SURFACES BEFORE PAINTING WITH ZINC SILICATE COMPOSITIONS

Изобретение относится к химическим способам подготовки поверхности черных металлов перед окрашиванием, в частности, цинксиликатными составами. Перед нанесением цинксиликатных составов (ЦСС) необходима тщательная подготовка защищаемой поверхности. Основными критериями оценки влияния подготовки поверхности на защитные характеристики цинксиликатных покрытий являются их адгезия с подложкой и водостойкость. Главным условием качественной адгезии покрытий особенно в первоначальные часы и даже минуты является механическое сцепление быстротвердеющего покрытия с подложкой за счет придания шероховатости (не менее 10-20 мкм) защищаемому металлу. При недостаточной шероховатости за счет возникающих напряжений в покрытии происходит его отслоение (частичное или полное). Обычно металлическую поверхность перед окрашиванием цинксиликатными красками(составами) готовят путем абразивной обработки поверхности. При толщине листа металла 1 мм и менее такая обработка поверхности исключена вследствие коробления (деформации) металла или изделия. Альтернативой абразивной подготовки поверхности является химическая подготовка. Традиционные способы химической подготовки стальных поверхностей под окрашивание, после ряда подготовительных операций, осуществляют путем погружения изделий в растворы на основе фосфорной кислоты для формирования на поверхности конверсионных фосфатных слоев, обеспечивающих хорошую адгезию лакокрасочным покрытиям.
Так, известен состав «Фос-Преп 971Т» (ТУ 2332-001-PTS-09), представляющий собой водный раствор, состоящий в массовых процентах из: фосфорной кислоты 8, азотной кислоты 4, специальные добавки и остальное - вода. Недостатком известного состава является: состав предназначен исключительно для применения на химико-гальванических производствах, образование плотного конверсионного фосфатного слоя, который, хотя и обеспечивает адгезию покрытия к металлу, но в случае окраски цинксиликатными составами нарушает прямой контакт цинка с металлом подложки, что ослабляет электрохимическую (протекторную) составляющую цинксиликатного покрытия, тем самым снижает его физико-химические характеристики (увеличивает время нарастания адгезии, снижает эффективность защиты оголенных участков вследствие механических повреждений от коррозии и др.) Использование подобных растворов затруднено или просто невозможно при окрашивании крупногабаритных конструкций и т.п. В этих случаях альтернативой является использование специальных паст (составов).
3
Известен состав, содержащий в массовых процентах: фосфорная кислота (p=1,8 г/см) 73,5, крахмал 20, желатин 0,3, альгенит натрия 6, ПАВ 0,5 (патент ГДР №224884, класс C23G1/06, опубликованный 1985, РЖ «Коррозия и защита от коррозии», №3, реф. 3К 249П, 1974). Недостатком данного состава является большой процент (15-20%) дефектов (непротрава) покрытия.
Известна паста для очистки металлических поверхностей (A.C. SU 1723200 А1), которую используют для химической обработки металлической поверхности от ржавчины толщиной до 150 мкм. Паста содержит, мас.%: ортофосфорная кислота (85%-ная) - 62,1-68,1; уксусная кислота - 2,1-2,4; жидкое стекло - 9,0-10,0; глицерин - 0,8-1,0; сульфонол НП-3 - 3,53-4,25; поливиниловый спирт - 2,39-3,23; сольвент - 1,2-1,8; тетрафурфурилоксисилан - 0,03-0,06; вода - остальное. Пасту наносят на металлические поверхности со слоем ржавчины толщиной 100-150 мкм с выдержкой, в зависимости от толщины слоя ржавчины, от 3 до 24 часов. Затем слой пасты удаляют шпателем, а очищенную поверхность промывают 2%-ным раствором кальцинированной соды. Коррозионность самой пасты низкая, защитные свойства последующих покрытий высокие.
Недостатками известной пасты явлюется низкая коррозионность, что исключает образование достаточной (необходимой) шероховатости для нанесения цинксиликатных составов из-за низкой их адгезии в первоначальный момент формирования антикоррозионного покрытия на гладкой металлической поверхности, длительный срок обработки поверхности, сложная технология, требующая ручного труда, удаление пасты, необходимость удаления ржавчины при последующей окраске традиционными ЛКМ, образование плотного конверсионного фосфатного слоя, препятствующего реализации электрохимического механизма защиты металлической поверхности от коррозии, обусловленного непосредственным контактом цинковых частиц с металлом подложки.
3
Указанные выше недостатки известных решений устраняются при подготовке поверхности под окрашивание ЦСС предлагаемым составом, состоящим в массовых процентах из: фосфорная кислота (p=1,8 г/см) 40-50, глицерин 10-15, тальк или каолин 30-35, натрий хлористый 0,5-1,0 цинк хлористый 0,05-0,10, остальное - вода.
Изобретение относится к химической подготовке поверхностей черных металлов перед окрашиванием цинксиликатными составами и может быть использовано в различных областях машиностроения, судостроения, энергетики и других сферах деятельности при защите металлических конструкций от коррозии.
3
Задачей изобретения является реализация физико-химических характеристик цинксиликатного покрытия на гладких поверхностях (адгезия, водостойкость, снижение дефектов покрытия в процессе эксплуатации и другие) черных металлов без использования абразивной обработки, а за счет химической подготовки поверхности, заключающейся в придании поверхности металла необходимой шероховатости (10-20 мкм и более), обеспечивающей адгезию нанесенного цинксиликатного покрытия не более 1 балла как в первоначальный момент формирования, так и в дальнейшей его эксплуатации. Техническая задача решается путем использования пасты следующего состава в мас.%: фосфорная кислота (p=1,8 г/см) 40-50, глицерин 10-15, тальк или каолин 30-35, натрий хлористый 0,5-1,0 цинк хлористый 0,05-0,10, остальное - вода.
Добавка натрия хлористого и цинка хлористого нарушает формирование фосфатных пленок и интенсифицирует реакцию взаимодействия фосфорной кислоты с металлом, что приводит к интенсификации процесса образования шероховатости, с одной стороны, и обеспечению контакта частиц цинка с подложкой металла - с другой. Это обстоятельство приводит к реализации механизмов защиты покрытия как электрохимического (протекторного) за счет работы пары Fe-катод - Zn-анод, так и барьерного (изолирующего) за счет уплотнения защитного покрытия вследствие забивания пор продуктами электролиза работы пары Fe-катод - Zn-анод.
Предлагаемое изобретение может быть проиллюстрировано следующими примерами. Для приготовления 100 г состава в стеклянный стакан для каждого примера в соответствии с таблицей 1 наливают необходимое количество: воды, глицерина, затем добавляют в примерах 1-5 хлористый натрий и хлористый цинк, а в примере 6 - 0,3 г сульфата меди и 0,5 г крахмала, далее добавляют фосфорную кислоту. В полученный раствор при перемешивании добавляют необходимое количество талька. Подготовленные таким образом составы паст наносят на стальные образцы прямоугольной формы (80X50X1,5 мм), предварительно подготовленные в соответствии с требованиями коррозионных испытаний ГОСТ 9.502, т.е. механическое удаление загрязнений, обезжиривание ксилолом, промывка водой, сушка и т.п. Через 1,0-1,5 часа пасту смывают водой, образцы сушат и затем кистью наносят цинксиликатный состав толщиной сухой пленки 80-90 мкм. Через двое суток самоотверждения покрытия адгезию цинксиликатного покрытия к металлической поверхности определяют методом решетчатых надрезов (ГОСТ 15140). Водостойкость определяют после погружения образцов в водопроводную воду на сутки путем трения мокрой белой тканью по покрытию, а также путем визуального осмотра. Если на белой тряпке нет темных следов цинка или отслоений, то покрытие считается стойким. После 240 часов испытания образцы извлекают, сушат и снова проверяют адгезию и процент площади нарушения покрытия.
Составы опробованных предложений и известной пасты, а также результаты испытаний представлены в таблице 1. Анализ данных, приведенных в таблице 1, показывает, что лучшая адгезия, водостойкость (коррозионную стойкость) и наименьшее подтравливание (дефекты отслоения покрытия на отдельных участках поверхности) наблюдаются при использовании пасты в заявленных пределах концентраций компонентов. Следует отметить, что незначительные по площади отслоения вследствие «работы» электрохимической составляющей цинксиликатного покрытия не снижают его коррозионную стойкость. Изменение соотношения компонентов состава за пределы заявленных концентраций приводит к ухудшению свойств покрытия (увеличивается площадь отслоения, ухудшается адгезия и др.) Так, увеличение концентрации фосфорной кислоты приводит к формированию фосфатного слоя, что снижает электрохимическую составляющую покрытия. Снижение концентрации глицерина приводит к более быстрому высыханию нанесенного слоя пасты, тем самым затрудняя реакцию взаимодействия фосфорной кислоты с металлом. Снижение концентрации фосфорной кислоты приводит к недостаточной шероховатости поверхности, тем самым ухудшая адгезию покрытия к металлу. Таким образом, использование предложенного состава пасты позволяет проводить высококачественную подготовку поверхности металлов под окрашивание цинксиликатными составами. Пастообразная консистенция состава позволяет обрабатывать поверхность металлов любых форм, хорошо удерживается на поверхности и обеспечивает необходимое качество подготовленной поверхности для реализации высоких физико-химических характеристик при формировании цинксиликатного покрытия. Нанесенная на поверхность металла паста после 1-1,5 часа выдержки легко смывается водой. После сушки поверхность сразу готова для нанесения цинксиликатных составов, что выгодно отличает предложенную пасту от известных технологий.