ЗАЩИТНОЕ ПОКРЫТИЕ ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ
PROTECTIVE COATING OF METAL WORK SURFACE

Изобретение относится к защитным покрытиям и может найти применение во многих отраслях промышленности: в машиностроении, транспортной, химической, строительной отраслях для защиты от коррозии прессованных, кованных, литых и механически обработанных металлических изделий из стали, чугуна, меди и т.д.
Известно защитное покрытие поверхности металлических изделий, выбранное заявителем в качестве прототипа, содержащее внутренний термодиффузионный цинковый слой и внешний полимерный или лакокрасочный слой (см. Е.В.Проскурин, В.А.Попович, А.Т.Мороз «Цинкование». Справочник. М.: Металлургия, 1988 г., с.127-129).
К недостаткам прототипа следует отнести повышенную трудоемкость создания такого защитного покрытия, связанную с необходимостью дополнительной подготовки поверхности изделия к нанесению полимерного или лакокрасочного слоя путем выполнения операции фосфатирования.
Кроме того, термодиффузия при нанесении цинкового покрытия известным способом проводится в порошковых смесях через паровую фазу. В результате, в процессе цинкования неровности исходной поверхности сглаживаются и операция фосфатирования не всегда обеспечивает необходимую адгезию лакокрасочных и полимерных покрытий на цинковое покрытие.
Технической задачей данного изобретения является увеличение адгезионной прочности слоев покрытия и снижение трудоемкости создания защитного покрытия.
Поставленная задача решается защитным покрытием поверхности металлических изделий, содержащим внутренний термодиффузионный цинковый слой и внешний полимерный или лакокрасочный слой, в котором согласно изобретению внутренний термодиффузионный цинковый слой покрыт частицами мелкодисперсного оксида цинка с размерами частиц от 0,05 до 5 мкм.
Наличие мелкодисперсного оксида цинка с размером частиц от 0,05 до 5 мкм обеспечивает не только адгезионную прочность внешнего полимерного или лакокрасочного слоя, но и позволяет исключить дополнительную операцию (фосфатирования) по подготовке поверхности металлических изделий перед нанесением внешнего полимерного или лакокрасочного слоев.
Проведенные патентные исследования не выявили идентичных технических решений, что позволяет сделать вывод о новизне и изобретательском уровне заявляемого технического решения.
Отечественная промышленность располагает всеми средствами (материалами, технологией, оборудованием), необходимыми для широкого использования предлагаемого защитного покрытия, обеспечивающего получение прочных, качественных многослойных покрытий с хорошими эксплуатационными характеристиками и с увеличенным сроком службы в различных отраслях промышленности для защиты от коррозии металлических изделий из стали, чугуна, меди и т.д.
Сущность изобретения поясняется проведенными испытаниями опытных образцов (см. таблицу).
Защитное покрытие поверхности металлических изделий содержит внутренний термодиффузионный цинковый слой и внешний полимерный или лакокрасочный слой. При этом внутренний термодиффузионный цинковый слой покрыт частицами мелкодисперсного оксида цинка с размером частиц от 0,05 до 5 мкм.
Создание предлагаемого защитного покрытия осуществляется следующим образом:
Предварительно очищенные (по ГОСТ Р51163-98) и обезжиренные от консервирующей смазки металлические изделия из стали 20 и модифицированный порошок с содержанием цинка до 99 мас.%, имеющий размер частиц порошка цинка от 4 мкм до 1 мм и поверхностную пленку оксида цинка на частицах порошка от 0,03 до 0,5 мкм (см. п. №2170643) загружают в контейнер. Контейнер нагревают до температуры термодиффузионного цинкования (380-440°С) и приводят во вращение для равномерного нанесения цинка на поверхность металлических изделий. Термодиффузия осуществляется путем контактной диффузии порошка цинка на поверхность металлических изделий через оксидную пленку, покрывающую частицы порошка цинка. Благодаря наличию в модифицированном порошке цинка водорода, на поверхности термодиффузионного цинкового слоя вследствие газотранспортной химической реакции также формируются частицы мелкодисперсного оксида цинка. По мнению заявителя, образование внутреннего цинкового слоя на поверхности металлического изделия и частиц мелкодисперсного оксида цинка на поверхности цинкового покрытия идет параллельно. Линейные размеры частиц оксида цинка составляют от 0,05 до 5 мкм. Структура и количество частиц мелкодисперсного оксида цинка на поверхности термодиффузионного цинкового слоя регулируется различным уровнем влажности модифицированного порошка цинка и содержанием водорода в порошке. Время цинкования 10-60 минут от выхода на заданный режим, в зависимости от температуры цинкования. После окончания цинкования металлические изделия извлекают из контейнера, очищают от цинкующей смеси и охлаждают. Требования к цинковому покрытию (см. ГОСТ Р51163-98).
В результате, оцинкованная поверхность металлических изделий, покрытая частицами оксида цинка, имеет достаточно развитую поверхность (с пиками, гребнями, трещинами и впадинами) для последующего нанесения внешнего полимерного или лакокрасочного слоя.
Нанесение внешнего слоя из эпоксидной смолы ЭП-140 по ГОСТ 24709-81 на оцинкованную поверхность металлического изделия осуществляют кистью или методом окунания. Время высыхания одного слоя 1,5-2,0 ч.
Нанесение внешнего слоя из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМП) по ТУ 2211-153-00203335-2004 осуществляют по технологии плазменного напыления согласно патенту №2213156 при осуществлении следующих режимов: сила тока 100 А, напряжение 160 В, расход порошка 6 кг/час, угол ввода порошка в струю плазмы 80°. Дистанция до поверхности 200 мм.
Нанесение внешнего слоя из полиэфирной порошковой краски ОХТЭК по ТУ 2329-001-54357721-2001 осуществляют также по технологии плазменного напыления согласно патенту №2213156 при осуществлении следующих режимов: сила тока 110 А, напряжение 160 В, расход порошка 6 кг/час, угол ввода порошка в струю плазмы 80°. Дистанция до поверхности 180 мм.
Примеры конкретного выполнения защитного покрытия с указанием вида внешнего слоя, характеристикой адгезии по ГОСТ 15140-78 и коррозионной стойкости полученного защитного покрытия изделий по ГОСТ 9308-85 приведены в таблице.
Проведенные опыты показали, что предлагаемое защитное покрытие на металлической поверхности изделия с внутренним термодиффузионным цинковым слоем, покрытым частицами мелкодисперсного оксида цинка с размерами от 0,05 до 5 мкм, образующими пористую несплошную пленку из оксида цинка, обеспечивает увеличение адгезионной прочности слоев покрытия и получение многослойных покрытий с хорошими эксплуатационными характеристиками по коррозионной стойкости.
Низкие показатели адгезии защитного покрытия с размерами частиц оксида цинка более 5 мкм связаны с тем, что цинковое покрытие с частицами оксида цинка более 5 мкм не имеет достаточно развитой поверхности для последующего нанесения внешнего полимерного или лакокрасочного слоя, т.к. образуют высокую сплошность оксидной пленки на цинковом покрытии.
Получить защитное покрытие с внутренним термодиффузионным цинковым слоем, покрытым частицами оксида цинка с размерами менее 0,05 мкм, технически трудно реализуемо с использованием модифицированного порошка цинка по патенту №2170643 (с содержанием цинка до 99 мас.%, размером частиц порошка цинка от 4 мкм до 1 мм и поверхностной пленкой оксида цинка на частицах порошка от 0,03 до 0,5 мкм).
Пример №п/п
Размер частиц мелкодисперсного оксида цинка на внутреннем термодиффузионном цинковом слое, мкм
Внешний полимерный или лакокрасочный слой
Толщина внешнего слоя, мкм
Адгезия внешнего слоя к термодиффузионному цинковому слою по ГОСТ 15140-78
Коррозионная стойкость через 10 суток в камере соляного тумана по ГОСТ 9308-85
1
0,05
Эпоксидная смола (ЭП-140) ГОСТ 24709-81
50÷70
Адгезия 2 балла
Отсутствие коррозионных поражений цинкового покрытия
2
0,1
ЭП-140
50÷70
Адгезия высокая -1 балл
Отсутствие коррозионных поражений цинкового покрытия
3
2
ЭП-140
50÷70
Адгезия высокая -1 балл
Отсутствие коррозионных поражений цинкового покрытия
4
5
ЭП-140
50÷70
Адгезия 2 балла
Отсутствие коррозионных поражений цинкового покрытия
5
6
ЭП-140
50÷70
Адгезия 4 балла
Появление коррозионных поражений цинкового покрытия через 6 суток
6
0,05
Сверхвысокомолекулярныйполиэтилен (СВМП) ТУ 2211 -153-00203335-2004
30÷40
Адгезия 2 балла
Отсутствие коррозионных поражений цинкового покрытия
7
0,1
СВМП
30÷40
Адгезия высокая - 1 балл
Отсутствие коррозионных поражений цинкового покрытия
8
2
СВМП
30÷40
Адгезия высокая -1 балл
Отсутствие коррозионных поражений цинкового покрытия
9
5
СВМП
30÷40
Адгезия 2 балла
Отсутствие коррозионных поражений цинкового покрытия
10
6
СВМП
30÷40
Адгезия 4 балла
Появление коррозионных поражений цинкового покрытия через 7 суток
11
0,05
Полиэфирная порошковая краска ТУ 2329-001-54357721-2001
90÷100
Адгезия высокая -1 балл
Отсутствие коррозионных поражений цинкового покрытия
12
0,1
Полиэфирная порошковая краска
90÷100
Адгезия высокая - 1 балл
Отсутствие коррозионных поражений цинкового покрытия
13
2
Полиэфирная порошковая краска
90÷100
Адгезия высокая -1 балл
Отсутствие коррозионных поражений цинкового покрытия
14
5
Полиэфирная порошковая краска
90÷100
Адгезия высокая - 1 балл
Отсутствие коррозионных поражений цинкового покрытия
15
6
Полиэфирная порошковая краска
90÷100
Адгезия высокая -1 балл
Отсутствие коррозионных поражений цинкового покрытия