Технология и технические средства восстановления лакокрасочных покрытий сельскохозяйственной техники без удаления продуктов коррозии

При практически одинаковом среднем числе корнеплодов на 5-сантиметровом участке (катушечный аппарат 2,16 шт., вибрационный - 2,13) количество таких участков составляло у катушечного аппарата 23,0%, у вибрационного - 31,0%. Количество участков с одним и двумя корнеплодами у первого аппарата 48,3%, у второго - 61,7%. У катушечного аппарата 10% участков пустых и 5% с пятью корнеплодами. Вибрационный аппарат не имел участков с пятью корнеплодами, а пустые участки составляли 1,7%. Более высокая равномерность распределения корнеплодов у вибрационного аппарата подтверждается меньшим в 1,35 раза значением коэффициента вариации интервала между корнеплодами по сравнению с катушечным, что обеспечило повышение урожайности на 8,5%.

Проведенные исследования высевающего аппарата вибрационного типа при высеве мелких семян и малых нормах их расхода на гектар позволили выявить закономерности рабочего процесса этого аппарата и установить его преимущество перед катушечным, что послужило основанием для рекомендации его в качестве высевающего аппарата сеялки для высева мелкосеменных культур.

Литература

1. Патент №2192111. Россия, МКИ А01 С 7/16. Вибрационный высевающий аппарат овощной сеялки / А.А. Вишняков, А.С. Вишняков. Опубл. 10.11.2002. Бюл. №31. - 13 с

2. Вишняков, А.А. Машины для возделывания овощей / А.А. Вишняков, А.С. Вишняков // Сельский механизатор. - 2000. - №8. - С. 17-18.

3. ОСТ 70.5.1.-82. Посевные машины. Программа и методы испытаний. - 121 с.

4. ГОСТ26711-89. Сеялки тракторные. Общие технические требования. - 50 с.

'--------♦-----------

УДК 667.637.2:621.029 С.И. Торопынин, М.С. Медведев

ТЕХНОЛОГИЯ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЛАКОКРАСОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ БЕЗ УДАЛЕНИЯ ПРОДУКТОВ КОРРОЗИИ

В статье изложены состав грунта «преобразователя ржавчины», а также технология нанесения лакокрасочных покрытий. По мнению авторов, долговечность покрытия повышается на 30% по сравнению с известными преобразователями. Снижаются затраты при нанесении лакокрасочного покрытия за счет совмещения операций.

Ключевые слова: лакокрасочное покрытие, грунт, преобразователь, технология нанесения.

S.I. Toropynin, M.S. Medvedev TECHNOLOGY AND MEANS OF RESTORATION OF PAINT FILM OF AGRICULTURAL EQUIPMENT WITHOUT CORROSION PRODUCTS REMOVAL

The ground structure of «rust reducer» and also technology of paint film application are given in the article. To the author’s mind the paint film durability increases by 30 % in comparison with known reducers. Expenses at paint film application decrease because of operations combination.

Key words: paint film, ground, reducer, application technology.

В настоящее время в России используется более 1,5 млрд т металла. При этом 40-50% металла работает в агрессивных средах, 30% - в малоагрессивных и только 10% не требует постоянной защиты от коррозии. В этой связи стоят серьезные задачи, такие, как повышение эффективности использования машиннотракторного парка, улучшение условий и снижение затрат на хранение техники, предотвращение преждевременного старения в связи с коррозией.

Одним из способов продления срока службы машины является высококачественная окраска при техническом обслуживании и ремонте. Важная функция лакокрасочного покрытия - защита металла от коррозии.

Одним из перспективных методов восстановления лакокрасочных покрытий является совмещение операций удаления ржавчины и нанесения грунта в одну операцию путем применения грунта «преобразователя ржавчины».

В основу действия «преобразователей ржавчины» положено превращение продуктов коррозии в безвредный защитный слой, на который затем наносятся лакокрасочные материалы.

Большой интерес у исследователей вызвал "преобразователь ржавчины", содержащий комплексооб-разователь неорганического типа - железистосинеродистый калий и ортофосфорную кислоту. Первое сообщение о применении таких "преобразователей" было опубликовано в 1960 г. Н.Л. Назаровой. Достоинством таковых является взаимодействие их с окислами и образование нерастворимой берлинской лазури и фосфатов железа[1].

Несмотря на достоинства, грунты-преобразователи ржавчины до настоящего времени не применяются для окраски корродированной сельскохозяйственной техники из-за ряда существенных недостатков, а именно:

- низкой скорости преобразования продуктов коррозии металла;

- нестабильности физико-механических свойств покрытий, вызываемой непостоянством количественного состава ржавчины;

- неудовлетворительного качества покрытий при окраске металла, не имеющего ржавчины;

- необходимости перекрывать покрытия химически стойкими грунтами.

Для решения поставленных проблем необходимо повысить эффективность нанесения лакокрасочных покрытий на основе грунта «преобразователя ржавчины» путем разработки новой технологии.

Для этого необходимо решить следующие задачи[2]:

1. Провести анализ продуктов коррозии на поверхностях деталей и узлов сельскохозяйственной техники, подлежащих окраске, и выявить количество ржавчины, находящейся на них.

2. Разработать математическую модель подбора компонентов, направленную на нахождение оптимального количественного состава «преобразователя ржавчины».

3. Разработать грунт-преобразователь ржавчины и технологию нанесения профилактической, ремонтной и капитальной окраски техники в условиях ремонтно-обслуживающих предприятий.

4. Исследовать основные свойства разработанного грунтовочного материала и получаемых покрытий на его основе.

5. Установить долговечность комплексного покрытия, первым слоем которого является разработанный грунт.

Выполненный анализ позволил провести классификацию корродированных поверхностей по количеству коррозии. Предложены три группы поверхностей: чистые (до 0,011 г/дм2), средне-ржавые (от 0,012 до

0,25 г/дм2), ржавые (свыше 0,26 г/дм2).

По литературным данным, в качестве основы взят «преобразователь ржавчины» с соотношением исходных компонентов 1:8. Но ни в одном источнике не обоснованы причины принятия такой композиции. Между тем вопрос выбора оптимального соотношения желтой кровяной соли и ортофосфорной кислоты может оказаться решающим при определении эффективности преобразования ржавчины и получения антикоррозионных свойств таких покрытий. В связи с этим предстояло определить оптимальное соотношение исходных соли и кислоты, что позволит значительно сократить объем экспериментальных работ [3].

Решение поставленного вопроса зависит от правильного выбора критериев оценки оптимальности разрабатываемого состава. Нами приняты:

- полнота и скорость протекания реакций преобразования продуктов коррозии;

- удельный расход исходных компонентов при их взаимодействии с железом и его окислами.

Расчеты велись в следующей последовательности:

По стехиометрическим уравнениям определялась функциональная связь между соотношением исходных компонентов и получающимся при этом количеством «преобразователя ржавчины». Расчеты произ-

1 1 1 1 о

водились для соотношения соль/кислота = 2’3^4 ,'" !]". Результаты расчетов представлены графиками

(рис. 1-2). Сопоставлением значений изменения исходного состава «преобразователя ржавчины» установлено, что оптимальным является соотношение желтой кровяной соли и ортофосфорной кислоты 1:3.

о4»

ОСТ

8

0 £

1

Содержание ортофосфорной кислоты" в. ч.

Рис. 1. Изменение исходного состава «преобразователя ржавчины» в зависимости от соотношения компонентов: 1 - содержание Fe(OH)з; 2 - содержание Fe(OH)2; 3 - содержание Fe

Рис. 2. Изменение удельного расхода «преобразователя ржавчины» в зависимости от соотношения компонентов: 1 - содержание Fe(OH)з; 2 - содержание Fe(OH)2; 3 - содержание Fe;

4 - потребное количество для полного протекания реакции с железом

Так как количество ржавчины распределено неравномерно по всей поверхности металла, то полученный результат округляем до ближайшего значения, кратного 0,5.

Применение «преобразователя ржавчины» в качестве кислотного компонента грунтовочного материала может и не дать ожидаемого эффекта ввиду наличия в его составе растворимого в воде ортофосфата калия. Эта соль к тому же увеличивает процентное содержание пигмента, что может снизить эластичность пленки. Поэтому желательно избавиться от ортофосфата калия удалением его в процессе приготовления кислотного компонента грунта [4].

При изготовлении кислотного компонента железистосинеродистую кислоту необходимо смешать с ор-тофосфорной, соблюдая пропорцию 1:3,5.

Кроме общих требований, предъявляемых к лакокрасочным материалам, грунты «преобразователи ржавчины» должны обеспечивать:

1) совместимость пленкообразующего с кислотным компонентом;

2) соответствие скоростей преобразования ржавчины и отверждения пленкообразующего компонента;

3) связывание остатков непрореагировавших кислот и кислых солей пленкообразующим компонентом;

4) стабильность свойств кислотного и других компонентов.

Все требования сводятся к правильному подбору рецептуры пленкообразующего компонента и растворителей. Для этих целей наиболее подходящими являются следующие полимерные материалы:

- эпоксидная смола;

- феноло-формальдегидная смола;

-поливинилбутираль.

Готовый грунт следует хранить в двухупаковочном исполнении. При этом за 30 минут до нанесения покрытия кислотный компонент должен растворяться в спирте, а затем добавляться в основу грунта.

Соотношение количества пленкообразующего и кислотного компонентов необходимо подобрать из условий максимально возможного количества преобразуемой ржавчины и минимального остатка непрореагировавших кислот. Пленкообразующий компонент должен быть низковязким, что облегчает удаление выделяющегося водорода при реакции ортофосфорной кислоты с железом.

Далее проводились исследования кислотного компонента, а именно по определению временного интервала протекания реакций и количества «преобразователя ржавчины».

Исследования проводились на образцах, изготовленных из листовой стали марки 08кп. По состоянию поверхности образцы подразделялись на три группы:

- содержащие равномерный слой ржавчины К = 0,5 г/дм2;

- содержащие очаги коррозии К = 0,25 г/дм2;

- очищенные от коррозии К = 0,05 г/дм2.

Количество «преобразователя ржавчины», необходимое для полной очистки образцов, определялось гравиметрическим методом.

В результате проведенных экспериментов было установлено, что полная очистка образцов происходит при нанесении 0,25 г/дм2 «преобразователя ржавчины».

Таким образом, на основании проведенных экспериментов можно заключить:

1) действительное количество «преобразователя ржавчины», потребное для полной очистки корродированного металла, составляет 0,25 г/дм2;

2) установлено активное время завершения преобразования продуктов коррозии, равное 45 минутам, что позволяет подобрать пленкообразующий компонент грунта «преобразователя ржавчины» по времени его отверждения.

Для оценки физико-механических свойств грунта «преобразователя ржавчины»» параллельно испытывались серийные грунты марок ГФ-020, ВЛ-023 и ЭВА-0112. В качестве подложек (окрашиваемого материала) применялись пластины из сталей марок 45 и 08кп и серого чугуна марки СЧ15.

Для определения адгезии выбран метод нормального отрыва двух склеенных плоских поверхностей (метод грибков). Отрывание производили бруском, приклеиваемым к высохшему покрытию. Перед отрыванием пленку надрезали по контурам бруска.

Наряду с грунтом «преобразователем ржавчины» испытанию на прочность сцепления подвергались образцы, покрытые только преобразователем ржавчины (кислотным компонентом) по поверхности, содержащей 0,5 г/дм2 ржавчины. Установлено, что наличие пленкообразующего компонента повышает адгезию грунта к идентичной поверхности почти в два раза.

Для измерения внутренних напряжений в покрытиях наиболее точным и сопоставимым является консольный метод измерения. Исследование кинетики нарастания внутренних напряжений в покрытиях при их формировании производилось с регистрацией отклонения свободного конца консольно-закрепленной пластинки через 5 минут в течение часа или через 1 минуту, если образец отклонялся интенсивно.

Полученные данные усреднялись, а затем строились кинетические кривые изменения внутренних напряжений в процессе формирования грунтов.

По стабилизации внутренних напряжений можно судить об окончании формирования покрытий, т.е. можно точно определить время отверждения грунта.

Пластичность, или прочность, пленки при изгибе определяли на приборе ШГ-1 (шкала гибкости). Шкала гибкости представляла собой набор стержней следующих диаметров: 20, 15, 10, 5, 3, 1 мм, закрепленных на кронштейне.

Результаты испытаний выражали диаметром последнего стержня, на котором покрытие осталось неповрежденным. Ударная прочность исследуемых покрытий определялась на приборе У-1А. Для проведения испытаний на пластинки из стали 08 кп толщиной 1,00 мм наносились исследуемые грунтовочные материалы.

По завершении формирования образец с покрытием устанавливали на наковальню покраской вверх. Груз вместе с фиксирующим приспособлением поднимали по направляющей трубе и с помощью стопорного винта устанавливали на высоту 50 см.

Методика исследований антикоррозионных свойств комплексных покрытий осуществлялась следующим образом. Окрашенные образцы изолировались с торцов воском и погружались в 3%-й водный раствор хлористого натрия. Каждый образец содержался в отдельной ячейке ванны во избежание их взаимного влияния.

Критерием оценки антикоррозионных свойств покрытия принималась удельная потеря металла вследствие коррозии. Последняя определялась гравиметрическим методом через каждые 15 суток испытания. Начальный момент появления коррозии регистрировался по вспучиванию покрытия. Удаление лакокрасочных покрытий производилось в 5%-м растворе каустической соды, нагретой до температуры 85-90°С.

Наряду с плоскими образцами воздействию корродирующего раствора также подвергались образцы, предназначенные для усталостных испытаний. Эти образцы изготавливались из нормализованной стали 45.

Защитные свойства лакокрасочных покрытий во многом зависят от материала покрытия и подложки, а также от качества подготовки поверхности перед окраской.

Наихудшими антикоррозионными свойствами обладали комплексные покрытия на основе грунта ГФ-020. Такие покрытия по чистой поверхности металла начинали вспучиваться уже на 7-е сутки пребывания в растворе хлористого натрия.

Фосфатирующий грунт ВЛ-023, нанесенный на чистые образцы в комплексе с двумя слоями эмали, защищает чистый металл значительно лучше других грунтов. Защитные свойства этих грунтов снижались в два раза, если их наносили по ржавой поверхности. Поэтому предусматривается окраска этими грунтами только очищенных металлических изделий.

Комплексные покрытия, состоящие из грунта «преобразователя ржавчины» и эмали, достаточно надежно защищают металлы от коррозии. Причем антикоррозионные свойства повышаются, если их наносить на заржавленную поверхность.

Образцы, предназначенные для испытания выносливости металла, после пребывания их в 3%-м растворе хлористого натрия в течение 45 суток остались без изменений. Отмечалось лишь незначительное осветление покровного слоя на всех образцах, за исключением покрытых грунтом ГФ-020. Поэтому усталостные испытания не проводились. Такой эффект можно отнести в счет влияния внутренних напряжений в покрытиях.

В качестве экспериментальной установки для проведения сравнительных испытаний исследуемых лакокрасочных покрытий в работе использован модернизированный термостат ТГУ-01-200, предназначенный для лабораторных испытаний пророста семян.

Модернизация проводилось путем замены ламп накаливания на ртутно-кварцевые лампы 2-х типов -ПРК-2 и СВДШ-1000, а через вентиляционные отверстия принудительно подавался воздух. С помощью ламп обеспечивалось ультрафиолетовое облучение, а с помощью принудительного вентилирования создавался ветер.

Установка работала в выбранном режиме, имитируя климатические условия любой зоны. Подготовленные к испытаниям образцы закладывались в фаянсовые кассеты. Кассеты с образцами ставились в камеру термостата. Испытания производились непрерывно в течение 45 суток с одночасовыми остановками для проведения обслуживания термостата и соответствующих измерений через каждые 5 суток.

Интенсивность снижения физико-механических свойств почти для всех покрытий одинакова, в пределах возможной ошибки опыта. Это дает основание считать, что потеря адгезии обусловлена исключительно изменениями, происходящими в покровных слоях покрытия.

Кинетика нарастания и релаксация внутренних напряжений при формировании и старении покрытия показала, что величина роста напряжений во всех покрытиях примерно одинакова. Процесс изменения эластичности при старении покрытий характеризуется резким (в начальный период), а затем плавным снижением.

Ударная прочность комплексных покрытий, определяемая пробой на удар, изменяется в процессе их старения. В первый период времени (5 суток) ударная прочность покрытия практически оставалась постоянной, зато в последующие пять суток испытаний наблюдалось резкое ее снижение. Причем интенсивность снижения этого физико-механического свойства различна, что объясняется природой комплексных покрытий.

Дальнейшее изменение ударной прочности покрытия характеризовалось линейной зависимостью от времени старения. Состояние покрытий на атмосфероустойчивость определялось сравнением с эталонами с присвоением соответствующих баллах. Процесс старения комплексных покрытий характеризовался ли-

нейным законом, при этом интенсивность потери их декоративного вида и защитных свойств различна. Следовательно, время достижения покрытием состояния соответствующего баллу 5 также различно.

Так, покрытие из двух слоев эмали по грунту ГФ-020 через 35 суток испытаний местами просвечивалось до грунта. Другие комплексные покрытия через тот же промежуток времени старения имели немного лучше внешний вид. Все это свидетельствует о старении только покровных слоев комплексных покрытий и хорошей совместимостью грунтов с эмалью ПФ-133.

Долговечность комплексных покрытий эмали ПФ-133 по грунту ГФ-020 составляет 2,5 года. Испытанием таких покрытий ускоренным методом установлено, что они достигают предельного состояния через 30 суток. Следовательно, коэффициент ускорения испытаний (Кт) можно определить делением действительной и экспериментально установленной долговечности покрытия.

Умножая этот коэффициент на время, за которое исследуемое покрытие пришло в состояние, оцениваемое баллом 5, определяли его долговечность. Она составляет 3 года по чистой поверхности и 3,5 - по ржавой.

Для проверки результатов лабораторных исследований были проведены испытания технологичности рекомендуемого способа окраски в условиях конкретного предприятия. Они свидетельствуют о возможности применения разработанного грунта при капитальной окраске машин.

На основании вышеизложенного можно сделать следующие выводы:

1. Количество ржавчины на поверхностях изделий из металла варьируется в широких пределах от

0.05.до 0,5 г/дм2.

2. На основании механизма действия «преобразователя ржавчины» на основе желтой кровяной соли и ортофосфорной кислоты аналитическим методом определено оптимальное соотношение исходных компонентов «преобразователя ржавчины». Таковым является соотношение кислот:

железистошнеродиспш 1

ортофосфорая 3,5

3. Исследования показали, что долговечность комплексных покрытий, состоящих из грунта «преобразователя ржавчины» и двух слоев эмали ПФ-1ЗЗ, составляет 3 года.

4. Технологию восстановления лакокрасочных покрытий сельскохозяйственной техники без удаления продуктов коррозии необходимо внедрять на ремонтно-обслуживающих предприятиях Красноярского края. Данная технология позволит снизить затраты на ремонт лакокрасочных покрытий и снизить потери металла из-за коррозии.

Литература

1. Улиг, Г. Коррозия и борьба с ней: Введение в коррозионную науку и технику / Г. Улиг, Р. Реви; пер. с англ. А.М. Сухотина [и др.]. - Л., 1989. - 454 с.

2. Медведев, М.С. Преимущества нанесения преобразователей ржавчины без удаления продуктов коррозии перед нанесением преобразователей ржавчины с их удалением / М.С. Медведев, С.И. Торопы-нин // Аграрная наука на рубеже веков: тез. докл. регион. науч. конф. - Красноярск: Изд-во КрасГАУ, 2004. - С. 153-154.

3. Торопынин, С.И. Методы определения внутренних напряжений при нанесении лакокрасочных покрытий / С.И. Торопынин, М.С. Медведев // Ресурсосберегающие технологии механизации сельского хозяйства: прил. к «Вестн. КрасГАУ». - Красноярск, 2007. - С. 40-41.

4. Медведев, М.С. Восстановление противокоррозионных покрытий тонколистных конструкций сельскохозяйственных машин / М.С. Медведев, С.И. Торопынин // Молодежь и наука в третье тысячелетие: сб. мат-лов межвуз. науч. фестиваля студентов, аспирантов и молодых ученых. - Красноярск, 2003. - С. 94-95.

'-------♦-----------