Введение к работе
Актуальность. Ущерб от коррозии выражается в потере металла и выходе из строя конструкций, что часто ведет к техногенным авариям, возникновению производственных и транспортных проблем. Одним из наиболее распространенных способов защиты металлов является нанесение цинксодержащих покрытий.
Цинк имеет более отрицательный потенциал, чем железо, что позволяет использовать его в качестве протектора. Для нанесения цинковых покрытий используют горячее и термодиффузионное цинкование, гальваническое осаждение, широко применяются и цинкнаполненные полимерные покрытия. В 90-х годах XX века за рубежом широкое распространение получили цинковые ламельные (чещуйчатые) покрытия на основе неорганических оксидных связующих. Для РФ это совершенно новый и пока мало освоенный вид покрытий.
Ламельные покрытия имеют ряд важных преимуществ по сравнению с другими видами покрытий: высокая защитная способность при небольшой толщине пленки (от 5 мкм), экологическая чистота, отсутствие наводораживания стальной основы, отсутствие сточных вод и более низкая стоимость по сравнению с «горячими» и гальваническими покрытиями. Покрытия наносятся напылением или окунанием деталей в суспензию, содержащую смесь цинковых чешуек-ламелей, связующего, растворителей и различных добавок. Технология ламельного цинкования позволяет наносить покрытия на детали различных форм и габаритов.
Данных по исследованию закономерностей осаждения и оптимизации составов суспензий и покрытий, а также температурных режимов отверждения ламельсодержащих пленок в литературе нет, что связано с нежеланием зарубежных фирм по коммерческим интересам раскрывать данную информацию. Большинство публикаций по этой теме замыкаются на патенты, в которых представлен настолько широкий разброс по типам и концентрациям компонентов суспензий, режимам отверждения покрытий, что сделать какие-либо прогнозы или обобщающие выводы не представляется возможным.
В этой связи, постановка исследований по обоснованию выбора составов, режимов приготовления суспензий и нанесения пленок, а также изучение роли различных составляющих суспензий и покрытия в реализации защитной способности, адгезии, когезии и других механических свойств покрытий является актуальной практической задачей. Проведение данной работы даст возможность создать определенную теоретическую основу, которая при постановке подобных исследований позволила бы экономить время и средства для достижения требуемых характеристик ламельных покрытий.
Наряду с ламельными покрытиями на основе неорганических оксидных связующих, перспективными и практически не освоенными в мире, могут служить ламельные покрытия на фторполимерной основе (ФП). Благодаря высокой пластичности и устойчивости ФП в подавляющем большинстве агрессивных сред такие покрытия могут превосходить по основным параметрам покрытия на основе неорганических связующих. Сдерживающими факторами широкого распространения фторполимерных защитных покрытий являются высокая стоимость, низкая адгезия и высокая природная пористость осаждаемых фторполимерных пленок. На практике для повышения адгезии используют промежуточные адгезионные слои, прививки к полимеру специальных функциональных групп, обработку в озонидах, у - облучение и др. Для снижения пористости осуществляют синтез теломеров - полимеров с длиной цепи 10-20 структурных единиц или наносят толстые 0,1 - 2,0 мм покрытия. По этой причине, устранение перечисленных отрицательных факторов при сохранении высокой защитной способности покрытий при толщинах не более 10-20 мкм, без использования дорогих и опасных способов повышения адгезионных свойств покрытий представляет как научный, так и практический интерес.
4 Цель диссертационной работы
Целью настоящей работы является: а) выявление взаимосвязей между природой и концентрацией металлических наполнителей и связующих, режимами термообработки Zn, Zn - А1 и Zn - Ni покрытий с техническими характеристиками осаждаемых защитных пленок. На этой основе провести оптимизацию режимов термообработки, составов суспензий и покрытий; б) выявление условий формирования ламельных покрытий на основе неорганических и органических фторполимерных связующих, отличающихся механизмами пленкообразования и предложить схемы реакций, которые ответственны за адгезионное и когезионное сцепление с цинком и металлом подложки; в) разработка составов суспензий и технологий нанесения Zn и ZnAl покрытий, которые при толщинах 5-20 мкм обладали бы высокой защитной способностью и адгезией. При этом технологии нанесения покрытий не должны быть дорогими и многостадийными, не использовать вредные и опасные способы активации поверхности подложки, иметь одноупаковочную рецептуру суспензий и возможность нанесения пленок на изделия различных форм и габаритов.
Научная новизна работы
разработаны и оптимизированы составы суспензий и режимы термообработки для нанесения защитных ламельных покрытий на основе неорганических и фторполимерных связующих, характеризующихся малой толщиной, высокими защитными свойствами, адгезией и пластичностью, не требующие нанесения промежуточных адгезивных слоев, сложных и вредных способов активации поверхности подложки;
выявлены взаимосвязи и установлена роль отдельных компонентов суспензий и температуры в реализации технических характеристик Zn и Zn - А1 ламельных покрытий;
впервые предложена методика определения вкладов барьерного и протекторного механизмов в обеспечении защитного действия осаждаемых пленок;
предложены способы, позволяющие нивелировать присущую фторполимерам низкую адгезию и высокую природную пористость;
выявлена определяющая роль температурного фактора в формировании фторполимерных ламельных покрытий и предложены схемы реакций, обеспечивающие адгезионное сцепление фторполимера с цинком и сталью;
выявлено отверждающее действие цинка во фторполимерном связующем и дано объяснение данному явлению;
проведено сопоставление защитных свойств гальванически осажденных и ламельно-порошковых Zn, Zn-Ni и Zn - А1 покрытий и вскрыты причины резкого отличия свойств;
Практическая значимость работы
установлены взаимосвязи и роль составляющих суспензий и температуры на технические характеристики антикоррозийных покрытий, полученных на основе фторполимера и неорганических стекол;
получена база данных, позволяющая прогнозировать защитные свойства и адгезию цинксодержащих ламельных покрытий на основе неорганических и органических связующих;
оптимизированы составы суспензий, покрытий и температурных режимов нанесения цинковых и цинк-алюминиевых ламельных покрытий на основе неорганических связующих;
- разработаны составы суспензий и температурные режимы нанесения цинксодержащих
ламельных покрытий на основе фторполимерного связующего, обеспечивающих высокую
5 адгезию и когезию и не требующих специальных способов модификации полимера и активации поверхности подложки;
- разработанные рецептуры суспензий и технологии нанесения Zn и Zn-Al покрытий, внедрены на ООО "Чистые технологии" г. Копейск, Челябинской обл., ЗАО "ПКТБА", г. Пенза и 000 "Эльмаш", г. Н.Новгород и 000 «Химсинтез» (г. Дзержинск, Нижегородская обл.).
На защиту выносятся:
-
Закономерности влияния и роль составляющих суспензий и температуры отверждения на технические характеристики антикоррозийных покрытий, полученных на основе фторполимера и неорганических связующих;
-
Экспериментально обоснованны оптимальные условия осаждения и составы защитных покрытий;
3. Сравнительные характеристики ламельных, ламельно-порошковых и порошковых
покрытий на основе неорганических и органических фторполимерных связующих.
Вклад автора в разработку проблемы
Личное участие автора выразилось в формулировке темы исследований; разработке экспериментов; непосредственном выполнении экспериментов, за исключением исследований методом ДСК; обработке и анализе экспериментального материала; формулировании положений и выводов из работы, а также в подготовке публикаций.
Апробация работы
Материалы диссертации доложены и получили положительную оценку ввиду их новизны на: 9 международном научно-практическом совещании «Оборудование цехов гальванопокрытий производства 000 «Гранит-М», технологические процессы, очистка сточных вод», Тамбов, 17-18 ноября 2010 г.; 8 Международной конференции «Покрытия и обработка поверхности. Последние достижения в технологиях, экологии и оборудовании », М., СК «Олимпийский, 22-24 марта 2011 г.; Международной научно-практической конференции «Покрытия и обработка поверхности. 25-26 октября 2011 г. Санкт-Петербург; Международной научно-практической конференции «Покрытия и обработка поверхности. Последние достижения в технологиях, экологии и оборудовании» 17-18 октября 2012 г. Санкт-Петербург; на XI Международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки», НГТУ им. Р.Е. Алексеева, 18 мая.2012г.; 10 Межд. конференции «Покрытия и обработка поверхности. Последние достижения в технологиях, экологии и оборудовании», М., СК «Олимпийский, 26-28 марта 2013 г.
Публикации: Представленные результаты опубликованы в трех печатных работах в журнале, рекомендованном ВАК для публикации материалов диссертаций, 7 тезисах докладов и материалах Международных и Всероссийских конференциях.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, 3 глав, выводов, приложений и списка литературы, содержит 42 рисунка, 15 таблиц. Список литературы содержит 136 библиографических наименований. Диссертация изложена на 150 страницах машинописного текста.
![Супрамолекулярные каталитические системы на основе модифицированных полиэтилениминов, поверхностно-активных веществ и каликс[4]резорцинаренов для реакций нуклеофильного замещения в эфирах кислот фосфора](/i/i/4258/298010.png "Супрамолекулярные каталитические системы на основе модифицированных полиэтилениминов, поверхностно-активных веществ и каликс[4]резорцинаренов для реакций нуклеофильного замещения в эфирах кислот фосфора Гайнанова Гульнара Ахатовна")
