Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и задачи исследования долговечности сельскохозяйственной техники 8
1.1 Роль лакокрасочных покрытий в обеспечении долговечности и работоспособности сельскохозяйственной техники 8
1.2 Современное представление об атмосферной коррозии металлов 9
1.3 Анализ видов коррозионных повреждений деталей и узлов сельскохозяйственной техники, причины их возникновения 14
1.4 Обзор способов защиты сельскохозяйственной техники от коррозии при эксплуатации и хранении 26
1.5 Анализ способов нанесения покрытий по корродированным поверхностям машин 36
1.6 Цель и задачи исследования 44
2 Теоретические предпосылки разработки технологии нанесения и восстановления лакокрасочного покрытия без удаления продуктов коррозии 46
2.1. Прогнозирование долговечности изделий после окраски по различным технологиям 46
2.2 Теоретические предпосылки к разработке грунта «преобразователь ржавчины» 57
2.3 Механизм действия грунта «преобразователь ржавчины» 57
2.4 Обоснование выбора кислотного компонента грунта «преобразователь ржавчины» 63
2.5 Определение количественного состава кислотного компонента грунта - «преобразователь ржавчины» 64
3 Методика экспериментальных исследовании влияния грунта и комплексных покрытий на основные параметры долговечности 73
3.1 Программа экспериментальных исследований 73
3.2 Задачи экспериментального исследования и общие вопросы методики 77
3.3 Определение характерных количеств ржавчины 78
3.4 Исследование свойств кислотного компонента грунта «преобразователь ржавчины» 82
3.5 Подготовка образцов к испытаниям 85
3.6 Исследование адгезии грунта «преобразователь ржавчины» 88
3.6.1 Обоснование и выбор методики исследования 88
3.6.2 Описание конструкции и работы прибора 93
3.7 Обзор и обоснование выбора методики исследования внутренних напряжений в грунтах 97
3.7.1 Определение модуля упругости подложки 101
3.7.2 Технология постановки опытов определения внутренних напряжений в различных грунтах 103
3.8 Определение эластичности и ударной прочности исследуемых грунтов 104
3.9 Обоснование выбора критериев оценки долговечности защитных покрытий 106
3.10 Технология испытаний комплексного покрытия 111
3.11 Методика исследования антикоррозионных свойств комплексных покрытий 114
3.12 Методика ускоренных испытаний лакокрасочных покрытий в аппарате искусственного климата 116
4 Результаты исследования влияния грунта «преобразователь ржавчины» и комплексных покрытий на основные параметры долговечности 120
4.1 Результаты оценки физико-механических свойств грунтовочного материала 120
4.2 Результаты оценки физико-механических свойств лакокрасочных покрытий 127
4.3 Характеристика процесса старения исследуемых покрытий и установление их долговечности 133
4.4 Результаты производственных испытаний технологии нанесения и восстановления лакокрасочных покрытий 140
5 Технико-экономическая оценка эффективности применения технологии восстановления и нанесения лакокрасочных покрытий при ремонте сельскохозяйственной техники без предварительного удаления ржавчины 142
Общие выводы 148
Литература 150
Приложения 164
- Анализ видов коррозионных повреждений деталей и узлов сельскохозяйственной техники, причины их возникновения
- Определение количественного состава кислотного компонента грунта - «преобразователь ржавчины»
- Обоснование выбора критериев оценки долговечности защитных покрытий
- Характеристика процесса старения исследуемых покрытий и установление их долговечности
Введение к работе
доктор технических наук
Актуальность темы. Ежегодно на сельскохозяйственные предприятия России поступает большое количество новой техники. На сегодняшний день в России насчитывается 1,6 миллиардов тонн используемого металла. При этом 40…50% металла работает в агрессивных средах, 30% в малоагрессивных средах и только 10% не требует постоянной защиты от коррозии. В связи с этим предстоит решать серьезные задачи: как можно эффективнее использовать машинно-тракторный парк, улучшать хранение техники, не допускать ее преждевременного списания в связи с коррозией.
Одним из способов продления срока службы машины является высококачественная окраска при техническом обслуживании и ремонте.
В процессе эксплуатации машин под влиянием атмосферных и механических воздействий и резкой смены температур лакокрасочное покрытие тускнеет, теряет свой первоначальный цвет, на нем появляются трещины, царапины, сколы и другие дефекты, способствующие возникновению коррозионных процессов.
Наиболее существенная особенность окраски машин в условиях ремонтного производства состоит в том, что окрашивать приходится поверхности узлов, деталей машин и агрегатов, изготовленных не из нового, а уже из бывшего в работе металла, на котором имеются следы коррозии, загрязнения от топлива и масла, остатки старой краски и отдельные вмятины и неровности. Эти особенности затрудняют проведение окраски. В то же время согласно техническим требованиям защитные и декоративные качества лакокрасочных покрытий на отремонтированных машинах и агрегатах не должны уступать новым. Ремонтные предприятия должны обеспечивать сохраняемость лакокрасочных покрытий в течение установленного техническими условиями гарантийного срока, исключая покрытия поверхностей, подверженных в процессе работы постоянному механическому истиранию (детали и агрегаты ходовой части, приводы режущего аппарата и другие рабочие органы).
Поэтому совершенствование технологии нанесения и восстановления лакокрасочных покрытий для защиты от коррозии, обеспечивающей долговечность сельскохозяйственной техники, при ремонте и постановке на хранение является в настоящее время важной задачей ремонтного производства.
Целью работы является повышение долговечности сельскохозяйственной техники путем восстановления и нанесения лакокрасочных покрытий, используя грунт «преобразователь ржавчины» для защиты от коррозии.
Научная гипотеза: повысить долговечность сельскохозяйственной техники возможно путем нанесения и восстановления лакокрасочного покрытия, которое полностью преобразует продукты коррозии в непроницаемый слой, хорошо адгезионно связанный с металлом ремонтируемого объекта.
Объектом исследования является процесс восстановления и нанесения лакокрасочного покрытия с применением грунта «преобразователь ржавчины» при ремонте и подготовке к хранению сельскохозяйственной техники для повышения ее долговечности.
Предмет исследования – закономерности и изменения процесса восстановления и нанесения лакокрасочного покрытия для увеличения долговечности сельскохозяйственной техники.
Научную новизну работы представляют:
- математическая модель оценки долговечности сельскохозяйственного оборудования при нанесении лакокрасочного покрытия по различным технологиям;
- аналитическая модель обоснования количественного состава грунта для эффективного преобразования ржавчины без ущерба для долговечности покрытия;
- режимы работы установки для обеспечения достоверного определения защитных свойств и атмосфероустойчивости лакокрасочных покрытий;
- результаты оценки эффективности применения грунта «преобразователь ржавчины» для повышения долговечности сельскохозяйственной техники.
Практическая ценность заключена в том, что на основании результатов исследования разработана технология повышения долговечности сельскохозяйственной техники при ремонте и подготовке к хранению путем восстановления или нанесения лакокрасочных покрытий без удаления продуктов коррозии.
Реализация результатов работы: технология восстановления лакокрасочных покрытий на тракторах, автомобилях и оборудовании предприятий внедрена в ЗАО «Ададымское» Назаровского района, ООО «Каменка» Бирилюсского района, ООО «Теплотехник» Бирилюсского района.
Апробация работы: основные результаты исследований доложены и одобрены на научных конференциях студентов, аспирантов и профессорско–преподавательского состава в ФГОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет» в 2003-2009 гг. (г. Красноярск) и в ГНУ СибИМЭ Россельхозакадемии города Новосибирска в 2008-2009 гг.
Публикации: основные положения работы опубликованы в 13 научных работах, в том числе 2 статьи – в издании, указанном в «Перечне ВАК».
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 171 страницах, содержит 44 рисунка, 22 таблицы и 4 приложение. Список литературы включает 142 источника, в том числе 11 на иностранных языках.
Анализ видов коррозионных повреждений деталей и узлов сельскохозяйственной техники, причины их возникновения
Несмотря на ряд определенных мероприятий по предупреждению коррозионных повреждений деталей, рекомендованных учеными и внедренных в производство, сельское хозяйство и другие отрасли все-таки терпят большие убытки вследствие преждевременного выхода из строя по этой причине машин и механизмов. По-видимому, причиной тому является недостаточная изученность обстоятельств, приводящих к этим нежелательным результатам. Кроме того, при производстве, эксплуатации и ремонте машин зачастую не соблюдаются должные меры предохранения их от коррозии. В связи с этим, считаем целесообразным провести анализ наиболее распространенных в сельскохозяйственной технике коррозионных повреждений и причин, вызывающих их, с тем, чтобы изыскать более надежные меры по борьбе с коррозией.
Коррозионному воздействию атмосферы подвержены почти все детали и узлы сельскохозяйственной техники. Характер и степень их коррозионного поражения могут быть различны, что обусловлено вышеуказанными факторами, а также множеством других причин.
По характеру повреждения металлов и сплавов различают коррозию общую и локальную. Примером общей коррозии может служить коррозия деталей и узлов машин в местах разрушения защитного покрытия по всей поверхности (рисунки 1.3 и 1.4). Общая коррозия характеризуется значительной потерей металла, но она менее опасна по сравнению с локальной.
Локальная коррозия металлов и сплавов играет значительную роль в разрушении конструкций и машин. Для общего представления о локальной коррозии достаточно рассмотреть ее процесс в свете катодно-анодного механизма. Если площадь анодных участков велика, то коррозия распределится по всей поверхности металла. Когда же анодная площадь очень мала, а катодная -велика, коррозионный эффект оказывается сосредоточенным на небольшой площади. В результате коррозия быстро проникает в глубь металла, приводя к неожиданным поломкам машин.
Из всех видов локальной коррозии сельскохозяйственной техники наиболее характерные - контактная, щелевая, язвенная и сквозная.
Контактная коррозия возникает при контакте металлов, находящихся в электролите с различными электрохимическими потенциалами. Наличие в любой сельскохозяйственной машине сварных, заклепочных, болтовых и других соединений (в основном неподвижных) вызывает этот вид коррозии (рисунок 1.5). Наклеп отдельных частей детали, а также наличие внутренних напряжений приводят к различным электрохимическим потенциалам. Контактная коррозия может возникнуть и без непосредственного контакта разнородных металлов, если в электролите присутствуют следы более благородных металлов.
Степень увеличения скорости коррозии за счет контакта, как правило, в тонких слоях электролитов выше, чем в объеме. Это объясняется концентрацией коррозии из-за небольшой дальности действия контакта непосредственно у границы.
Щелевая коррозия является одной из наиболее опасных разновидностей электрохимической коррозии. Интенсивная коррозия при этом развивается не только в имеющихся конструктивных зазорах и щелях, но и во вновь возникающих в процессе эксплуатации в механизмах и машинах. Практически ни одно механическое соединение не бывает без зазоров и щелей, следовательно, все они могут быть подвержены щелевой коррозии.
На практике весьма часто встречаются разрушения рам грузовых автомобилей, особенно нижних частей поперечин и в местах ослабления заклепок. Это объясняется совместным действием контактной и щелевой коррозии с внешними динамическими нагрузками и остаточными напряжениями в сопрягаемых деталях (рисунок 1.6). Этот вид коррозии вызвал немалый интерес среди исследователей. Было выдвинуто ряд гипотез. Ю. Эванс считал [130], что щелевая коррозия обусловлена дифференциальной аэрацией. Д.И. Морлис связывал это со специфическими свойствами диэлектриков [72], а М.К. Тихонов сделал предположение, что анодными зонами становятся участки, на поверхности которых адсорбируются пузырьки выделяющегося при реакции водорода [109]. Однако последние работы И.Л. Розенфельда, Л.А. Ларина и З.А. Иофа полностью опровергают высказанные ранее предположения, и объясняют механизм щелевой коррозии линейно-избирательным растворением металлов и сплавов за счет возникновения концентрационных элементов [56,96].
Скорость щелевой коррозии зависит от ширины и глубины зазора, периодичности смачивания его электролитом, способа обмывания (ламинарного или турбулентного) металлов электролитом, химического состава металлов, относительной влажности воздуха и пр. По рисунку 1.7 можно судить о скорости коррозии железа в щелях в зависимости от относительной влажности воздуха (рисунок 1.7а) и частоты увлажнения (рисунок 1.76) щели [96]. Сквозная коррозия образуется преимущественно под бугорками ржавчины и посторонних примесей вблизи уровня электролита, под пузырьками воздуха и каплями. Процесс сквозного коррозионного разрушения протекает ступенчато. Сначала образуются кратерообразные углубления — «язвы», превращающиеся затем в сквозные отверстия.
Для появления сквозной коррозии необходимо одновременное наличие окислительной среды и веществ, разъедающих окисные пленки. К таковым относятся ионы галогенов, за исключением фтора [110].
Скорость сквозной коррозии железных сплавов достигает 2,5...3,7 мм/год и зависит от химического состава металла, а также от водородного по казателя (рН) электролита. Очевидно, что скорость этого вида коррозии зависит от наличия коррозионно-активных ионов и обусловливает протекание первой стадии окисления металла.
В сельскохозяйственной технике сквозная коррозия является часто встречающимся видом коррозионного повреждения. В ненагруженных деталях она проявляется в виде язв и сквозных отверстий (рисунок 1.8), а в нагруженных (внешние статические и динамические нагрузки, остаточные напряжения) - преждевременным выходом из строя.
Отличительной чертой описанных видов локальной коррозии является высокая скорость протекания процессов окисления металлов при сравнительно низких механических нагрузках. С увеличением последних скорость повреждения металлических конструкций, очевидно, также возрастает и появляется другой вид повреждения - коррозионное растрескивание под напряжением.
Исследованию коррозионного растрескивания металлов и сплавов под напряжением уделено внимание многих ученых [36,60,133]. Тем не менее, до настоящего времени кинетика этого процесса до конца не изучена. Условно принято считать, что механизм коррозионного растрескивания протекает в две стадии [110]. Первая стадия - совместное действие напряжений в металле и неустойчиво пассивное состояние поверхности. Вторая стадия - разрушение металла.
При ремонте техники большое распространение получил способ восстановления деталей и узлов сваркой. Обычно при сварке деталей на поверхности шва и зоны термического влияния на металле образуется слой окалины. Окалина трехслойна и состоит из различных фаз окислов железа. Последовательность строения окалины следующая (рисунок 1.9): 1- железо (Fe); 2 - вюстит (FeO); 3 - магнетит (Рез04); 4 - гематит (Ре2Оз) [2]. На границе раздела фаз существуют равновесия. Хотя толщина и строение окалины зависят от многих факторов, можно принять, что наиболее толстый ее слой состоит из вюстита, а наиболее тонкий - верхний представляет собой гематит [59]. Окислы железа, имеют меньшую плотность (таблица 1.1), чем чистое железо и поэтому занимают больший объем.
Определение количественного состава кислотного компонента грунта - «преобразователь ржавчины»
По данным исследователей [38,50,74], использовался «преобразователь ржавчины» с соотношением исходных компонентов K4[Fe(CN)sJ-3H20 : : НзР04-1,25Н20 = 1:8, хотя 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 высоких антикоррозионных свойств таких покрытий. В связи с этим предстояло определить оптимальное соотношение исходных компонентов соли и кислоты, что позволит значительно сократить объем экспериментальных работ.
Решение поставленного вопроса зависит от правильного выбора критериев оценки оптимальности разрабатываемого состава. Ими могут быть:
- полнота и скорость протекания реакций преобразования продуктов коррозии; - удельный расход исходных компонентов при их взаимодействии с железом и его окислами;
- количество получаемого продукта преобразования ржавчины.
Из сказанного ранее можно считать наиболее важными критериями оптимизации соотношения соль/кислота - первые два, определяемые аналитическим способом [32].
Расчеты велись в следующей последовательности. 1) По стехиометрическому уравнению (2.24) определялась функциональная связь между соотношением исходных компонентов и получающимися при этом количествами «преобразователя ржавчины». Расчеты производились для соотношения соль/кислота = —,-,—,... —. Результаты расчетов представлены в виде графиков (рисунки 2.2, 2,3) построенными в сетке с обратной шкалой по оси X и равномерной шкалой по оси У. Их можно выразить следующими зависимостями
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.
Для получения конечного результата с учетом вышесказанного воспользуемся следующей зависимостью
В связи с изложенным предлагается упрощенная технология выделения ортофосфата калия и получения железистосинеродистой кислоты (приложение В).
Для продолжения работы необходимо сформулировать методику экспериментальных исследований.
Обоснование выбора критериев оценки долговечности защитных покрытий
Эффективность применения лакокрасочного материала в качестве защитного покрытия устанавливается на основе строго научного определения его оптимальной долговечности.
Лакокрасочное покрытие в зависимости от химического состава и физико-механических свойств играет роль диффузионного барьера, пассиватора или протектора. Антикоррозионные свойства характеризуются паро-водопроницаемостью лакокрасочных покрытий [69].
По существующим представлениям лакокрасочные покрытия не являются монолитными, а имеют рыхлую структуру. Они состоят из участков различной плотности, пронизанных многочисленными капиллярными каналами (порами). Различают два вида пор: истинные (микроскопические диаметром 10 ...10" см) и структурные (полые промежутки между отдельными комплек-сами макромолекул диаметром 10" ...10" см). Истинные поры, образующиеся в большинстве случаев в процессе высыхания пленки, пропускают газы, ионы и молекулы жидкости. Структурная пористость, зависящая от состава связующего и строения его молекул, определяет степень набухаемости покрытия.
Большинство связующих образуют почти беспористые покрытия. В пленке поры возникают лишь при введении значительного количества пигментов. Весьма незначительна истинная пористость высокомолекулярных пленкообразующих, прочно удерживающих остаточное количество растворителя или содержащих пластификатор. Уменьшению структурной пористости благоприятствует образование трехмерной сетчатой структуры. Площадь пор защитных покрытий должна составлять не более 0,01% от их общей площади.
При соприкосновении покрытия с водой и растворами электролитов происходит проникновение жидкости через поры пленки (диффузия), а также адсорбция влаги активными центрами пленкообразующего (набухание).
Механизм проникновения влаги через полимерную пленку изучался многими исследователями [57,82], тем не менее до настоящего времени еще нет общего мнения о нем. Дж. Д. Скетльбери установил [105], что при погружении в воду пленка получает заряд, как правило, отрицательный. Это, по его мнению, приводит к дегидратации металлической поверхности и замедлению коррозии. Другие авторы [61], считая полимерную пленку ионоселективной мембраной, полагают возможным регулирование ионной проницаемости добавлением ио-ноактивных веществ. Расположенные в стенках капилляров ионо-генные группы могут ускорять движение различно заряженных ионов и замедлять движение одинаково заряженных ионов.
По мнению Асано Хидэдзиро [125], лакокрасочная пленка, находящаяся в контакте с раствором электролита, проницаема только для воды, но не для ионов электролита.
Большинство же авторов[50,94] считают, что кроме воды через пленку диффундирует некоторое количество ионов электролита (например, С-С ), но с незначительной скоростью.
Набухание покрытия происходит в результате осмотического давления в пленке. Конечное содержание влаги в покрытии является функцией упругости паров раствора: чем концентрированнее раствор, тем меньше поглощение воды. Адсорбция воды покрытием прекращается, когда осмотическое давление в покрытии становится равным осмотическому давлению раствора.
Осмотическое проникновение влаги ускоряется, если в пленке или под ней находятся водорастворимые вещества. Поэтому набухаемость покрытия возрастает даже при частичной растворимости пигмента или при наличии в нем остатков неотмытых электролитов. Набухание пленки вызывает увеличение объема, а наличие солей — вспучивание покрытия, что приводит к нарастанию внутренних напряжений в нем и последующему отслаиванию от подложки.
Итак, важным свойством лакокрасочных покрытий является их устойчивость к воздействию электролитов, называемая антикоррозионным свойством.
Кроме электролитов на покрытие воздействуют и другие факторы:
- действие тепла (термическая деструкция и испарение летучих компонентов;
-действие света (фотохимическая деструкция);
- действие окислителей, например, кислорода воздуха (окислительная деструкция);
- перепад температур (усталость покрытия) и др.
Можно заметить, что все эти факторы являются слагаемыми атмосферного воздействия. Отсюда следует, что вторым важным свойством лакокрасочных покрытий является их атмосфероустойчивость.
На основании вышесказанного можно отметить, что долговечность лакокрасочных покрытий характеризуется их антикоррозионной способностью и атмосфероустойчивостью, объединенных под общим названием - защитные свойства.
В настоящее время существует несколько критериев оценки долговечности лакокрасочных покрытий [53]. Так, по СВ. Якубовичу [131], срок службы лакокрасочных покрытий оценивается по их атмосфероустойчивости. А при испытаниях в везерометре она определяется по эмпирической формуле: где 25 - коэффициент пересчета или коэффициент ускорения испытаний; te — время испытания образца в аппарате искусственной погоды (везеро-метре), сутки; Ks - поправочный коэффициент на балл, характеризующий состоянием покрытия по ГОСТ 9.407-84; Кэ — поправочный коэффициент на эластичность.
Важными критериями долговечности полимерных (в отличие от свободных пленок) являются величины внутренних напряжении, возникающих при формировании и старении покрытий, а также адгезия покрытия к металлу.
Для исследования формирования и старения покрытий рекомендуется следующая зависимость [131]: где: т - время до разрушения покрытия под действием внутренних напряжений (8), возникающих в процессе его формирования и старения; А и а-постоянные величины, зависящие от природы материала.
Этими величинами характеризуют устойчивость каждого комплексного покрытия в определенных условиях. Показатель А соответствует логарифму времени, необходимому для достижения состояния покрытия, оцениваемого определенным баллом по ГОСТ 9.407-84, а характеризует скорость изменения состояния покрытия.
При исследовании формирования и старения алкидных покрытий в различных условиях было установлено, что закономерность: является общей, так как величиной х могут выражаться не только разрушающие или внутренние напряжения, но и устойчивость покрытия к ударным воздействиям, изменение содержания функциональных групп, а также характеристика защитных свойств покрытия [53].
В.Е. Геращенко в своих исследованиях определял эффективность антикоррозионной защиты самолетов лакокрасочными покрытиями и предложил его описывать математической моделью вида [20]:
По мнению автора, характеристика защитных свойств лакокрасочных покрытий, выраженная в баллах по ГОСТ 9.407-84, может определятся по приведенной функциональной зависимости.
В нашем представлении балльная система оценки защитных свойств покрытия может объективно характеризовать эти свойства лишь до момента появления коррозии на поверхности металла. Дальнейшая оценка разрушения покрытия по балльной системе может привести к ошибочным выводам.
Например, обычные непигментированные покрытия выполняют лишь роль диффузного барьера между металлом и агрессивной средой. При этом коррозийный процесс протекает по мере разрушения покрытия и сопровождается его отслаиванием от поверхности металла. В результате металл, как правило, покрывается ржавчиной сравнительно равномерно.
Характеристика процесса старения исследуемых покрытий и установление их долговечности
Прочность сцепления. Изменение сцепления покрытий с защищаемым от коррозии металлом подчиняется прямолинейному закону (рисунок 4.11).
Интенсивность снижения этого физико-механического свойства для всех покрытий одинакова. Это дает основание считать, что снижение прочности сцепления обусловлено исключительно изменениями, происходящими в покровных слоях покрытия. Свидетельством тому может служить характер изменения сцепления эмали ПФ-133 со сталью Ст 08кп в результате атмосферного старения. Кроме того, такое заключение еще подтверждается и тем, что после 15 и более суток испытаний часто наблюдался отрыв эмали от грунта.
Замечено, что комплексные покрытия по грунту «преобразователь ржавчины» через 15 суток испытаний теряли адгезию несколько интенсивнее, чем сравниваемые с ними покрытия. Тем не менее, если считать величину сцепления покрытия с металлом, равную 1000 кПа, нормальной, то можно считать, что разработанное покрытие даже через 45 суток испытания находится в удовлетворительном состоянии.
Все исследуемые комплексные покрытия более стойки к атмосферным воздействиям по сравнению с покрытиями по грунту ГФ-020, а также при окра-ске по ржавой поверхности 0,25 г/дм кислотного компонента без пленкообразующего компонента.
Внутренние напряжения. Кинетика нарастания и релаксации внутренних напряжений при формировании (зона I) и старении (зова II) покрытия представлена на рисунках 4.12, 4.13.
Послойное формирование покрытий сопровождалось возникновением в них внутренних напряжений по знаку и величине (приблизительно) соответствующих тем, которые были получены ранее. Из этого можно заключить, что связь между слоями покрытий только адгезионная. Максимальные напряжения, или вернее величина роста напряжений, во всех покрытиях примерно одинакова.
Надо полагать, что рост напряжений обусловлен ультрафиолетовым облучением покрытий, а точки, соответствующие максимальным напряжениям, являются разрушающими напряжениями, при которых начинается растрескивание покрытий. Разница в величине разрушающих напряжений, по нашему мнение, может быть объяснена различной толщиной верхних слоев эмали.
Сопоставляя изменение внутренних напряжений, возникающих в процессе формирования и старения этого покрытия, можно заключить, что возрастание растягивающих напряжений обусловлено растрескиванием внутреннего слоя эмали.
Если исходить из такого предположения, то можно заключить, что все остальные исследуемые комплексные покрытия стойки к атмосферным воздействиям.
Эластичность и ударная прочность. Процесс изменения эластичности при старении покрытий характеризуется резким (в начальный период), а затем плавным снижением (рисунок 1.14).
Аппроксимация значений относительных изменений показателя эластичности покрытий при испытании на изгиб показывает, что это изменение подчиняется экспоненциальному закону.
Установление предельно допустимого снижения эластичности покрытия возможно лишь тогда, когда будет известен срок их службы.
Ударная прочность комплексных покрытий, определяемая пробой на удар, изменялась в процессе их старения (рисунок 4.15).
В первый период времени (5 суток) ударная прочность покрытия практически осталась постоянной, зато в последующие пять суток испытания наблюдалась резкое ее снижение. Причем интенсивность снижения этого физико-механического свойства различна, что объясняется природой комплексных покрытий.
Результаты испытания физико-механических свойств комплексных покрытий после воздействия на них атмосферных факторов сами по себе не позволяют судить об эффективности антикоррозионной защиты металла, если их рассматривать по отдельности. В данном случае желательно определить, какому состоянию покрытия соответствует тот или иной показатель; иными словами, исследовав атмосфероустойчивость покрытия, следует установить взаимосвязь между явлениями и уже по ним давать заключение об их долговечности.
Атмосфероустойчивость. Состояние покрытий, определяемое сравнением с эталонами, оценивалось соответствующим баллом.
Балльная система оценки атмосфероустойчивости защитных лакокрасочных покрытий предусматривает предельное состояние, при котором должно производиться возобновление покрытия, оцениваемое баллом 5.
Процесс старения комплексных покрытий характеризуется линейным законом, при этом интенсивность потери их декоративного вида и защитных свойств различны (рисунок 4.16, 4.17). Следовательно, и время достижения покрытием состояния, соответствующего баллу 5, также различно.
Так, покрытие из двух слоев эмали ПФ-133 по грунту ГФ-020 через 35 суток испытаний местами просвечивалось до грунта.
Другие комплексные покрытия через тот же промежуток времени старения имели немного лучший внешний вид.
Все это свидетельствует о старении только покровных слоев комплексных покрытий и хорошей совместимости грунтов с эмалью ПФ-133.
Хорошая сопоставимость результатов испытания комплексных покрытий подтверждает достоверность полученных данных.
На образцах, предназначенных для испытания металла на выносливость, даже после 45-суточного атмосферного воздействия коррозии не было замечено. Это позволило исключить усталостные испытания металла из программы исследования. Объяснением такого явления можно считать наличие значительных по величине сжимающих напряжений в покрытии, которые задерживают проникновение влаги к металлу.
Долговечность покрытия. Согласно ГОСТ 9.083-78 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 по формуле
