Antykorozja

Badania przyczepności w warunkach laboratoryjnych

Do badań wytypowano trzy gatunki stali o różnej zawartości krzemu: 0,02% (stal niskokrzemowa), 0,035% (stal sandelinowska) i 0,27% (stal wysokokrzemowa). Próbki stali cynkowano ogniowo w temperaturze 450°C w czasie 5 minut w kąpieli zawierającej, oprócz cynku, 0,02% aluminium, 0,05% niklu, 0,43% ołowiu.
Zgodnie z wytycznymi normy ISO 12944-5 [8] jako warstwę zewnętrzną systemu duplex wybrano farbę opartą na kopolimerze PVC i żywicy akrylowej przeznaczoną do malowania powierzchni ocynkowanych i konstrukcji stalowych różnego rodzaju. Powłokę lakierową nakładano na ocynkowane i odtłuszczone płytki stalowe w czasie do 48 godzin po procesie cynkowania.
Makroskopowo dokonano oceny jakości powierzchni ocynkowanej. W celu określenia wpływu struktury powłok cynkowych na stali na właściwości ochronne systemu duplex, w zależności od zawartości krzemu w podłożu, przeprowadzone zostały badania mikrostruktury powłok przy użyciu mikroskopu świetlnego MeF-2 Reichert. Określono również adhezję powłok lakierowych do ocynkowanego podłoża stali w czasie ekspozycji próbek w warunkach komór korozyjnych zgodnie z ISO 6270-2 [9].

Widok komory korozyjnej BS1 Erichsen przedstawiono na
fot. 3. Jako środowisko korozyjne zastosowano w badaniach atmosferę o zmiennej wilgotności i temperaturze. Szczegółowe warunki testu korozyjnego przedstawiono w tabeli 1. Odporność powłok na odrywanie przeprowadzono według ISO 4624 [10], mierząc minimalne naprężenie rozciągające (w MPa), potrzebne do oderwania powłoki od podłoża. Widok urządzenia do badania adhezji powłoki metodą odrywania przedstawia fot. 4.


Tab. 1. Atmosfera kondensacyjna do badań.

Omówienie wyników badań

Otrzymane powłoki cynkowe na stali o różnej zawartości krzemu różnią się między sobą wyglądem powierzchni (fot. 5) oraz mikrostrukturą powłoki (fot. 6). Powłoki cynkowe otrzymane na stali niskokrzemowej (0,02% Si) oraz sandelinowskiej (0,035% Si) były jasne i błyszczące. W przypadku próbek stali wysokokrzemowej (0,27% Si) powłoki cynkowe również były błyszczące, ale powierzchnia ich była niejednorodna z obszarami matowo-szarymi.

W wyniku przeprowadzonych obserwacji metalograficznych ujawniono mikrostrukturę powłok cynkowych przed nanoszeniem powłoki lakierniczej. Wygląd przekroju poprzecznego powłok cynkowych otrzymanych na próbkach stalowych pozwala stwierdzić, że budowa powłoki zmienia się w zależności od zawartości krzemu w podłożu. Na stali niskokrzemowej (0,02% Si) oraz sandelinowskiej (0,035% Si) powłoka posiada prawidłową budowę faz międzymetalicznych Γ, δ1 i ζ oraz warstwy zewnętrznej cynku η. Prawidłowa struktura oraz grubość powłoki na stali sandelinowskiej (0,035% Si) jest wynikiem oddziaływania niklu w kąpieli na stabilizację reakcji żelaza z cynkiem. Przy większej zawartości krzemu (0,27% Si) powłoka ma budowę wielofazową utworzoną przez fazy międzymetaliczne Fe-Zn, ale brak jest widocznej budowy warstwowej. Oddziaływanie krzemu zawartego w podłożu powoduje, że w powłoce tworzą się grube kryształy fazy ζ, a nikiel zawarty w kąpieli nie wpływa na stabilizację reakcji Fe-Zn. Faza ζ jest pokryta cienką warstwą zewnętrzną η.
Trudności w malowaniu powierzchni ocynkowanych zanurzeniowo polegają na uzyskaniu właściwej jakości pokryć malarskich. Związana jest z tym utrata przyczepności powłoki lakierniczej, pęcherzenie, obniżenie grubości i trwałości. W pracy zdecydowano się na użycie farby rozpuszczalnikowej opartej na kopolimerze PVC i żywicy akrylowej, zawierającej aktywne pigmenty antykorozyjne. Grubość powłok lakierowych wynosiła 150-180 μm.
Po przeprowadzeniu badań przyczepności powłok metodą odrywową można stwierdzić, że powłoka malarska naniesiona na powierzchnię ocynkowaną charakteryzowała się bardzo dobrą przyczepnością do podłoża. Wyniki badań adhezji obrazujące tendencję zmian przyczepności powłok lakierowych do powłok cynkowych w trakcie narażenia na zmienne warunki mokro/sucho przedstawiono na
rys. 7. Największą przyczepnością wyjściową i zachowaniem przyczepności w czasie narażenia na zmienne warunki mokro/sucho charakteryzują się powłoki lakierowe nałożone na powłokę cynkową, utworzoną na stali wysokokrzemowej. Dobrym zachowaniem przyczepności w czasie badań w komorze, lecz nieco niższą przyczepnością wyjściową, charakteryzują się powłoki lakierowe nałożone na stal niskokrzemową (0,02% Si). Największy spadek przyczepności w czasie badań w komorze zaobserwowano w przypadku próbek na stali z zakresu Sandelina.
Sam wynik oznaczenia przyczepności metodą odrywową zależy od wielu czynników (m.in. jakości kleju, grubości podłoża), w związku z czym nie powinno się go traktować jako wielkości bezwzględnej, charakteryzującej rzeczywistą przyczepność do powłoki. Można jednak tą metodą określić szacunkową przyczepność oraz porównywać przyczepność różnych powłok lakierowych. W założonym czasie badań w warunkach mokro/sucho na powłokach lakierowych nie stwierdzono spęcherzenia, korozji podpowłokowej ani żadnych innych uszkodzeń korozyjnych.

Podsumowanie