Антикоррозионные покрытия, устойчивые к воздействию высоких температур

Как правило, особенности протекания коррозионных процессов определяются особенностями среды. Традиционно выделяют атмосферную, морскую, подземную и т.п. коррозию металлов, то есть их разрушения в природных средах. Однако различают также коррозию металлов в технических средах. Антикоррозийные материалы могут быть и лаки и эмали,например лак ХВ-784 и лак ХВ-139.

Особенно актуален вопрос применения антикоррозийных ЛКМ, устойчивых к воздействию высоких температур в перерабатывающей, химической, нефте- и газодобывающей отраслях, где емкости и элементы стальных конструкций подвергаются атмосферному и высокотемпературному (до 500 С) воздействию. Служить надежной защитой от коррозии в таких условиях могут лишь специальные материалы, которые обладают термо- и теплостойкостью.

Средний срок службы современных ЛКМ, призванных обеспечивать защиту от атмосферной коррозии, при грамотном их подборе и применении составляет порядка 10-20 лет.

Часто применяют лак ХП-734. Эксплуатация подобных покрытий в условиях повышенных температур приводит к сокращению их срока службы и ухудшению качественных характеристик, а именно – к повышению хрупкости, снижению эластических свойств и адгезии, к снижению коррозионной стойкости покрытия. Причин тому несколько: высокие температуры способствуют увеличению плотности покрытия, так как процесс сшивки не прекращается, что и вызывает повышенную хрупкость защитного слоя. Ухудшению эластических и адгезивных свойств способствует удаление из пленки летучих компонентов (пластификаторов, эластифицирующих смол и др.) под действием тепла.

Эффект внутреннего напряжения возникает в условиях циклического колебания или резких перепадов температур, что обусловлено различием коэффициентов термического расширения защитного покрытия и подложки. Причиной повышенной проницаемости и ухудшения антикоррозионных свойств финишного слоя служит эксплуатация материала при температуре, превышающей температуру стеклования.

Проблема заключаются в том, что тонкие пленки, толщина которых составляет 15-25 мкм, обладают хорошими качественными характеристиками, но при этом отличаются низкими механическими свойствами, незначительной коррозионной стойкостью в условиях повышенных температур. Стоит отметить, что чем больше толщина такой пленки, тем выше вероятность образования вздутий и шелушения. Кремнийорганические смолы характеризуются высокой термостойкостью, однако образуют покрытия, слишком жесткие, неэластичные, отличающиеся низкой адгезией. Помимо теплового воздействия высокотемпературные неизолированные поверхности, как правило, подвергаются УФ-облучению, перепадам температур, расширению и сужению, образованию конденсата. Однако специфической особенностью таких поверхностей все же является их постоянная сухость.

Существует несколько вариантов защиты стальных поверхностей от высоких температур. Термостойким лкм, испытывающих на себе воздействие высоких температур, добавляют защиту: обработка силиконами; напыление цинка, графита, полимеризованного масла при нагреве с целью образования на поверхности защитной антикоррозионной пленки. Но такой способ защиты нельзя считать универсальным, поскольку пленка получается не сплошная. Пленка образуется и при нанесении лака ЭП-540.

По сравнению с цинковой пылью цинконаполненные покрытия обладают улучшенными антикоррозионными свойствами – они выдерживают температуру до 400 С: цинковая пыль при такой температуре начинает плавиться (считается, что 400 С – это температура, близкая к температуре плавления цинка), в то время как силикатная матрица в цинкосиликатных покрытиях позволяет сохранить частицы цинка за счет их быстрого окисления.

В качестве дополнительной защиты поверх цинкосиликатного покрытия могут наноситься силиконовые ЛКМ, в состав которых входит алюминий. Но в таком случае толщина финишного слоя должна быть умеренной, чтобы не спровоцировать потерю адгезии с цинкосиликатным слоем и шелушение в условиях повышенных температур.

Методы оценки высокотемпературных покрытий предполагают учет специфики их эксплуатации – термоциклы, термоудары, коррозионную стойкость и подразделяются на стандартные и оригинальные: циклические испытания коррозийной стойкости и нагрева; термоциклы по ASTM D2485; циклические испытания нагрев/влажность; оценка Atlas, модификация SMT 5211; термоциклы охлаждение/нагрев; коррозия в условиях изолированного полимерного покрытия.

Для выполнения противокоррозионных испытаний образцы сначала нагреваются в печи до необходимой температуры со скоростью 2 С/мин, находятся в условиях заданной температуры в течение 8 часов, а затем остывают при комнатной температуре. Перед проведением данных испытаний образцы испытуемой системы дважды нагреваются и охлаждаются.

Термоциклы по ASTM D2485 предполагают, что окрашенный образец проходит циклы «нагрев- резкое охлаждение» с увеличением температуры в каждом цикле вплоть до 400 С. После этого осуществляются антикоррозионные испытания.

Циклические испытания нагрев/влажность проводятся при использовании окрашенной трубки, которая изолируется и помещается на горячую плиту, где трубка в течение 8 часов нагревается, а затем 16 часов охлаждается. Перед и после циклического нагрева изоляция пропитывается силикатом кальция. Всего – 30 циклов.

Оценка Atlas, модификация SMT 5211 выполняется для системы покрытий с целью оценить их на разрушение и изменение адгезивных свойств путем погружения образцов в горячую воду на 500 ч при 95 С.

Термоциклы охлаждение/нагрев – это диапазон температур от -200 С до +200 С в зависимости от типа покрытия образца, подвергнутого испытанию. К примеру, периодическая паровая очистка служит средством оценки качества защитного покрытия под изоляцией на замороженном трубопроводе.

Коррозия в условиях изолированного ПК – изолированные покрытия подвергаются воздействию менее агрессивных факторов, но в сочетании с мокрой изоляцией возникает специфическая атмосфера, которая сохраняется на протяжении длительного отрезка времени и создает горячую влажную среду. При этом экстремальная коррозионная атмосфера содержит в себе агрессивные вещества, хлор, слабокислые, слабощелочные растворы и т.д. Степень опасности действительно велика как для работников предприятий, так и для окружающей среды, если учесть, что многие емкости и трубопроводы работают при высоком давлении в то время, как наличие влаги в изоляционных материалах и без того в значительной степени ускоряет процесс разрушения металлов.

Под мокрой изоляцией скорость протекания коррозионных процессов выше примерно в 20 раз по сравнению с аналогичным показателем неизолированных стальных поверхностей и конструкций в коррозионных условиях. Особо благоприятным для протекания образования и дальнейшего распространения коррозии можно считать температурный диапазон от 60 до 120 С, когда скорость коррозионных процессов определяется цифрами от 1,5 до 3 мм в год.

Наиболее агрессивна такая среда для цинка: горячая и влажная атмосфера способствует изменению полярности металла, когда не силикат цинка служит защитным покрытием, но сама сталь является защитой для цинка и имеет место питтинговая коррозия. Влажный воздух, разогретый всего лишь до 60-80 С, под изоляцией ведет к возникновению коррозионных процессов и разрушению цинка.

Таким образом, специалисты считают тонкую пленку, образованную силикатом цинка, недостаточно стойкой по отношению к коррозионным процессам, особенно на пескоструенной стали, а потому не рекомендуют использовать силикат цинка под изоляцией, отдавая предпочтение более толстым защитным покрытиям таким, как безцинковые неорганические силикаты, к примеру.

Безцинковые неорганические силикаты для изолированных и неизолированных поверхностей- это новые материалы, основой получения которых служит технология создания неорганических сополимеров, модифицированных цирконием, титаном с включением термостойкого алюминия холодного распыления.

Традиционно защитные покрытия из термораспыляемого алюминия применяются и демонстрируют хорошие антикоррозионные свойства в широком температурном диапазоне при условии тщательной подготовки поверхности. Но при этом серьезной проблемой служат высокая температура и наличие труднодоступных для нанесения покрытия мест, а также высокий риск для здоровья людей и экологической безопасности в случае распыления алюминия. С точки зрения экономии средств, применение термостойкого алюминия – это наиболее дорогостоящий способ антикоррозионной защиты под изоляцией, который к тому же предполагает высокую квалификацию и наличие опыта работы у операторов.

Тонкие пленки силиконов образуют термостойкие защитные покрытия, которые выдерживают длительное воздействие высоких температур до 540 С, но вместе с тем обладают низкой коррозионной стойкостью, особенно в циклических условиях.

Неорганические цинковые покрытия также эффективны при температуре до 540 С в естественных условиях, но под изоляцией их не рекомендуется использовать даже в диапазоне температур от 50 до 150 С.

Прекрасную коррозионную стойкость демонстрируют эпоксифенольные покрытия, но их применение ограничивается температурой 230 С.

Применение в качестве защитного покрытия под изоляцией термостойкого алюминия холодного распыления позволяет упростить защиту объектов (трубопроводов, факельных труб, печей, сушилок, емкостей и аппаратов под давлением и т.д.):
- его применение возможно во время эксплуатации объекта при температуре до 120 С с использованием стандартного оборудования для его нанесения;
- рабочий диапазон температур для такого покрытия – от -29 до +400 С.

Универсальным покрытием горячих стальных поверхностей, изолированных и неизолированных, при температуре их эксплуатации не выше 150-200 С можно считать специальные неорганические покрытия такие, как, например, эпоксифенолы. Как уже было сказано, они выдерживают воздействие сухого горячего воздуха, если его температура не превышает 230 С. Толщина сухой пленки двухслойного покрытия составляет 200-250 мкм. Отверждение и достижение коррозионной стойкости эпоксифенолов происходит как в температурных условиях окружающей среды, так и при горячей сушке. Эпоксифенольные покрытия устойчивы под изоляцией, в условиях влажной среды при температуре 60 С.

Для достижения необходимой коррозионной стойкости эпоксифенольного покрытия необходимо следовать определенной методике работы с ним:
- обработать стальную поверхность методом пескоструйной очистки до степени Sa 2,5 или Sa 2, если поверхность предварительно загрунтована;
- повторно обработать поверхность (шероховатость 50-75 мкм), если имел место процесс окисления металла после очистки поверхности до момента нанесения покрытия;
- при нанесении покрытия шпателем базовый слой должен быть 3-6 мм, финишное покрытие разравнивается валиком до равномерной толщины.