Проведение лабораторной работы. Приборы и материалы:

 

Приборы и материалы:

− металлическая пластина;

− шликерстеклоэмали;

− сушильный шкаф;

− муфельная печь;

− магнитный толщиномер ИРП-4;

− металлическая подставка.

Описание работы: проведения работы включает в себя следующие стадии: подготовка металлической поверхности, нанесение эпоксидного покрытия, полимеризация покрытия в печи (обжиг), проверка качества нанесенного покрытия.

Произвести очистку поверхности металлической пластины согласно полученного индивидуального задания. Приготовленную эпоксидную краску и отвердитель    размешивают и наносят на металлическую поверхность равномерным слоем путём небольшого встряхивания. Затем устанавливают пластину на специальную подставку и подсушивают в сушильном шкафу при температуре 80-90°С в течение 20-30-х минут. Из сушильного шкафа подставку с образцом переносят в муфельную печь, разогретую до  температуры 150-200⁰С и выдерживают 30-40 минут. После окончания полимеризации пластину с эмалевым покрытием охлаждают на воздухе до комнатной температуры и замеряют толщину покрытия магнитным толщиномером.

Оформление результатов работы

 

В отчёте должно содержаться подробное описание подготовки металлической поверхности от загрязнений перед нанесением эпоксидного покрытия, указана температура и время полимеризации покрытия. Необходимо представить описание визуального осмотра поверхности покрытия на наличие дефектов (кратеров, пробелов, трещин и др.) и указать толщину в мкм.

Контрольные вопросы

 

1. Какие покрытия относятся к неметаллическим на неорганической основе?

2. Каким образом удаляют с поверхности металла загрязнения?

3. Получение оксидных и фосфатных покрытий, их достоинства и недостатки.

4. Стеклоэмалевые и эпоксидные  покрытия, достоинства и недостатки.

 

 

Лабораторная работа №7

 

«ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАЧЕСТВА ЛАКОКРАСОЧНОГО ПОКРЫТИЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИМ МЕТОДОМ»

Цель работы:  приобретение навыка в определении пористости покрытия.

Основные положения

 

Существует много способов борьбы с коррозией металлов, но все они не являются универсальными. Выбор того или иного способа определяется его эффективностью и экономической целесообразностью. Большое распространение среди методов защиты имеют покрытия. Они могут быть металлическими и неметаллическими.

 

Неметаллические покрытия па органической основе

 

Для защиты металлических поверхностей от коррозии широко применяются неметаллические покрытия. По химическому составу они подразделяются на две группы: неорганические и органические. К органическим покрытиям относятся гуммировочные, лакокрасочные и пластмассовые.

Металлические изделия имеют на своей поверхности плёнку загрязнений, приобретённую в процессе изготовления. Для обеспечения хорошей прочности сцепления покрытия с металлом необходимо произвести очистку поверхности от загрязнений. Очистка поверхности может осуществляться механической, химической или термической обработкой.

Механическая обработка позволяет убрать с поверхности окислы или продукты коррозии. Она может состоять из пескоструйной обработки, крацевания, зачистки наждачным полотном или полирования. После механической проводят химическую обработку для удаления органической плёнки (масла, жиры, полимерные плёнки). Химическая обработка состоит из обезжиривания и травления. Обезжиривание проводят в щелочных растворах с высокими значениями pH, а травление осуществляется в растворах соляной или серной кислот.

При термической обработке поверхность изделия обрабатывают пламенем кислородно-ацетиленовой горелки или выдерживают в муфельной печи. Вследствие разницы в коэффициентах теплового расширения металла и ржавчины, последняя разрыхляется и отслаивается. При этом с удалением окалины происходит и обезжиривание.

Но для тонкостенных изделий этой обработкой не пользуются, т. к. под влиянием высоких температур возможна деформация изделий.

 

Гуммировочные или резиновые покрытия изготовляют на основе натурального или синтетического каучука. Каучук обладает высокой эластичностью вследствие свёрнутого строения молекул полимера, которые при растяжении расправляются, а при снятии нагрузки вновь свёртываются. Кроме каучука в состав резины входят вулканизирующие вещества (сера, оксиды металлов и др.), наполнители, красители и др. Основным вулканизирующим веществом является сера. В зависимости от процентного содержания серы гуммировочные покрытия подразделяются на:

− мягкую резину, содержащую от 0,8 до 4% S;

− полутвёрдую резину (полуэбонит), содержащую от 12 до 20% S;

− твёрдую резину (эбонит), содержащую от 30 до 50% S.

Мягкая резина обладает высокой эластичностью и используется для защиты деталей подверженных встряске, ударам, колебаниям температуры, а также обладают высоким сопротивлением истиранию.

Эбонитам присуща более высокая химическая стойкость, большая твёрдость и меньшая эластичность по сравнению с мягкой резиной. Эбонитовые покрытия плохо работают в условиях абразивного износа, знакопеременных деформаций, ударов и резких перепадов температур.

По назначению и свойствам резины классифицируются на:

− резины общего назначения, эксплуатируемые при  -50° до + 150°С;

− теплостойкие, используемые для длительной эксплуатации при температурах выше +150°С;

− химически стойкие, т. е. устойчивые к кислотам, щелочам и растворам солей;

− маслостойкие, т. е. устойчивые в бензине, керосине, нефти;

− морозостойкие;

− диэлектрические.

Лакокрасочные покрытия имеют в своём составе следующие компоненты: плёнкообразователи, растворители, пигменты, наполнители и пластификаторы.

Плёнкообразователи являются основными компонентами лакокрасочных материалов, так как способствуют образованию защитной плёнки на металлической поверхности. В качестве плёнкообразующих веществ используют алкидные, эпоксидные и виниловые смолы, аминосмолы и пр.

Под растворителями подразумевают летучие компоненты лакокрасочных материалов, обеспечивающие растворение плёнкообразующих веществ. Классификацию растворителей, как правило, производят в соответствии с их химическим составом, например, алифатические или ароматические углеводороды, спирты, эфиры, кетоны и т. д. после окрашивания растворитель

 

полностью удалится из покрытия.

Основная функция пигмента - определять цвет, однако совершенно очевидно, что в целом пигмент также должен повышать прочность всей системы и улучшать другие свойства покрытий. Пигменты – высокодисперсные окрашенные порошки, нерастворимые в компонентах, применяемых для составления рецептуры лакокрасочных материалов. В качестве пигментов используют свинцовый сурик, хромат цинка, плюмбат кальция и др. Пигменты подбирают не только по цветовой гамме. Они не должны взаимодействовать с компонентами краски и быть стабильными в условиях применения и эксплуатации на воздухе.

Наполнители вещества, которые вводят для улучшения прочностных свойств и уменьшения количества дорогостоящих пигментов. В качестве наполнителей используют мел, тальк, каолин и др.

Пластификаторы - вещества, которые повышают пластичность покрытий и их устойчивость в процессе эксплуатации.

По химическому составу лакокрасочные материалы подразделяются на:

- краски - покрытия, состоящие из плёнкообразователя, растворителя и большого количества пигментов и наполнителей;

- лаки - покрытия, состоящие только из плёнкообразователя и растворителя;

- эмали - покрытия, состоящие из суспензии небольшого количества пигментов и наполнителей в лаке.

По назначению лакокрасочные материалы делятся на: грунтовые, промежуточные и покровные.

Основными недостатками лакокрасочных материалов являются: паро-, га- зо-, влагопроницаемость и низкая теплостойкость.

Пластмассовые покрытия могут быть на основе термопластичных (термопласты) и термореактивных (реактопласты) полимеров. Пластическим материалам присущ ряд ценных свойств. Они имеют низкую плотность, устойчивы в атмосфере и многих кислотах, щелочах, растворах солей. Пластмассы являются хорошими диэлектриками, а по удельной прочности некоторые из них превосходят, углеродистые стали и сплавы цветных металлов. К недостаткам пластмассовых покрытий относятся: низкая твёрдость, низкая теплостойкость (70°÷ 250°), подвержены старению и имеют ярко выраженную зависимость механических свойств от температуры и продолжительности действия нагрузки. Основным свойством термопластичных полимеров является их способность размягчаться и плавиться при нагревании и вновь затвердевать,

 

 

сохраняя первоначальные свойства. Для противозащитных покрытий в основном применяют химически стойкие такие термопласты как: поливинилхлорид, полиэтилен, полипропилен, полиизобутилен, фторопласт, которые наносят на поверхность в виде листовых и плёночных материалов.

Термореактивные пластмассы при нагревании в результате химической реакции переходят в твёрдое нерастворимое состояние. При повторном нагревании, не размягчаясь, разлагаются при достижении определённой температуры. Любая композиция на основе реактопластов включает в себя:

− смолу или смеси смол,

− пластификаторы для повышения эластичности отверждённых композиций,

− растворители (ацетон, толуол, ксилол и т. п.), применяемые для понижения начальной вязкости смолы,

− наполнители (графит, асбестовое волокно и т. п.).

Для защиты от коррозии применяют эпоксидные, фенолоформальдегидные, фурановые смолы и различные их комбинации.

Наносят реактопласты па металлические поверхности в виде растворов, паст и листовых материалов.

Наиболее дешёвыми и простыми в нанесении являются лакокрасочные покрытия. Однако лакокрасочная плёнка состоит из участков различной плотности с многочисленными микропорами. При соприкосновении с агрессивной средой вследствие диффузии начинается её проникновение через плёнку к поверхности металла, а также наблюдается адсорбция влаги активными центрами плёнкообразующего (набухание). В связи с этим при оценке качества покрытия важное значение приобретает определение пористости, особенно субмикроскопических пустот (диаметр 10-5–10-7см), а также микроскопических пустот - проколы, кратеры, трещины и другие дефекты плёнок (диаметр > 10-2 см). Критерием оценки изолирующей способности лакокрасочных плёнок является высокое омическое сопротивление плёнки (незначительная проницаемость), низкая ёмкость (небольшая набухаемость) и медленное изменение этих свойств во времени.

Пористость плёнок является важным показателем защитного действия покрытий. К стандартным методам определения пористости покрытий относятся химический; электрохимический (измерение электрохимического потенциала в системе: электрод - электролит - металл с лакокрасочным покрытием)  и электрический (измерение электропроводности в системе: металл с лакокрасочным покрытием - электролит - электрод).

 

 

Химический метод определения пористости лакокрасочных покрытий состоит в обнаружении нарушения сплошности по образованию турбуллевой сини в результате реакции гексацианоферрата (III) калия с ионами двухвалентного железа по реакции (при pH < 7):

 

                   2Fe2+ + 2[Fe(CN)₆]3 → Fe₃[Fe(CN)₆]₂.                   (1)

                                                                                                                           

Сущность метода заключается в восстановлении ионами железа металла, выделившегося из соли при проникновении раствора сульфата меди соответственно к поверхности металла через поры в покрытии.