PL175903B1 - Sposób zabezpieczenia elementu rurowego z metalu na bazie żelaza, zwłaszcza z żeliwa przed korozją i element rurowy z metalu na bazie żelaza zwłaszcza z żeliwa - Google Patents

Abstract

1. Sposób zabezpieczenia elementu rurowego z metalu na bazie zelaza, zwlaszcza z zeliwa, przed korozja, w szczególnosci ziemna, znamienny tym, ze pierwsza warstwe zabezpieczajaca utworzona z cynku naklada sie poprzez metalizacje lukiem elektrycznym, naklada sie równiez poprzez metalizacje lukiem elektrycznym druga warstwe zabezpieczajaca zlozona ze stopu cynkowo-glinowego, zawierajacego 5-55% glinu, po czym naklada sie trzecia porowata warstwe, stanowiaca wypelniacz porów, zawierajaca spoiwo organiczne, w szczególnosci farbe wodna, lakier bitumiczny lub zywice epoksydowa. 5. Element rurowy z metalu na bazie zelaza, zwlaszcza z zeliwa, w szczególnosci do przewodów podziemnych posiadajacy pierwsza zabezpieczajaca powloke zewnetrzna zlozo- na z warstwy cynku, znamienny tym, ze ma na pierwszej warstwie cynku druga porowata warstwe stopu cynkowo-glinowego, zawierajacego 5-55% glinu i na tej drugiej warstwie stopu trzecia porowata warstwe stanowiaca wypelniacz porów, zawierajaca spoiwo organi- czne, w szczególnosci farbe wodna, lakier bitumiczny lub zywice epoksydowa. PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób zabezpieczenia elementu rurowego z metalu na bazie żelaza zwłaszcza z żeliwa przed korozją i element rurowy z metalu na bazie żelaza zwłaszcza z żeliwa.

Niniejszy wynalazek odnosi się do ochrony antykorozyjnej przewodów złożonych z elementów rurowych na podstawie żelaza, w szczególności z żeliwa. Przez elementy rurowe rozumie się zarówno rury jak i osprzęt, taki jak kolanka, złączki itd. Wynalazek odnosi się głównie do przewodów podziemnych, ale może być ewentualnie zastosowany również w przypadku przewodów napowietrznych.

Z książki dr Endre Nadasi pt. Nowoczesne metody metalizacji natryskowej, WNT, W-wa, 1975 r. str. 266-270 znane są powłoki wielowarstwowe, w tym podwójnie nanoszone również elementy rurowe. Złożone są one z cienkiej warstwy cynku, na którą natryskuje się aluminium i znajdują zastosowanie w przemyśle okrętowym (str. 266).

Powłoka wielowarstwowa złożona ze stopu cynku i aluminium oraz lakieru znana jest ze str. 267 tej książki, a ze str 168 znana jest powłoka wielowarstwowa składająca się z cynku,

175 903 aluminium i cynku. Z tej samej książki znane są także powłoki kombinowane składające się z warstw cynku aluminium, stopu cynku aluminium i emalii syntetycznej.

Z publikacji znane są również sposoby kolejnego nanoszenia poszczególnych warstw powłok przeciwkorozyjnych wielowarstwowych przez natryskiwanie, a w przypadku powłok kombinowanych natryskiwanie metalem, nanoszenie farby pędzlem, przy czym stosowane grubości poszczególnych warstw wahają się od 30 do 250 mikronów.

Jednakże powyższe powłoki jak i sposoby ich nanoszenia są stosowane do zabezpieczenia metali przed korozją w atmosferze.

Warunki korozji ziemnej są inne. W warunkach ziemnych panuje środowisko beztlenowe i rozwija się korozja bakteryjna, szczególnie typu siarczanowo-redukcyjnego, to znaczy redukcja spowodowana przez bakterie z siarczanów na siarczki. Podczas reakcji, która przetwarza żelazo na jony żelaza dwuwartościowego, zużywana jest ogromna ilość elektronów. Szybkości są więc często wyższe niż w środowisku bakterii tlenowych. Dla zapewnienia sobie metabolizmu, bakterie mogą używać wypełniacza porów, ponieważ stanowi on źródło węgla, a to z kolei prowadzi do jego zniknięcia. Ten rodzaj korozji beztlenowej nie zachodzi w atmosferze.

Trwałość powłoki w powietrzu jest wyraźnie słabsza niż w ziemi i wynosi 10 do 15 lat wobec 50 do 80 lat w ziemi.

Korozja ziemna metali żelaznychjest zjawiskiem o właściwościach odmiennych od korozji atmosferycznej i polega głównie na tworzeniu stref utleniania, połączonych elektrycznie ze strefami redukcyjnymi, które mogą znajdować się w pewnej odległości. Powstają zatem znaczne uszkodzenia metalu na bazie żelaza.

Ochrona antykorozyjna rurowych elementów podziemnych sprawia szczególne trudności, zwłaszcza z powodu niejednorodności gruntów i ich różnych właściwości, a także faktu, że elementy rurowe, zgodnie z ich stosowaniem, przenoszą płyny o różnych temperaturach, zmieniając warunki korodowania, i że manipulowanie elementami rurowymi, przeznaczonymi do zakopania często prowadzi do uszkodzeń ich powierzchni zewnętrznej w różnych miejscach.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu powlekania elementu rurowego z metalu na podstawie żelaza, w szczególności zakopanego w ziemi, który to sposób, przy koszcie możliwym do przyjęcia, zapewnia dobre zabezpieczenie antykorozyjne niezależnie od przeznaczenia przewodu, zwłaszcza w sieciach wodociągowych i kanalizacyjnych, dla znacznej większości gruntów.

Sposób zabezpieczenia elementu rurowego z metalu na bazie żelaza, zwłaszcza z żeliwa, przed korozją, w szczególności ziemną, charakteryzuje się tym, że pierwszą warstwę zabezpieczającą utworzoną z cynku nakłada się poprzez metalizację łukiem elektrycznym, nakłada się również poprzez metalizację łukiem elektrycznym drugą warstwę zabezpieczającą złożoną ze stopu cynkowo-glinowego, zawierającego 5-55% glinu, po czym nakłada się trzecią porowatą warstwę, stanowiącą wypełniacz porów, zawierającą spoiwo organiczne, w szczególności farbę wodną, lakier bitumiczny lub żywicę epoksydową.

Korzystne jest, że nakłada się warstwę cynku w ilości co najmniej 130 g/m² , a korzystnie co najmniej 200 g/m2.

Korzystne jest również, że nakłada się warstwę cynku w ilości co najmniej 130 g/m2, a korzystnie co najmniej 150 g/m2.

Korzystne jest ponadto, że trzecią warstwę nakład się przez rozpylanie, korzystnie o grubości zawartej między 80 a 150 μm.

Element rurowy z metalu na bazie żelaza, zwłaszcza z żeliwa, w szczególności do przewodów podziemnych posiadający pierwszą zabezpieczającą powłokę zewnętrzną złożoną z warstwy cynku charakteryzuje się tym, że ma na pierwszej warstwie cynku drugą porowatą warstwę stopu cynkowo-glinowego, zawierającego 5-55% glinu i na tej drugiej warstwie stopu trzecią porowatą warstwę, będącą wypełniaczem porów, zawierającą spoiwa organiczne, w szczególności farbę wodną, lakier bitumiczny lub żywicę epoksydową.

Korzystne jest, że pierwsza warstwa jest porowata.

Korzystne jest także, że grubość warstwy cynku jest określona ilością cynku co najmniej 130 g/m2, a korzystnie co najmniej 200 g/m2.

175 903

Korzystne jest również, że grubość warstwy stopu jest określona ilością stopu co najmniej

130 g/m², a korzystnie co najmniej 150 g/m².

Ponadto korzystne jest, że warstwa wypełniacza porów ma grubość zawartą między 80 i

150 μιη.

Poniżej przedstawiony zostanie przykład wdrożenia wynalazku, zastosowanego do elementu rurowego przewodu wodociągowego lub kanalizacyjnego z żeliwa sferoidalnego.

W przykładzie tym, opisana powłoka nakładana jest w trzech etapach na żeliwo, wyjęte po przepuście z pieca obróbki termicznej, mającego zatem naskórek utworzony z tlenków żelaza. W pierwszym etapie nakład się przez metalizację łukiem elektrycznym pierwszą warstwę cynku. Następnie, na pierwszej warstwie, przez metalizację łukiem elektrycznym nakłada się drugą warstwę, utworzoną ze stopu cynkowo-glinowego. Wreszcie, przez rozpylanie nakłada się warstwę końcową, zwaną wypełniaczem porów, zawierającą spoiwo organiczne, w szczególności farbę wodną, lakier bitumiczny lub żywicę epoksydową. Rozpylanie może być wykonywane za pomocą pistoletu natryskowego, działającego bez sprężonego powietrza lub na sprężone powietrze.

W ogólnych zarysach powłoka ta działa w sposób następujący: warstwa cynku jest nazywana poświęconą w stosunku do żeliwa, ponieważ może ona stopniowo zużywać się przez utlenianie pod działaniem ogniwa galwanicznego utworzonego przez żeliwo, cynk i grunt, aby chronić żeliwo leżące pod nią lub odsłonięte w miejscach defektów lub uszkodzeń osłony, przez utworzenie ochronnej warstwy produktów korozji, którą tworzą wydzielenia stałe w środowisku, w którym one powstały, produkty korozji zatykają i zabliźniają wspomniane wyżej uszkodzenia, ale jeżeli cynk zostanie zużyty, warstwa ta stopniowo ulega zniszczeniu bez odnowienia się i żeliwo nie jest już chronione. Tak więc głównym czynnikiem prowadzącym do zużywania się cynku jest jego autokorozja, zużywająca ten metal.

Druga warstwa stopu cynkowo-glinowego chroni warstwę cynku przed tym zjawiskiem, przez to, że ona sama jest siedliskiem autokorozji.

Wzajemne oddziaływanie między pierwszą warstwę cynku a drugą warstwą stopu prowadzi do stabilizacji każdej z warstw metalu i wytworzenia trwałej warstwy ochronnej.

' Poprzez nakładanie przez metalizację łukiem, warstwa stopu utworzona jest z zakrzepniętych kropelek, jest zatem porowata. Pory te są częściowo zatykane przez pojawienie się wydzieleń, stanowiących produkt korozji cynku, i w ten sposób stopniowe przesuwanie się elektrolitu z gruntu ku warstwie czystego cynku jest zahamowane w warstwie stopu. Ponadto porowatość warstwy stopu ułatwia dobre zakotwiczenie warstwy wypełniacza porów.

Na ten temat należy wspomnieć, że przemieszczanie produktów korozji z pierwszej warstwy cynku do drugiej warstwy stopu umożliwia kolmatację tej drugiej warstwy, ograniczając w ten sposób przenikanie aktywnych elementów z gruntu do żeliwa. W konsekwencji, warstwa ochronna utworzona przez kontrolowaną transformację różnych warstw powłoki zapewnia większą trwałość niż warstwy z transformacji jednego lub innego ze składników metalicznych cynk/stop powłoki według wynalazku.

Cecha porowatości warstwy cynku jest korzystna także ze względu na zwiększenie aktywnej powierzchni cynku, a przez to skuteczności ochrony galwanicznej i ponadto sprzyja dobremu zakotwiczeniu warstwy stopu.

Warstwa cynku i warstwa stopu cynkowo-glinowego mają zatem w istocie funkcje komplementarne i stwierdzono, że ich nakładanie w ilościach odpowiednio co najmniej 200 g/m2 i 150 g/m2 chroni skutecznie żeliwo przed korozją ziemną.

Warstwa wypełniacza porów umożliwia głównie opóźnienie autokorozji cynku, i w konsekwencji ułatwia utworzenie zwartej i gęstej warstwy produktów korozji cynku, w celu podtrzymania ich działania ochronnego. Grubość wypełniacza porów musi być wystarczająca, aby zapewnić skuteczne zahamowanie korozji cynku, lecz dostatecznie mała, aby umożliwić prawidłowe działanie ochrony galwanicznej i wytwarzanie produktów korozji.

Ponadto, nadmierna grubość wypełniacza porów doprowadziłaby do zatrzymywania pod nim wody i tworzenia pęcherzy.

‘ W ten sposób ustalono, że grubość warstwy wypełniacza porów powinna być zawarta między 80 a 150 μm.

175 903

Rurę odlewaną odśrodkowo, o średnicy 300 mm, odbiera się bezpośrednio u wyjścia z pieca do obróbki termicznej w temperaturze poniżej 250°C. Umieszcza się ją na stanowisku powlekania cynkiem przy użyciu pistoletu do metalizowania w łuku elektrycznym, w celu pokrycia jedną warstwą minimum 200 g/m².

Uzyskaną masę cynku kontroluje się za pomocą metody zalecanej normą ISO 8179, która polega na nałożeniu warstewki mylaru (folii z politereftalanu etylenu) na rurze przy pokrywaniu i zerwaniu jej. Różnica ciężaru warstewki w etapie poprzedzającym i etapie następującym po powlekaniu pozwala, w zależności od powierzchni arkusza, poznać ilość osadzonego cynku. Rurę następnie osadza się przed pistoletem wyrzucającym stop cynko-glinowy o zawartości 85% cynku i 15% glinu, w ilości co najmniej 150 g.m2 określonej poprzednio metodą warstewki mylaru (folii z politereftalanu etylenu). Rurę następnie ogrzewa się wstępnie przez maczanie w wodzie o temperaturze 80°C i po ponownym pokryciu powłoką wypełniacza porów, którą jest lakier na bazie asfaltu naftowego co najmniej rzędu 100 pm, pistoletem pneumatycznym, suszy się w suszarce w temperaturze 110°C.

Dwa identyczne profile tej rury poddaje się testowi napowietrzania różnicowego, który polega na umieszczeniu jednej próbki w piasku a innej w glinie, utrzymywaniu całości w stanie wilgotności od naturalnej wody o oporze 1500 omów/cm. Te próbki połączono elektrycznie i mierzono ilość prądu, który przepływ przez nie. Dwie inne próbki stopu powleczone cynkiem w równoważnej ilości zostały tak samo zanurzone w tym samym ośrodku. Stwierdzono po roku trzymania w temperaturze otoczenia, że ilości prądu elektrycznego są w stosunku 5 do 10 pomiędzy tymi dwiema parami profili, najsłabsze zostały umieszczone na powłoce stopu cynku i stopie cynkowo-glinowym, co powoduje trwałość co najmniej 5 do 10 razy wyższą dla drugiego rodzaju powłoki.

175 903

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 2,00 zł

Claims (9)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób zabezpieczenia elementu rurowego z metalu na bazie żelaza, zwłaszcza z żeliwa, przed korozją, w szczególności ziemną, znamienny tym, że pierwszą warstwę zabezpieczającą utworzoną z cynku nakłada się poprzez metalizację łukiem elektrycznym, nakłada się również poprzez metalizację łukiem elektrycznym drugą warstwę zabezpieczającą złożoną ze stopu cynkowo-glinowego, zawierającego 5-55% glinu, po czym nakłada się trzecią porowatą warstwę, stanowiącą wypełniacz porów, zawierającą spoiwo organiczne, w szczególności farbę wodną, lakier bitumiczny lub żywicę epoksydową.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że nakłada się warstwę cynku w ilości co najmniej 130 g/m², a korzystnie co najmniej 200 g/m².
3. 3. Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że nakłada się warstwę cynku w ilości co najmniej 130 g/m2, a korzystnie co najmniej 150 g/m2.
4. 4. Sposób według zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, że trzecią warstwę nakłada się przez rozpylanie, korzystnie o grubości zawartej między 80 a 150 pm.
5. 5. Element rurowy z metalu na bazie żelaza, zwłaszcza z żeliwa, w szczególności do przewodów podziemnych posiadający pierwszą zabezpieczającą powłokę zewnętrzną złożoną z warstwy cynku, znamienny tym, że ma na pierwszej warstwie cynku drugą porowatą warstwę stopu cynkowo-glinowego, zawierającego 5-55% glinu i na tej drugiej warstwie stopu trzecią porowatą warstwę stanowiącą wypełniacz porów, zawierającą spoiwo organiczne, w szczególności farbę wodną, lakier bitumiczny lub żywicę epoksydową.
6. 6. Element według zastrz. 5, znamienny tym, że pierwsza warstwa jest porowata.
7. 7. Element według zastrz. 5 albo 6, znamienny tym, że grubość warstwy cynku jest określona ilością cynku co najmniej 130 g/m2, a korzystnie co najmniej 200 g/m2.
8. 8. Element według zastrz. 5, znamienny tym, że grubość warstwy stopu jest określona ilością stopu co najmniej 130 g/m2, a korzystnie co najmniej 150 g/m2
9. 9. Element według zastrz. 5, znamienny tym, że warstwa wypełniacza porów ma grubość zawartą między 80 i 150 pm.