SU913174A1 - Способ оценки пористости лакокрасочных покрытий на металлической основе 1 - Google Patents

Description

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано при оценке пористости лакокрасочных систем защиты металлических поверхностей от коррозии.

Известен способ оценки пористости защитных покрытий путем воздействия электролитов или химических активных веществ через поры покрытия на металлическую подложку с' последующим подсче— ¹⁰ том точек коррозии на исследуемой поверхности образца. Например, при электрохимическом воздействии на образец в 4%-ном растворе фтористого натрия или сульфата натрия в течение 5-10 мин на ¹⁵ сквозных порах наблюдаются коррозионные поражения, по которым судят о количестве и величине пор [ί/].

Способ позволяет определить лишь относительно крупные поры, а мелкие и мельчайшие поры не обнаруживаются.. Способ пригоден для грубой оценки пористости, точнее дефектности покрытий.

2

Известен также способ определения пористости полимерных пленок путем пропитки пор пленки индикаторным составом, причем пористую пленку помещают на полированную металлическую' пластину, сверху накладывают пористый материал, пропитанный индикаторным составом, например электролитом, прижимают его и создают разность потенциалов между индикаторным составом и металлической пластиной, после чего подсчитывают на поверхности пластины число центров травления, ло которым судят о пористости пленки [2].

Этот способ как и предыдущий, основан на оценке коррозионных поражений метал- . лической пластины и позволяет определять только крупные поры и, следовательно, не дает представления о микропористости.' Кроме того, способ неудобен методологически, так как необходимо исследовать свободную пленку полимерного материала. При получении свободных пленох лакокра— сочньк покрытий нарушаются условия их

3 913174 4

формирования, что неизбежно должно сказаться на величине их пористости.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ измерения пористости лакокрасочных покры- 5 тий, защищающих металлическую поверхность от коррозии, заключающийся в приложении к смоченному электролитом покрытию разности потенциалов и измерении величины протекающего тока. При 10 этом величина тока ограничивается внутренним сопротивлением.гальванических элементов и определяется сопротивлением контролируемых участков, смоченных электролитом. При отсутствии пористости 15 сопротивление указанных участков большое и тока в измерительной цепи нет, а при наличии пористости возникает ток, величина которого пропорциональна пористости лакокрасочного покрытия £3].

Известный способ характеризуется низкой чувствительностью при оценке микропористости покрытий, что обусловлено слабым измерительным напряжением, создающим незначительный градиент потен- ₂₅ циала по длине пор, что препятствует проникновению силовых линий поля через микропоры; нестабильностью испытательного напряжения для различных образцов покрытий из-за различной избирательной ₃₀ сорбции ионов в порах покрытий; сравнительно значительной длительностью измерения, более 10 с, в течение которых может происходить поляризация, анодное растворение металлической подложки и . заполнение пор продуктами коррозии, что ³⁵ резко сказывается на величине определяемой силы тока; влиянием на измерения материала подложки, поляризующейся одновременно в цепи анодно и катодно, чтоисключает возможность применения спо- ⁴⁰ соба для ряда подложек (алюминия и его сплавов, титана и его сплавов и т.д.).

Известный способ характеризуется также необходимостью пользоваться сложной измерительной техникой, так как тре- ⁴⁵ буется измерять чрезвычайно малые величины токов, которые возникают при контактной разности потенциалов двух металлов, и, кроме того, нестабильностью характеристик пористого материала, что ⁵⁰ искажает результаты измерений . Пористый .материал иэ-за своей неоднородности обладает различным омическим сопротивлением пор, что приводит к искажению силовых линий поля, делает попе неравно- 55 мерным, создает на измеряемой поверхности участки с различными величинами плотности тока - на тех местах поверхности образца, где плотность тока выше, поры выявляются в большей степени. Кроме того, вследствие заряжаемое ти капилляров сопротивление пористого материала способно существенно меняться. Все это отрицательно сказывается на точности измерений.

Следует также отметить, что данное техническое решение не может расцениваться как неразрушающий метод контроля пористости лакокрасочных покрытий, так как в процессе измерения в поры лакокрасочного покрытия вводится электролит, который в дальнейшем способен вызвать быструю коррозию металла уже при проведении измерений.

Целью изобретения является повышение точности и сокращение времени определения пористости лакокрасочных покрытий на любых металлических подпоясках, а также упрощение аппаратурной реализации.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу оценки пористости лакокрасочных покрытий на металлической основе, заключающемуся в приложении к смоченному электролитом покрытию разности потенциалов и измерении величины протекающего тока, к испытуемому покрытию прикладывают разность потенциалов в диапазоне 200-1500 В/см, используя в качестве одного из электродов металлическую основу покрытия, а в качестве электролита - дистиллированную воду.

Выбранный интервал величины напряженности поля, 200-1500 В/см, обусловлен следующими причинами.

Известно, что внутри капилляра - поры образуется двойной электрический слой, который создает заряд (так называемый дзета-потенциал) капилляра. Этот заряд,

положительный или отрицательный, способствует или препятствует проникновению соответственно анионов или катионов через капилляр. Чем меньше диаметр капилляра, тем труднее проникнуть через капилляр тому или иному иону. Это явление называют мембранным эффектом или мембранным потенциалом. При измерении этого потенциала обычно принимается, что диаметры капилляров в исследуемой мембране в основной своей массе одинаковы. Измерения таких усредненных величин заряда капилляров показали, что обычно эти величины не превышают 20 мВ/мкм. Следовательно, для преодоления этой величины требуется .внешнее поле напряженностью 200 В/см.

5 913

В некоторых случаях величина заряда очень тонких капилляротв может быть больше замеренной усредненной величины, и для преодоления этого более высокого мембранного эффекта требуется при- 5 пожить внешнее электростатическое поле большей напряженности.

Таким образом, увеличение напряженности внешнего поля повышает точность измерения пористости, так как позволя- Ю ет обнаруживать и микропоры в, лакокрасочном покрытии.

Применение при измерении пористости напряженности поля более 1500 В/см может привести к нарушению характерно- 15 тик самого покрытия, к его микроразрушению, что, в свою очередь, может привести к неправильным данным величины пористости.

Этим и обусловлен указанный диапа- ₂о зон напряженности поля при измерении пористости.

Таким образом, напряженность поля при которой проводится измерение пористости (И), лежит в пределах ₂5

и₄ ί и г и₂,

.где (Ц — напряженность поля, превышающая величину заряда микропор лакокрасочного покрытия, составляющая 200 В/см;

02 - критическая напряженность поля, при которой возможно нарушение лакопокрытия, составляющая 1500 В/см.

Дистиллированная вода используется в ³⁵ качестве среды благодаря ее хорошим физико-химическим характеристикам, технологичности при работе с высокими градиентами напряжения, высокой диэлектрической постоянной, большому дипольному ⁴⁰ моменту, малой удельной электропроводности, практически не зависящей от градиента напряжения, а также благодаря тому, что вода является химически нейтральной по отношению к лакокрасочным по- ⁴⁵ крытиям и при электрохимическом разложении образует инертные продукты: водород и кислород.

При проведении измерений пористости образец с лакокрасочным покрытием ⁵⁰

(ЛКП) подключают в качестве катода.

При этом в порах ЛКП на поверхности металла должен выделяться водород:

Н+е-ч Η, Η + Н-*Н2. Если поры в ЛКП отсутствуют, покрытие полностью изолиру— 55 ет металл от дистиллированной воды и тока в цепи не возникает. Появление тока в момент подачи напряжения свидетельст—

174 6

вует о наличии пор в ЛКП. По величине силы тока рассчитывается пористость покрытия, Внутренний потенциал пор перекрывается внешним подаваемым напряжением.

Образец с ЛКП можно подключить как анод. И данном случае пористость определяется проникновением ионов ОН через поры ЛКП. На аноде могут происходить различные процессы: анодная поляризация металла, выделение кислорода, подкисление прианодной пленки, анодное растворение металла, окисление отдельных компонентов сплава в случае изготовления подложки из сплава. Образующиеся гидроокислы металлов могут оказывать как пассивирующее, так и активирующее действие.

Пример выполнения способа. Проведение измерений осуществляется следующим образом.

Из испытываемых образцов и медных электродов), промытых дистиллированной водой и спиртом, собирают блок. Образцы и медные электроды фиксируют между пластинами из оргстекла с помощью стягивающих шпилек с гайками. Между образцом и электродом помещают цилиндрическую ячейку, заполняемую через отверстие на цилиндрической поверхности дистиллированной водой известной электропроводности. Число образцов, ячеек и электродов может бьггь довольно большим, что позволяет проводить испытания нескольких образцов с различным ЛКП в одном блоке. Два провода - анодный и ка— тодный - подсоединяют через шпильки к соответствующим образцам и электродам. Другие концы проводов подключают к выпрямителю типа УИП-1. После введения в ячейку дистиллированной воды включают в сеть УИП-1 и подают на образцы и электроды желаемое выражение.

При достижении заданной величины напряжения фиксируют показание микроамлерметра типа М-109 с ценой деления 0,1 мкА. Эта сила тока и берется для расчета пористости (Эмки )Э_мзамеряют таким же образом при подаче напряжения на медный электрод без покрытия.

При необходимости измерить анодную пористость образец подключают в качестве анода. Способ позволяет проводить измерения пористости на одном образце, подключая его с одной стороны сначала как катод, затем с другой стороны как анод, и изучать катодную и анодную пористости ЛКП на одном образце.

7 913174 8

Количественно пористость покрытия (П) рассчитывают по формуле Элкп

400 /о,

где

²лкп

Эм

- величина измеренной силы тока при подаче заданного напряжения на два электрода: один с лакокрасочным

покрытием, другой без покрытия; медный, мкА; 10

3^ - величина силы тока при подаче такого же напряжения на два медных электрода без покрытия в тех же условиях испытания, мкА. 15

Величина 3^ является постоянной для выбранных условий испытаний.

Сравнительную пористость (П_Ср) нового исследуемого лакокрасочного покрытия по отношению к пористости известного 20 лакокрасочного покрытия оценивают по формуле

^ср~

-,М

"'ЛКМ

пчъв

4ОО°/о

25

где

'Лкп

мкп

- сила тока для образца с новым лакокрасочным покрытием, мкА;

- сила тока для образца с известным лакокрасочным ³⁰ покрытием, измеренная в тех же условиях, мкА.

Примерные результаты измерения пористости различных лакокрасочных систем защитных покрытий, нанесенных на раз- 35 личные металлические подложки, при градиентах напряжения 300 600 и 1000 В/см представлены в табл. 1

В табл. 2 представлены сравнительные характеристики известного и предлагае- ⁴⁰ мого способов.

Конкретно измерения осуществляют следующим образом.

Образец с неизвестным (по пористости) лакокрасочным покрытием сначала измеряют на катоде при градиенте напряжения около 500-700 В /см. Если при этом получаются слишком малые величины тока, меньше 1 мкА на 1 см² поверхности образца, то при измерении следующих образцов поднимают напряженность поля до 1200-1500 В/см. Если при этом увеличивается практически пропорционально увеличению напряжения, то расчитывают пористость (она будет меньше 0,03%) . Наоборот, если при напря женности поля 500-700 В/см возникают слишком большие токи, около 1 мА на 1 см ², приводящие к разрушению покрытия из-за электрохимических реакций, идущей на катоде, то данное покрытие слишком, пористо (ополо 30%) и его пористость следует оценить при градиенте напряжения 200 В/см. В этом случае какая-то доля микропористости может быть не учтена, но этим можно пренебречь из-за и без того высокой пористости образца.

Кроме того, лакокрасочное покрытие предназначено защитить металлическую поверхность от проникновения воды, поэтому измерение пористости именно по воде имеет особо важное значение.

Предлагаемый способ также позволяет количественно оценить пористость так называемых беспористых покрытий, пористость которых вне чувствительности обычных методов и оценивается лишь после проведения длительных, нередко многосуточных, электрохимических испытаний, в какой-то степени уже имитирующих развитие коррозионных процессов, разрушающих лакокрасочное покрытие.

613174

Таблица 1

. *

Подложка металли—	Система покрытий
ческая	Подготовка поверхности	Л акокрас очны й материал

Градиент нал ряже— ния/В/см

Пористость,

%

Титан	Обезжиривание	Грунт В Л—02 Эмаль ПФ-115	300	15,0
Сталь 20	КД6, хр.	Грунт АК-070 Эмаль МЛ-12	300	8,0
Бронза	Химическое полирование	Грунт АК-070 Эмаль ЭП—525 "М'	300	3,0
Алюминия	Обезжиривание	Грунт БД-02 Эмаль ЭП-525	600	0,5
Г	АН. оке.	__ г	600	0,1
Магний	Хим. оке.	Грунт ЭП-076 Эмаль ЭП-140	600	0,3
Магний	Механическая зачистка грунт	ЭП-076	600	0,01
		Эмаль ЭП-140
Магний	Анодное окисление
	Фтор. хром.
	Фосфор	1Г	1000	0,001

Таблица 2

Фактор сравнения	• Известный способ	Предлагаемый способ
4	2	3
Оценка пористости	Качественная (по наличию и отсутст— вию тока)	Количественная (по величине силы тока)
Время испытаний	Достаточно длительное 1-3 с (за период испытаний (не успевает произойти ни— протекают различные по- каких побочных процессов) бочные процессы, искажающие картину пористости)
Градиент напряжения	Нестабилен Стабилен (обусловлено конструктивными и электрохимическими факторами)
Толщина покрытия	Влияет на результаты испытаний (толщина покрытий соизмерима с толщиной пористости арокладки)	Не влияет на результаты измерений (из-за малого межэлектрод— ного расстояния)

11

913174

4

Сложность устройства для испытаний

_2_

Высокая

(вследствие работы с малыми токами порядка тысячных долей мкА из-за малой разности потенциалов)

12

Продолжение табл. 2 Э

Простая схема

(сила тока имеет порядок десятых долей мкА, что не затрудняет замеры)

Длительность испытаг» нйй (скорость изме- . рений)

Достоверность получаемых результатов (точность)

Часы

На получаемые результаты влияют побочные электрохимические процессы, а также мембранный эффект

1—3 с

Высокая

(вследствие устранения влияния побочных электрохимических процессов и учета всех микропор в ЛКП в результате ликвидации мембранного эффекта и более высокого градиента потенциала).

Claims (1)

1. Формула изобретения

   25

   Способ оценки пористости лакокрасочных покрытий на металлической основе .заключающийся в приложении к смоченному электролитом покрытию разности потенциалов и измерении величины протека- ³⁰ юшего тока, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и сокращения времени определения, к испы_т туемому покрытию прикладывают разность потенциалов в диапазоне 200-1500 В/см5 используя в качестве одного из электродов металлическую основу покрытия, а в качестве электролита — дистиллированную воду.