Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy

Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy

Hodnocení parametrů účinnosti povrchových ochran nátěrovými hmotami Bakalářská práce

Vedoucí diplomové práce: Doc. Ing. Marta Ščerbejová, CSc. Brno 2007

Vypracovala: Hana Dřínková

Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Ústav techniky a automobilové dopravy

Agronomická fakulta 2006/2007

ZADÁNÍ BAKALÁŘSKÉ PRÁCE Řešitelka: Studijní program: Obor: Název tématu:

Hana Dřínková Zemědělská specializace Provoz techniky

Hodnocení parametrů účinnosti povrchových ochran nátěrovými hmotami

Zásady pro vypracování: 1. Vypracujte metodiku hodnocení pórovitosti povrchové ochrany nátěrovými hmotami 2. Vypracujte metodiku hodnocení prokorodování povrchové ochrany nátěrovými hmotami 3. Metodiky odzkoušejte na konkrétním nátěrovém systému po expozici v kondenzační komoře se solnou mlhou Rozsah práce:

30 stran

Seznam odborné literatury: 1. Normy z oblasti koroze a ochrany proti korozi

Datum zadání bakalářské práce:

prosinec 2005

Termín odevzdání bakalářské práce: duben 2007

Hana Dřínková řešitelka bakalářské práce

doc. Ing. Marta Ščerbejová, CSc. vedoucí bakalářské práce

doc. Ing. Miroslav Havlíček, CSc. vedoucí ústavu

prof. Ing. Ladislav Zeman, CSc. děkan AF MZLU v Brně

2

PROHLÁŠENÍ

Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Hodnocení parametrů účinnosti povrchových ochran nátěrovými hmotami vypracovala samostatně a použila jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana AF MZLU v Brně.

dne.......................................................... podpis.....................................................

3

Poděkování:

Děkuji Doc. Ing. Martě Ščerbejové, CSc. za odborné vedení a cenné rady, které mi při zpracování této práce velmi pomohly, jakož i za pomoc při zajištění experimentálních zkoušek. Také děkuji Ing. Jiřímu Votavovi, Ph.D. za ochotu a pomoc při zajištění dokumentace experimentální části bakalářské práce.

4

ANNOTATION This bachelor thesis concerns en evaluation of porosity and rusting of surface protection by coating systems. The thesis is consisted of two parts: theoretic and practical. The theoretic part presents’ fundamental terms in the sphere of corrosion and anti-corrosion protection and specify considers the methods of anti-corrosion protection classifications. The practical part includes project and the examine of methods evaluation porosity and the rusting of surface protections.

Keywords: corrosion product, degree of rusting, discontinuity, open porosity in a coating, paint, pore of coating, porosity, rusting, tarnish

ANOTACE Tato bakalářská práce se zabývá hodnocením pórovitosti a prokorodování povrchových ochran nátěrovými hmotami. Bakalářská práce je rozdělena do dvou základních částí: teoretické a praktické. Teoretická část uvádí základní pojmy z oblasti koroze a protikorozní ochrany a podrobně se zabývá metodami hodnocení povrchových protikorozních ochran. Praktická část zahrnuje navržení a odzkoušení metodik hodnocení pórovitosti a prokorodování povrchových ochran.

Klíčová slova: korozní produkt, nespojitost, otevřená pórovitost v povlaku, pór, pórovitost, stupeň prokorodování, zmatení

5

OBSAH 1. 2. 3.

ÚVOD....................................................................................................................... 7 CÍL PRÁCE............................................................................................................. 8 SOUČASNÝ STAV ŘEŠENÉ PROBLEMATIKY ............................................. 9 3.1. Pojem koroze ................................................................................................... 9 3.2. Základní rozdělení koroze.............................................................................. 9 3.3. Druhy korozního poškození ......................................................................... 10 3.3.1. Rovnoměrné korozní poškození .......................................................... 10 3.3.2. Nerovnoměrné korozní poškození....................................................... 11 3.4. Ochrana proti korozi a její rozdělení.......................................................... 12 3.5. Ochrana proti korozi ochrannými povlaky................................................ 13 3.5.1. Úprava povrchu před povrchovou ochranou..................................... 13 3.5.2. Dočasná ochrana proti korozi.............................................................. 14 3.5.3. Ochrana proti korozi ochrannými povlaky dlouhodobého charakteru ............................................................................................. 14 3.6. Nátěrové hmoty ............................................................................................. 15 3.6.1. Složení nátěrových hmot ...................................................................... 16 3.6.2. Značení nátěrových hmot a jejich charakteristika............................ 17 3.7. Hodnocení kvality povrchových ochran ..................................................... 19 3.8. Zkoušky z oblasti koroze a ochrany proti korozi kovů ............................. 20 3.8.1. Laboratorní zrychlené zkoušky trvanlivosti povrchových ochran .. 20 3.9. Hodnocené parametry povrchových ochran .............................................. 25 3.9.1. Základní termíny a definice dle ČSN EN 13 143 (03 8153) a ČSN EN ISO 4628 - 3 ........................................................................................... 25 3.9.2. Tloušťka povlaku.................................................................................. 25 3.9.3. Pórovitost............................................................................................... 26 3.9.4. Prokorodování....................................................................................... 29 3.9.5. Vybrané metodiky................................................................................. 30 4. MATERIÁL A METODY ZPRACOVÁNÍ ....................................................... 32 4.1. Charakteristika nátěrových hmot ............................................................... 32 4.2. Příprava vzorků ............................................................................................ 33 4.3. Metodika zkoušek ......................................................................................... 34 4.3.1. Měření pórovitosti porozimetrem ....................................................... 34 4.3.2. Zkoušení pórovitosti – Ferroxylová zkouška ..................................... 34 4.3.3. Prokorodování ochrany nátěrovými hmotami................................... 38 5. VÝSLEDKY PRÁCE A DISKUSE ..................................................................... 40 5.1. Výsledky jednotlivých měření...................................................................... 40 5.2. Diskuse výsledků ........................................................................................... 40 6. ZÁVĚR .................................................................................................................. 42 7. Soupis literatury.................................................................................................... 43

6

1.

ÚVOD

Koroze je celosvětovým problémem, kdy korozní ztráty se v rozvinutých zemích pohybují kolem 4%, z čehož je polovina způsobena zanedbáním, nebo nesprávným použitím protikorozních ochran. Nesprávné použití protikorozních ochran způsobuje snížení jejich účinnosti, případně dobu trvání dobré ochranné účinnosti. Z tohoto důvodu je otázka antikorozní ochrany bezesporu velice aktuální a to nejen z technologického, ale i ekonomického hlediska, přičemž investice do protikorozní ochrany vykazují značnou účinnost a tedy velmi rychlou návratnost. Pro korozní ochranu ocelových strojů a konstrukcí se nejčastěji používají nátěrové hmoty, pro nižší nákladnost a technologickou náročnost, než pokovování, nebo použití nerezových materiálů. Další výhodou nátěrových hmot je jejich vysoká variabilita a to jak z hlediska využitelnosti pro ochranu různých druhů materiálů, tak i technologií nanášení, dále pak široká paleta barev a odstínů i výběru lesklosti výsledného povrchu. Nátěrové hmoty pro protikorozní ochranu musí dosahovat dobré přilnavosti k povrchu, vysoké tloušťky při co nejmenším počtu nátěrů, jejich aplikace musí být snadná a především musí poskytovat dobrou protikorozní ochranu. Pro vhodnou volbu nátěru i celého nátěrového systému je třeba jednotlivé barvy spolu s jejich vlastnostmi popsat a mít možnost jejich vlastnosti ověřit. V dnešní době, kdy je na trhu velmi mnoho výrobců a různých distributorů je jednoduché a transparentní testování ochrany povrchu velmi žádoucí a stává se součástí zvyšování konkurenceschopnosti výrobků a služeb v domácích i zahraničních trzích.

7

2.

CÍL PRÁCE

Cílem této bakalářské práce bylo vypracování metodik hodnocení pórovitosti a hodnocení prokorodování povrchových ochran nátěrovými hmotami. Dále pak odzkoušení těchto metodik porovnáním nátěrových systémů syntetické a vodou ředitelné barvy s využitím expozice solnou mlhou v kondenzační komoře.

8

3.

SOUČASNÝ STAV ŘEŠENÉ PROBLEMATIKY

3.1.

Pojem koroze Koroze je nežádoucí, nevratné a škodlivé rozrušování tuhých látek chemickými,

elektrochemickými, případně biologickými vlivy okolního prostředí. Korozní poškození může z technického hlediska způsobit zejména:
změny mechanických vlastností (pevnosti, pružnosti)
změny fyzikálních vlastností (magnetických, elektrických, tepelných)
změny geometrie povrchu, aj.

3.2.

Základní rozdělení koroze

Z hlediska mechanismu korozních dějů rozdělujeme korozi na:
chemickou – probíhá zpravidla v plynných prostředích za vyšších teplot a v elektricky nevodivých kapalných prostředích
elektrochemickou – probíhá v elektricky vodivém prostředí. Rozdíl mezi korozí chemickou a elektrochemickou není zásadní a skutečné případy koroze leží nejčastěji mezi těmito krajními typy
biologickou – probíhá za přítomnosti bakterií, plísní a hub, které způsobují chemické a elektrochemické změny na povrchu kovu Podle druhu korozního poškození (viz. 3.3) rozdělujeme korozi na:
rovnoměrnou
nerovnoměrnou Podle prostředí, ve kterém koroze působí rozdělujeme korozi na:
atmosférickou
ve vodách
v půdě
ve specifických prostředích (např. v prostř. průmyslových hnojiv a chemikálií, živočišné výroby, v motorech s vnitřním spalováním) (Ščerbejová, 1993)

9

3.3.

Druhy korozního poškození Dominantní vliv určitých faktorů při různých podmínkách interakce kovu

s prostředím se projevuje rychlostí koroze a rozdílnými druhy korozního napadení. Je zřejmé, že závadnost jednotlivých druhů napadení je v podstatě závislá na funkčním určení předmětů. Určité napadení, které u jedněch předmětů je bezvýznamné, může u jiných způsobit jejich neupotřebitelnost. Proto nelze dostatečně dobře porovnávat význam jednotlivých druhů napadení. Druhy korozního napadení jsou rozlišovány podle intenzity a charakteru pronikání prostředí do kovu a porušování jeho struktury.

Obr. 1 Druhy korozního napadení A – rovnoměrné napadení (1-původní povrch, 2 – povrch po korozi), B – nerovnoměrné napadení, C – skvrnité napadení, D - důlkové napadení, E – bodové napadení, F – selektivní napadení, G – extrakční napadení, H – transkrystalové napadení

(Bartoníček 1966)

3.3.1. Rovnoměrné korozní poškození Při styku kovu s korozním prostředím začíná probíhat korozní děj nejprve na zvláště aktivních místech. Při velké vzájemné reaktivitě obou složek systému a většinou při vzniku korozních produktů, které dovolují dokonalý přístup prostředí k povrchu, se počet aktivních míst zvětšuje, takže povrch kovu je rovnoměrně napadán. Rovnoměrné napadení je takové, u něhož je korodovaná plocha kovu celá stejnoměrně napadena korozí.

10

3.3.2. Nerovnoměrné korozní poškození Skvrnité poškození je plošné nerovnoměrné poškození způsobené různou aktivitou v systému kov, elektrolyt, prostředí, např. provzdušnění, teplotními rozdíly, korozními články. Důlkové a bodové poškození je hloubkové poškození, způsobené místním zvýšením aktivity kovového povrchu nebo korozních zplodin – např. strukturní nestejnorodostí povrchu, porušením pasivní vrstvy. Hloubka důlkového napadení je obvykle menší než největší průměr důlku. Bodové napadení působí víc do hloubky. Nitkové poškození je korozní poškození, které vzniká pod ochrannými povlaky, a které neproniká do hloubky, jen sleduje povrch v charakteristických nitkových kresbách. Jeho příčinou je pronikání korozního prostředí ke kovu póry v povlaku. Způsobuje puchýře na povlaku. Mezikrystalové poškození je korozní poškození na hranicích zrn, které vzniká při podstatně rychlejší korozi hranic zrn než vlastního zrna. Projevuje se změnou mechanických vlastností a zjišťujeme ho metalograficky. Z nejdůležitějších slitin, které mají sklon k mezikrystalové korozi, jsou duraly a antikorozní nestabilizované oceli Cr-Ni. Mezikrystalová koroze může probíhat také u jednofázových materiálů působením napětí vnějších sil. Transkrystalové poškození je korozní poškození ve tvaru trhlinek napříč zrn, které vzniká při současném působení elektrochemických vlivů a mechanického namáhání vnějšími silami nebo vnitřním pnutím. Projevuje se změnou mechanických vlastností a zjišťujeme ho metalograficky. Selektivní poškození je korozní poškození, které napadá jen vybrané části kovu nebo slitiny. U slitin s vícefázovou strukturou napadá některou fázi, u tvářených kovů s vrstevnatou strukturou napadá vrstvy s koncentrovaným vnitřním pnutím, u kovů s jednofázovou strukturou místa mechanického porušení. Extrakční poškození je korozní poškození některé fáze u slitin s vícefázovou strukturou, které je provázeno změnou strukturní mřížky. Jeho tvary jsou značně rozdílné. Napadení může být po celém povrchu rovnoměrné a rovnoměrně pronikat do hloubky kovů, může být místní nebo vytvářet důlky. Změna strukturní mřížky

11

zhoršuje mechanické vlastnosti slitiny. Příkladem extrakční koroze je tzv. odzinkování mosazi a grafitizační koroze u šedých litin (ferit tvoří mikroanody a rozpouští se, grafit a cementit mikrokatody a tvoří zbývající kostru, prostoupenou zplodinami koroze).

3.4.

Ochrana proti korozi a její rozdělení

Do ochrany proti korozi zahrnujeme:
volbu konstrukčního materiálu – provádí se nejen s ohledem na schopnost materiálu plnit funkční požadavky, ale i s ohledem na jeho korozní stálost v daném prostředí při zvážení všech ekonomických aspektů
úpravu korozního prostředí – provádí se omezením některého činitele ovlivňujícího průběh koroze, např.: vysoušením vysoušedly, odstraněním korozně agresivních látek, omezením depolarizace, nebo použitím inhibitorů koroze
konstrukční řešení – ovlivňuje rozvoj koroze omezením ploch a míst, kde se zachycuje kapalina a nečistoty z daného prostředí a vzájemnou izolací kovů s různým elektrochemickým potenciálem tak, aby nevznikl korozní makročlánek
vlastní ochranu – provádí se elektrochemicky nebo ochrannými povlaky

Elektrochemická ochrana proti korozi – využívá zákonitostí elektrochemické koroze a rozdělujeme ji na ochranu: Katodickou – založena na skutečnosti, že v korozním článku se na katodě koroze zpomaluje. Proto z kovu, který chceme chránit, vytvoříme katodu: • vnějším zdrojem proudu – připojením chráněného kovu na záporný pól. (ochrana potrubí uloženého v zemi před korozí bludnými proudy),

12

• obětovanou anodou (protektorováním) – vytvořením umělého korozního makročlánku spojením chráněného kovu s kovem méně ušlechtilým. Koroze se převede na tzv. obětovanou anodu (ochrana vodojemů). Anodickou – založena na skutečnosti, že u některých kovů vzniká oxidické vrstva elektrochemicky ušlechtilejší, která pasivuje kov a zpomaluje jeho korozi. Proto u některých kovů urychlíme vznik oxidické vrstvy a jeho pasivaci pomocí vnějšího zdroje proudu – připojením na kladný pól.

3.5.

Ochrana proti korozi ochrannými povlaky

K ochraně proti korozi ochrannými povlaky zahrnujeme:
úpravu povrchu před povrchovou ochranou, zabezpečující odstranění nečistot a dobrou přilnavost ochranného povlaku,
ochranné povlaky dočasné, zabezpečující ochranu proti korozi během skladování a přepravy,
ochranné povlaky dlouhodobého charakteru, z různých materiálů, nanášené různými technologiemi a zabezpečující ochranu proti korozi nejlépe po celou dobu životnosti.

3.5.1. Úprava povrchu před povrchovou ochranou

Základním předpokladem pro vytvoření dokonalé povrchové ochrany je jeho čistota. Povrch musí být zbaven oxidů, mastnot a jiných nečistot, případně musí být zamezeno dalšímu růstu vzniklých oxidů a zabezpečena přilnavost ochranného povlaku. Úprava povrchu před nanášením ochranný povlaků zahrnuje: Odstraňování okují vznikajících při tepelném zpracování oceli, rzi vznikajících při korozních procesech, prachu, mastnoty, původu živočišného, rostlinného nebo minerálního, starých nátěrů a nečistot různého původu Stabilizaci zbytků rzi pro snížení jejich záporného vlivu na jakost povrchové ochrany Vytváření vrstev zvyšujících jakost a ochrannou účinnost nátěru

13

Metody úprav povrchu rozdělujeme na:
mechanické odstraňování okují, rzi a nečistot (otryskávání, broušení a leštění, omílání, otloukání a kartáčování)
čištění vysokotlakou vodou a párou
čištění plamenem
odmašťování
moření
čištění odrezovači a stabilizátory koroze
fosfátování, chromátování

3.5.2. Dočasná ochrana proti korozi Dočasná ochrana zahrnuje ochranu strojírenských výrobků během skladování. Tato ochrana je důležitým prostředkem proti atmosférické korozi. Prostředky dočasné povrchové ochrany jsou nejčastěji konzervační prostředky na bázi ropy, které chrání předmět bariérově, dokonalou izolací od vnějšího prostředí a inhibitory koroze. Konzervační oleje – prostředky pro krátkodobější ochranu s inhibičními přísadami. Konzervační vazelíny – konzistentní produkty s inhibičními přísadami, které chrání výrobek až 1 rok. Konzervační vosky – jsou konzervační přípravky obsahující parafín, ceresín, voduodpudivé látky a inhibitory. Konzervační nátěrové hmoty •

Smývatelné jsou tvořeny filmotvornými látkami rozpuštěnými v benzinu s přídavky antikorozních pigmentů.

•

Snímatelné jsou na bázi plastických hmot a mohou se používat i vícekrát.

3.5.3. Ochrana proti korozi ochrannými povlaky dlouhodobého charakteru Ochrana

kovů

proti

korozi

ochrannými

povlaky

je

nejdůležitějším

a

nejpoužívanějším způsobem ochrany. Povlaky mohou změnit chemické nebo elektrochemické vlastnosti kovu a tím zvýšit jeho korozní odolnost, nebo zamezit přístup korozního prostředí k povrchu kovu a chránit ho bariérově. Často se využívá kombinace obou účinků. 14

Ochranné povlaky můžeme rozdělit na:
oxidické povlaky vzniklé •

chemickou oxidací

•

elektrochemickou oxidací


kovové povlaky nanášené •

chemicky

•

elektrochemicky

•

tepelně (pokovování ponorem v roztaveném kovu, stříkáním roztaveného kovu, difúzí, odpařováním kovu ve vakuu)


organické povlaky •

nátěrové hmoty

•

plasty


smalty

3.6.

Nátěrové hmoty Nátěrové hmoty jsou nejstarším a nejužívanějším prostředkem k povrchové

ochraně proti korozi, tvoří asi 80% všech povlaků. Jejich ochranné vlastnosti spočívají hlavně v izolaci kovového předmětu od vnějšího prostředí a v inhibičním působení protikorozních pigmentů. Chrání:
bariérově
prostřednictvím inhibitorů
katodicky Nátěrové hmoty se dělí podle:
počtu vrstev v nátěrovém systému (jednovrstevný, vícevrstevný)
funkce vrstvy v nátěrovém systému (základní, podkladová, vrchní)
způsobu zasychání (fyzikálně, chemicky)
stupně pigmentace (laky, krycí barvy, …)
obsahu organických rozpouštědel •

rozpouštědlové

•

bezrozpouštědlové (vodouředitelné, práškové)

15

3.6.1. Složení nátěrových hmot Nátěrové hmoty obsahují:


pojidla




pigmenty




plnidla




aditiva

Pojidla udělují nátěrové hmotě charakteristické vlastnosti a skládají se z filmotvorných látek a rozpouštědel. Filmotovrné látky vytvářejí po zaschnutí souvislý film, který chrání kov od okolního prostředí. Patří k nim:
vysychavé oleje (rostlinné, živočišné, syntetické)
pryskyřice: přírodní (kalafuna, šelak), umělé (alkydy, epoxidy)
deriváty celulozy (nitrát celulozy, acetát celulozy)
deriváty kaučuku
asfalty Rozpouštědla jsou látky, v nichž jsou filmotvorné látky rozpuštěny a které umožňují nanášení nátěrových hmot. Jsou to např. lehký benzin, alkoholy, toulen, xylen. S ohledem na negativní účinky rozpouštědel pro životní prostředí a zdraví lidí, kteří s nimi pracují, je snaha, co nejvíce je omezit. Tomu odpovídají doporučení:
vodouředitelných nátěrových hmot
práškových nátěrových hmot
nátěrových hmot s vysokým obsahem sušiny (nad 80%) Pigmenty dodávají zbarvení a zároveň působí jako inhibitory koroze u základních barev. Jsou organické a anorganické povahy. Pigmenty jsou častou příčinou zdravotní závadnosti nátěrových systémů, neboť obsahují olovo a šestimocný chrom. Ze zdravotního hlediska je doporučován fosforečnan zinečnatý. Plnidla jsou jemně rozemleté minerální látky, v pojidlech nerozpustné, které vhodně upravují technologické vlastnosti nátěrové hmoty. Aditiva jsou pomocné přísady (sušidla, stabilizátory, zvláčňovadla, látky zvyšující lesk).

16

Technologie nanášení nátěrových hmot:
štětcem nebo válečkem (vhodné pro pomalu schnoucí NH)
stříkáním (nejrozšířenější, vhodné pro rychle schnoucí NH), stříkání vzduchové, vysokotlaké, kombinované
elektrostaticky (nátěrová hmota je stříkána, rozprašována do uměle vytvořeného el. pole)
máčením (je nejstarší a používá se v technologických linkách)
elektrochemické nanášení VŘNH: anaforéza – barvený předmět je anodou (katodou je vana), elektrolytem voda s NH, kataforéza – barvený předmět je katodou, (anody – desky z nerez. oceli) – výhodnější (Ščerbejová, 1993)

3.6.2. Značení nátěrových hmot a jejich charakteristika Nátěrová hmota se značí písmenem a čtyřmístným číslem. Písmeno udává základní pojivovou surovinovou bázi: A – asfaltové nátěrové hmoty B – polyesterové nátěrové hmoty C – celulosové nátěrové hmoty E – práškové nátěrové hmoty H – chlorkaučukové nátěrové hmoty K – silikonové L – lihové O – olejové S – syntetické (alkydové, alkydaminové, epoxyesterové, epoxidové, polymerátové, akrylátové) U – polyuretanové V – vodouředitelné P – pomocné přípravky Lihové a vodové nátěrové hmoty se neoznačují podle pojivové báze, nýbrž podle těkavé složky.

17

Za písmenem následuje v každé skupině čtyřmístné číslo a název nátěrové hmoty. První číslice udává její druh: 1000 – fermeže a bezbarvé, event. transparentně obarvené laky 2000 – nátěrové hmoty pigmentované (barvy a emaily) 3000 – pasty 4000 – nástřikové a vyrovnávací hmoty 5000 – tmely 6000 – ředidla 7000 – sušidla, tužidla, katalyzátory 8000 – pomocné přípravky, podlahoviny 9000 – pryskyřice Další číslice čtyřmístného čísla jsou pořadové. Označování barevných odstínů nátěrových hmot se řídí normou ČSN 67 3067 Označování a hodnocení barevných odstínů nátěrů. Barvené odstíny se označují čtyřmístným číslem. První číslice udává barevný tón: 0000 – 0999 nátěrové hmoty bezbarvé 1000 – 1999 nátěrové hmoty šedé 2000 – 2999 nátěrové hmoty hnědé 3000 – 3999 nátěrové hmoty fialové 4000 – 4999 nátěrové hmoty modré 5000 – 5999 nátěrové hmoty zelené 6000 – 6999 nátěrové hmoty žluté 7000 – 7999 nátěrové hmoty oranžové 8000 – 8999 nátěrové hmoty červené 9000 – 9999 nátěrové hmoty ostatní Označení barevného odstínu čtyřmístným číslem se používá zvláště u emailů a vrchních nátěrových hmot. Nátěrové hmoty základní, podkladové, tmely a některé speciální barvy a emaily jsou vyráběny pouze v přibližných odstínech, které se označují čtyřmístným číslem začínajícím nulou. Druhá číslice vyjadřuje barevný tón podle uvedeného značení barevných odstínů a další číslice vyjadřuje podobnost s číslem barevného odstínu podle vzorkovnice barevných odstínů.

18

Odstíny transparentně obarvených laků jsou značeny čtyřmístným číslem, přičemž první dvě číslice jsou nuly. Třetí číslice udává základní barevný tón a čtvrtá označuje intenzitu zbarvení. (Svoboda, 1985)

3.7.

Hodnocení kvality povrchových ochran Vhodně volené metody odzkoušení ochranných vlastností nátěrových systémů a

kontroly nátěrových hmot v laboratoři, doplněné správnou inspekcí, která je vybavena pravomocemi zasáhnout při nekvalitně prováděné práci, může zabezpečit dlouhodobou životnost protikorozních ochran. Využitím zkušebnictví a inspekce je možné předejít velkým finančním ztrátám z pohledu protikorozní ochrany. (Kalousková aj., 2002) Hodnocení parametrů jakosti protikorozních ochran v obecném pojetí zahrnuje soubory zkušebních postupů, které se vztahují k jednotlivým krokům technologického postupu jejich vytváření. Lze je rozdělit do několika základních skupin následovně:
hodnocení stavu povrchu vstupujícího do procesu povrchové úpravy
hodnocení jakosti surovin používaných pro zhotovování ochranných povlaků
hodnocení parametrů kvality výsledných povlakových systémů. Hodnocení stavu povrchu Hodnocení stavu povrchu vstupujícího do procesu povrchové úpravy zahrnuje zejména skutečnosti, které se vztahují k odstranění všech korozních produktů, solí, úsad, vlhkosti a mastnot, v případě renovačních prací i předcházejících vrstev nátěrů.

Hodnocení jakosti surovin používaných pro zhotovování ochranných povlaků Pod touto skupinou se rozumí hodnocení jakostních parametrů a jejich shody s údaji udávanými zpravidla výrobci přípravků pro vytváření konverzních vrstev, nátěrů a jiných povlakových systémů. V této oblasti existuje široká škála tuzemských i zahraničních normativních dokumentů. Výrobci zpravidla udávají tyto charakteristiky v technických podmínkách, nebo jsou schopni je na vyžádání poskytnout. Vlastní kontrola a ověření shody je potom závislá na technickém vybavení odběratele odpovídajícím zkušební zařízením.

19

Hodnocení parametrů kvality výsledných povlakových systémů Spolu s hodnocením čistoty patří tato skupina v procesu protikorozní ochrany k nejvýznamnějším. Pod tímto pojmem je možno vidět dvě základní skupiny zkoušek. Jednou je hodnocení dosažených fyzikálně-mechanických vlastností předepsaných technologickým postupem, druhou je splnění ochranné funkce povlakového systému ve vztahu k podmínkám expozice a jejich nejvýznamnějšímu namáhání v průběhu požadované životnosti. (Kubátová, 1998)

3.8.

Zkoušky z oblasti koroze a ochrany proti korozi kovů

1. Zkoušky korozní odolnosti kovů – významné pro stanovení korozní odolnosti kovů. Jsou to zpravidla dlouhodobé zkoušky. Jejich výstupem jsou korozní sborníky. 2. Zkoušky ochranné účinnosti dlouhodobých povrchových ochran – provádí se pro výzkum a vývoj systémů a jsou to především dlouhodobé zkoušky. Využívají je hlavně výrobci povrchových ochran. 3. Zkoušky ochranné účinnosti konzervačních prostředků

Rozdělení zkoušek Dlouhodobé, které probíhající v prostředích, běžného použití barev: v atmosféře, ve vodě, v půdě, nebo ve specifických provozních podmínkách. Laboratorní zrychlené, při kterých je zesílená intenzita některých korozních činitelů. Tyto zkoušky dělíme na normalizované a nenormalizované.

3.8.1. Laboratorní zrychlené zkoušky trvanlivosti povrchových ochran

Zkoušky normalizované – NaCl, SO2, H2O Režim zkoušek (ČSN 67 3094) - laboratorní zk. ochranné účinnosti nátěrů na kovech

20

Stanovení odolnosti v neutrální solné mlze (ČSN 67 3092, ČSN EN ISO 7253) •

komora z laminátu o vnitřním rozměru 810 x 500 x 600 mm

•

dávka NaCl 0,5 l.h-1 koncentrace 50 ± 5 g.dm-3

•

teplota 35 ± 2ºC, relativní vlhkost 100 %

•

spotřeba demineralizované vody 80 -120 ml.h-1

•

doba: 2, 6, 24, 48, 96, 168, 240, 480, 720, 1000 h

•

vzorky v pryžových držácích, hodnotí se 1 strana

Obr. 2 Kondenzační komora s NaCl

Stanovení odolnosti vlhkým atmosférám s SO2 (ČSN 67 3096, ČSN EN ISO 3231) •

cyklický režim - 24 hodin

•

na začátku cyklu nadávkovat: 0,2 (nebo 1) l SO2 a 2 ± 0,2 l vody do vaničky,

•

teplota 40 ± 3°C, 100 % relativní vlhkost,

•

8 hodin, dále odvětrat

Obr. 3 Kondenzační komora s SO2

Zkouška v kondenzační komoře (ČSN 03 8131) •

komora z nekorodujícího materiálu, tvar aby kondenzující kapalina neskapávala na vzorky

•

nepřetržitý režim, teplota 35 ± 2°C,

•

100% relativní vlhkost

•

topné těleso s automatickou regulací teploty ohřívá

•

vodní lázeň, vodní lázeň zaujímá 7 – 10 % prostoru vzorky jsou zavěšeny na skleněné tyči a přivázány

Obr. 4 Kondenzační komora s H2O

izolovaným drátem Zkoušky nenormalizované zkoušky odolnosti proti chemikáliím cyklické: teplota 35 ± 2 ºC, 100 % relativní vlhkost, 8 h v kondenzační komoře, vzorky namočit do příslušného roztoku na 3 min a nechat v prostředí laboratoře 16 h

21

Požadavky na zařízení •

homogenní a stabilní podmínky v komorách

•

kontrola teplot a relativní vlhkosti

•

regulace teploty ± 2 °C – rychlost regulace teploty min. 1 °C.min-1

•

regulace relativní vlhkosti ± 5 % – doba dosažení do 1 h

•

rovnoměrné rozptýlení roztoku

Požadavky na vzorky •

velikost povrchu minimálně 25 cm2

•

nejpoužívanější rozměry vzorků: 100 x 150 x 0,5-2 mm a 65 x 160 x 0,3-1 mm

•

drsnost je uvedena v metodice zkoušek

•

povlaky musí splňovat požadavky katalogových listů

Příprava vzorků Nejprve se provede předúprava povrchu a odstranění nečistot, stanoví se drsnosti povrchu, případně hmotnosti vzorků, nanesou povrchové ochrany podle katalogových listů, dále se provede zkušební řez na hodnocení podkorodování a označení vzorků. Hodnocení vzorků Před zkouškou
tloušťka ČSN 67 3061, ČSN EN ISO 2808
lesk ČSN 67 3063, ČSN ISO 2813
barevný odstín ČSN 67 3067
přilnavost ČSN 67 3085, ČSN ISO 2409, ČSN 673077, ČSN EN 24624
odolnost proti hloubení ČSN 67 3081, ČSN EN ISO 1520
odolnost při ohybu ČSN 67 3079, ČSN ISO 1519
tvrdost ČSN 67 3075
pórovitost ČSN 67 3084 V průběhu zkoušky: (po 1, 3, 7, 14 dnech)
výskyt koroze v řezu DIN 53210 (podkorodování)
první projevy znehodnocení: krupice, puchýře, prokorodování ČSN 67 3088
změna lesku ČSN 67 3064
změna barevného odstínu ČSN 67 3068

22

Po zkoušce: (po 30 dnech)
všechny výše uvedené parametry
porovnání s etalony Hodnocení tloušťky nátěru 1. destruktivní metody– např. délková měřidla 2. nedestruktivní metody: •

pro magnetické kovové podklady nástroje na principu: magnetické indukce (PERMASKOPE), vířivých proudů, magnetické odtrhové

•

pro nemagnetické – na principu vířivých proudů

Stanovení lesku •

lesk nátěru je dán schopností nátěru odrážet světelné paprsky

•

k hodnocení ozdobně dekoračních vlastností

subjektivní metoda - hodnocení podle kvality obrazu černobílé šachovnice v nátěru: hodnotí se pěti stupni, přičemž 1 je zcela kontrastní obraz a při stupni 5 obraz není vidět, objektivní metoda – pomocí leskoměru reflexní metodou Stanovení barevného odstínu (viz.také 3.6.2) subjektivní metoda – porovnáním se vzorkovnicí a slovně vyjádřenou změnou objektivní – kolorimetrem Přilnavost – hodnotí se mřížkovou zkouškou Řez se provede nožem s jedním, nebo více břity, na očištění řezů se použije štětec nebo lepící páska. Vzdálenost řezů se volí dle tloušťky nátěru: •

0

µm - 60 µm: 1 mm

•

60

µm – 120 µm: 2 mm

•

120

µm – 250 µm: 3 mm

Přilnavost se hodnotí na stupnici od 0 do 5, kde 0 je řez bez poškození a 5 je poškození větší, než 65%.

23

Odolnost při hloubení Pro tuto zkoušku se používá Erichsenův přístroj. Jedná se o pozvolné vtlačování ocelové koule průměru 20 mm do materiálu opatřeného nátěrem. Výsledek měření je dán hloubkou prohloubení plechu do porušení nátěru v mm. Opakovaná měření by se neměla lišit o více než 10 % Obr. 5 Erichsenův přístroj

Odolnost v ohybu Provádí se ohýbání vzorků přes trn o průměru: 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 16, 20, 25, 32 mm o 180° a výsledkem je nejmenší průměr, na kterém nebyl vzorek porušen.

Tvrdost Zkouška se provádí tužkami HARDTHUMT - tužkou se přejíždí vlnovkou asi 50 mm pod úhlem 30º se zatížením 300 g a začíná se nejměkčí tužkou. Výsledek této zkoušky je číslo, odpovídající tvrdosti tužky, která zanechala trvalý vryp.

Podkorodování DIN 53 210 - nejdelší kolmá vzdálenost prostupu rzi od umělého porušení vzorku v mm Dle ČSN 67 3088 - objektivní metody vyhodnocování zkoušek: nátěr se odstraní ve 20 % roztoku NaOH při 80°C a určí se plocha zasažená korozí v mm2 Dle ČSN 03 8004 – hodnocení ochranné účinnosti nátěrů na kovech, řez se přelepí zkušební páskou a odtrhne – určí se plocha nátěru, který byl odtržen v mm2 Prokorodování (viz. 3.9.4) Hodnotí se vznik puchýřů, přičemž puchýře menší než 1 mm nazýváme krupice. Jednotkou je plocha zasažená puchýři v procentech, zohledňuje se i velikost a souvislost pokrytí povrchu korozí.

24

3.9.

Hodnocené parametry povrchových ochran Tato bakalářská práce je zaměřena na hodnocení pórovitosti a prokorodování a

navržení a odzkoušení metody pro její hodnocení. Proto zde jsou podrobněji probrány tyto parametry.

3.9.1. Základní termíny a definice dle ČSN EN 13 143 (03 8153) a ČSN EN ISO 4628 - 3 pórovitost: dírky, póry, praskliny a jiné nespojitosti v povlaku, které odkrývají podklad, nebo podkladový kov vlivu prostředí pór: nespojitost převážně kruhového tvaru nespojitost: otvor v jinak spojitém povlaku pronikající povlakem až k podkladovému kovu zmatení, náběh: a) zmatení: vznik skvrn, nebo změna barvy kovu způsobená povrchovou korozí b) náběh: změna vzniklá tímto dějem korozní produkt, korozní zplodina: látka, která vznikla v důsledku koroze otevřená pórovitost v povlaku: nespojitosti v povrchu povlaku stupeň prorezavění: hodnocení charakterizující stupeň vytvořeného prorezavění (rez pronikající na povrch a viditelné podkorodování) na nátěru

3.9.2. Tloušťka povlaku Pórovitost i ochranná schopnost nátěrových hmot je do určitých hodnot přímo úměrně závislá na tloušťce nátěru. Proto je nezbytné před měřením těchto parametrů nátěrových hmot, zjistit i tloušťku povlaku. Tloušťka mokrého filmu se stanovuje speciálními pomůckami a její kontrola usnadňuje splnění technologických požadavků. Ze stanovené tloušťky mokrého filmu a z údajů výrobce o obsahu netěkavých látek v dané nátěrové hmotě je možno vypočítat tloušťku zaschlého filmu při nanesení na rovinný, hladký podklad. (Kubátová, 1998)

25

Tloušťka nátěru někdy bývá při kontrole kvality nátěrů jediným zvoleným kritériem. Při uvádění naměřených hodnot je nutné vzít v úvahu stav podkladového materiálu, např. tryskaný povrch, zbytky přilnavé rzi, vrstvičky vytvořených oxidů, apod. Drsnost povrchu, která vznikne po čištění otryskáváním v závislosti na použitém tryskacím materiálu, stavu čištěného povrchu apod. může zkreslit konečný výsledek, zejména v případě nátěrových systémů o nižších tloušťkách. Pro získání skutečné hodnoty tloušťky povlaku je nutné provést vhodnou korekci podle normy ČSN EN ISO 2808. Pokud se na podkladovém materiálu pod nátěrem vyskytuje nevodivá vrstva (okuje, korozní produkty), naměříme celkovou tloušťku včetně těchto vrstev. V mnoha případech není tloušťka této vrstvy zanedbatelná. Běžně činí tloušťka korozních produktů pod nátěrem u ručně čištěných podkladů na stupeň čistoty St 2, podle ČSN ISO 8501-1, až 100 µm. V úvahu je také třeba vzít i nerovnoměrnost tloušťky, která se při povrchových úpravách ve většině případů při použití různých aplikačních technik získá. Při měření se získá celý soubor hodnot, který se nachází v určitém rozmezí hodnot. Pro vyhodnocování se nejvíce používá pravidlo 80/20 (viz ČSN EN ISO 12944-část 6,7). Znamená to, že 20% hodnot z celkového počtu měření může být pod předepsanou nominální hodnotou a nejnižší hodnota nesmí klesnout pod 80% nominální hodnoty tloušťky. S horní hranicí při měření tloušťky nebývá většinou problém, neboť výše zmíněná norma povoluje trojnásobek nominální hodnoty a tato tolerance je opravdu velká. Nicméně je třeba uvážit a například i laboratorně ověřit, zda tato tloušťka nemůže mít nepříznivý vliv na kvalitu povlaku. (Kalousková aj., 2002)

3.9.3. Pórovitost Pórovitost povlaků se kontroluje zejména v případech expozice v kapalných prostředích a u skladovacích zásobníků na chemikálie s případnou vysokou relativní vlhkostí, nebo u konstrukcí umístěných pod úroveň terénu s možným výskytem podzemních vod. Pórovitost nátěru úzce souvisí s tloušťkou nátěru a způsobem jeho aplikace. Obvykle s větší tloušťkou nátěru pórovitost klesá. Rozměr pórů a četnost jejich výskytu má velký vliv na možnost pronikání korozního prostředí k chráněnému povrchu.

26

Obecně platí, že jakákoliv pórovitost je nebezpečná pro životnost nátěrů, které zabezpečují ochranu jak adhezním, tak bariérovým mechanismem. V praxi se pro měření této kvalitativní veličiny používají nízkonapěťové i vysokonapěťové metody, které signalizují průnik elektrického napětí k podkladovému kovu, který signalizují akusticky. Pórovitost vysokonapěťovou metodou se stanovuje podle DIN 55 670, případně ASTM D 5162. Zkušební napětí se volí podle tloušťky povlaku. Nízkonapěťová metoda je předmětem normy ASTM D 5162. Umožňuje detekci pórů a defektů u povlaků, jejichž tloušťka nepřekročí 500 µm. Pro laboratorní praxi je možné využít metod, kdy na zkoušený povrch je aplikován na vhodném nosiči roztok citlivý na výskyt železnatých iontů, s kterými tvoří výrazně zbarvenou komplexní sloučeninu (ČSN 67 3084, např. vznik berlínské modři). (Kubátová, 1998; Kalousková aj., 2002).

Zkoušky pórovitosti – ČSN EN 13 143 (03 8153)

Hl. účelem zkoušení pórovitosti je stanovení jakosti povlaku a zjištění přítomnosti pórů, zejména na důležitých funkčních plochách povrchu, jako jsou např. elektrické kontakty. Pro zkoušky pórovitosti kovových a jiných anorganických povlaků je třeba brát v úvahu dva základní druhy koroze, tj. elektrochemickou a chemickou, každý typ zkoušek lze použít pro zjištění přítomnosti, umístění a rozsahu pórovitosti. Výběr metody zkoušení bude záviset na typu povlaku, podkladovém kovu a každé z možných mezivrstev. Elektrochemické zkoušky jsou obvykle zrychlené s poměrně krátkou dobou expozice prováděné v řízených chemických, elektrických a fyzikálních podmínkách. Jsou ideální pro účely řízení procesů. Expoziční zkoušky jsou obvykle dlouhodobé, mohou být v závislosti na požadavcích statické a cyklické a jsou zejména vhodné pro účely kvalifikace ochran.

Podstata zkoušek Chemické zkoušky Umožňují kvalitativní i kvantitativní stanovení průměrné pórovitosti z vymezené plochy. Indikační citlivost (mikroskopické póry) do 4.10-5 m2 pórů. Metody

27

nedestruktivní vůči povlaku, vhodné pro běžnou kontrolu, pro přímé určení četnosti a rozložení pórů na zkoušeném povrchu, popř. indexu pórovitosti, pro kovové povlaky s katodickou ochrannou účinností (u povlaků tvořících vůči základu anodu zabraňuje v některých případech povlak chemické reakci s podkladem, tvoří obětovanou anodu), pro organické a ostatní anorganické povlaky bez omezení. Chemická reakce zkušebního prostředí (kapalného, plynného intaktního vůči povlaku) s materiálem základu, v určitém čase, vyvolává v místech průchozích pórů barevné skvrny, produkty koroze podkladu, které jsou indikovány. Metody jsou příbuzné řadě modelových korozních zkoušek, jejichž cílem je vyvolat v krátké době korozní napadení a určovat tak míru ochranné účinnosti povlakového systému. Integrální ponorová varianta Spočívá v ponoření kontrolovaného povrchu do zkušebního roztoku po definovanou dobu. Místní varianta Pro tvarované povrchy, popř. velké výrobky, je zkušební roztok nanášen po určitou dobu pouze na vymezenou plochu. V ponorové verzi je zkoušená plocha ohraničena (např. parafínem, voskovou tužkou), v přikládací verzi je filtrační papír nasycen roztokem a přiložen na vymezenou plochu.

Elektrochemické zkoušky Při elektrochemických zkouškách se kombinace podkladového kovu a povlaku zapojí zpravidla jako anoda elektrického článku, destičku z oceli, nebo jiného inertního, avšak vodivého materiálu lze zapojit jako katodu. Při zkouškách rovných povrchů se na katodu působí vhodným tlakem, aby se zajistilo dokonalé přilnutí papíru ke zkoušené ploše. Do elektrolytu nebo do vodivého média obsaženého ve filtračním papíru nebo v želatině se přidá vhodný indikátor citlivý na přítomnost iontů podkladového kovu. Cílem zkoušky je vyvolat rozpouštění podkladového kovu přímým působením kladného polarizujícího napětí. Vzniklé ionty podkladového kovu pak budou v působícím elektrolytickém poli migrovat přes vodivý papír nebo želatinu ke katodě. Odezva indikátoru a výsledný fotografický snímek závisí na rozsahu pórovitosti povlaku.

28

Expoziční zkoušky Pokud jsou výrobky s povlakem vystaveny agresivním kapalinám, nebo vlhkým parám, dojde v místech výskytu otevřených pórů ke znehodnocení podkladového kovu. Takové korozní prostředí vyvolává podobné korozní mechanismy koroze v pórech, jaké se vyskytují v mnoha znečištěných provozních prostředích. Zkoušky pórovitosti zahrnující expozici v korozních prostředích se však nesmí použít k funkčnosti vzorku. Hodnocení vzorků Po uplynutí doby expozice se provede vyhodnocení (kontrola) vzorku v podmínkách prohlídky stanovených v normě výrobku. Vzorky musí být vyhodnoceny a klasifikovány dle počtu pórů a/nebo nespojitostí na jednotku funkčního povrchu.

3.9.4. Prokorodování Prokorodování si můžeme představit jako prostoupení korozních produktů chráněného kovu ochranným povlakem. Prokorodování předchází vznik puchýřů, které se hodnotí, jako následek korozního napadení podkladového kovu, případně jako následek sorpčních a osmotických dějů na hranici podkladový kov – základní nátěr. Při hodnocení puchýřů se zjišťuje plocha, kterou pokrývají, přičemž puchýře s menším lineárním rozměrem než 1 mm se označují jako krupice a hodnotí se pouze rozměrem plochy pokryté puchýři. Plocha se zjišťuje pomocí čtverců o straně 1 cm a udává se v procentech celkové plochy vzorku. Číselně se vyjadřuje pomocí faktoru FH: FH =

A B

A – aritmetický průměr vzdálenosti středů sousedních puchýřů v milimetrech B – střední průměr puchýřů v milimetrech Prokorodování může být:
bodové – korozní zplodiny mají tvar ohraničených plošek s největším lineárním rozměrem 10 mm
plošné – stopy korozního napadení na podkladovém kovu se vyskytují jako souvislé plochy s rozměrem větším než 10 mm
prokorodování nátěru v okolí zkušebního řezu – pro posouzení ochranné schopnosti nátěru v místě řezu a v jeho nejbližším okolí

29

3.9.5. Vybrané metodiky

V praktické části této bakalářské práce byly odzkoušeny 3 metodiky zjišťování pórovitosti: měření pórovitosti porozimetrem, Ferroxylová zkouška a hodnocení prokorodování po expozici v komoře se solnou mlhou. Měření pórovitosti porozimetrem (Elcometer 270) je založeno na principu elektrického obvodu, který se sepne a spustí alarm, pokud vlhkost pronikne póry v nátěru. Ferroxylová zkouška se řadí do skupiny zkoušek chemických, indikátorem je Hexakyanoželezitan draselný, tzv. ferrikyanid draselný, nebo též červená krevní sůl, K3[Fe(CN)6]. Tato komplexní sloučenina je za normální pokojové teploty stálá. Je zbarvena rubínově červenou barvou. Tvoří krystalky nebo je to prášek. Je rozpustná ve vodě,

její

roztok

žluto-zeleně

světélkuje.

Připravuje

se

reakcí

chloru

s

hexakyanoželeznatanem draselným, nazývaným též žlutá krevní sůl. Se solemi Fe+2 poskytuji modrou sraženinu, nazývanou Turnbullova modř. Tato reakce je jedním z analytických důkazů přítomnosti dvojmocného železa ve vzorku. Hexakyanoželezitan draselný se používá ve fotografickém průmyslu, ve kterém se používá k odstranění stříbra z negativů. Také se používá jako oxidační činidlo v organické chemii. Sumární vzorec K3[Fe(CN)6] Molární hmotnost 329,24 g/mol Teplota tání rozklad nad 100°C Hustota 1,89 g/cm3 Rozpustnost ve vodě 46 g/100ml Obr. 6 Krystaly Hexakyanoželezitanu draselného

(http://cs.wikipedia.org)

Pro hodnocení prokorodování byly vzorky exponovány v komoře se solnou mlhou. Při zrychlených laboratorních zkouškách je nutné zohlednit, že málokdy existuje přímý vztah mezi odolností proti působení solné mlhy a odolností proti korozi v jiných prostředích, neboť jednotlivý činitelé ovlivňují korozi (např. vytváření ochranných vrstev) značně závisejí na konkrétních podmínkách. Proto se nedoporučuje považovat

30

výsledky zkoušek za přímou informaci o protikorozní odolnosti kovových materiálů ve všech prostředích, kde tyto materiály mohou být používány. Rovněž výsledky zkoušky dosažené na různých materiálech nelze považovat za přímou informaci o odolnosti těchto materiálů proti korozi v provozu. Přesto však popsané metody umožňují kontrolu udržení relativní úrovně jakosti kovových materiálů, ať už s protikorozní ochranou či bez ní a to zejména pro jejich opakovatelnost a porovnatelnost. Zkoušky v této komoře probíhají v řízených přesně stanovených podmínkách, což u zkoušek dlouhodobých lze zajistit jen velmi těžko. Proto lze jakoukoli popsanou zkoušku probíhající v komoře kdykoliv zopakovat a výsledky jednotlivých měření porovnat. Což u zkoušek dlouhodobých není dost dobře možné.

31

4.

MATERIÁL A METODY ZPRACOVÁNÍ

4.1.

Charakteristika nátěrových hmot

Pro laboratorní zkoušky byly vybrány tyto nátěrové systémy: 1) 1 vrstva vodou ředitelné barvy DENATOP P/Z, PZ/SD 2) 2 vrstvy základní syntetické barvy na lehké kovy S 2003 + 1 vrstva syntetické barvy BALAKOM - UNIVERSAL Některé parametry nátěrových systémů dle katalogových listů výrobce:

DENATOP PZ: Jednosložkový, vodou ředitelný polomatný akrylátový email, formulovaný na bázi styrenakrylátové disperze. Obsahuje kombinaci antikorozních pigmentů s obsahem zinkfosfátu, barevné pigmenty, jemná plniva, biocidní prostředky, koalescenty a další přísady. Jako ředidlo obsahuje vodu a malé množství rozpouštědel na bázi glykoléterů, neobsahuje žádná aromatická rozpouštědla ani lakbenzin. Vlastnosti: •

Hustota: 1,15 - 1,30 kg/l

•

Hmotnostní sušina: 45 - 55 %

•

Objemová sušina: 38 - 45 %

•

Teoretická vydatnost: 5 - 7 m2 z jednoho kg při tloušťce suché vrstvy 50µ.

BALAKOM KOMPARIM: Základní antikorozní barva na lehké kovy S 2003 Použití: základní nátěry lehkých kovů, barevných kovů, oceli, vhodný pro interiéry i exteriéry, nanáší se štětcem a stříkáním. Vlastnosti: •

Viskozita: 150 – 250 s (DIN pohárek 4 mm)

•

obsah netěkavých složek: nejméně 60 hm.%

•

hustota: cca 1,4 g/cm3

•

vydatnost: 12 – 15 m2.litr-1

•

přilnavost: max. stupeň 1

•

doporučená tloušťka: 25 - 35 µ (suchá) / 1 vrstvy 32

BALAKOM UNIVERSAL: Vrchní barva na dřevo a kov s uretanalkydem Použití k nátěrům dřevěných a kovových předmětů, opatřených vhodným základním nátěrem, určeno k nátěrům v exteriéru a interiéru, nanáší se stříkáním, štětcem, válečkem.

Vlastnosti: •

Stupeň lesku: lesklý

•

Pojivo: Alkydová pryskyřice v bezaromátovém benzínu

•

Ředidla: Bezaromatik, S 6006 - pro štětec

•

Viskozita: 150 – 200 s (DIN pohárek 4 mm)

•

Obsah netěkavých látek: 65 – 72 %

•

Hustota: 1,0 – 1,2 g/cm2 podle odstínu

•

Vydatnost: 9 – 12 m2.l-1

•

Zasychání: proti prachu: cca 5 hod.

•

Přilnavost: mřížkový řez: max. st. 1

4.2.

Příprava vzorků Pro laboratorní zkoušky byly připraveny ocelové vzorky třídy 11 o rozměrech

65 x 160 x 1 mm. Nátěrové hmoty byly aplikovány stříkáním vzduchovou pistolí. Byla provedena kontrola tloušťky povlaků, přičemž u obou typů nátěrových hmot bylo provedeno 300 měření, z jejichž výsledků bylo zjištěno, že průměrná tloušťka nátěru byla u vodouředitelného nátěru 74,583 µm se směrodatnou odchylkou sx 14,766 µm, což odpovídá variabilnímu koeficientu vx 19,798 %, u syntetické barvy byla průměrná tloušťka nátěru 228,000 µm, směrodatná odchylka sx 27,583 µm a variabilní koeficient vx 12,098 % Před zkouškou byly vzorky očištěny a odmaštěny perchloretylenem.

33

4.3.

Metodika zkoušek

4.3.1. Měření pórovitosti porozimetrem

Základem této zkoušky je přístroj Elcometer 270, který je detekčním přístrojem trhlin a pórů v nátěrech. Při měření se připojí ke zkušebnímu vzorku kroko-svorka, je důležité, aby mezi vzorkem a kroko-svorkou bylo vodivé spojení. Dále se navlhčí houba, umístěná na vodivé tyči, v čisté vodě (voda z kohoutku, lze použít i fotografické vývojky, která snižuje povrchové napětí a zvyšuje citlivost přístroje). Při měření se houba posunuje po testovaném povrchu. Detekce nespojitostí nátěru probíhá pomocí uzavření elektrického obvodu v případě, že vlhkost z houby pronikne vadou v nátěru ke kovovému podkladu, který je elektrodou uzemněný k přístroji. Takto aktivovaný proudový obvod sepne alarm v podobě blikající LED diody a bzučáku.

Obr. 7 Nízkonapěťový porozimetr Elcometer 270

4.3.2. Zkoušení pórovitosti – Ferroxylová zkouška

Metodika vychází z norem ČSN ISO 10309 a ČSN 67 3084. A je určena pro zjišťování pórů a jiných nespojitostí v povrchových povlacích na kovovém podkladu, které jsou katodické vůči železu a oceli a zároveň nejsou viditelně ovlivňovány hexakyanoželezitanovými a chloridovými ionty.

34

Základem metodiky jsou ionty podkladového kovu, které se tvoří v korozních

článcích na spodu nespojitostí v kovových povlacích, přecházejí na zkušební papír přiložený k povrchu povlaku. Po ponoření zkušebního papíru do indikátorového roztoku hexakyanoželezitanu vytvoří ionty podkladového kovu na zkušením papíru modře zbarvené otisky nebo skvrny. Příprava činidel Při zkoušce se používají pouze chemikálie stupně čistoty p.a. a destilovaná nebo deionizovaná voda, jejíž konduktivita není vyšší než 20 µS.cm-1. Příprava indikátorového roztoku: Chloridové činidlo – v 1 l horké vody (90ºC) se rozpustí 50 g chloridu sodného a 1 g neionogenního smáčedla. V tomto horkém roztoku chloridu sodného se rozpustí 50 g želatiny nebo agaru, aby měl roztok vlastnosti gelu. Ochlazením roztok zgelovatí, pro použití ho však lze opět zkapalnit zahřátím na 35 ºC. Hexakyanoželezitanové činidlo – v 1 l vody se rozpustí 10 g hexakyanoželezitanu draselného (ferrikyanidu draselného). Postup Příprava – proužky vhodného papíru, se ponoří do roztoku chloridu sodného nebo do roztoku chloridu sodného a želatiny na tak dlouho, až jsou dokonale smáčeny roztokem. Poté se proužky vyjmou a přebytek roztoku se nechá přibližně 1 min odkapávat. Použití zkušebního papíru – na očištěný povrch povlaku se pevně přitiskne mokrý zkušební papír. Velmi důležitý je kontakt namočeného zkušebního papíru s celou zkoušenou plochou, aby roztok chloridu sodného mohl reagovat na všech místech, kde je podkladový kov obnažen. Zkušební papír se ponechá přitisknut 10 minut. Pokud během zkoušky papír vyschne, navlhčí se opět roztokem, papírem se však přitom nesmí pohnout.

Vyvolání zkušebního papíru – papír se sejme ze zkušebního povrchu a ihned se vloží do roztoku hexakyanoželezitanu draselného, aby na místech nespojitostí povlaku vznikly modré otisky.

35

Prohlídka zkušebního papíru a zjištění počtu nespojitostí – povrch vyvolaného zkušebního papíru se prohlédne, aby se zjistily nespojitosti povlaku. Zřetelné modré otisky nebo skvrny vznikly na těch místech papíru, kde nespojitost povlaku umožnila zkušebnímu roztoku proniknout k podkladové oceli nebo železu. Na zkoušené ploše se bez zvětšení spočítají modré otisky nebo skvrny. U větších zkoušených ploch se na zkušební papír po jeho vyvolání může pro sčítání nespojitostí přiložit plastová šablona. Vyjádření výsledků Pórovitost na zkoušené ploše se vyjádří jako průměrná hodnota výskytu pórů na 1 cm2 nebo jako maximální počet pórů na 1 cm2 pomocí sčítací šablony o rozměrech 10 mm x 10 mm.

Průběh ferroxylové zkoušky Z připravených vzorků bylo k odzkoušení metodiky vybráno 10 vzorků, u dvou byla záměrně poškozena vrstva nátěru, aby bylo možno zkontrolovat reakci roztoku hexakyonoželezitanu draselného s kovem.

1

2

3

4

Obr. 8 Vzorky připravené na zkoušku šedý vzorek (1,3) – vodou ředitelná nátěrová barva, modrý vzorek (2, 4) – syntetický systém, 3,4- vzorky s mechanickým poškozením povlaku

36

Proužky papíru byly namočeny do chloridového činidla a přitisknuty na vzorky, kde byly ponechány 10 minut.

Obr. 9 Zkušební papír přitisknutý na vzorky

Poté byly proužky papíru vloženy do roztoku hexakyanoželezitanu draselného.

Obr. 10 Vyvolání zkušebního papíru v roztoku hexakyanoželezitanu draselného

Po vyvolání se na místech poškození nátěru a pórů objevilo modré zabarvení. Syntetická NH

Vodou ředitelná NH

Zjištěná pórovitost u vodouředitelné NH (zvětšení)

Obr. 11 Vyvolaný zkušební papír

37

4.3.3. Prokorodování ochrany nátěrovými hmotami

Metodika vychází z normy ČSN EN ISO 4628-3 (67 3071). Stupeň prorezavění Ri nátěru se hodnotí pomocí obrázkových standardů uvedených ve zmíněné normě. Přibližné plochy s výskytem rzi (rzi pronikající na povrch a viditelného podkorodování) a jejich hodnocení, jsou uvedeny v Tab. 1.

Tab. 1: Stupně prorezavění dle procenta plochy s výskytem rzi

stupnice koroze

plocha s výskytem rzi

stupeň prorezavění

Evropská korozní

[%]

dle ISO

stupnice

0

Ri 0

Re 0

10

0,05

Ri 1

Re 1

9

0,5

Ri 2

Re 2

7

1

Ri 3

Re 3

6

8

Ri 4

Re 5

4

40-50

Ri 5

Re 7

1 až 2

dle ASTM (ASTM D 610)

Pokud je v různých částech zkoušené plochy vyhodnocen různý stupeň prorezavění, uvede se tento stupeň vždy spolu s příslušnou částí plochy.

Vyjádření výsledků Stupeň prorezavění se vyjádří jako hodnota Ri v souladu s Tab. 1. Pokud se na různých částech zkoušené plochy projeví různý stupeň prorezavění, uvede se tento stupeň vždy spolu s příslušnou částí plochy. Stupeň prorezavění Ri se označí společně s číselnou klasifikací velikosti korozních bodů.

38

Zjištění prokorodovnání nátěrovými hmotami Vzorky byly vystaveny 30denní expozici solnou mlhou v kondenzační komoře. Poté byly vyjmuty a opláchnuty čistou tekoucí vodou, po oschnutí bylo provedeno hodnocení prokorodování za pomoci plastové šablony, která rozdělila plochu vzorků na 10 menších částí a tedy usnadnila odhad procenta plochy zasažené prokorodováním.

1

2

3

4

Obr. 12 Vzorky po expozici v kondenzační komoře se solnou mlhou (1- 3 – vzorky s vodou ředitelnou NH, 4- vzorky se syntetickým nátěrovým systémem)

39

5. 5.1.

VÝSLEDKY PRÁCE A DISKUSE Výsledky jednotlivých měření

Měření pórovitosti porozimetrem Při měření pórovitosti porozimetrem nebyly u obou testovaných nátěrových systémů detekovány žádné póry. Přístroj detekoval pouze záměrné mechanické poškození nátěru (Obr. 8).

Ferroxylová zkouška Při Ferroxylové zkoušce nebyly u syntetické barvy zjištěny žádné póry. Pórovitost byla zjištěna pouze u vodouředitelné barvy, kde však průměrná hodnoty byla mnohonásobně nižší, než 1 pór na cm2. Což je velmi nízká hodnota.

Měření prokorodování ochrany nátěrovými hmotami Po expozici v solné mlze nebylo u syntetického systému nátěrových hmot zjištěno žádné poškození prokorodováním, u vodou ředitelné barvy odpovídalo prokorodování stupni Ri 5, průměrná plocha s výskytem rzi byla 26,8 %, přičemž průměrná hodnota FH faktoru byla zjištěna 4,2.

5.2.

Diskuse výsledků Pro odzkoušení metodik byly záměrně vybrány tyto dva systémy, vodouředitelný

systém, u kterého byl větší předpoklad výskytu pórovitosti a s tím spojeného prokorodování a nátěrový systém syntetický, u kterého je pojivová složka po nanesení rozpouštěna organickým rozpouštědlem a díky tomu vytvoří souvislý film, který by měl být bez výskytu pórů a je tedy i pravděpodobnější odolnost proti prokorodování. Zatímco při měření vodouředitelné barvy Denatop porozimetrem nebyly póry zjištěny, Ferroxylová zkouška jejich přítomnost, i když v malém množství, prokázala. Vysoké prokorodování při zkoušce v solné mlze však svědčí o vyšší, než naměřené pórovitosti, to lze vysvětlit přítomností pórů menších, než je indikační citlivost

40

jednotlivých

metodik,

protože

citlivější

Ferroxylová

zkouška

detekuje

póry

od 4 .10-5 m2. Při měření syntetické nátěrové hmoty Balacom nebyla u obou metodik naměřena žádná pórovitost, o dokonale souvislém povlaku svědčí i zkouška prokorodování v komoře se solnou mlhou, při které nedošlo ke koroznímu poškození vzorku. Metodiky hodnocení pórovitosti porozimetrem a Ferroxylovou zkouškou, jimiž se zabývá tato práce lze doporučit pro běžnou kontrolu kvality aplikovaného povlaku v provozech, a to hlavně díky jejich jednoduchosti a časové nenáročnosti. Výsledky experimentálního měření splnily daný předpoklad výskytu pórovitosti a následného prokorodování u obou nátěrových systémů.

41

6.

ZÁVĚR

Tato bakalářská práce na téma „Hodnocení parametrů účinnosti povrchových ochran nátěrovými hmotami“ měla za cíl vypracování metodik hodnocení pórovitosti a prokorodování povrchových ochran nátěrovými hmotami, dále pak odzkoušení těchto metodik. V oblasti literárního přehledu je definována koroze a uvedeno její základní rozdělení z několika hledisek, poté jsou zde uvedeny jednotlivé druhy protikorozních ochran a jejich hodnocení a zkoušení. Experimentální část se zabývá navržením a odzkoušením zadaných metodik. Pro hodnocení pórovitosti bylo vybráno měření pórovitosti porozimetrem a Ferroxylová zkouška. Hodnocení prokorodování bylo provedeno dle ČSN EN ISO 4628-3 po urychlené korozní zkoušce v kondenzační komoře se solnou mlhou. Experimentální měření provedené v laboratořích ústavu techniky a automobilové dopravy potvrdilo předpoklad vyšší pórovitosti u vodou ředitelného nátěru a jeho násladné vyšší korozní napadení. Z odzkoušených metodik se pro hodnocení pórovitosti a tedy odolnosti proti prokorodování uplatnila nejlépe zrychlená korozní zkouška v kondenzační komoře se solnou mlhou, kde se projevila i přítomnost mikropórů, které se pomocí výše uvedených metod nepodařilo odhalit, póry se v místech výskytu jednoznačně prokázaly prokorodováním. Z této práce vyplývá, že hodnocení pórovitosti porozimetrem a Ferroxylová zkouška jsou pro nižší citlivost vhodné spíše pro hodnocení souvislosti nátěrových vrstev, než pro hodnocení jakosti nátěrových hmot jako takových.

42

7.

Soupis literatury

BARTONÍČEK, R. Koroze a protikorozní ochrana kovů. Academia. 1966. 720 s. KUBÁTOVÁ, H. Stávající možnosti hodnocení kvality povrchových úprav.

Projektování a provoz lakoven., 1998. roč. 24. s. 1-12. KALOUSKOVÁ, H. Zkušebnictví a inspekční činnost při povrchových úpravách.

Koroze a ochrana materiálu. 2002. roč. 46, č. 1. s. 3-7. PRŮŠEK, J. Hodnocení jakosti a účinnosti protikorozních ochran strojírenských výrobků. Praha: SNTL. 1985. 282 s. SVOBODA, M. Protikorozní ochrana kovů organickými povlaky, Praha: SNTL. 1985. 235 s. ŠČERBEJOVÁ, M. Strojírenská technologie. 1. vydání. Brno. MZLU. 1993. 132 s. Wikipedie. Hexakyanoželezitan draselný. [online] 2007 [cit. 2007-14-3]. Dostupné na: WWW:,

SEZNAM NOREM: ČSN ISO 9227 (03 8132)

Korozní zkoušky v umělých atmosférách – Zkoušky solnou mlhou, 1994.

ČSN ISO 10309 (03 8147)

Kovové povlaky – Zkoušení pórovitosti – Ferroxylová zkouška, 1997.

ČSN EN 13143 (03 8153)

Kovové a jiné anorganické povlaky- Definice a dohody týkající se pórovitosti, 2003.

ČSN 67 3084

Nátěrové hmoty. Zkušební metody - Stanovení pórovitosti nátěrů, 1960.

SEZNAM OBRÁZKŮ: Obr. 1 Druhy korozního napadení .................................................................................. 10 Obr. 2 Kondenzační komora s NaCl .............................................................................. 21 Obr. 3 Kondenzační komora s SO2 ................................................................................. 21 Obr. 4 Kondenzační komora s H2O ................................................................................ 21 Obr. 5 Erichsenův přístroj .............................................................................................. 24 Obr. 6 Krystaly Hexakyanoželezitanu draselného .......................................................... 30 Obr. 7 Nízkonapěťový porozimetr Elcometer 270 ......................................................... 34 Obr. 8 Vzorky připravené na zkoušku ............................................................................ 36 Obr. 9 Zkušební papír přitisknutý na vzorky .................................................................. 37 Obr. 10 Vyvolání zkušebního papíru v roztoku hexakyanoželezitanu draselného .......... 37 Obr. 11 Vyvolaný zkušební papír .................................................................................... 37 Obr. 12 Vzorky po expozici v kondenzační komoře se solnou mlhou ............................. 39

43