Очистка сильно заржавленной поверхности механизированным и особенно ручным способом обычно не позволяет полностью удалить продукты коррозии и приводит к неизбежности окраски по остаточной ржавчине. Одним из путей решения этой проблемы – использование химических веществ, способных реагировать с продуктами коррозии и превращать их из вредных в нейтральные или даже полезные вещества, т.е. преобразовывать ржавчину. Такие составы называются преобразователями ржавчины.
Собственно преобразователи ржавчины, воздействуя на продукты коррозии (оксиды железа), превращают их в химически неактивные соединения – нерастворимые соли или в комплексные соединения. При этом на металлической поверхности образуется прочная пленка (первый защитный слой), которая в течение некоторого времени (одних суток при воздействии на слой ржавчины до 50 мкм) предохраняет поверхность от атмосферной коррозии. Из этой группы преобразователей наиболее типичным и известным является преобразователь №3, который может служить одновременно и смывкой для некоторых красок.
Наиболее целесообразно применять модификаторы ржавчины при защите крупногабаритных металлоконструкций в полевых условиях ( мосты, опоры линий электропередач, наружные поверхности трубопроводов, различные изделия механического оборудования гидросооружений, металлические поверхности судов, резервуары для хранения жидкого топлива) [1].
Были проведены работы по антикоррозионной защите строительных металлоконструкций на промышленном объекте ЛПЦ-2 АО «Испат-Кармет». Этим работам предшествовали обследование конструкций, исследование, анализ и выбор наиболее оптимальных средств подготовки поверхности металла и его окраска.
Согласно заводским данным, подтвержденным дополнительным химическим анализом, в воздушной среде ЛПЦ-2 в наибольшем количестве присутствуют пары соляной кислоты (т.к. процесс травления происходит при помощи концентрированного раствора соляной кислоты), максимальная концентрация которых достигает 25 г/м3. Вторым агрессивным компонентом является двуокись углерода, его концентрация по цеху равномерная и незначительная 0,005 г/м3. Травление в растворах соляной кислоты сопровождается большим влаговыделением, обуславливающим формирование влажной агрессивной внутрицеховой атмосферы [2].
Согласно категории коррозии по стандарту ISO 12944 и ISO 9223, промышленная атмосфера ЛПЦ-2 относится к С 5-1 очень высокая, срок службы покрытий низкий.
С целью выявления причин образования продуктов коррозии и возможности их модификации или удаления более простыми и эффективными способами исследовался состав продуктов коррозии различными физико-химическими методами.
Содержание железа определялось в 3-6 пробах и за результат анализа принято их среднее значение. Сравнивая процентное содержание железа в продуктах коррозии с теоретическим содержанием железа и возможно образуемых при данных условиях соединениях, установлено, что продуктами коррозии являются в пробах, взятых в ЛПЦ-2: Fe2O3; Fe3O4.
Формулы этих соединений выведены также на основании данных ренгенофазового и ИК-спектроскопического анализа.
Рентгенофазовый анализ продуктов коррозии проведен на приборе ДРОН-20. Идентифицирование рентгенограмм проведено на основе сопоставление с известными литературными данными.
Рентгенографическими данными показано, что в продуктах коррозии ЛПЦ-2 гидроксиды и оксигидроксиды являются в основном аморфными. Закисных солей, стимулирующих процесс коррозии, в составе ржавчины не обнаружено. Кристаллическая часть ее представлена акаганеитом (β-FeOOH), характерным для сред с повышенным содержанием хлоридов, и который является стабильным компонентом ржавчины, не вступающий в реакции с кислотами и комплексообразователями. Следовательно, по степени активности фазового состава эта ржавчина градации 4.
Исследования продуктов коррозии дополнены ИК-спектроскопией, анализ которых показывает хорошую корреляцию спектров между собой и с известными литературными данными. В низкочастотной части спектра отчетливо проявляются средние по интенсивности и характеристичности по частоте полосы валентных колебаний связи FeO cv= 470 см-1. Далее обнаруживались в спектрах всех образцов полосы, связанные с валентными и деформационными колебаниями лепидокрокита (γ- FeOOH) cv=750 cм-1 и гетита (α- FeOOH) cv=800-900 cм-1. На основе статистического анализа было показоно, что скорость атмосферной коррозии железа прямо пропорциональна содержанию двуокиси серы в атмосфере.
В зависимости от внешних условий (присутствия воды и доступа кислорода к корродирующей поверхности) сульфат железа то кристаллизуется, то опять гидролизуется и образует сульфат ионы:
Fe + H2SO4→FeSO4 +2H+ +2e;
4FeSO4 +6H2O + O2 → H2SO4 + 4FeOOH.
Наиболее интенсивны полосы валентных колебаний групп в спектрах таких соединений, как 2Fe2O3∙Fe3O4∙ H2O и Fe2O3∙Fe3O4∙ H2O.
Полосы, связанные с колебаниями групп NO3-, CO3-2, Cl- имеют меньшую относительную интенсивность. Это свидетельствует о том, что в продуктах коррозии присутствуют соединения с этими группами, причем сульфатов несколько больше, чем остальных соединений.
В области 2800-3200 см-1 проявляется широкая полоса, обусловленная наличием Н и ОН- в образцах, т.е. наличием воды.
В результате обследования строительных металлоконструкций ЛПЦ-2 выявлено четыре зоны по степени коррозионного износа лакокрасочных покрытий, которые оценивали по площади разрушений.
1 зона – конструкция с коррозионным износом покрытия от 80 до 100 %;
2 зона – тоже, от 50 до 80 %;
3 зона – тоже, 1- до 50 %;
4 зона – тоже, менее 10 %.
Большая степень коррозионного износа ЛКП в 1 зоне объясняется расположением в этой зоне травильных и моечных ванн, являющихся основными источниками агрессивных паров. Коррозионный износ во второй зоне обусловлено резкими перепадами температуры и влажности вследствие неорганизованного воздухообмена через воротные проемы и соседние пролеты. Незначительная степень разрушения ЛКП в 4 зоне объясняется малой концентрацией паров соляной кислоты и низкой относительной влажностью из-за расположенного в соседнем пролете склада горячих рулонов.
Поскольку наибольший практический интерес представляет 1 зона, результаты физико-химического анализа приведены только для продуктов коррозии, образовавшихся на металлоконструкциях в этой зоне. Согласно данным результатам, в продуктах коррозии отсутствует преобладающий компонент, степень кристалличности низкая, является стабильным компонентом, не вступающий в реакции с кислотами и комплексообразователями. Модифицировать такую ржавчину нецелесообразно, ее следует удалять с помощью обработки поверхности травильными пастами.