Nedeštruktívne hodnotenie kvality tenkých organických povlakov a predikcia ich degradácie

Z toho dôvodu je kladený vysoký dôraz na špičkovú kvalitu ten­kých organických povlakov, ktoré sú neporovnateľne kvalitnej­šie ako povlaky v stavebnom priemysle. Preto je otázka použi­tia nedeštruktívneho princípu koróznych techník v oboch sektoroch veľmi žiaduca a má význam monitorovať stav kvality aj bezprostredne po výrobe a v prvých mesiacoch prevádzky.

Skúsenosti z praktických meraní poukázali, že monitoring na báze elek­trochemického šumu vie odhadnúť stratu kvality tenkých organických povlakov ešte pred vizuálnou inšpekciou.

Veľké developerské projekty v súčasnosti riešia čoraz viac problémov na­padnutia koróziou rôznych častí stavby ešte pred kolaudáciou. Napríklad urýchlená degradácia zábradlí s práškovou farbou, znehodnocovanie klampiarskych výrobkov z pozinkovaného plechu s tenkým organickým povlakom v konštrukcii balkónov a terás je problémom, ktorému venujú vývojári nemalú pozornosť.

Počas zatepľovania stavieb sú na balkóny a lodžie zabudované plechy na odvádzanie zrážkovej vody, pričom sa používajú rôzne technológie a sta­vebné hmoty. Častým prejavom je výskyt pľuzgierov v polyesterovom po­vlaku na oplechovaní v rozhraní zabudovania plechu pod dlažbu v dô­sledku straty jeho priľnavosti ku kovovému základu. Pod oddeleným povlakom dochádza ku korózii zinku i oceľového základu. Prístupu zráž­kovej vody na plech pod dlaždicami zabraňuje niekoľkonásobná vrstva pozostávajúca z rôznych stavebných hmôt. Pri vzniku priechodnej trhli­ny sa na povrch plechu dostanú aj látky vylúhované z jednotlivých vrstiev, schopné vyvolať degradáciu napríklad PES povlaku. Ak sa k tomu pridá zvýšená korózna agresivita atmosféry, potom dochádza k rapídnemu po­klesu životnosti takto upravených kovových materiálov.

Ochranné povlaky sa testujú z rôznych príčin: pri vývoji nových povla­kov pre špeciálny účel, pri výbere najvhodnejšieho povlaku pre dané pro­stredie, pre samotnú kontrolu kvality povlakov, štúdium ich základných vlastností či mechanizmu ochrany atď. Skúšky náterov môžu byť fyzikál­ne (na zistenie ich základných vlastností), urýchlené (cyklické skúšky pri rôznych teplotách a koncentráciách korózneho prostredia), atmosférické (exponovaním vzoriek v rozličných geografických lokalitách) alebo elek­trochemické (využívaný princíp, že aj povlakované kovy podliehajú elek­trochemickej korózii) [1].

Zvyšovanie kvality povlakov sa prejavuje hlavne zvýšením ich ohmickej ochrany, ktorá zabraňuje toku elektrického prúdu medzi kovom a pro­stredím, čím môže sťažovať aj meranie kvality organických náterov. Za účelom posúdenia kvality povlakovaných kovov sú v praxi široko apliko­vané najrôznejšie elektrochemické techniky [2 – 8].

Technika, ktorú predstavujeme, dáva odpoveď na otázku kvality tenkých organických povlakov a predikuje tak správanie v aplikačnom prostredí, a to pred akoukoľvek vizuálnou inšpekciou, t. j. ak je povlak už zväčša lo­kálne degradovaný a prevencia už nie je možná, čím dochádza k reklamá­cii povlakov, náterových systémov atď.

EXPERIMENTÁLNA ČASŤ

Cieľom experimentov bolo vykonať deštruktívne aj nedeštruktívne elektrochemické merania na pozinkovaných plechoch s tenkými orga­nickými povlakmi používanými v automobilovom a stavebnom prie­mysle. Vzorky z oboch priemyselných odvetví boli exponované po dobu 1 000 hodín v kondenzačnej komore. Za týmto účelom boli re­alizované:

– skúšky metódou nedeštruktívneho korózneho monitoringu na báze elektrochemického šumu, tzv. ENA NOCS na vzorkách po 1 000-ho­dinovej expozícii v kondenzačnej komore,

– okrem iného zistenie pôsobenia stavebných hmôt na povlaky použí­vané v stavebnom priemysle,

– porovnať kvalitu povlakov na základe dosiahnutých výsledkov.

Cyklické korózne skúšky sa uskutočnili v 400-litrovej kondenzačnej ko­more LEIBISCH, typ KB300 (Nemecko), pričom počas expozície sa udr­žiavala relatívna vlhkosť vzduchu R.h. = 100 % a teplota sa cyklicky meni­la každé štyri hodiny z T = 45 OC na T = 25 OC.

Nedeštruktívne merania elektrochemického šumu sa robili v bezkon­taktnom usporiadaní (ENA NOCS). Pri meraniach bola potrebná iba jedna pracovná elektróda (skúmaný povrch) a dve referenčné, nasýte­né kalomelové elektródy. Súpravu tvorili ešte elektrochemický zosilňo­vač LPMH07, ktorý bol prepojený s digitálnym multimetrom KEITHLEY 2100 (USA). Osobný počítač vybavený programom LabView a Matlab za­bezpečoval zber dát potenciálového a prúdového šumu pre následné vy­hodnotenie.

Z experimentálnych meraní vysoko aktívneho povrchu bola určená mi­nimálne možná stanoviteľná hodnota Rn, ktorá je na hranici okolo 7 kΩ. Na druhej strane, metódou ENA NOCS je možné stanoviť aj veľmi nízku aktivitu Zn povlaku pod kvalitným organickým náterom, pretože doká­že využiť prítomnosť pórov a pomocou penetrácie elektrolytu zazname­ná veľmi nízke hodnoty šumu. Maximálna hodnota, ktorú metóda NOCS dokáže ešte zaznamenať je 1,6 GΩ. Také vysoké hodnoty sú zaznamená­vané zväčša na materiáloch s dodatočnou ochranou vysoko kvalitnými organickými povlakmi [7,8].

Obrázky 1 až 4 sú grafickým výstupom nameraných hodnôt štandard­nej odchýlky prúdového a potenciálového šumu a znázorňujú fluktuáciu týchto parametrov v čase. Vzorka V1 reprezentuje povlak vysokej kvali­ty, kolísanie jej hodnôt v čase je málo výrazné a následne vypočítaný od­por voči šumu Rn dosahuje až 1,59 GΩ, čo je na prahu citlivosti prístroja. Vzorka V3 znázorňuje vzorku nízkej kvality, pričom jej kolísanie hodnôt v čase je výraznejšie a jeho odpor voči šumu Rn dosahuje hodnotu len 4,8 MΩ.

Na obr. 5 je grafický výstup zo štatistického spracovania dát a hodnôt Rn, ktorý je rozdelený do piatich oblastí, pričom znázorňuje päť rozdielnych kvalitatívnych stavov koróznej aktivity povlaku. Slúži ako výstup pre ope­rátora, ktorý hodnotí kvalitu tenkého organického povlaku. Bod v oblas­ti žiadnej aktivity prislúcha povlaku na vzorke V1 a značí o vysokom ba­riérovom efekte voči prechodu elektrolytu, t. j. o jeho vysokej odolnosti voči korózii. Bod v oblasti vysokej pasivity znázorňuje povlak v prípade vzorky V3, ktorá má viditeľne horšiu ochrannú schopnosť ako vzorka V1.

Analýze boli podrobené aj vzorky pozinkovanej ocele s tenkým organic­kým povlakom zo stavebného priemyslu exponované v kondenzačnej komore po dobu 1 000 hodín. Vzorky boli do komory umiestnené s na­nesenými vrstvami jednotlivých stavebných hmôt. Cieľom bolo zistiť pô­sobenie každej zo stavebných hmôt na tenký organický povlak. Tým sme simulovali príspevok každej stavebnej hmoty samostatne, keďže nebolo známe, ktorá zo zložiek je zodpovedná za zvýšené korózne napadnutie odkvapových plechov. Na vzorku 1 bola aplikovaná stavebná hmota zod­povedná za bariérový účinok voči vode, na vzorku 2 hmota s druhostup­ňovým bariérovým účinkom a na vzorku 3 hmota s odlišnou funkciou. Metódou ENA NOCS sme detegovali stav aktivity/pasivity systému TOC/ Zn povlak na miestach vo vzdialenosti 1 cm od aplikácie stavebnej hmoty, vždy v mieste, kde kondenzát stekal po povrchu povlakovaného plechu.

ZÁVER

Z výsledkov korózneho monitoringu využívajúcej nedeštruktívnu metó­du ENA NOCS je zrejmé, že tenký organický povlak na odkvapovom ple­chu zo stavebného priemyslu má podobné elektrochemické vlastnosti ako povlak nízkej kvality používaný v automobilovom priemysle. Najvyššiu kvalitu z testovaných, s vysokým bariérovým efektom vykazoval automo­bilový povlak (vyššia trieda automobilov), s hodnotou RN 1,59 GΩ. Táto hodnota je zároveň limitom použitia tejto nedeštruktívnej techniky.Ta­kisto je možné touto technikou určiť vplyv stavebných hmôt na životnosť tenkých organických povlakov a substrátových kovových materiálov.

Bolo zistené, že dve stavebné hmoty z multikomponentného systé­mu prispievali k pasivácii povrchu a dosahovali v rozmedzí 2x – 3x vyššie hodnoty Rn ako kritická stavebná hmota. Táto stavebná hmota môže byť zodpovedná za urýchlené poškodenie PES povlaku na odkvapových ple­choch, v dôsledku čoho dochádza k prednostnej degradácii aj samotného podkladového plechu. Výsledky dosiahnuté nedeštruktívnou technikou boli následne podporené makroskopickým pozorovaním. To potvrdilo vi­diteľne rozsiahlejšie korózne napadnutie na hranách plechu s PES v prí­pade jednej z hmôt.

Technika, ktorú predstavujeme tak nielen hodnotí kvalitu tenkých orga­nických povlakov, ale na základe výsledkov predikuje budúce správanie sa v aplikačnom prostredí. Tým dáva dôležitú informáciu ešte pred akoukoľ­vek vizuálnou inšpekciou, t. j. keď je už povlak zväčša lokálne degradova­ný a prevencia už nie je možná, čím dochádza k reklamácii povlakov, ná­terových systémov atď.

Literatúra:

[1] GRUNDMEIER, G.; SCHMIDT, W.; STRATMANN, M.: Corrosion protection by organic coatings: electrochemical mechanism and novel methods of investigation– Electrochimica Acta 45 (2000) 2515 – 2533

[2] ROSSI, S.; FEDEL, M.; DEFLORIAN, F.; ZANOL, S.: Influence of different colour pigments on the properties of powder deposited organic coatings – Materials and Design 50 (2013) 332 – 341

[3] MILLS, D. J.; MABBUTT, S.: Investigation of defects in organicanti-corrosivecoatingsusingelectrochemicalnoisemeasurement – Progress in OrganicCoatings 39 (2000) 41 – 48

[4] MABBUTT, S.; MILLS, D. J.; WOODCOCK, C. P.: Developments of the electrochemical noise method (ENM) for more practical assessment of anti-corrosion coatings – Progress in OrganicCoatings 59 (2007) 192 – 196

[5] HUI YANG, XIANGHUA KONG; WANHENG LU; YAXUAN LIU; JING GUO; SHANSHAN LIU.: High anticorrosion chromate-free passive films made by Titanate and waterborne polyurethane on galvanized steelsheet– Progress in OrganicCoatings67 (2010) 375 – 380

[6] BROOMAN, E. W.: Modifying Organic Coatings to Provide Corrosion Resistance-Part I: Background and General Principles – Metal Finishing (2002) 48 – 53

[7] HALAMA, M.; JEROLITSCH, D.; KOVAL, K.: Korózny monitoring aktívneho/pasívneho stavu Zn povlakov – Koroze a ochrana materiálu 56 (2) 43 – 46 (2012)

[8] HALAMA, M.; ZHU,Y.; RIES, R.: Efektívny korózny monitoring – Koroze a ochrana materiálu 57 (1) 1 – 3 (2013)

Poďakovanie

Táto publikácia vznikla vďaka financovaniu a podpore v rámci operačného programu Výskum a vývoj pre projekt: Výskumné centrum progresívnych ma­teriálov a technológií pre súčasné a budúce aplikácie „PROMATECH" s kó­dom ITMS: 26220220186, spolufinancovaný zo zdrojov Európskeho fondu regionálneho rozvoja.

TEXT/FOTO MAROŠ HALAMA1 A KOL.

Spoluautori:

Ying Zhu2, Peter Slovenský1, Pavol Rak1, Karol Kovaľ 3, Dáša Halamová4, Da­vid Jerolitsch4,

1 Technická univerzita v Košiciach, Hutnícka fakulta,

2 South China University of Technology, Guangzhou, China,

3 Slovenská Akadémia Vied, IMR,

4 CorOne, s. r. o.