Αντιδιαβρωτική Προστασία Μεταλλικών κατασκευών μέσω Φιλικών προς το περιβάλλον οργανικών επικαλύψεων

Abstract

Μεταξύ των πιο αποτελεσματικών και ευρύτατα χρησιμοποιούμενων ανόργανων αντιδιαβρωτικών πιγμέντων κατατάσσονται τα χρωμικά, που όμως χαρακτηρίζονται ως τοξικά ή/και καρκινογόνα. Μια εναλλακτική λύση ως προς τη χρήση των χρωμικών είναι τα μη τοξικά, απλά και τροποποιημένα, πιγμέντα φωσφορικού ψευδαργύρου. Ενώ ο μηχανισμός δράσης των χρωμικών είναι απόλυτα γνωστός, στις βιβλιογραφικές αναφορές προτείνονται διάφοροι μηχανισμοί δράσης του φωσφορικού ψευδαργύρου, χωρίς κάποιος από αυτούς να τυγχάνει ευρύτερης αποδοχής. Συγχρόνως ενώ αναφέρεται ότι τα πιγμέντα φωσφορικού ψευδαργύρου αποδίδουν πολύ καλά σε πραγματικές συνθήκες, χαρακτηρίζονται από φτωχή αντιδιαβρωτική ικανότητα σε επιταχυνόμενες δοκιμές. Σε αυτή την εργασία μελετήθηκε η αποτελεσματικότητα της προσφερόμενης προστασίας σε δοκίμια χάλυβα εμβαπτισμένα σε διάλυμα χλωριούχου νατρίου από επικαλύψεις που περιέχουν φιλικά προς το περιβάλλον, απλά και τροποποιημένα, πιγμέντα φωσφορικού ψευδαργύρου και συγκρίθηκε με αυτήν των χρωμικών πιγμέντων. Η απόδοση των επικαλύψεων εκτιμήθηκε με μετρήσεις φασματοσκοπίας σύνθετης αντίστασης (EIS), καταγραφή της χρονικής εξέλιξης του δυναμικού διάβρωσης, δυναμοδυναμικές μετρήσεις πόλωσης, καθώς και με οπτικό έλεγχο του βαθμού εμφάνισης σκουριάς και φλυκταινών μετά από έκθεση σε θάλαμο αλατονέφωσης και σε υγρό περιβάλλον. Τα αποτελέσματα των μετρήσεων αυτών ελέγχθηκε αν συσχετίζονται με αυτά μετρήσεων ανηγμένης σκληρότητας κατά König και σκληρότητας (αντίστασης) σε χάραξη με μολύβι. Αποδείχτηκε ότι όλα τα πιγμέντα φωσφορικού ψευδαργύρου εμφάνισαν ικανοποιητικά χαρακτηριστικά αναστολέα της διάβρωσης σε όλη τη διάρκεια έκθεσης στο διάλυμα NaCl, με καλύτερη συμπεριφορά αυτή του Zn3Al(PO4)2, 4-8 H2O, που πλησιάζει πολύ αυτή των επικαλύψεων χρωμικού ψευδαργύρου. Επίσης έγινε φανερό ότι οι διάφορες επιταχυνόμενες δοκιμές δεν οδηγούν σε απόλυτα ταυτόσημα αποτελέσματα και η ταξινόμηση των επικαλύψεων είναι περισσότερο αξιόπιστη στις ακραίες (θετικές ή αρνητικές) περιπτώσεις. Στη συνέχεια μελετήθηκε η αποτελεσματικότητα της προσφερόμενης προστασίας σε δοκίμια χάλυβα με φωσφάτωση, που αναφέρονται ως Q-Panels, από επικαλύψεις που περιείχαν ενσωματωμένα πιγμέντα τριών διαφορετικών συγκεντρώσεων φωσφορικού ψευδαργύρου και χρωμικού ψευδαργύρου. Η απόδοση των επικαλύψεων εκτιμήθηκε με μέτρηση γραμμικής πόλωσης, καταγραφή της χρονικής εξέλιξης δυναμικού διάβρωσης, καθώς και με οπτικό έλεγχο του βαθμού διάβρωσης μετά από έκθεση σε θάλαμο αλατονέφωσης. Τα αποτελέσματα αυτά συγκρίθηκαν με αυτά των μετρήσεων της ανηγμένης σκληρότητας κατά König, αντίστασης σε χάραξη με μολύβι, αντοχής σε προσπίπτον βάρος και σε κάμψη. Αποδείχτηκε ότι όλα τα πιγμέντα φωσφορικού ψευδαργύρου προσέφεραν και εδώ ικανοποιητική αντιδιαβρωτική προστασία, με καλύτερη αυτήν του [Zn3(PO4)2.4H2O] και Zn3Al(PO4)2.4-8H2O στη μεγαλύτερή τους περιεκτικότητα, που πλησίαζε πολύ την προστασία που προσφέρουν τα χρωμικά πιγμέντα. Η συμπεριφορά των δοκιμίων κοινού χάλυβα συγκρίθηκε με τη συμπεριφορά των δοκιμίων Q-Panels και δοκιμίων Q-Panels που τους είχε αφαιρεθεί η φωσφάτωση, σε μετρήσεις απώλειας βάρους. Αποδείχτηκε ότι η φωσφάτωση έχει θετική επίδραση στην αντιδιαβρωτική προστασία, η δε αφαίρεσή της δημιουργεί τοπικά γαλβανικά στοιχεία.

Among the most effective and most widely used inorganic anticorrosive pigments are chromates, which are however characterized as toxic or/and carcinogenic. An alternative solution to the use of chromates is non-toxic, simple and modified, zinc phosphate pigments. The protective mechanism of chromates is known, while various protective mechanisms of zinc phosphate are suggested, none of them being widely accepted. Zinc phosphate pigments are referred to perform well in real conditions, however they are simultaneously characterized by a poor anticorrosive ability in accelerated tests. In this work the effectiveness of the protection offered to steel specimens immersed in sodium chloride solution by coatings containing environmentally friendly, simple and modified, zinc phosphate pigments was examined and compared to that offered by chromate pigments. Coatings performance was monitored by Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS), corrosion potential time dependence and potentiodynamic polarization measurements as well as by visual observations of degree of rusting and blistering after exposure to salt-spray cabinet and to humid environment. The results of these measurements were checked for a probable correlation with those from Koenig Pendulum and pencil scratch resistance measurements. It is proved that all zinc phosphate pigments presented satisfactory corrosion inhibitive characteristics during the whole exposure in NaCl solution. The best behavior was exhibited by the coating containing Zn3Al(PO4)2, 4-8 H2O and was very close to that offered by coatings with zinc chromate. It was also obvious that the various accelerated tests do not lead to absolutely identical results and that their classification is more reliable in the extreme (positive or negative) situations. Afterwards the effectiveness of the anticorrosive protection offered to steel specimens of Q-Panels that had been industrially phosphatised, by coatings containing pigments of three different concentration of zinc phosphates and zinc chromate are examined. Coatings performance was estimated by Linear Polarization (LP) measurements, corrosion potential time dependence, as well as by visual observations of degree of rusting and blistering after exposure to salt-spray cabinet. The results of those measurements were checked for König Pendulum, pencil scratch resistance, falling weight and bending test measurements. It is proved that all zinc phosphate pigments offered to Q-Panels satisfactory anticorrosive protection and the best was exhibited by the coating containing [Zn3(PO4)2.4H2O] and [Zn3Al(PO4)2.4-8H2O] in the biggest concentration and it was very close to that offered by coatings with zinc chromate pigments. The behavor exhibited by common steel specimens was compared to that exhibited Q-Panels together with Q- Panels without phosphatisation, in lost weight measurements. It is proved that the phosphatisation of steel has positive influence in the anticorrosive protection and the removal creates local galvanic cells.