CC BY
24ЗАЩИТА DT КОРРОЗИИ
УДК 6676:006.354
П.Е. Юдин, генеральный директор; С.С. Петров, к.ф-м.н., инженер 1-й категории;
Е. В. Александров, инженер 1-й категории, ООО « Научно-производственный центр «Самара», e-mail: [email protected]; В.А. Шурыгина, кафедра «Общей физики и физики нефтегазового производства», Самарский государственный технический университет
О ПРИМЕНИМОСТИ ЕМКОСТНООМИЧЕСКОГО МЕТОДА ДЛЯ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА СОВРЕМЕННЫХ ЛАКОКРАСОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ
В данной работе выполнено экспериментальное исследование частотной зависимости емкости антикоррозионных покрытий различного типа. Установлено, что емкостно-омический метод не может использоваться для определения пористости лакокрасочных покрытий.
В настоящее время существует нарастающая потребность в антикоррозионных покрытиях, используемых для различных производственных нужд, что дало новый виток развития отрасли создания новых и усовершенствования существующих антикоррозионных покрытий. Основным потребителем антикоррозионных покрытий является сфера нефтедобычи, т.к. при добыче и транспортировке нефтепродуктов практически все узлы и детали подвергаются воздействию коррозионно-активных компонентов. Постоянное развитие и совершенствование технологий изготовления и нанесения антикоррозионных покрытий приводит к появлению большого числа покрытий с новыми функциональными свойствами. В связи с этим появляется проблема контроля качества используемых материалов и готовых покрытий, поскольку нормативные документы и методы исследования не претерпевали изменений многие десятилетия.
Так, одним из основных критериев оценки защитных свойств лакокрасочных покрытий в настоящее время является коэффициент соотношения емкостей при различных частотах (ГОСТ 9.409-88, ГОСТ
9.509-89) [1, 2], который должен характеризовать пористость покрытий. Однако на емкость и соотношение емкостей при разных частотах оказывают влияние
не только пористость диэлектрика, но и совокупность множества факторов [3-5]. Полученные результаты для каждого покрытия являются интегральными показателями со всего объема покрытия и не дают конкретной характеристики исследуемому покрытию. В связи с этим возникает проблема достоверной трактовки результатов, полученных по данной методике. В то же время за рубежом для контроля качества покрытий уже долгое время используются методы, которые позволяют получать информацию о локальном распределении всех неоднородностей по всему объему исследуемого покрытия [6, 7].
Целью данной работы является проведение экспериментальных исследований различных покрытий емкостноомическим и микроскопическим методами с последующим установлением корреляции между полученными характеристиками и оценкой применимости емкостно-омического метода в контроле защитных свойств современных лакокрасочных покрытий.
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
В качестве объектов исследования были выбраны лакокрасочные покрытия различных производителей:
1) жидкое эпоксидно-полимерное покрытие ТРЭПП-90;
2) жидкое эпоксидно-полимерное покрытие Amercoat 391;
3) жидкое эпоксидно-полимерное покрытие ТРЭПП-ТР;
4) порошковое эпоксидно-полимерное покрытие ПЭП-585;
5) порошковое эпоксидно-полимерное покрытие ПЭП-585,изготовленное по другой технологии по сравнению с образцом 4;
6) жидкая модифицированная эпоксидная смола - новолак ТС3000F. Измерения частотной зависимости емкости проводили согласно методике, описанной в ГОСТ 9.409-88 и ГОСТ
9.509-89 на приборе «Измеритель R,L,C Е7-11»1 при частотах 2000 и 20 000 Гц. Измерения проводились на трех образцах каждого покрытия. «Истинную» пористость и толщину покрытий измеряли металлографическим методом с помощью оптического микроскопа «Альтами» и программы «ВидеоТест-Размер 5.0». Для металлографического исследования изготовлялись шлифы поперечного сечения образцов длинной ~5 см. Затем проводился осмотр поперечного сечения покрытия под микроскопом «Альтами» с увеличением 100 крат и усреднение полученных значении пористости и толщины покрытия по всей поверхности шлифа с помощью программы «ВидеоТест-Размер 5.0».
1 Прибор прошел поверку в государственных органах стандартизации и сертификации.
Таблица 1.
Обр. Ю-б Ю-7 ЮК-2 А-1 А-2 ТМ-1
Соотношение емкостей, К=С20/С2 К=0,90 К=0,93 К=0,88 К=0,69 К=0,94 К=0,88
Пористость покрытия, % 10,15 6,31 9,68 5,62 10,03 *
Толщина покрытия, мкм 680 510 590 350 690 197
* Пористость на данном образце отсутствовала.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
В результате проведенного исследования для всех покрытий были получены значения коэффициента соотношения емкостей при различных частотах, «истинной» пористости и толщины покрытия (табл. 1). На рисунке 1 представлены изображения покрытий при увеличении 100 крат.
Для покрытий 1, 2, 3 характерно наличие сферических пор, количество которых зависит от качества нанесения покрытия. Можно отметить, что в покрытиях 1 и 3 наблюдаются поры размером до ~200 мкм, в то время как для покрытия 2 размер пор не превышает ~80 мкм. Анализируя распределение пор по поверхности покрытия, можно отметить, что для покрытий 1 и
3 наблюдаются локальные скопления пор в отличие от покрытия 2, где поры
распределены достаточно равномерно. В то же время зависимости плотности распределения пор от толщины покрытия не наблюдается. Сравнивая данные результаты со значениями соотношения емкостей (табл. 1), можно сделать вывод о некоторой корреляции значения соотношения емкостей и пористости покрытия: так, максимальное соотношение емкостей наблюдается для покрытия с минимальной пористостью.
Для покрытий 4 и 5 характерны наличие пор и неоднородностей размера ~50 мкм, наблюдается равномерное распределение пор по всему сечению покрытия. Из полученных результатов очевидно, что наблюдается несоответствие между значениями соотношения емкостей и «истинной» пористостью покрытий:так, пористость покрытия 5 хуже, чем покрытия 4, а соотноше-
ние емкостей лучше. Покрытие типа 6 не обладает пористостью как таковой (рис. 1, изображение 6), однако по показателю соотношения емкостей данное покрытие уступает большинству из рассмотренных.
Анализируя полученные результаты, можно сделать вывод, что наблюдаемые несоответствия в значениях соотношения емкостей связаны не столько с пористостью покрытий, сколько с его неоднородностью. Рассмотрим емкость экспериментальной ячейки для случаев однородного и неоднородного покрытий.
В случае однородного покрытия экспериментальную ячейку можно представить в виде конденсатора, состоящего из двух обкладок: участок металла трубы и раствора электролита. Покрытие будет служить диэлектриком (рис. 2),
О
кзит
ЙОПЄЙСКНЙ УУЧХЛЯ изоляции рруь
ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ
КОПЕЙСКИЙ ЗАВОД ИЗОЛЯЦИИ ТРУБ
НАНЕСЕНИЕ АНТИКОРРОЗИОННЫХ ПОКРЫТИИ (ДВУХ- И ТРЁХСЛОЙНЫХ) НА ОСНОВЕ ЭКСТРУДИРОВАН ного паян этил ЄН Л НА НАРУЖНУЮ ПОВЕРХНОСТЬ СТАЛЬНЫХ ТРУБ диаметром ОТ 154 ДО 14»ММ.
ш< КНИІ і ікокрлі очных покрМ ГИІ на наружную и внугркннкно ПОВЕРХНОСТЬ СТАЛЬНЫХ ТРУБ ДИАМЕТРОМ ОТ 15» ДО 1410ММ, ДЛЯ ПОДЗЕМНЫХ И НАЗЕМНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ В СООТВЕТСТВИИ С ПРОЕКТОМ ИЛИ ТРЕБОВАНИЯМИ ЗАКАЗЧИКА.
! її о і пн. л.ни гн> і и\ ■ і г'во. и#:; МЕТОДОМ хШКЩноГО ГНутья из СТАЛЬНЫХ ТРУБ ДИАМЕТРОМ ОТ 219 ДО І420ММ
0< Н И і и.їм [ № і В ... К Е СОБСТВЕННОЙ ЛАБО РАТОРИ Н ПУТЕМ ПРОВЕДЕНИЯ:
- веразру шлющего узк н реіі г г ено графического контроля сварных соединений и проката;
- СПЕ КТРА Л ЬНОГО А НА Л И ЗА X ИМ И Ч ЕС КОГ О СОСТАВА МЕТАЛЛА; ШШ-. ■ ' - !
- МЕХАНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ;
- гидроиспытдний ТРУБ ДИАМЕТРОМ 7ім и то мм.
В0( < іШОвЛениі: груб ВКЛЮЧАЕТ В СЕБЯ:
-ОЧИСТКА ОТ ІІА ГУЖ НОЙ ИЗаЗЯЦИНТРУБ Е/У ГИДРОКЛ И НЕРОМ;
- внутренних ОЧИСТКА ТРУБ Б/У;
- ВИЗУАЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОНТРОЛЬ;
-МЕХАНИЧЕСКАЯ и<н нквая горное: клНОВЦС>ВТРУБ;
- РЕМОНТ КОРРОЗИОННЫХ ДЕФЕКТОВ;
- НЕРАЗРУШАВДЩИЙ КОН Г РОЛЬ;
- ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ.
Іпі отов. іЕниі ( или ИЗ ТРУБЫ ДИАМЕТРОМ іяї-ніо ММ, ДЯи ИСПОЛЬЗОВАНИЯ в СТРОИТЕЛЬСТВЕ ЖИЛЫХ И НЕЖИЛЫХ ПОМЕЩЕНИЙ, ДОРОЖНЫХ И ПОРТОВЫХ СООРУЖЕНИЙ, А ТАКЖЕ В КАЧЕСТВЕ ОПОР д ія применении, как в ГРУНТЕ, ТАК и в нрнкрежной Зоне С ПОГРУЖЕНИЕМ в воду.
ВСЯ ПРОДУКЦИЯ ООО «КОПЕЙСКИЙ ЗАВОД ИЗОЛЯЦИИ ТРУБ* СЕРТИФИЦИРОВАНА В СООТВЕТСТВИИ С ГОСТ р И СО чощ-2(101 И СТО ГАЗПРОМ 9001-1001. ПРЕДПРИЯТИЕ ИМЕЕТ СЕРТИФИКАТ «ТРАНССЕРТ». ПРОИЗВОДСТВО НА ООО-(КОПЕЙСКИЙ ЗАВОД ИЗОЛЯЦИИ ТРУКч ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ НА ОСНОВАНИИ ТУ, СОГЛАСОВАННЫХ ОАО «ВНИИСТ» и <ю(> «книнглз».
Ч ЕЛЯ И НС КАЯ ОЕи1ч Г, КОПЕЙСК, УЛ,’ МКЧНИКОНА, ( ТЕЛЕФОН/ФАКС; (35139} 20-9»!, (35139) 20-982 Е-МАШ [email protected] \\Л\ЛУ,К/ПШ
ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ
:и>
км
Рис. 1. Микрошлиф покрытии. Увеличение х100
тогда значение емкости будет иметь классический вид:
Емкость данной системы не зависит от частоты электрического тока.
В реальных покрытиях присутствует большое количество неоднородностей (проводящие и полупроводящие включения, поры, волокна, слои с различной проводимостью и т.п.). Наличие неоднородностей в материале покрытия приводит к появлению различных поляризационных эффектов и дополнительных электрических потерь. Существует несколько основных видов поляризации: мгновенная
- совершающаяся за короткий период времени (~10-15-10-14 с), упруго, без рассеяния энергии (электронная и ионная поляризация); замедленная
- происходит за более длительный период времени (~10-8-10-4 с) и сопровождается потерями электрической энергии (дипольно-релаксационная, ионно-релаксационная,электронно-
релаксационная, миграционная, резонансная и спонтанная поляризация). Эквивалентную схему конденсатора с неоднородным диэлектриком можно представить в виде параллельно соединенных конденсаторов (рис. 3), каждый из которых отвечает за отдельный вид поляризации [4].
По эффективности влияния на свойства диэлектрика все виды поляризации можно разделить на микроскопические и макроскопические.К макроскопической поляризации относят миграционную поляризацию. При воздействии на материал электрического поля происходит направленное перемещение свободных электронов и ионов в пределах каждой неоднородности, что приводит к образованию электрического момента в макрообъеме вещества. В этом случае замкнутая фазовая неоднородность с разделенными зарядами подобна гигантской поляризованной молекуле. Эта поляризация существенно повышает электрическую емкость конденсатора. Среди всех видов поляризации миграционная оказывается самой замедлен-
Мгновенные Замедленные Замедленная
Рис. 3. Эквивалентная схема конденсатора с неоднородным диэлектриком
!<->
Рис. 2. Схема экспериментальной ячейки для измерения частотной зависимости емкости: 1 - электролит;
2 - покрытие; 3 - металл
ной. В зависимости от характера неоднородностей и температуры время ее установления и спада может составлять 10-5-10-4 с [8, 9].
В постоянном электрическом поле все виды поляризации успевают установиться и вносят вклад в суммарное значение емкости. При включении переменного электрического поля происходят процессы, выключающие поляризационные эффекты: с ростом частоты начинают выключаться наиболее медленные виды поляризации. Это приводит к уменьшению диэлектрической проницаемости с ростом частоты, что, в свою очередь, приводит к изменению емкости системы. В данной работе измерения емкости проводились при частотах 2 и 20 кГц, при первой из которых максимально влияние миграционной поляризации, а при второй она не существенна. При наличии миграционной поляризации диэлектрическая проницаемость диэлектриков претерпевает существенные изменения и с увеличением частоты резко уменьшается по закону, близкому к гиперболическому.
Однако наличие неоднородностей не всегда приводит к ухудшению эксплуатационных характеристик конкретных покрытий. В частности, технология изготовления некоторых покрытий предполагает специальное внедрение неоднородностей различного типа (са-морасслаивающиеся, многослойные, композиционные покрытия, добавка примесей для улучшения коррозионных
свойств, внедрение твердых компонентов для улучшений износостойкости). В результате модификации в структуре покрытий будут создаваться локальные неоднородности, которые будут сказываться на частотной зависимости емкости, и данные покрытия, несмотря на свои высокие эксплуатационные характеристики, могут не пройти испытания на соотношения емкостей по ГОСТ 9.409-88. В связи с этим возникает необходимость
пересмотра емкостно-омического метода для оценки качества современных лакокрасочных покрытий.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Из полученных результатов можно сделать вывод, что емкостно-омический метод характеризует не столько пористость покрытий, сколько его неоднородность и данный метод не может выступать в качестве достоверного
метода контроля защитных свойств лакокрасочных покрытий. Использование емкостно-омического метода возможно только совместно с другими методами контроля пористости, такими как оптическая микроскопия и электроискровая дефектоскопия, которые позволяют контролировать не только наличие сквозных пор, но и локальные утонения покрытия и поры, диаметр которых является критическим.
Литература:
1. ГОСТ 9.409-88. Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия лакокрасочные. Методы ускоренных испытаний на стойкость к воздействию нефтепродуктов. - Введ. 1989-01-01. - М.: Изд-во стандартов, 1988.
2. ГОСТ 9.509-89. Единая система защиты от коррозии и старения. Средства временной противокоррозионной защиты. Методы определения защитной способности. - Введ. 1991-01-01. - М.: Изд-во стандартов, 1990.
3. Тареев Б.М. Физика диэлектрических материалов. - М.: Энергоиздат, 1982. - 320 с.
4. Новикова С.Ю. Физика диэлектриков. - М.: Электронное издание, 2007.- 81 с.
5. Богородский Н.П., Пасынков В.В., Тареев Б.М. Электротехнические материалы: Учебник для вузов. - Л.: Энергоатомиз-дат, 1985. - 304 с.
6. Gabriel C., Keddam M. Review of Applications of Impedance and Noise Analysis to Uniform and Localized Corrosion// CORROSION -Vol. 48, No. 10 (1992), p. 784-811.
7. Wei D.F., Chatterjee I., Jones D.A. Evaluation of Corrosive Degradation in Coated Steel Using Alternating Current Impedance Spectroscopy // CORROSION - Vol. 51, No. 2 (1995), p. 97-104.
8. Электротехнический справочник в 3 тт. Т. 1. Общие вопросы. Электротехнические материалы. - М.: Энергоатомиз-дат, 2003. - 488 с.
9. Бородулин В.Н. Диэлектрики. - М.: МЭИ, 1993. - 60 с.
Научно-производственное внедренческое предприятие
«Электрохимзащита» (ООО НПВП «Электрохимзащита») организовано
и успешно функционирует с января 1999 года.
ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ:
> комплексное обследование коррозионного состояния магистральных трубопроводов;
> комплексное обследование коррозионного состояния технологических и вспомогательных трубопроводов нефтеперекачивающих
и компрессорных станций;
> обследование состояния средств электрохимической защиты (катодная, дренажная, протекторная защита);
> проектирование электрохимической защиты нефте-, газо-, нефтепродуктопроводов, объектов промышленных предприятий и жилищно-коммунального хозяйства;
> строительно-монтажные работы по электрохимической защите трубопроводов, резервуаров, сооружений и коммуникаций;
> пуско-наладочные работы средств электрохимической защиты;
> эксплуатация и обслуживание средств электрохимической защиты с проведением ремонтных работ.
