Αντιδιαβρωτική προστασία µεταλλικών κατασκευών µέσω φιλικών προς το περιβάλλον οργανικών επικαλύψεων

Abstract

Among the most effective and most widely used inorganic anticorrosive pigmentsare chromates, which are however characterized as toxic or/and carcinogenic. An alternativesolution 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 ofzinc phosphate are suggested, none of them being widely accepted. Zinc phosphate pigmentsare referred to perform well in real conditions, however they are simultaneouslycharacterized by a poor anticorrosive ability in accelerated tests.In this work the effectiveness of the protection offered to steel specimens immersed insodium chloride solution by coatings containing environmentally friendly, simple andmodified, zinc phosphate pigments was examined and compared to that offered by chromatepigments. Coatings performance was monitored by Electrochemical ImpedanceSpectroscopy (EIS), corrosion potential time dependence and potentiodynamic polarizationmeasurements as well as by visual observations of degree of rusting and blistering afterexposure to salt-spray cabinet and to humid environment. The results of these measurementswere checked for a probable correlation with those from Koenig Pendulum and pencilscratch resistance measurements.It is proved that all zinc phosphate pigments presented satisfactory corrosion inhibitivecharacteristics during the whole exposure in NaCl solution. The best behavior was exhibitedby the coating containing Zn3Al(PO4)2, 4-8 H2O and was very close to that offered bycoatings with zinc chromate. It was also obvious that the various accelerated tests do not leadto 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 ofQ-Panels that had been industrially phosphatised, by coatings containing pigments of threedifferent concentration of zinc phosphates and zinc chromate are examined. Coatingsperformance was estimated by Linear Polarization (LP) measurements, corrosion potentialtime dependence, as well as by visual observations of degree of rusting and blistering afterexposure to salt-spray cabinet. The results of those measurements were checked for KönigPendulum, pencil scratch resistance, falling weight and bending test measurements.It is proved that all zinc phosphate pigments offered to Q-Panels satisfactory anticorrosiveprotection 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 bycoatings with zinc chromate pigments.The behavor exhibited by common steel specimens was compared to that exhibited QPanelstogether with Q- Panels without phosphatisation, in lost weight measurements. It isproved that the phosphatisation of steel has positive influence in the anticorrosive protectionand the removal creates local galvanic cells.

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 ταµη 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 φλυκταινώνµετά 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.