Tikkurila - Przemysłowe powłoki malarskie na metal

2. Korozja

KOROZJA TO PROCES NISZCZENIA MATERIAŁÓW NA SKUTEK ODDZIAŁYWANIA NA NIE ŚRODOWISKA. W ZALEŻNOŚCI OD RODZAJU MATERIAŁÓW MECHANIZM KOROZJI MOŻE SPROWADZAĆ SIĘ DO REAKCJI CHEMICZNYCH, ELEKTROCHEMICZNYCH, MIKROBIOLOGICZNYCH LUB FIZYCZNYCH.

Korozja jest zjawiskiem destrukcji praktycznie wszystkich materiałów, a w szczególności:

metali – mechanizm elektrochemiczny lub chemiczny,
betonu i żelbetu – procesy fizykochemiczne, chemiczne i fizyczne (niszczenie spoiwa i kruszywa) oraz elektrochemiczne (korozja zbrojenia),
drewna – procesy mikrobiologiczne (grzyby, bakterie, szkodniki) i chemiczne,
szkła, tworzyw sztucznych oraz skał – procesy chemiczne (ługowanie, rozpuszczanie) oraz fizyczne (topienie, erozja mechaniczna).

2.1. Korozja metali

Większość metali, za wyjątkiem metali szlachetnych, występuje w przyrodzie w postaci związków chemicznych, najczęściej tlenków, wodorotlenków i soli. W procesie obróbki (procesy hutnicze) przyjmują formę czystych metali lub stopów mających zastosowanie gospodarcze (rys. 1). Energia zgromadzona w czystym metalu w czasie jego ekstrakcji z naturalnej postaci, występującej w naturze, stanowi potencjalną siłę napędową dla procesów korozyjnych.

Najczęstszym mechanizmem korozji są zjawiska elektrochemiczne, występujące w mikro- i makroskali. Polegają one na powstaniu
ogniwa elektrycznego. Do wytworzenia takiego ogniwa potrzebne są trzy elementy: dwie elektrody o różnym potencjale oraz elektrolit, czyli ciecz prądoprzewodząca. W skali mikro takie ogniwa powstają na skutek niejednorodności jednego materiału, np. krystalicznej struktury stali, a woda z wilgoci lub opadów atmosferycznych pełni rolę elektrolitu (rys. 2). Również zanieczyszczenia występujące na stali, np. zgorzelina walcownicza, mogą pełnić rolę katody, doprowadzając do przyspieszenia procesów korozyjnych. W skali makro takie ogniwa tworzą dwa różne materiały, np. miedź i ołów lub ołów i tlenek ołowiu oraz elektrolit w postaci kwasu lub zasady. To zjawisko wykorzystane jest między innymi w akumulatorach i bateriach.

Wykorzystanie materiałów o różnym potencjale jako elementów konstrukcyjnych prowadzi do szybkiej korozji materiału „mniej szlachetnego”. Przyjmuje się, że nie powinno się łączyć metali, pomiędzy którymi istnieje większa różnica potencjałów niż 50 mV. Tę różnicę można ustalić w oparciu o tzw. szereg elektrochemiczny metali (tab. 1).

W przypadku połączenia np. na konstrukcji dwóch materiałów, których różnica potencjałów przekracza tę wartość w warunkach wilgotnych, dojdzie do powstania ogniwa korozyjnego, w którym „mniej szlachetny” materiał przyjmie rolę anody i będzie ulegał rozpuszczaniu w roztworze elektrolitu. Zjawisko to może być bardzo niekorzystne, np. przy połączeniu stali węglowej ze stalą nierdzewną lub stali z miedzią, bo stal węglowa przyjmie rolę anody i będzie szybko korodowała, ale jest ono wykorzystywane również do ochrony elektrochemicznej. Na statkach montowane są elektrody cynkowe, które w połączeniu ze stalą przyjmują rolę anody.

W niektórych przypadkach do ochrony dużych konstrukcji, takich jak podziemne rurociągi lub zbiorniki, stosuje się ochronę elektrochemiczną polegającą na elektrycznym połączeniu elektrod roztwarzanych (np. z cynku, aluminium lub ich stopów) bądź nieroztwarzanych (np. grafitowych) z wykorzystaniem zewnętrznego źródła prądu stałego.

2.2. Rodzaje korozji elektrochemicznej

ROZRÓŻNIA SIĘ BARDZO WIELE RODZAJÓW KOROZJI, TU WSPOMNIMY TYLKO O TYCH NAJCZĘŚCIEJ SPOTYKANYCH, PRZED KTÓRYMI MOŻEMY CHRONIĆ METALE PRZY UŻYCIU POWŁOK OCHRONNYCH:

Korozja szczelinowa

Powstaje wszędzie tam, gdzie w konstrukcji występują szczeliny, np. pakiety blach, połączenia skręcane niezabezpieczone w odpowiedni sposób, styk metalu z innymi tworzywami. Mechanizm powstawania korozji szczelinowej rozpoczyna się po zużyciu tlenu w trudno dostępnym otoczeniu szczeliny. Efektem procesu jest osadzanie się trudno rozpuszczalnych związków na wylocie szczeliny i łatwo rozpuszczalnych soli wewnątrz niej – zakwaszających środowisko korozyjne szczeliny.

3. Środowiska korozyjne

NA SZYBKOŚĆ KOROZJI MAJĄ WPŁYW TAKIE CZYNNIKI JAK WILGOĆ, TEMPERATURA, A TAKŻE ZANIECZYSZCZENIA. KWASY, ZASADY I SOLE POWODUJĄ, ŻE WODA POCHODZĄCA Z WILGOCI LUB OPADÓW ATMOSFERYCZNYCH STAJE SIĘ ELEKTROLITEM SPRZYJAJĄCYM POWSTAWANIU OGNIW KOROZYJNYCH.

Umiejętność prawidłowego określenia narażeń korozyjnych jest jednym z najważniejszych elementów niezbędnych do prawidłowego zaprojektowania ochrony przed korozją. Opis środowisk korozyjnych i metodyka określenia tych środowisk zostały opisane w normie PN-EN ISO 12944-2.

3.1. Korozja atmosferyczna

O korozji atmosferycznej decyduje warstwa wilgoci na powierzchni metalu, która może być nawet niewidoczna dla obserwatora bez odpowiednich przyrządów. Korozja staje się intensywna, gdy wilgotność względna przekracza 80%, a temperatura jest wyższa niż 0°C. Wraz ze wzrostem przewodności elektrolitu, jakim jest woda z rozpuszczonymi jonami, procesy korozyjne stają się intensywne przy znacznie niższej wilgotności względnej. O przewodności elektrolitu decyduje poziom zanieczyszczeń.

Wspomniana norma w załączniku A opisuje typy klimatów. Polska należy do klimatu umiarkowanego, w którym ilość dni z temperaturą dodatnią, przy wilgotności względnej powyżej 80%, wynosi od 100 do 175 w roku. Dla oszacowania narażeń korozyjnych niezbędne jest określenie zarówno lokalnego środowiska, jak i mikrośrodowiska.

3.2. Korozja w wodzie

Intensywność korozji w wodzie zależy od takich czynników jak:

• rodzaj wody (słodka, lekko zasolona lub słona),

• ilość tlenu rozpuszczonego w wodzie,

• zanieczyszczenia chemiczne i biologiczne,

• temperatura.

Norma rozróżnia też trzy strefy zanurzenia:

• strefa podwodna – zanurzenie ciągłe,

• strefa pośrednia (zmiennego zanurzenia) – zwiększona korozja w wyniku zmiennego odziaływania wody i atmosfery, np. nabrzeża w strefie pływów, śluzy itp.,

• strefa rozbryzgowa – narażona na stałe lub okresowe zawilgocenie, szczególnie agresywna w przypadku wody słonej, np. konstrukcje w bezpośrednim sąsiedztwie zbiorników wodnych, urządzenia nabrzeżowe, ale także różne obiekty infrastruktury drogowej narażone na rozbryzgi z dróg w rejonach, gdzie prowadzone jest chemiczne odladzanie z użyciem soli.

3.3. Korozja w glebie

Zależy od struktury gruntu, jego budowy, wilgotności, składu chemicznego, kwasowości oraz obecności substancji organicznych, a także flory i fauny. W niektórych rodzajach gruntu dochodzą narażenia mechaniczne – ocieranie się skał o konstrukcje na skutek ruchów gruntu. Ze względu na nierówny dostęp tlenu konstrukcje w glebie są szczególnie narażone na korozję wżerową

3.4. Szczególne narażenia korozyjne

Narażenia szczególne zostały omówione w załączniku B normy PN-EN ISO 12944-2. Są to między innymi:
• narażenia chemiczne – występują np. w obrębie koksowni, trawialni, galwanizerni, celulozowni, rafinerii ropy naftowej itp.,
• narażenia mechaniczne – w atmosferze, wodzie, glebie; dzieli się je na trzy klasy: słabe, średnie i silne, np. gruz, żwir, porastanie konstrukcji fauną i florą, które trzeba okresowo usuwać,
• narażenia na wysokie temperatury – przyjęto średnie temperatury w zakresie +60 ÷ +150°C i wysokie od +150 ÷ +400°C.
• Często zdarza się, że konstrukcja jest narażona na kombinację kilku wymienionych czynników.

4. Kategorie korozyjności i przykłady środowisk wg PN-EN ISO 12944-2

Norma PN-EN ISO 12944-1, stanowiąca wprowadzenie do pozostałych arkuszy, zawiera między innymi definicje pojęć stosowanych w ochronie przed korozją.

Jednym z wprowadzonych pojęć jest trwałość zabezpieczenia podzielona na 3 okresy:

• krótki (L) – do 7 lat,

• średni (M) – od 7 do 15 lat,

• długi (H) – powyżej 15-25 lat,

• bardzo długi (UH) – powyżej 25 lat.

W projektach zabezpieczeń antykorozyjnych używany jest taki zapis, np. „C3M”, co oznacza, że chodzi o dobór systemu powłokowego dla kategorii korozyjności C3 na okres średni. Trwałość w rozumieniu normy PN-EN ISO 12944-5 oznacza czas do pierwszego większego malowania renowacyjnego, np. jeżeli 10% powierzchni przekroczy stopień Ri3, wg PN-EN ISO 4628-3.

Termin trwałości przydatny jest do planowania gospodarki remontowej obiektu w trakcie jego eksploatacji. Do bardziej szczegółowego opisu degradacji powłoki pod względem ilościowym, jak i jakościowym (typy zniszczeń) służy seria norm PN-EN ISO 4628.

5. Zapobieganie korozji

ZAPOBIEGANIE KOROZJI WIĄŻE SIĘ Z SZEREGIEM DZIAŁAŃ, Z KTÓRYCH NAJWAŻNIEJSZE TO:

• projektowanie konstrukcji z uwzględnieniem rozwiązań niesprzyjających powstawaniu i rozwojowi korozji,

• dobór odpowiednich materiałów konstrukcyjnych,

• dobór odpowiednej metody ochrony antykorozyjnej i odpowiednich materiałów do zapewnienia ochrony konstrukcji z uwzględnieniem środowiska korozyjnego,

• wybór odpowiedniej technologii wytwarzania, transportu, składowania i montażu,

• odpowiednie wykonawstwo zapewniające realizację wszystkich założeń projektowych i technologicznych,

• rzetelny nadzór i kontrola zarówno projektu, jak i jego realizacji,

• właściwa eksploatacja obiektu uwzględniająca konserwację i renowację zabezpieczeń antykorozyjnych.

5.1. Zasady projektowania z uwzględnieniem ochrony antykorozyjnej

Trwałość powłok ochronnych zależy od całościowego procesu tworzenia konstrukcji. Pomyślny rezultat końcowy uzależniony jest od większej ilości czynników, niż tylko od doboru systemu malarskiego i jego własności antykorozyjnych w środowisku o określonej na podstawie normy PN-EN ISO 12944-2 kategorii korozyjności.

Właściwe zapobieganie korozji zaczyna się już na etapie projektowania. Projektant powinien uwzględniać rozwiązania konstrukcyjne podane w normie PN-EN ISO 12944-3. Zawiera ona zestaw wytycznych dotyczących projektowania konstrukcji stalowych pod kątem uzyskania jak najlepszych wyników w zakresie ochrony antykorozyjnej. Projektant, poprzez stosowanie odpowiednich rozwiązań, może wpływać na mniejszą podatność konstrukcji na korozję oraz łatwy dostęp do elementów, w celu ich odpowiedniego zabezpieczenia.

Poprawne rozwiązania, które uwzględniają zapobieganie procesom korozyjnym, muszą być uzasadnione ekonomicznie i technicznie. Należy zwrócić uwagę przede wszystkim na następujące sprawy:

5.1.1. Unikanie warunków sprzyjających korozji

Elementy konstrukcyjne powinny być usytuowane tak, aby umożliwić utrzymywanie ich w stanie czystym i suchym. Należy zapewnić bezproblemowy odpływ wody z konstrukcji pochodzącej z zalań, kondensacji i opadów atmosferycznych. Niektóre elementy konstrukcyjne mogą kumulować pyły, wodę i inne zanieczyszczenia z prowadzonych procesów produkcyjnych. Czynniki te zwiększają zagrożenia korozyjne.

Jeśli elementy kumulujące zanieczyszczenia nie mogą zostać wyeliminowane, muszą mieć zapewnioną możliwość odprowadzenia wody poprzez system drenów umiejscowionych w najniższym punkcie. Zanieczyszczenia płynne powinny być odprowadzone w sposób chroniący inne elementy konstrukcji przed zanieczyszczeniem wtórnym. Wybór właściwego materiału i sposobu ochrony Powstawania ogniw galwanicznych (rozdział 2.1.) można uniknąć przez dobór odpowiednich materiałów konstrukcyjnych.

Jeżeli musimy łączyć dwa metale o różnym potencjale, zachowujemy zasadę, że powierzchnia metalu mniej szlachetnego (usytuowanego niżej w szeregu galwanicznym) powinna być większa od powierzchni metalu bardziej szlachetnego. Powstawaniu ogniw elektrochemicznych możemy zapobiegać także poprzez pokrycie metalu bardziej reaktywnego innym metalem, o wyższej odporności, bądź poprzez pokrycie go powłoką izolacyjną (ochronną), np. farbą antykorozyjną.

5.1.2. Unikanie rozwiązań podatnych na korozję i niekorzystnych dla procesów obróbki powierzchniowej

Możliwość poprawnego prowadzenia zabezpieczenia antykorozyjnego oraz zabiegów remontowo-konserwacyjnych zależy w dużym stopniu od rodzaju i lokalizacji konstrukcji. Ma to istotny wpływ na trwałość powłok ochronnych. Każda powierzchnia przewidziana do zabezpieczenia powinna być tak usytuowana, aby można było swobodnie prowadzić proces przygotowania powierzchni, malowania i kontroli jakości. Ważne jest, żeby forma projektowanej konstrukcji była jak najkorzystniejsza z punktu widzenia ochrony przeciwkorozyjnej. Dobry projektant wybiera rozwiązania proste i unika pozostawiania ostrych naroży i krawędzi, a także tworzenia miejsc trudnych do oczyszczenia i pomalowania.

5.1.3. Obróbka powierzchni, które ulegają zakryciu w czasie montażu

Powierzchnie zamknięte, których nie można zabezpieczyć po montażu lub instalacji, muszą być zabezpieczone jeszcze przed procesem scalania lub być wykonane z materiałów odpornych na korozję

5.1.4. Uwzględnienie w projekcie cyklu wytwarzania i montażu konstrukcji

Bardzo często przy projektowaniu konstrukcji bierze się pod uwagę wyłącznie kategorię korozyjności, w jakiej będzie ona docelowo eksploatowana, zapominając o warunkach, na jakie jest narażona od chwili wytworzenia do momentu oddania obiektu do eksploatacji. Problem dotyczy głównie konstrukcji projektowanych dla środowiska C2, ale zdarzają się problemy i w odniesieniu do innych środowisk. Dzieje się tak, jeżeli konstrukcja od jej wykonania do czasu montażu lub zakrycia (dach, ściany) narażona jest na środowisko znacznie cięższe niż to, na które została zaprojektowana. Na fot. 5 pokazano konstrukcję, która skorodowała na skutek składowania jej bez jakichkolwiek osłon w okresie zimowym na placu budowy

5.2. Ochrona powłokowa

POWŁOKI OCHRONNE MOGĄ BYĆ WYKONANE Z FARB CIEKŁYCH, PROSZKOWYCH ORAZ METALI O INNYM POTENCJALE NIŻ METAL CHRONIONY. OCHRONĘ POWŁOKOWĄ MOŻNA RÓWNIEŻ REALIZOWAĆ ZA POMOCĄ CIENKICH POWŁOK KONWERSYJNYCH

5.3. Powłoki malarskie

W niniejszym opracowaniu zajmujemy się powłokami ochronnymi wykonanymi farbami ciekłymi, a o powłokach metalizacyjnych wspominamy w kontekście ich malowania i „współpracy” z powłokami wytworzonymi z farb ciekłych. Celem malowania ochronnego jest zabezpieczenie powierzchni metalu przed wpływem czynników korozyjnych, a równocześnie uzyskanie wymaganych efektów estetyczno-dekoracyjnych. Skuteczność zapobiegania zjawiskom korozji przez powłokę malarską zależy od działania w niej pigmentów antykorozyjnych, jej szczelności i przyczepności do podłoża. Często własności ochronne są kombinacją powyższych czynników.

Malowanie może zapobiegać korozji poprzez:
• blokowanie reakcji katodowej,
• blokowanie reakcji anodowej,
• wprowadzanie wysokiej oporności dla przepływu prądu w parze galwanicznej.
Wypełniacze i pigmenty, które wchodzą w skład farb, dla
poprawy ich własności ochronnych, zazwyczaj zapobiegają
reakcjom katodowym i anodowym równocześnie

5.3.1. Zapobieganie reakcji katodowej

Reakcja katodowa jest zahamowana w momencie, gdy zablokujemy dostęp tlenu i wody do katody. Warstwa farby spełnia rolę materiału izolacyjnego i blokuje dostęp tlenu i wody do podłoża metalowego. Przyczepność jest również bardzo ważna – przykładowo, farby epoksydowe tworzą bardzo szczelne powłoki, zapewniając dobre własności ochronne w bardzo trudnych warunkach eksploatacji. Zwiększając grubość warstwy lub stosując pigmenty płytkowe, można poprawić własności ochronne powłoki. Reakcja katodowa może również być zablokowana poprzez stosowanie pigmentów antykorozyjnych zawierających cynk. Jony cynkowe wytrącają się na katodzie w postaci wodorotlenków cynku, tworząc warstwę izolacyjną, która zapobiega rozwojowi reakcji katodowej. Ten rodzaj pigmentów antykorozyjnych nazywamy inhibitorami katodowymi.

5.3.2. Zapobieganie reakcji anodowej

W reakcji anodowej jony żelazowe powstają pod powłoką malarską. W zależności od panujących warunków, jony te tworzą różne rodzaje związków żelaza. Dla zahamowania reakcji anodowej musimy zapobiec rozpuszczaniu jonów żelazowych,
np. poprzez ochronę katodową lub poprzez wprowadzenie inhibitorów anodowych, które tworzą warstwę ochronną wokół powierzchni anody. Farba, która przeznaczona jest do ochrony katodowej, musi zawierać duże ilości przewodzących pigmentów, mniej szlachetnych od żelaza, jak np. pył cynkowy w farbach z wysoką zawartością cynku.
Reakcja anodowa może być zatrzymana w sytuacji, gdy aktywne pigmenty antykorozyjne biorą udział w formowaniu warstwy ochronnej wokół anody. Pigmenty antykorozyjne powstrzymują także korozję poprzez wytrącanie związków chemicznych osadzających się na anodzie i blokujących przenikanie do niej jonów żelazowych. Ten rodzaj pigmentów antykorozyjnych zaliczamy do grupy inhibitorów anodowych. Należą do nich np. minia ołowiana, chromian cynku i fosforan cynku. Ze względu na szkodliwość dla zdrowia człowieka pigmenty ołowiowe i chromianowe są obecnie rzadko stosowane.

5.3.3. Blokada przepływu ładunków elektrycznych

Powłoka malarska musi zapewniać wystarczającą oporność, zapobiegającą przepływowi ładunków elektrycznych między elektrodami ogniwa galwanicznego. Własności antykorozyjne farb, które nie zawierają aktywnych pigmentów antykorozyjnych, oparte są na ich wysokiej oporności i szczelności, zapobiegającej przepływowi elektronów między elektrodami ogniwa galwanicznego. Te grupy farb stosowane są do ochrony antykorozyjnej konstrukcji podziemnych i podwodnych.

5.3.4. Powłoki metalizacyjne

Powłoki metalizacyjne to cienka warstwa metalu bardziej odpornego na korozję, pokrywająca metal chroniony. Najczęściej powłoka metalizacyjna ma niższy potencjał elektryczny od metalu chronionego i w przypadku uszkodzenia w powstałym ogniwie pełni rolę anody; tak się dzieje w przypadku powłok cynkowych.

Jeżeli potencjał warstwy metalizacyjnej jest wyższy od potencjału metalu chronionego, sytuacja jest odwrotna i w przypadku uszkodzenia warstwy metalizacyjnej dochodzi do szybkiej korozji
metalu chronionego. Dzieje się tak w przypadku powłok chromoniklowych na stali.

Obecnie najczęściej stosowane są powłoki cynkowe, aluminiowe i mieszane, tzw. ZnAl.

5.3.4.1. Cynkowanie ogniowe

Cynkowanie zanurzeniowe, zwane też ogniowym, jest szczegółowo opisane w normie PN-EN ISO 1461. W uproszczeniu proces technologiczny polega na chemicznym przygotowaniu powierzchni poprzez trawienie w kwasach. Po wypłukaniu i osuszeniu element zanurzany jest w roztopionym cynku (powyżej 419,5°C). W przypadku cienkich blach jest to proces ciągły, a uzyskiwana powłoka cynkowa ma od kilkunastu do ok. 30 µm grubości. Masywne elementy konstrukcyjne zanurzane są w wannach, a grubość powłoki cynkowej może wynosić nawet 200 µm, najczęściej 80-100 µm. Ograniczeniem jest wielkość wanien, niektóre mają nawet 15 m długości. W uzasadnionych przypadkach cynkuje się elementy obustronnie.

Ze względu na wielkość i ciężar maksymalna długość cynkowanego elementu z reguły nie przekracza 30 m. Elementy zbyt wiotkie mogą ulec deformacji w procesie cynkowania ogniowego. Na etapie projektowania konstrukcji zabezpieczanej
w taki sposób, projektant powinien przewidzieć rozwiązania umożliwiające nakładanie powłok ogniowych. Problemem jest cynkowanie powierzchni częściowo zamkniętych. Niezbędne są otwory technologiczne, umożliwiające wpłynięcie i wypłynięcie roztopionego cynku. Powierzchnie stali zabezpieczone tą metodą posiadają kilkumikrometrową fazę międzymetaliczną, w której występują wymieszane cząsteczki cynku i żelaza. Powierzchnia powłoki cynkowej jest bardzo gładka, co powoduje problemy z przyczepnością farb, jeżeli trzeba ją pomalować

5.3.4.2. Cynkowanie natryskowe

Warstewka cynku nakładana jest na stal obrobioną strumieniowo–ściernie do stopnia minimum Sa 2½ o odpowiedniej chropowatości, minimum profil pośredni G wg PN-EN ISO 8503-2. Materiał metaliczny, zazwyczaj w postaci drutu cynkowego lub cynkowo-aluminiowego, roztapiany jest w specjalnym pistolecie i jego płynne drobiny przenoszone są w strumieniu sprężonego powietrza na powierzchnię stali. W odróżnieniu do ocynkowania ogniowego przyczepienie się metalu do stali ma wyłącznie charakter mechaniczny, a uzyskana powierzchnia jest bardzo porowata. Pory mogą penetrować nawet do podłoża, dlatego trzeba je wypełnić, aby uniemożliwić penetrację tlenu i wilgoci. Do tego celu służą specjalne farby, z reguły epoksydy drobnocząsteczkowe, tworzące wypełnienie uszczelniające.

5.3.4.3. Cynkowanie elektrolityczne

Cynkowanie elektrolityczne jest z reguły stosowane w przemyśle precyzyjnym, przy produkcji sprzętu AGD itp., gdzie małe, wiotkie elementy nie nadają się do innej metody cynkowania. W ograniczonym zakresie stosuje się je do większych elementów. Uzyskane powłoki są z reguły dość cienkie, od kilku do kilkunastu mikrometrów.

6. Przygotowanie powierzchni stalowych do malowania

PRZYGOTOWANIE POWIERZCHNI DO MALOWANIA TO NAJWAŻNIEJSZY I NAJTRUDNIEJSZY ELEMENT W TECHNOLOGII ZABEZPIECZENIA PRZED KOROZJĄ. NA STALI MOŻE WYSTĘPOWAĆ WIELE ZANIECZYSZCZEŃ, KTÓRYCH USUNIĘCIE WYMAGA Z REGUŁY KILKU OPERACJI.

Te zanieczyszczenia to:
• produkty reakcji z otaczającym środowiskiem; dla stali zgorzelina, rdza, dla aluminium tlenki, a dla cynku tlenki i sole (biała rdza),
• zanieczyszczenia produkcyjne, z reguły hydrofobowe (tłuszcze, oleje, smary, stara powłoka malarska),
• zanieczyszczenia osadzające się z atmosfery (kurz, pył oraz sole rozpuszczalne w wodzie, z reguły niewidoczne dla oka).

Proces powinien składać się z całego szeregu operacji:
• wstępnego umycia i oczyszczenia stali jeszcze przed procesem wytwórczym,
• przygotowania spoin, krawędzi i innych obszarów z wadami powierzchni,
• czyszczenia zasadniczego,
• odbioru przygotowanej powierzchni przed rozpoczęciem malowania lub metalizacji.

6.1. Wstępne mycie i czyszczenie stali

Wstępne umycie i oczyszczenie zgrubne stali nie jest procesem niezbędnym, ale bardzo ułatwia dalsze etapy procesu produkcyjnego (cięcie, spawanie, wiercenie), a czyszczenie zasadnicze przebiega szybciej i przy mniejszym zużyciu energii.
Mycie wodą lub wodą z dodatkiem detergentu za pomocą myjek nisko- i średniociśnieniowych pozwala na pozbycie się tłuszczów, zaolejeń, soli i innych zanieczyszczeń, poza zgorzeliną walcowniczą.

Czyszczenie wstępne odbywa się w oczyszczarkach przelotowych (fot. 7), które pozwalają na usunięcie większości zanieczyszczeń mocno związanych ze stalą, takich jak zendra lub stare powłoki malarskie. Niektóre huty dostarczają blachy
i kształtowniki po takiej obróbce zabezpieczone tzw. gruntami warsztatowymi (ang. shop primer).

6.2. Przygotowanie spoin, krawędzi i innych obszarów z wadami powierzchni

USUNIĘCIE WAD POWIERZCHNI WYNIKAJĄCYCH Z PROCESÓW PRODUKCYJNYCH (CIĘCIE, SPAWANIE, WIERCENIE) ORAZ INNYCH WAD POWIERZCHNI ZWIĄZANYCH Z JAKOŚCIĄ STALI ZOSTAŁO OPISANE W NORMIE PN-EN ISO 8501-3.

Uwzględniając nowe wydanie normy PN-EN ISO 12944-5:2018, która już nawet od C4VH zaleca przygotowanie P3, powyższa tabela jest nadal aktualna.

Niewielkie rozbieżności pomiędzy podanymi wymaganiami zdaniem autorów należy interpretować w następujący sposób. Norma PN-EN 1090 powstała z myślą o kompleksowym ujęciu wykonawstwa konstrukcji pracujących na śródlądziu, takich jak stalowe konstrukcje budynków, hal itp.

Konstrukcje pracujące w warunkach morskich, na terenie zakładów chemicznych (szczególnie instalacje procesowe) należy wykonywać zgodnie z wymogami podanymi w tabeli 5.

W przypadku wątpliwości warto postarać się o właściwą interpretację projektanta konstrukcji.

6.3. Stopnie skorodowania (stany wyjściowe powierzchni stali) niezabezpieczonych podłoży stalowych

Stany wyjściowe stali mają wpływ na późniejszy stopień przygotowania powierzchni, dlatego w poprawnym opisie stanu powierzchni przed malowaniem powinien być on uwzględniony.

6.4. Stopnie przygotowania podłoży zgodnie z PN-EN ISO 8501-1

6.5. Stopnie przygotowania wcześniej pokrytych powłokami podłoży stalowych po miejscowym usunięciu tych powłok

Lokalnego oczyszczenia opisanego w normie PN-EN ISO 88501-2 wymagają powierzchnie, które uległy miejscowemu uszkodzeniu podczas transportu lub montażu. Ponieważ są to prace
miejscowe, w których bardzo ważny jest sposób przygotowania przejścia pomiędzy dobrze zachowanymi powłokami, a miejscami naprawianymi, wprowadzono normę PN-EN ISO 8501-2. W normie opisano stopnie PSa 2; PSa 2½; PSa 3; PSt 2; PSt 3, są one odpowiednikami stopni (od A do D) Sa 2; od (A do D) Sa 2½ itd. opisanymi w PN-EN ISO 8501-1 w odniesieniu do powierzchni lokalnej, powstałej pomiędzy dobrze zachowanymi powłokami malarskimi.

Przykładowo stopień PSa 2½ został opisany w następujący sposób:
PSa 2½ – bardziej gruntowna miejscowa obróbka strumieniowo-ścierna. Mocno przylegającą powłokę malarską należy pozostawić nienaruszoną. Na oglądanej nieuzbrojonym okiem powierzchni po obróbce nie może być tłuszczów, luźno związanej z podłożem powłoki malarskiej, zgorzeliny walcowniczej, pyłu, rdzy i innych zanieczyszczeń. Dopuszczalne są jedynie ślady zanieczyszczeń w postaci kropek lub pasków. Uzyskaną powierzchnię można porównać z wzorcami fotograficznymi dla C Sa 2½ lub D Sa 2½ z PN-EN ISO 8501-1. Wybór wzorca C lub D zależy od intensywności wżerów.

Norma wprowadza jeszcze jeden stopień przygotowania powierzchni, oznaczony jako PMa. Stopień PMa jest to miejscowe mechaniczne oczyszczanie ścierne wcześniej pokrytych powierzchni. Mocno przylegającą powłokę malarską należy pozostawić nietkniętą. Na oglądanych nieuzbrojonym okiem innych częściach powierzchni nie może być zatłuszczeń, pyłu, luźno związanych z podłożem farb, zgorzeliny, rdzy i innych zanieczyszczeń. Dopuszczalne są jedynie ślady zanieczyszczeń w postaci kropek lub pasków (fot. 12 i 13).

6.6. Narzędzia do przygotowania powierzchni

6.6.1. Urządzenia do obróbki strumieniowo-ściernej

Do obróbki strumieniowo-ściernej wykorzystuje się urządzenia, które nadają ścierniwu odpowiednią energię, dzięki której ścierniwo uderzając o czyszczoną powierzchnię, jest w stanie
usunąć zanieczyszczenia, a nawet zdjąć niewielką warstwę metalu. Pozwala to na wytworzenie odpowiedniego profilu podłoża (chropowatości), który zwiększa powierzchnię styku,
wpływając na poprawę przyczepności farby do podłoża. Nadawanie energii ścierniwu odbywa się za pomocą:
• wirujących tarcz, które wyrzucają ścierniwo siłą odśrodkową na obrabianą powierzchnię. To rozwiązanie jest najczęściej stosowane w oczyszczarkach przelotowych (fot. 7).
• sprężonego powietrza, które porywając ścierniwo, uderza nim o obrabianą powierzchnię (fot. 14).
• wody pod ciśnieniem, która podobnie jak powietrze przenosi ścierniwo na czyszczoną powierzchnię. Ta metoda pozwala na uzyskanie chropowatości, ale związana jest z powstawaniem rdzy nalotowej, podobnie jak przy czyszczeniu wodą pod wysokim ciśnieniem (rozdz. 6.7.).

Ścierniwo, w zależności od rodzaju, może być używane w obiegach otwartych lub zamkniętych. W obiegach zamkniętych używa się najczęściej ścierniw metalowych i korundu, a w otwartych ścierniw mineralnych, żużli i ścierniw organicznych.

6.6.2. Profil chropowatości a rodzaje ścierniw

ŚCIERNIWO OSTROKĄTNE I UZYSKANY PROFIL POWIERZCHNI.

W zależności od zastosowanego ścierniwa uzyskujemy profil:

• ostrokątny (ścierniwa ostrokątne G),

• kulisty (ścierniwa kuliste S),

• cylindryczny (ścierniwa cylindryczne C, początkowo profil zbliżony do G, a po kilku cyklach bliższy S).

Profil po obróbce ścierniwami ostrokątnymi charakteryzuje się ostrymi pikami i daje znacznie lepsze rozwinięcie powierzchni, niż przypominający pagórki profil po ścierniwach kulistych. Farby etylokrzemianowe, powłoki zbiornikowe i grunty wysokocynkowe można nakładać tylko na powierzchnie po obróbce ścierniwami ostrokątnymi (G).

6.6.3. Ręczne narzędzia do przygotowania powierzchni

PRZYKŁADY RĘCZNYCH NARZĘDZI DO OBRÓBKI POWIERZCHNI

Przygotowanie powierzchni narzędziami ręcznymi, nawet z napędem mechanicznym, do stopnia St 2, St 3, PSt 2, PSt 3 i PMa rzadko jest stosowane do obróbki dużych powierzchni, ze względu na małą wydajność i znikome rozwinięcie powierzchni. Wyjątkiem mogą być konstrukcje znajdujące się w strefach, gdzie nie można zastosować obróbki strumieniowo- -ściernej, choć nowe technologie takie jak:

• czyszczenie suchym lodem,

• czyszczenie wodą pod wysokim ciśnieniem,

• obróbka hydrościerna,

• obróbka ze ścierniwem w osłonie gąbek i inne, znacznie zmniejszyły te ograniczenia.

Z narzędzi ręcznych korzysta się na ogół do przygotowania powierzchni przy wykonywaniu napraw i uzupełnienia powłok po montażu lub awariach

6.7. Stany wyjściowe, stopnie przygotowania i stopnie rdzy nalotowej po czyszczeniu strumieniem wody pod wysokim ciśnieniem

Obróbka stali wodą pod wysokim ciśnieniem (pow. 70 MPa) pozwala na usunięcie większości zanieczyszczeń. Nie usuwa jednak zgorzeliny walcowniczej i nie narusza powierzchni stali, nie powoduje zatem rozwinięcia powierzchni tak jak obróbka strumieniowo-ścierna.

Z tego powodu ten sposób czyszczenia jest zalecany w przypadku konieczności usunięcia starych powłok malarskich. Stany wyjściowe zdefiniowano w normie PN-EN ISO 8501-4 w sposób następujący:

DC A Stopień degradacji powłoki malarskiej zbliżony do zilustrowanego w normie PN-EN ISO 4628-3 jako Ri3.

DC B Stopień degradacji powłoki malarskiej zbliżony do zilustrowanego w normie PN-EN ISO 4628-3 jako Ri4.

DC C Powierzchnia, jeżeli była pomalowana, uległa degradacji w stopniu zbliżonym do Ri5, zilustrowanym w normie PN-EN ISO 4628-3, natomiast jeśli brak śladów powłoki, odpowiednim wzorcem jest stan C zilustrowany w normie PN-EN ISO 8501-1.

DP I Zniszczona powierzchnia gruntu epoksydowego do czasowej ochrony pigmentowanego tlenkiem żelaza.

DP Z Zniszczona powierzchnia gruntu etylokrzemianowego do czasowej ochrony pigmentowanego cynkiem.

Po czyszczeniu wodą pod wysokim ciśnieniem uzyskuje się trzy stopnie przygotowania dla każdego ze stanów wyjściowych – Wa 1, Wa 2 i Wa 2,5.

Prawidłowy zapis powinien zawierać stan wyjściowy powierzchni przed czyszczeniem i stopień przygotowania po czyszczeniu, np. DC B Wa 2.

Przy czyszczeniu wodą norma dopuszcza używanie detergentów, jednak zastrzega, że muszą one być bardzo starannie spłukane. Czyszczenie wodą ma jeszcze jeden poważny mankament. Woda powoduje, że po czyszczeniu na stali powstaje prawie natychmiast rdza nalotowa, która wpływa na osłabienie przyczepności powłoki malarskiej. Wyróżnione są trzy stopnie rdzy nalotowej:

6.8. Inne metody przygotowania powierzchni przed malowaniem

6.8.1. Metody chemiczne

Usuwanie rdzy metodą chemiczną lub „trawieniem” polega na zanurzeniu przedmiotu w wannie trawialniczej wypełnionej odpowiednimi chemikaliami, w zależności od rodzaju trawionego metalu. Kąpiel trawiąca może mieć charakter kwaśny lub zasadowy.

Trawienie kwasowe może być prowadzone z użyciem kwasów: solnego, siarkowego lub azotowego. Rodzaj użytego kwasu zależy od metalu obrabianego. Celem jest uzyskanie efektu usunięcia złogów tlenków, bez spowodowania korozji samego metalu. Do kąpieli trawiącej dodajemy inhibitory mające za zadanie ochronę czystego metalu. Po trawieniu przedmiotów stalowych, ich powierzchnia musi być natychmiast zobojętniona i wysuszona.

Trawienie zasadowe jest zazwyczaj prowadzone przy pomocy 50-80% wodorotlenku sodowego. Usuwanie rdzy przy pomocy roztworów alkalicznych jest wolniejsze niż przy pomocy kwasów, zaletą jest to, że usuwane są równocześnie zanieczyszczenia organiczne. Trawienie aluminium jest często prowadzone przy pomocy kąpieli zasadowych. Własności zwilżające roztworu regulowane są przez dodatki, a skuteczność trawienia przez zmianę stężenia ługu (pH)

6.8.2. Fosforanowanie

Fosforanowanie poprawia przyczepność powłok malarskich do powierzchni metalu i może także poprawić odporność korozyjną pomalowanej powierzchni. Żeliwo, stal, cynk i powierzchnie metalizowane ogniowo, a w niektórych przypadkach powierzchnie aluminiowe, nadają się do fosforanowania.

Podczas fosforanowania na powierzchni metalu powstaje cienka, krystaliczna warstwa fosforanu, poprawiając przyczepność. Najczęściej stosuje się fosforanowanie żelazowe
i cynkowe. Wybór procesu zależy od rodzaju otoczenia, na które będzie docelowo narażona powierzchnia. Fosforanowanie prowadzimy metodą natryskową lub zanurzeniową.

Fosforanowanie cynkowe uważane jest za najlepszą metodę chemicznego przygotowania powierzchni do malowania. Przyczepność powłok malarskich i ochronne własności antykorozyjne po fosforanowaniu cynkowym są bardzo dobre.

Grubość warstwy fosforanu cynku, mierzona ilością związku nałożonego na powierzchnię 1m2 zawiera się w granicach 2-4,5 g. Kolor powierzchni pokrytej fosforanem cynku jest szary.

Fosforanowanie cynkowe składa się zasadniczo z pięciu faz technologicznych:

czyszczenie powierzchni,
płukanie,
fosforanowanie,
płukanie
płukanie pasywujące.

Rodzaj malowanego przedmiotu i wymagania eksploatacyjne powłoki malarskiej mogą wymagać poszerzenia lub zawężenia zakresu tych operacji. Fosforanowanie cynkowe, jako metoda
przygotowania powierzchni przed malowaniem, stosowane jest dla powierzchni narażonych na bardzo trudne warunki eksploatacji, np. w produkcji samochodów i innych środków
transportu.

W fosforanowaniu żelazowym mamy co najmniej dwie fazy technologiczne:

połączony proces mycia i fosforanowania
spłukiwanie.

Fosforanowanie żelazowe jest najprostszą i najtańszą metodą fosforanowania. Fosforanowanie żelazowe poprawia przyczepność powłok malarskich do podłoża stalowego, lecz
jego własności antykorozyjne nie są tak dobre, jak fosforanowania cynkowego. W zależności od użytego rodzaju procesu powłoka zawiera się w granicach 0,1-1,0 g/m2
fosforanu żelaza.
Kolor może się zmieniać od niebieskiego do szarego, w zależności od grubości warstwy fosforanu. Fosforanowanie żelazowe stosowane jest najczęściej do przygotowania powierzchni
przed malowaniem tzw. „białych wyrobów”, takich jak sprzęt zmechanizowany gospodarstwa domowego (pralki, lodówki itp.).

6.9. Symbole oznaczające metody przygotowania powierzchni

6.10. Kontrola przygotowania powierzchni do malowania

6.10.1. Kontrola przygotowania spoin, krawędzi i obszarów z wadami powierzchni PN-EN ISO 8501-3

Kontrola przygotowania spoin, krawędzi i obszarów z wadami powierzchni (przygotowanie powierzchni). Wady zawarte w tej normie zostały szczegółowo opisane w pkt. 6.2. Kontrola odbywa się w sposób wizualny, często z użyciem dodatkowego źródła światła. W niektórych przypadkach sama ocena wzrokowa nie wystarczy. „Na oko” nie jesteśmy w stanie stwierdzić,
a tym bardziej udowodnić, czy dana krawędź jest zaokrąglona odpowiednim promieniem lub czy podtopienie w spoinie jest głębokie. Można do tego wykorzystać szereg przyrządów
wspomagających ocenę przygotowania powierzchni. Zaliczamy do nich różnego rodzaju spoinomierze, głębokościomierze lub szablony do sprawdzania ostrych/zaokrąglonych powierzchni.

6.10.2. Ocena stopnia przygotowania powierzchni

Ocenę stopnia przygotowania powierzchni należy zacząć od ustalenia metody. Jeżeli była to obróbka strumieniowo-ścierna całego elementu, ocenę należy oprzeć na wzorcach fotograficznych zawartych w normie PN-EN ISO 8501-1, podobnie jak w przypadku czyszczenia ręcznego lub przy pomocy płomienia. Jeśli czyszczenie polegało na obróbce wodą
pod wysokim ciśnieniem, korzystamy z wzorców zawartych w normie PN-EN ISO 8501-4. Oceny dokonujemy, porównując wzorce z powierzchnią rzeczywistą bez powiększenia.
Poprawne zapisy mogą wyglądać następująco:
A Sa 3, oznacza obróbkę strumieniowo-ścierną do stopnia Sa 3 stali o stopniu skorodowania A;
C Sa 2½, oznacza miejscową obróbkę strumieniowo-ścierną do stopnia Sa 2½ stali o stopniu skorodowania C;
DC A Wa 2, oznacza czyszczenie strumieniem wody pod wysokim ciśnieniem do stopnia Wa 2 stali, na której system powłokowy uległ zniszczeniu w stopniu zbliżonym do podanego
w normie PN-EN ISO 4628 dla stopnia Ri3.

Dość często zdarza się, że nie podaje się stanu wyjściowego, a jedynie symbol oczyszczenia, np. Sa 2, St 3 lub Wa 2½.

Zgodnie z PN-EN ISO 8501-1 wzrokowa ocena czystości powierzchni dokonywana jest okiem nieuzbrojonym. Przed obróbką strumieniowo-ścierną należy wykonać pomiar
warunków klimatycznych (fot. 18).

Procedura oceny jest następująca (fot. 19):
• przyłożyć odpowiednią fotografię w płaszczyźnie blisko powierzchni stalowej celem porównania,
• sprawdzić powierzchnię stali, porównując ją z fotografią okiem nieuzbrojonym,
• dla stanów wyjściowych bierze się pod uwagę najgorszy stopień występujący na konstrukcji,
• dla stopni przygotowania bierze się pod uwagę stopień najbliższy do wyglądu ocenianej powierzchni.

6.10.3. Ocena chropowatości

Dwa najczęściej stosowane sposoby oceny chropowatości podłoży po obróbce strumieniowo-ściernej to:
• metoda z użyciem wzorca chropowatości (komparatora),
• metoda z użyciem przyrządu stykowego.

Podstawowa różnica między tymi dwoma metodami, poza różnymi przyrządami, polega na tym, że przy metodzie z użyciem
przyrządu stykowego otrzymujemy konkretny wynik, przy metodzie z użyciem wzorca otrzymujemy zakres chropowatości.

Ze względu na to, że przyrządy stykowe są dość drogie, podajemy jedynie procedurę z użyciem wzorca chropowatości
(fot. 20).
• przed pomiarem należy usunąć z powierzchni pył i luźne zanieczyszczenia,
• położyć wzorzec (komparator) G lub S (w zależności od użytego ścierniwa) na podłożu po obróbce strumieniowo-ściernej,
• porównać cztery segmenty wzorca z badaną powierzchnią (użyć szkła powiększającego, jeśli to konieczne, maks. x 7),
• ocenić, który segment wzorca jest najbardziej zbliżony do powierzchni konstrukcji.

6.10.4. Ocena stopnia zapylenia powierzchni

Ocena obecności pyłu pozostającego na oczyszczonych powierzchniach stalowych przygotowanych do malowania (metoda taśmy samoprzylepnej PN-EN ISO 8502-3). Metoda dostarcza obrazowej skali do oceny średniej ilości pyłu oraz opisowych klas do oceny średniej wielkości cząsteczek pyłu.
Procedura oceny:
• przykleić taśmę klejącą o szerokości 25 mm (zgodną z ww. normą) na badaną powierzchnię,
• przeciągnąć kciukiem (pamiętać o rękawiczkach), dociskając taśmę do powierzchni badanej,
• usunąć taśmę klejącą z powierzchni i przykleić ją na kontrastowe podłoże,
• porównać oderwaną taśmę z wzorcem zawartym w normie PN-EN ISO 8502-3.
Zazwyczaj dopuszczalny stopień zapylenia wynosi 2.
W przypadku zbyt dużego stopnia zapylenia należy powierzchnie konstrukcji oczyścić przez przedmuchanie sprężonym powietrzem i powtórzyć ocenę stopnia zapylenia. Należy zwrócić
uwagę na jakość sprężonego powietrza. Skutkiem złego odpylenia powierzchni przed malowaniem może być brak lub osłabienie przyczepności powłoki malarskiej do podłoża.