image
energas.ru

Коррозия Территории Нефтегаз № 2 (37) 2017

Покрытия

»  01.08.2017 11:00 ИМПЕДАНС ЛАКОКРАСОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ В ВОДНЫХ НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫХ СРЕДАХ
Импедансная спектроскопия – один из немногих электрохимических методов, который дает надежную информацию о поведении металлических материалов с органическими покрытиями в растворах электролитов.
Ключевые слова: коррозия, электрохимический импеданс, электрохимическая реакция, проводимость, эпоксидные покрытия, электролит, пассивирующие свойства, барьерные свойства.
Открыть PDF


Электрохимический импеданс металла с бездефектным покрытием ведет себя как импеданс емкости:

1_1.png 

где Сс – емкость покрытия, равная

1_1_1.png  

где ε – диэлектрическая постоянная материала покрытия, εo – электрическая постоянная (εо = 8,854·10-12 Ф/м), d – толщина покрытия. Типичные значения диэлектрической постоянной органических покрытий ε = 3–4.

1_1_7.png

При воздействии коррозионной среды на систему «металл – покрытие» дефекты покрытия создают пути ионной проводимости, которые могут проникать до металлической подложки. Сопротивление этих путей постепенно снижается за счет деградации покрытия. Стадии разрушения покрытия:

1) исходное покрытие (рис. 1а), график импеданса имеет вид наклонной прямой, которая моделируется элементом постоянной фазы (псевдоемкость);

2) проникновение Н2О, катионов и анионов (рис. 1б), на графике появляется высокочастотная дуга;

3) образование катодных и анодных участков (рис. 1в), на графике появляется низкочастотная дуга;

4) протекание электрохимических реакций с диффузионными ограничениями (рис. 1г), на графике появляется прямой участок с углом наклона 45°;

5) вздутие, пузырение покрытия, образование ржавчины, отслаивание покрытия, импеданс аналогичен металлу без покрытия.

Согласно литературным данным [1] импеданс покрытий моделируется следующими эквивалентными электрическими схемами (рис. 2).

1_1_2.png 

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Образцы с двухсторонним покрытием выдерживали в растворе модели пластовой воды (3 % NaCl) в течение 30 сут при температуре 60 °С в статических условиях.

Спектры импеданса покрытия получали при амплитуде потенциала 100 мВ в диапазонах частот от 20 кГц до 1 Гц, используя электрохимическое измерительное устройство Solartron 1280 C и трехэлектродную электрохимическую ячейку, с возможностью крепления пластины с покрытием вместо рабочего электрода. Площадь контакта покрытия с раствором электролита составляла 1 см2. Эксперимент проводили в динамических условиях при перемешивании на магнитной мешалке. Обработку данных измерения импеданса проводили в программе ZWiew. В основе расчета элементов эквивалентных схем лежит симплексный метод поиска минимума функции нескольких переменных.

Объектами испытаний были выбраны следующие типы эпоксидных покрытий:

  • покрытие № 1 – двухкомпонентная грунт-эмаль естественной сушки на силикон-эпоксидной основе, фактической толщиной 230 мкм, наполнитель – диоксид титана и тальк 55,5 %;

  • покрытие № 2 – двухслойное эпокси-каменноугольное покрытие, отверждаемое полиаминным аддуктом, общая толщина покрытия – 290 мкм, наполнитель – каменноугольная смола 30 %, диоксид кремния – 5 %;

  • покрытие № 3 – двухкомпонентное эпоксидное покрытие с небольшим содержанием растворителя, каждый слой толщиной по 150 мкм, общая толщина покрытия – 300 мкм, наполнитель – диоксид титана и тальк 40–50 %;

  • покрытие № 4 – двухкомпонентное эпоксидное покрытие, отверждаемое полиаминным аддуктом, общая толщина покрытия –320 мкм, наполнитель – фосфат цинка с массовой долей 11 %.

1_1_3.png

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Типичные графики Найквиста покрытия до испытаний и в процессе испытаний показаны на рис. 3–4.

Анализ рис. 3–4 показал, что в исходном состоянии импеданс покрытия ведет себя как элемент постоянной фазы. В процессе испытаний появляются высокочастотная и низкочастотная дуги, обусловленные проводимостью в порах покрытия и электрохимической реакцией под покрытием.

1_1_4.png

Рассчитанные по импедансным данным значения сопротивления пор покрытия Rpor и сопротивления переноса заряда Rct являются показателями барьерных и пассивирующих свойств покрытий. Чем выше эти значения, тем покрытие надежнее защищает металл от коррозии.

1_1_5.png

Изменение Rpor покрытий в процессе испытаний приведено на рис. 5. Видно, что в первые часы испытаний наблюдается резкое снижение Rpor покрытий за счет заполнения объема пор электролитом, затем Rpor стабилизируется и снижается медленно за счет постепенной деградации покрытия. Покрытия № 2–4 обладают более выраженными барьерными свойствами по сравнению с покрытием № 1.

1_1_6.png

Изменение Rct покрытий в процессе испытаний приведено на рис. 6. Наблюдается колебание значений Rct покрытий во времени. Пассивирующие свойства покрытий № 2, 3 более выражены по сравнению с аналогичными показателями покрытий № 1, 4. 

ВЫВОДЫ

По результатам испытаний импедансным методом среди испытанных эпоксидных покрытий наилучшими барьерными и пассивирующими свойствами обладают покрытие № 2 – (эпокси-каменноугольное покрытие) и покрытие № 3 (эпоксидное покрытие с небольшим содержанием растворителя).



← Назад к списку