История антикоррозионных защитных покрытий

В древности, едва начав использовать металлы в быту, военном деле и производстве, было отмечено, что под действием атмосферной влаги инструменты и оружие начинают постепенно ржаветь и разрушаться. В трудах греческого историка Геродота (V век до нашей эры) находятся упоминания об оловянных покрытиях, предохраняющих железо от ржавчины. Первыми попытками по замедлению коррозийных процессов кроме лужения было также обработка поверхностей маслами и жиром, а также нанесение позолоты и серебрение.

Кроме того, древние уже умели использовать для конструкций материалы, которые менее подвержены коррозии. Например, колонна индийского царя Чандрагупты II изготовлена из практически чистого железа (99,72%). Она была установлена в 415 году нашей эры, и если бы обладала большей долей примесей, то за прошедшие 1600 лет не могла бы сохраниться ни в каком виде. Сейчас же она является одной из достопримечательностей Дели.

С окончанием средневековья в Германии началось промышленное производство белой жести, для этого железные листы погружали в расплавленное олово. В XVIII веке подобное производство было налажено в Англии, еще позже – в России. Возрос спрос также на свинец, потребление которого вызывалось развитием сернокислотного производства. Так в середине XVIII века в Британии впервые была применена свинцовая обшивка для сооружения сернокислотных камер.

В 40-х годах XVIII века был построен первый цинковый завод в Бристоле (Англия). Это способствовало использованию цинка в качестве защитного покрытия для различных сталей. Хотя первые сведения о специальных цинковых покрытиях относятся ко второй половине XVIII века, промышленные масштабы процесс горячего оцинкования получил с 1836 года. Тогда было предложено перед погружением железа в жидкий цинк протравливать его в кислоте и применять в качестве флюса хлорид аммония. Кроме того, развитию процесса горячего оцинкования способствовал прогресс в области телеграфии, потребовавший огромного количества железной проволоки. С 1858 года эти технологии были внедрены и в России на Кронштадтском пароходном заводе, где оцинковывались железные детали, необходимые для постройки судов.

С развитием химии стали применяться другие вариации нанесения защитной пленки, например, оцинковка, хромирование, амальгамирование. Возросший спрос на медь и ее сплавы вызвал увеличение производства олова и цинка, входящих в состав бронз и латуней.

Технологический прогресс (строительство железных дорог, стальных судов и многое другое) вызывал необходимость выработки принципиально новых подходов к защите стальных конструкций, узлов и агрегатов. Так, в 1889 году в Париже было завершено строительство Эйфелевой башни, причем сам изобретатель рассчитывал, что она прослужит как минимум 25 лет. Исследование состояния железных конструкций, проведенное современными учеными и инженерами, показало, что металл, покрытый плотным слоем краски, до сих пор сохраняет свою прочность. Тем не менее, опасность ржавления, как дамоклов меч, висит над железными сооружениями и изделиями. По данным исследователей, только за период с 1820 по 1923 года при общем мировом производстве железа 1766 миллионов тонн почти половина (около 718 миллионов тонн) уничтожено коррозией.

Долгое время промышленники заботились не об увеличении срока службы металлического изделия, а об увеличения количества произведенного металла. Лишь в 1910 году на Всемирном геологическом конгрессе в Стокгольме была озвучена проблема истощения запасов железной руды. При том, что опасения специалистов оказались преувеличенными и до настоящего времени в мире нет проблемы недостатка сырья, эти угрозы заставили ученых искать варианты более долгой сохранности металлических конструкций.

В 1913 году на основе никель-хромового сплава была получена нержавеющая сталь. В ходе экспериментов была обнаружена способность стальных изделий с высоким содержанием хрома сопротивляться кислотной коррозии. К концу 20-х годов нержавеющая сталь была признана наиболее универсальной и практичной по сравнению со сталью, не содержащей в своем составе хрома.

В начале ХХ века антикоррозийная защита развивалась в сторону покрытий на основе алкидной смолы, льняного масла, в состав которых входил свинцовый сурик. В 40-х годах стали использовать хлоркаучук, а в 50-е – антикоррозионные пигменты на цинковой основе. Эпоха свинцово- и хромосодержащих покрытий закончилась после их исследований экологами и токсикологами. В ходе дальнейших исследований в области защиты от коррозии появлялись все новые способы обработки поверхности металлов, например, воронение и полирование.

В середине XX века были разработаны основные виды и типы лакокрасочных материалов, которые используются до сих пор, в том числе и на столь потенциально опасных объектах как атомные электростанции. Это всевозможные грунты, шпаклевки, преобразователи коррозии. Другим перспективным направлением стало использование полимерных наполнителей, которые широко используются в металлургии вообще, и в производстве труб, в частности.

Выделились два основных варианта антикоррозионной защиты – электрохимический, направленный на повышение сопротивляемости самого изделия, и механический – наружная композитная броня в виде различных покрытий и пленок. Механический метод также применяется к материалам неметаллического типа, например для защиты бетона.

В настоящее время более всего распространены лакокрасочные антикоррозионные покрытия, их применение достигает 95%. Преимущества лакокрасочных материалов заключаются в простоте нанесения, широкой цветовой гамме, практически неограниченных размерах объекта для нанесения, сравнительной дешевизне и возможности быстрого нанесения ремонтного покрытия.

Сейчас на рынке АКЗ представлено множество способов нейтрализации негативного воздействия агрессивной среды, температуры, давления, адгезии и других коррозийных факторов. Для защиты поверхностей промышленных объектов используются различные лаки и краски, эмали и полимеры. Наносятся они также различными способами от «простого» распылителя до использования специальных покрасочных камер. На сегодняшний день это – самый доступный и распространенный способ АКЗ. Используются, как правило, простейшие лакокраски: всевозможные грунтовки и эмали. Стоимость современных высококачественных красок довольно высока, причем на подготовительные работы уходит до 70 – 80% общей стоимости окраски.

Одним из направлений развития технологий производства ЛКМ стала разработка композитных материалов. Наибольшее распространение получили антикоррозийные цинконаполненные краски для технологии так называемого «холодного цинкования». Этот материал имеет существенный недостаток – сравнительно невысокую химстойкость. Вызвано это тем, что металлы являются природными восстановителями, поэтому подобные защитные покрытия сами нуждаются в дополнительной защите в агрессивных средах.

Одной из последних разработок являются защитные покрытия с наполнителями чешуйчатой формы с аморфной или микрокристаллической структурой, такими, как чешуйчатое железо, микрослюда или стекло. При всех их плюсах, массовых работ по АКЗ (например, защиту трубопроводов) с применением этих средств в силу относительной дороговизны осуществлять нецелесообразно.

Проблему цены решает разработка принципиально иного, инновационного материала, который при относительной дешевизне, обладал бы высокой химической стойкостью и таким качеством, как абразивоустойчивость. Всеми этими характеристиками обладают защитные покрытия на основе эпоксидной смолы и базальтового микропластинчатого наполнителя. По своим химико-физическим параметрам он ничем не уступает, а в большинстве случаев – превосходит свои аналоги, при этом стоит существенно дешевле. Связано это с тем, что сырье для производства одного из компонентов этого защитного покрытия – базальт – повсеместно распространено на поверхности Земли.