Порівняльні дослідження фізико-хімічних властивостей покриттів, одержаних із фосфатмістячих розчинів, на цинку

Порівняльні дослідження фізико-хімічних властивостей покриттів, одержаних із фосфатмістячих розчинів, на цинку

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Національна металургійна академія України

Кафедра Покриттів, композиційних матеріалів і захисту металів

Пояснювальна записка до дипломного проекту (роботи)

на тему: Порівняльні дослідження фізико-хімічних властивостей покриттів, одержаних із фосфатмістячих розчинів, на цинку ФМ і ОМ 7

Спеціальність: Металургія чорних металів

Завдання на дипломний проект (роботу) студентові

. Тема роботи Порівняльні дослідження фізико-хімічних властивостей покриттів, одержаних із фосфатмістячих розчинів, на цинку

. Термін здачі студентом закінченої роботи 17 травня 2012 р. 

. Вихідні дані до роботи

.1 Література по темі випускної роботи 3.2 Матеріали, зібрані під час проходження практики   

.3 Звіт по НДРС

.4 Звіт кафедри по госпдоговірним та держбюджетним науково-дослідній роботі

. Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, що їх належить розробити)

.1 Аналітична частина: аналіз літературних джерел за темою дипломної роботи. Постановка задачі дипломної роботи

.2 Основна частина: розробка методики та експериментальні дослідження згідно поставленої задачі дипломної роботи

.4 Економічна частина: розрахунок кошторису витрат для проведення НДР

.5 Охорона праці: аналіз санітарно-гігієнічних умов праці в дослідницькій лабораторії. Наявність шкідливих сполук та газів у повітрі при проведені досліджень. Розрахунок витяжної шафи у лабораторії

. Консультанти по роботі, із зазначенням розділів проекту, що стосуються їх

Календарний план

Реферат

Об’єкт розробки - склад водних розчинів натрію триполіфосфату різної концентрації для отримання на оцинкованій сталі захисного підшару з підвищеними антикорозійними властивостями для нанесення лакофарбового покриття для захисту від атмосферної корозії.

Мета роботи - дослідження впливу концентрації водного розчину натрію триполіфосфату, нанесеного на оцинковану сталь, в якості підшару для лакофарбових покриттів, на фізико-хімічні властивості захисних покриттів.

Метод дослідження та апаратура - експериментальні дослідження проводилось з використанням аналітичних ваг ВЛР - 2009, з точністю зважування до 0,0001 г кількості речовин захисного покриття, що наносились на оцинковану сталь із триполіфосфатних водних розчинів різної концентрації.

Визначено вплив концентрації водного розчину натрію триполіфосфату на питому масу, адгезій ну міцність, пористість, мікроструктуру та захисні властивості покриттів, одержаних на оцинкованій сталі.

Досліджувані водні розчини натрію триполіфосфату для створення захисного підшару на оцинкованій сталі перед фарбуванням можуть бути використані як робочий варіант при реальному виробництві. Розроблені захисні підшари для фарбування оцинкованої сталі можуть бути рекомендовані до впровадження.

Вступ

До атмосферної корозії схильні всі металовироби, що експлуатуються на відкритому повітрі, а саме: трубопроводи і ємкісне устаткування надземного розташування, металеві частини опор, мостів та інші. Поверхні конструкцій при експлуатації неминуче піддаються зволоженню і забрудненню, що є першопричиною виникнення і розвитку корозійних процесів.

Оцинковані вироби з метою підвищення терміну їх експлуатування в атмосферних умовах найчастіше піддаються фарбуванню. Це один з найбільш поширених та ефективних методів захисту металів від атмосферної корозії.

Як відомо, однією з операцій підготовки поверхні перед нанесенням лакофарбового покриття є фосфатування, яке сприяє усуненню пористості та підвищенню адгезійної міцності поверхні до лакофарбового покриття.

Фосфатні плівки хімічно пов'язані з металом і складаються із зрощених між собою найдрібніших кристалів, розділених порами ультрамікроскопічних розмірів. Вони утворюють високорозвинену шорстку поверхню і здатні адсорбувати і вбирати лаки, фарби, масла, мастила і різні просочуючі суміші, що проникають у капіляри плівки і закріплюються в ній, підвищуючи її захисні властивості.

Забезпечення оптимальних захисних властивостей фосфатованої поверхні для подальшого нанесення лакофарбового покриття може бути досягнуто за рахунок: правильного вибору методу та розчину фосфатування, відповідного лакофарбового покриття, а також металу виробу; дотримання технології фосфатування на окремих ділянках попередньої обробки, у тому числі, забезпечення необхідної температури електроліту, концентрації компонентів, часу обробки, швидкості подачі розчину електроліту.

Більшість відомих складів для фосфатування цинку з метою підвищення адгезії до його поверхні антикорозійних лакофарбових покриттів представляють собою кислі розчини.

Використання кислих розчинів для фосфатування створює екологічні проблеми при виробництві оцинкованої сталі. Сучасні вимоги до охорони навколишнього середовища потребують використання більш екологічно безпечних дешевих складів для фосфатування оцинкованої поверхні.

В дипломній роботі розглянута можливість використання водного розчину натрію триполіфосфату різної концентрації на оцинкованій сталі для утворення захисного підшару перед фарбуванням.

1. Аналітична частина

.1      Основи теорії атмосферної корозії

Атмосферна корозія є найбільш поширеним видом корозії. Прояви її настільки численні і різноманітні, що вдосконалення методів боротьби з нею не втрачає своєї актуальності. Атмосферній корозії піддаються всі металоконструкції, що експлуатуються на відкритому повітрі, а саме: трубопроводи і ємнісні обладнання надземного розташування, металеві частини будівель, опор, мостів, транспортні та вантажно-розвантажувальні засоби [1].

Захист від атмосферної корозії слід вести з урахуванням природи металу (сплаву), що захищається, а також гальванічних пар. В більшості випадків для захисту від такого виду корозії застосовують гальванопокриття металами, анодно-оксидні і фосфатні покриття, а також різні лакофарбові покриття і покриття полімерними матеріалами.

Як відомо, сталі піддаються атмосферній корозії, тому запропоновано нанесення на сталь цинкового покриття гальванічним способом з подальшим фосфатуванням і нанесенням лакофарбового покриття.

Існує велика кількість методів одержання захисних покриттів. Нижче наведена характеристика даних методів.

1.2 Гальванічний спосіб нанесення цинкового покриття

Гальванічним способом можуть бути покриті практично всі метали і сплави.

Гальванічний спосіб цинкування застосовують, головним чином, в приладобудуванні і машинобудуванні. Нанесення металевого шару гальванічним методом здійснюється електролізом з розчину, що містить сіль металу, який облягає. Анодом є метал покриття, а катом - виріб (зразок).

При гальванічному способі одержання покриттів, цинкові покриття утворюються під дією постійного електричного струму, що проходить крізь водний розчин солей цинку. Процес протікає при невисоких температурах (15 - 70 °С). Гальванічне цинкування здійснюють в стаціонарних ваннах за допомогою електролітів - кислих, лужних (ціаністих) та інших [2].

Гальванічний спосіб має цілий ряд достоїнств: покриття міцно зчіплюються з основним металом, можна регулювати товщину шару, отримувати покриття високої чистоти з хорошими захисними і механічними властивостями. З основним металом покриття не утворює сплавів, а зчеплення обумовлене поверхневими силами і умовами електрокристалізації осаду.

В той же час цей метод має і ряд недоліків: відносна повільність нарощування захисного шару, пористість покриття. Крім того, потрібні хімічно чисті реактиви, інакше вихід металу за струмом буде великий.

Цинкування проводять в кислих електролітах (на основі сірчанокислого цинку, алюмінієвих квасців і сірчанокислого натрію), в лужних ціаністих і лужних неціаністих (цинкатних) електролітах.

Лужні ціаністі електроліти отруйні, тому застосовувати їх треба у виняткових випадках, лужні цинкатні - не отруйні.

Цинк у будь-яких електролітах є анодом по відношенню до заліза, тому цинкові покриття захищають сталь не лише механічно, але і електрохімічно [3].

Цинкові покриття застосовують для захисту водопровідних труб і живильних резервуарів. Захист заліза цинком у м'якій воді гірший, ніж у жорсткій. Цинкові покриття добре захищають від корозійно-втомних руйнувань у морській воді, при цьому витривалість сталі збільшується у 1,5…2,5 рази.

Особливо широко застосовується оцинковане залізо для крівлі. Оцинкована крівля може стояти в сильно забрудненій промисловій атмосфері до 30 років, а подалі від промислових будівель - до 50 - 100 років.

1.2.1 Склади електролітів і режими цинкування

Цинк на катоді зазвичай осідає з воднем. Впровадження водню в металеве покриття контролюється по мірі заповнення поверхні атомами.

По зменшенню максимального ступеня заповнення поверхні основного металу атомами водню в процесі цинкування, електроліти розташовуються в наступному порядку: ціаністі, цинкатні, пірофосфатні, сульфатні і фтороборатні. Такий вплив ціанідів пов'язаний з тим, що іони CN^- уповільнюють реакцію виділення водню. Ці іони хемосорбуються на поверхні сталі (навіть при її катодній поляризації) і уповільнюють рекомбінацію атомів водню, збільшуючи міру заповнення ними поверхні катода. Оскільки хемосорбція іонів CN^- збільшується з часом, міра заповнення також зростає із збільшенням часу поляризації [4].

Ціаністі електроліти мають недоліки: швидка карбонізація, різке підвищення крихкості високоміцних сталей при покритті і токсичність. Основною причиною нестабільності таких електролітів є незадовільне співвідношення між концентраціями лугу і ціаніду, а саме завищений вміст останнього. Крім того, немає чіткої кореляції між вмістом ціану і іонами металу. Завищене співвідношення концентрацій ціану і лугу приводить до того, що в електроліті зростає вміст карбонатів, зменшується концентрація цинку і ціану, помітно знижуються η_к і η_а, а також погіршується адгезія покриття. Тому найбільш оптимальним складом ціаністого електроліту вважають наступний (у г/л):(у вигляді металу) ……30 - 40;………………………80 - 90;………………………50 - 100;₂S……………………….0,5 - 1,5;

Гліцерин ………………….0,5 - 1,5.

Неціаністі електроліти. В більшості випадків застосовують наступні неціаністі електроліти: сірчанокислі, пірофосфатні і цинкатні. Для блискучого цинкування використовують сірчанокислий електроліт (у г/л):₄ * 7H₂O…………….250 - 300; ₂SO₄………………….....80 - 100; ₃BO₃……………………...25 - 30;

Декстрин (або желатин).…1,0.

Блискучі цинкові покриття більш корозійностійкі, ніж матові, і меньше схильні до забруднення при контакті з іншими предметами, а також захваті руками [4].

Поряд з сірчанокислим електролітом для блискучого цинкування застосовують пірофосфатний електроліт (у г/л):₄P₂O₇*10H₂O………….190 - 200; ₄*7H₂O……………...50 - 70;

(NH₄)₂C₆H₅O₇…………….20 - 30; ₄Cl……………………..15 - 20; ₂SiO₃*9H₂O………........0,5 - 1,0;

Столярний клей……..........0,75 - 1,5; (NH₂)₂………………….0,1 - 0,15.

Блискучі покриття при товщині більше 5 мкм практично не пористі. При введенні в електроліт кремнекислого натрію тіомочевини цинк на катоді осідає більш рівномірно. Мікротвердість покриттів становить 100 - 150 кГс/мм². Для зменшення пасивації цинкових анодів, в електроліт вводять тризаміщений цитрат амонію і хлористий амоній. Проте при цьому анодна щільність струму має бути у 2 - 3 рази менше, ніж катодна.

Для цинкування виробів простої конфігурації та кріплень застосовують електроліт (у г/л):(у вигляді металу)………..6 - 10; …………………………65 - 90; (вільний)……...............4 - 11.

Розсіювальна здатність електроліту декілька нижче, ніж звичайного ціаністого, швидкість осадження на 20 % нижча (за інших рівних умов електролізу).

1.3 Термодифузійний спосіб нанесення цинкового покриття

Термодифузійні покриття - покриття, отримані в результаті дифузії атомів елементу, що наноситься, в основний метал при високих температурах з отриманням на поверхні металу шару сплава.

В результаті дифузійного насичення зміна складу поверхневих шарів металу приводить до різкої зміни як фізичних так і фізико-хімічних властивостей - міцності, в'язкості, зносостійкості, опору електрохімічній корозії, жаростійкості та ін. Завдяки цьому підвищуються експлуатаційні властивості і подовжується термін експлуатації виробів, значно підвищується їх корозійна стійкість в різних агресивних середовищах.

Для одержання жаростійких термодифузійних покриттів на залізних сплавах, зазвичай, застосовують насичення їх поверхні алюмінієм, хромом і кремнієм (алітування, термохромування, термосиліціювання). Для захисту сталевих труб від корозії широко використовують термодифузійні цинкові покриття.

Термодифузійні покриття отримують у порошкоподібних сумішах або розплавлених середовищах, проводять процес в газоподібних відновних атмосферах, у атмосфері газоподібного хрому або вакуумі. Найбільш простий і поширений спосіб - нанесення покриттів у порошкоподібних сумішах [3].

При дифузійному цинкуванні у порошкових сумішах можна використовувати суміші двох видів.

Інколи застосовують цинковий порошок, в який вводять або хлористий амоній, або соляну кислоту (можна хлористий цинк). Хлористий амоній додають у цинковий порошок у кількості 2 % (по масі), а соляну кислоту з розрахунку одержання у суміші не більше 2 % хлористого цинку. Отриману, таким чином, дифузійну суміш ретельно перемішують, а потім просушують в ящику без доступу повітря при температурі не вище 400 °С.

Широке отримання у промисловості знайшли дифузійні суміші, що складаються з цинкового порошку з добавкою у нього інертних матеріалів (окислів алюмінію, шамоту, кварцового піску та ін.).

Хороші покриття утворюються при цинкуванні в порошкових сумішах, що складаються з пусьєри з додаванням хлористого амонію. Досліди з добавкою у пусьєр 1; 2 і 4 % (по масі) хлористого амонію показали, що товщина шару і зовнішній вигляд покриття для всіх сумішей при однаковій температурі і тривалості цинкування одного порядку [2].

Процес цинкування у вказаних сумішах можна проводити вже при 300 °С. До 360 °С покриття утворюється повільно і невеликої товщини. Цей шар має ясно-сріблясту поверхню і досить пластичний. З підвищенням температури до 420°С виникають більш товсті покриття ясно сірого кольору з гладкою поверхнею, але крихкіші. При 500 °С покриття виявляється декілька шорстким. При цій температурі різко збільшується товщина шару покриття, яке відрізняється задовільними пластичними властивостями.

Для цинкування при температурах 600 °С і вище характерна велика швидкість утворення шару покриття. Проте структура такого покриття крупнокристалічна і вона дуже крихка.

Для промислового використання застосовують переважно дифузійні суміші з пусьєри з добавкою 20-25 % (по масі) окислів алюмінію або річкового кварцового піску. Як показали експерименти, цинкування сталі можливо і у порошкових сумішах з великою кількістю інертного матеріалу (до 90 % кварцевого піску). Покриття при цьому виходить так само суцільним, гладким, світло-сірого кольору. Проте, із збільшенням в порошковій суміші інертних добавок, помітно зменшується товщина покриття, тобто сповільнюється швидкість процесу цинкування.

При великій витраті цинку на покриття виробів, інтенсивність процесу знижується. Для збереження постійної інтенсивності порошкових сумішей при багатократному їх вживанні, в разі великої витрати цинку, доцільно додавати нові порції цинкового порошку в кількості 5 - 10 % (по масі), залежно від витрати цинку на покриття деталей.

Таким чином, вище розглянуті методи одержання покриттів свідчать про те, що всі вони мають як достоїнства так і недоліки. Одним з методів підвищення корозійної стійкості цинкових покриттів в атмосферних умовах є нанесення лакофарбового покриття.

1.4 Лакофарбові покриття

Захист сталі від корозії лакофарбовими покриттями - найбільш розповсюджений.

Основні достоїнства лакофарбових покриттів: невисока вартість; відносна простота нанесення; легкість відновлення зруйнованого покриття; поєднанність з іншими способами захисту, наприклад, протекторного захисту, фосфатними і оксидними покриттями; можливість одержання покриттів будь-якого кольору, що мають поряд із захисними властивостями гарний зовнішній вигляд, тобто декоративний вигляд.

Недоліки лакофарбових покриттів: мала термостійкість, невисока механічна міцність, недостатня стійкість до водного середовища.

Захисна дія лакофарбових покриттів обумовлена: механічною ізоляцією поверхні металу від зовнішнього середовища, інгібуючою дією пігментів, що входять до складу покриттів; високим опором плівки до переміщення іонів [3].

Механічна ізоляція поверхні металу, що захищається, досягається лише в тому випадку, якщо покриття суцільне, позбавлено пор, має хорошу адгезію, не набухає у воді, газо- і вологонепроникне.

За своїми експлуатаційними властивостями лакофарбові покриття (ЛФП) поділяють: на атмосферостійкі, водостійкі, маслобензостійкі, хімічностійкі, термостійкі, електроізоляційні, консерваційні і ЛФП спеціального призначення.

По своєму зовнішньому вигляду (по мірі глянцю або матовості, хвилястості поверхні, додання певних візуальних ефектів, наявності яких-небудь дефектів) лакофарбові покриття підрозділяються на різні класи.

Для отримання лакофарбових покриттів застосовують різні лакофарбові матеріали, що розрізняються за складом і хімічними властивостями плівкоутворювача:

•        на основі термопластичних плівкоутворювачів (бітумні лаки, ефіроцелюлозні лаки);

•        на основі термореактивних плівкоутворювачів (поліефірні лаки, поліуретанові лаки);

•        на основі рослинних олій (оліфа, масляні лаки, масляні фарби);

•        на основі модифікованих масел (лаки алкіду на основі смол алкіду).

Для контролю якості і довговічності лакофарбових покриттів проводять їх зовнішній огляд і визначають за допомогою приладів (на зразках) властивості - фізико-механічні (адгезія, еластичність, твердість та ін.), декоративні і захисні (антикорозійні властивості, атмосферостійкість, водопоглинання) [5].

Якість лакофарбових покриттів оцінюють за найбільш важливими характеристиками (наприклад атмосферостійкі лакофарбові покриття - по втраті блиску і меленню) або по кваліметрічній системі.

Довговічність лакофарбових покриттів залежить також від інтенсивності зовнішніх руйнівних чинників (для атмосферостійких лакофарбових покриттів - сонячне випромінювання, вологість, середня температура і її перепади і ін.).

Механізм руйнування покриттів істотно залежить також від природи плівкоутворювача, каталітичної активності пігментів та інших. Так, перхлорвінілові лакофарбові покриття руйнуються, в основному, унаслідок термо- і фотохімічного розкладання з виділенням НСl, густосітчасті епоксидні і поліефірні - через зростання внутрішньої напруги, що викликає погіршення адгезійної міцності і зниження еластичності (аж до появи тріщин на поверхні).

Довговічність сучасних атмосферостійких лакофарбових покриттів (у помірному кліматі) складає 7-10 років, водостійких 3-5 років, термостійкі витримують температуру до 300 °С (короткочасно - 600 °С і навіть більше).

У якості лакофарбових покриттів, нанесених на фосфатні плівки оцинкованої сталі, для одержання високих захисних властивостей, обрали фарбу: «Поліфарб » Емаль алкідна ДЕКОРАЛ. Клас «стандарт».

Емаль алкідна призначена для декоративно-захисного фарбування металевих, дерев'яних і інших поверхонь, що піддаються атмосферній дії. Для забезпечення максимального терміну служби покриття, особливо в атмосферних умовах, рекомендується заздалегідь ґрунтувати поверхню відповідною ґрунтовкою.

Емаль алкідна - суспензія пігментів і наповнювачів в розчині смоли алкіду у органічних розчинниках з введенням спеціальних добавок. Емаль жовтого кольору випускається з двома мірами блиску: глянцева і напівматова.

Перед нанесенням лакофарбового матеріалу його ретельно перемішували. Емаль наносили кістю на суху, заздалегідь очищену поверхню від пилу, жирових і інших забруднень, для здійснення максимального захисту електролітичного цинкового покриття.

Як відомо, що перед нанесенням лакофарбового покриття, поверхню металу фосфатують з метою усунення пористості та підвищення адгезії. Однак, для фосфатування цинку та сталевих виробів використовують кислі та лужні розчині [6].

1.5 Фосфатування

Фосфатування - метод отримання фосфатних плівок на виробах із чорних і кольорових металів. В результаті взаємодії поверхні металу з розчином ортофосфорної кислоти і її кислих солей на його поверхні утворюється плівка нерозчинних у воді фосфатів.

Фосфатні плівки хімічно пов'язані з металом і складаються із зрощених між собою найдрібніших кристалів, розділених порами ультрамікроскопічних розмірів. Вони утворюють високорозвинену шорстку поверхню і здатні адсорбувати і вбирати лаки, фарби, масла, мастила і різні просочуючі суміші, що проникають у капіляри плівки і закріплюються в ній, підвищуючи її захисні властивості.

Фосфатна плівка має антифрикційну властивість, що дозволяє використовувати попереднє фосфатування поверхні металу для полегшення протягування, штампування, волочіння і інших операцій холодної деформації металів [7].

1.5.1 Методи фосфатування поверхні перед фарбуванням

Технічне і економічне значення мають методи фосфатування з використанням водних розчинів, що можуть бути здійснені шляхом оприскування або занурення виробів у фосфатуючі розчини.

Залежно від того, все або частина компонентів створюваного захисного шару поступають з фосфатуючого розчину, розрізняють кристалічне і аморфне фосфатування. При цьому можуть утворюватися шари різної товщини.

Найважливішими компонентами лужного фосфатуючого електроліту є:

фосфорна кислота;

фосфат лужного металу, наприклад Na/KH₂PO₂ або фосфат амонію (NH₄H₄PO₄);

прискорювачі, наприклад нітрат або нітрит натрію, хлорат натрію, бромат натрію, органічні нітросполуки, молібдати (Na₂MoP₄);

фториди;

поверхнево-активні речовини.

Відомі різні типи фосфатування і можливість їх застосування перед нанесенням лакофарбових покриттів на оцинковану сталь: кисле лужіння, цинкове, низькоцинкове, модифіковане марганцем, нікелеве фосфатування, цинкокальцієве [8].

Результат і якість фосфатування залежать від великого числа чинників, якості підкладки, очищення, миття, а також використаного контрольного обладнання.

Кристалічне фосфатування здійснюється з використанням розбавлених водних розчинів, що містять компоненти, необхідні для утворення фосфатного шару. З багаточисельних фосфатуючих систем практичне застосування для попередньої обробки перед нанесенням лакофарбових покриттів отримали цинкфосфатна, цинково-залізофосфатна і цинково - марганцевофосфатна.

Умовою для утворення фосфатного шару є травлення металу в результаті дії розчину на його поверхню за допомогою іонів водню на цинку (оцинкованої сталі): Zn +2H⁺ → Zn²⁺ + H₂.

У якості прискорювачів процесу фосфатування використовують, як правило, окислювачі. В ході фосфатування вони виконують два завдання:

прискорюють реакцію травлення, оскільки вони усувають механічне блокування поверхні металу бульбашками водню, окислюючи їх з утворенням води;

сприяють утворенню шламу, оскільки метал, що окислюється при травленні (наприклад, залізо при фосфатуванні переходить у тривалентний стан), переходить у розчин і утворює при взаємодії з фосфат-іонами важкорозчинний фосфат металу, який випадає в осад.

Для забезпечення оптимальних захисних властивостей фосфатованої поверхні для подальшого нанесення лакофарбового матеріалу, фосфатне покриття повинно мати на всій поверхні виробу рівномірну тонкокрісталічну структуру і однакову питому масу. Це може бути досягнуто за рахунок виконання наступних умов:

–       правильного вибору фосфатування, відповідного лакофарбового покриття, а також металу виробу;

–       дотримання технології фосфатування на окремих ділянках попередньої обробки, у тому числі, забезпечення необхідної температури електроліту, концентрації компонентів, часу обробки, швидкості подачі розчину електроліту.

В роботі [7] показана можливість одержання захисних плівок на електролітично оцинкованій сталі із розчинів лужних фосфатів в присутності фосфат-іонів. Запропоновано використовувати обробку в цих розчинах, в якості попередньої стадії, перед нанесенням лакофарбового покриття.

У зв'язку з підвищенням вимог, що пред'являються до охорони довкілля і гігієни праці, були розроблені нові фосфатовмісні водні розчини на основі натрію триполіфосфату різної концентрації, що не містять хроматів і є екологічно безпечними, ніж розчини, що раніше використовувалися.

Дані щодо використання водних розчинів натрію триполіфосфату, у якості підшару під нанесення лакофарбових покриттів на оцинковану сталь та їх вплив на корозійну стійкість, в літературі відсутні.

Тому метою дипломної роботи є визначення можливості використання більш ефективних, екологічно безпечних, порівняно дешевих складів на основі водних розчинів натрію триполіфосфату, нанесених на оцинковану сталь, у якості підшару під нанесення лакофарбових покриттів.

1.6 Застосування водних фосфатовмісних розчинів для захисту від корозії

Фосфати входять до групи неорганічних анодних інгібіторів плівкоутворювачів і являються речовинами, що володіють буферними діями.

Їх застосовують для захисту заліза і сталі у водних середовищах, що мають реакцію, близьку до нейтральної, причому найбільш ефективна концентрація інгібітору 10 молей на 1 м³ [9]. Завдяки не токсичності, відсутності смаку, кольору і запаху, а також низької вартості, фосфати широко використовуються в побутових комунікаціях води.

У літературі використання фосфатних покриттів для тимчасового захисту від корозії звичайно розглядається одночасно з процесом очищення металу від окалини та іржі. Часто операції очищення і пасивування поєднують, використовуючи для цієї мети Н₃РО₄, яка здатна розчиняти окалину та іржу і утворювати на поверхні очищеного металу захисну плівку фосфатів заліза [9, 10, 11, 12, 13].

Ефективність дії найчастіше використовуваних фосфатів натрію зменшується в ряду, тому найбільшого поширення набули двух- і тризаміщені фосфати натрію.

₃PO₄ > Na₂HPO₄ > NaH₂PO₄

Для більшого захисного ефекту фосфати часто використовують в суміші з поліфосфатами [9].

Як показав аналіз літературних джерел [9, 11, 13], фосфати виявляють захисну дію лише у присутності розчиненого кисню, без якого утворення захисних фазових або адсорбційних плівок неможливе. У сприятливих умовах, у присутності фосфатів, на поверхні заліза утворюється захисна плівка, яка складається з гідроокису заліза, ущільненого фосфатом заліза; блокуючи поверхню металу, плівка, тим самим, обмежує його корозію.

Характерно, що розчини фосфатів лужних металів прийнято рахувати «неплівкоутворюваними» [12], хоча з них на сталі так само утворюються тонкі плівки фосфатів заліза. Така назва виникла через, підвищені рН в розчині швидко досягається стан пересичення нерозчинними фосфатами, а розміри кристалів і товщина плівки стають тим менше, чим вище рН. Саме такі фосфати давно використовують як інгібітори корозії сталі у водних розчинах [12, 13].

В кислих розчинах фосфатів лужних металів (рН < 5,0) на сталях утворюються найтонші, злегка інтерференційно фарбовані, захисні плівки [12,13]; фосфатам приписували другорядну роль, оскільки, у відсутності О₂ або іншого окислювача, залізо в нормальних розчинах не пасивується.

Останніми роками широко використовують як інгібітори-поліфосфати, їх застосовують для обробки природних вод, а так само для захисту охолоджувальних циркуляційних систем як від корозії, так і від відкладення солей кальцію [12].

Поліфосфати отримують в результаті термічної дегідратації NaН₂РО₄ додавання до води полі фосфату в невеликих концентраціях запобігає осадженню карбонатів кальцію з природних вод. Мінімальна концентрація поліфосфатів необхідна для запобігання корозії маловуглецевих сталей, залежить від складу води і швидкості руху. Для обробки прісних вод і вод, що містять хлориди, застосовують, зазвичай, від 0,5 до 100 мл/л, проте, в більшості випадків, обмежуються 10 мл/л або ще меншими концентраціями.

Поліфосфати ефективні також при захисті сталі в морській воді (с ≥ 4000 мл/л).

Достоїнства поліфосфатів перед іншими інгібіторами корозії полягають в тому, що вони не токсичні і забезпечують захист при малих концентраціях. До недоліків поліфосфатів слід віднести здатність до перетворення до ортофосфатів, які сприяють карбонатним відкладенням. Проте у дистильованій воді при кімнатній температурі впродовж 30 діб перетворюється на ортофосфат лише 10 % поліфосфату при 85°С і рН = 7-9 захисна дія поліфосфатов зберігається впродовж 24 годин. При 99 °С максимальна кількість поліфосфату, перетворюються на ортофосфат, сягає за 6 годин 40 % стабільності поліфосфатів падає із зменшенням рН і у присутності кальцію.

2. Основна частина

.1 Методика дослідження фізико-хімічних властивостей покриттів, одержаних із водних розчинів натрію триполіфосфату різної концентрації

.1.1 Характеристика об’єкта досліджень

Дана дипломна робота присвячена дослідженню фізико-хімічних властивостей захисних покриттів, одержаних з водних розчинів натрію триполіфосфату різної концентрації на оцинкованій сталі та визначення ефективного складу для нанесення лакофарбового покриття з підвищеними корозійними властивостями.

Порошкоподібний натрій триполіфосфат є продуктом переробки термічної ортофосфорної кислоти. Натрій триполіфосфат призначається для приготування миючих засобів, обробки води, що використовується для живлення котлів, в м'ясній і молочній промисловості і для інших цілей. Формула триполіфосфату натрію - Na₅P₃O₁₀.

Найбільше вживання в промисловості знайшли натрій гексаметафосфат (NaPO₃)₆ і натрій триполіфосфат Na₅P₃O₁₀.

Будучи неорганічними з'єднаннями - солями поліфосфорних кислот, вони побудовані із спіралеподібних ланцюгів, що містять 16 - 18 тетраедрів PO₄^3-. Структуру висококонцентрованих поліфосфатів визначити важче, оскільки вони є сумішшю поліфосфатів з різною довжиною ланцюжка. У розчинах поліфосфати стійкіші, ніж відповідні полікислоти. Для них характерне утворення розчинних у воді комплексів з іонами лужних і лужноземельних металів. А так само створення на поверхні металів безперервних міцних плівок з низькою проникненістю для корозійно-активних складових атмосфери. Останнє пояснюється структурною будовою поліфосфатів, оскільки вони побудовані з тетраєдрів, з’єднаних в ланцюги -РО₃-О-РО₃, причому ланцюги можуть містити до 10⁵ атомів фосфору. Така структурна будова дозволяє вважати поліфосфати неорганічними полімерами. До того ж ланцюгові поліфосфати є типовими поліелектролітами, оскільки містять сильні кислотні групи РО₄^3-.

Властивості молекул поліелектролітів в розчині визначаються електростатичною взаємодією заряджених груп полімерного ланцюга один з одним із низькомолекулярними іонами розчину, який є електронейтральним. Збільшення іонної сили розчину зменшує взаємодію заряджених частин, зміна їх концентрації призводить до зміни концентрації супутніх іонів. Щоб уникнути цього, необхідно додавати до розчину поліфосфату розведений сольовий розчин (не полімерний) з таким емпірично підібраним вмістом солі, щоб ефективна концентрація його іонів поблизу поліфосфатних ланцюгів не залежала від концентрації поліфосфату.

При малих концентраціях поліфосфатів у водному середовищі захисна плівка наймовірніше складається з суміші FеOOH і Fe(PO₃)₃. Відомо також, що антикорозійні властивості поліфосфатів лужних металів збільшуються при введенні різних домішок, що непрямим чином забезпечують пасивацію заліза, створюючи сприятливіші умови для адсорбції кисню [14].

За фізико-хімічними показниками технічний натрій триполіфосфат повинен відповідати наступним нормам, наведеним у таблиці 1.1.

Таблиця 1.1 - Фізико-хімічні показники технічного натрію триполіфосфату

Натрій триполіфосфат пожаро- і вибухобезпечний, нетоксичний. Його пакують у відкриті чотирьох-, п’яти-, шестишарові паперові мішки, поліетиленові або поліпропіленові мішки, а також у м'які спеціалізовані контейнери для розсипчастих продуктів. Натрій триполіфосфат зберігають в закритих складських приміщеннях. Термін зберігання продукту необмежений.

Натрій триполіфосфат (Nа₅Р₃О₁₀) - призначений для використання:

§ при розрідженні густих паст, глин, каолінів;

§  для регулювання рН середовища;

§  для виготовлення синтетичних миючих засобів, очищувальних, відбілюючих, дезінфікуючих та дезактивуючих засобів;

§  при виробництві паперу, шкіри, штучних матеріалів;

§  при виробництві лікарських і косметичних препаратів;

§  при виробництві харчових продуктів;

§ для захисту від корозії, водопідготовки і інших цілей.

На практиці, як правило, цинк і цинкові покриття повинні заздалегідь піддаватися фосфатуванню. Фосфатний шар перед нанесенням лакофарбового покриття забезпечує краще зчеплення його з металом і ефективно запобігає підтравленню шару фарби у місцях подряпин та інших дефектів, в яких утворюється іржа.

В роботі, у якості підшару під нанесення лакофарбового покриття на оцинковану сталь, використанні однокомпонентні водні розчини натрію триполіфосфату, концентрацією 4, 6 та 12 % по масі.

При виборі концентрацій розчинів керувались літературними даними попередніх досліджень. Так, наприклад, результати раніше проведених досліджень фізико-хімічних властивостей триполіфосфатних покриттів [14], показали підвищення корозійних властивостей сталі 08 КП з покриттями, одержаними із водних розчинів 4, 6 та 12 % -го натрію триполіфосфату. Це і було основним критерієм, що визначив вибір водних розчинів натрію триполіфосфату таких концентрацій для наших досліджень.

Всі компоненти розчинів, призначених для нанесення покриттів, попередньо були зважені на аналітичних вагах і далі розчинені в дистильованій воді кімнатної температури.

2.1.2 Методика підготовки зразків та нанесення захисних покриттів

Правильна підготовка поверхні металу перед нанесенням покриттів має суттєве значення для фосфатування. Необхідна очистка поверхні сталі від окалини, іржі, жирових та інших забруднень.

Для досліджень використовували прямокутні зразки, розміром 30 х 40 мм, виготовленні із сталі 08 КП.

Сталеві зразки зачищали наждаковим папером, знежирювали в органічному розчиннику - 96 % -му етиловому спирті та промивали проточною водою. Підготовленні, таким чином, зразки підвішували на крючки та після їх висихання зважували на електронних вагах, фіксуючи масу зразків без покриття.

В подальшому, на зразки наносили гальваностатичним способом цинкове покриття, після цього їх занурювали в водні розчини натрію триполіфосфату різної концентрації та зверху покривали лакофарбовим покриттям.

Цинкове покриття наносили гальванічним методом з розчину, що містить (г/л): ZnSO_4*7H₂O - 200; Kal(SO₄)_2*12H₂O - 50; Na₂SO₄*10H₂O - 50, при катодній щільності струму ік = 3 А/дм² та часі обробки - 30 хвилин.

Кожному розчину для нанесення покриттів присвоєно номер:

№ 1 - Zn; корозія цинковий покриття фарбування

Вид работы: дипл

№ 2 - Zn + 4% ТПФ Na;

№ 3 - Zn + 6% ТПФ Na;

№ 4 - Zn + 12% ТПФ Na;

№ 5 - Zn + Емаль Алкідна;

№ 6 - Zn + 4% ТПФ Na + Емаль Алкідна;

№ 7 - Zn + 6% ТПФ Na + Емаль Алкідна;

№ 8 - Zn + 12% ТПФ Na + Емаль Алкідна.

Для нанесення захисних покриттів хімічні стакани з водними розчинами різної концентрації ставили на електричну піч і після нагрівання розчину до 70 °С зразки з підготовленою поверхнею занурювали в водні розчини натрію триполіфосфату на 1 хвилину, після чого їх виймали та сушили у повітрі впродовж доби. Після повного висихання була зафіксована маса зразків з покриттям. Зважування зразків здійснювали за допомогою аналітичних ваг типу ВЛР-2009.

Далі були визначенні: питома маса, адгезійна міцність, пористість, від’ємний масовий показник зразків з різними покриттями та їх корозійна стійкість в атмосферних та морських умовах.

2.1.3 Методика визначення питомої маси

Метод полягає у зважуванні зразків до і після нанесення покриттів. Питома маса покриттів визначається як відношення різниці маси після та до нанесення покриттів до площі зразків за формулою:

                    (2.1)

де m₁ - маса зразка з покриттям, г;₀ - маса зразка до нанесення покриття, г;- площа зразка, м².

2.1.4 Методика визначення товщини

Для визначення товщини цинкового покриття на сталевій поверхні розраховували середній вихід за струмом по формулі:

, (2.2)

- сила струму під час електролізу, А;

τ - тривалість електролізу, год.;- електрохімічний еквівалент металу, що осаджується (Zn = 1,22 г / А * год).

Масу металу, що виділився при електролізі, розраховували за формулою:

₂ = m₁ - m₀, г, (2.3)

де m₀, m₁ - маса зразків до і після нанесення покриттів, відповідно, г.

Товщину одержаного покриття визначали за формулою:

, мкм, (2.4)

де і_к - катодна щільність струму, А/дм²;

ρ - щільність металу покриття (ρ = 7,14 г/см³).

2.1.5 Методика визначення адгезійної міцності

Міцність з’єднання покриття з поверхнею (металом-основою) визначали за допомогою методу решітчастих надрізів. Цей метод застосовується для покриттів, товщина яких не перевищує 20 мкм.

Метод решітчастих надрізів полягає у нанесенні на покриття решітчастих надрізів, а також у візуальній оцінці стану покриттів за 4-х бальною шкалою.

Для виявлення адгезії цим методом застосовували адгезиметр-решітку, відповідно до ГОСТ 15140-78 [15]. Випробування проводили на трьох зразках і не менш ніж у трьох частинах поверхні зразку. На кожній частині поверхні зразку, що досліджували, на відстані від краю не менше ніж 10 мм робили ріжучім інструментом по шаблону не менше 6 паралельних надрізів до поверхні металу, довжиною не менше 20 мм на відстані від 1,2 до 3 мм один від одного. Ріжучій інструмент тримали перпендикулярно поверхні металу. Аналогічним способом робили надрізи в перпендикулярному напрямку. В результаті на покритті утворювалася решітка з квадратиків розміру 1×1 мм.

Контроль прорізання покриття до металу здійснювали за допомогою лупи.

2.1.6 Методика визначення пористості

Контроль пористості лакофарбових покриттів здійснювали за допомогою методу накладання фільтрувального паперу. При проведенні контролю на підготовлений зразок накладали фільтрувальний папір, змочений розчином, що містить червону кров'яну сіль (3 г/дм³ К₃Fe(CN)₆ + 10 г/дм³ NaCl) і витримували 5 хвилин.

Далі папір знімали, промивали дистильованою водою, висушували і підраховували середнє число відбитків синіх крапок на папері, що припадають на 1 см² поверхні, таким чином, щоб між поверхнею зразка і папером не було бульбашок повітря. Після витримки впродовж 5 хвилин, папір з відбитками пор у вигляді крапок або плям знімали, промивали дистильованою водою і висушували на чистій поверхні.

Пористість обчислювали за формулою:

,                              (2.5)

де n_. - кількість відбитків ( синіх крапок) на 1 см²;- площа зразка, см².

2.1.7 Методика мікроструктурного аналізу

Мікроструктуру поверхні покриттів досліджували за допомогою оптичного мікроскопу Olympus GX51 при збільшеннях 100 та 1000.

2.1.8 Методика проведення досліджень на атмосферну корозію

Захисні властивості покриттів оцінювали за результатами натурних та прискорених випробувань в атмосферних умовах.

Методика проведення прискорених випробувань на атмосферну корозію. Сталеві зразки з нанесеними покриттями розміщували в кліматичній камері вологості Г - 4 у вертикальному положенні, згідно із ГОСТ 9.308−85 [16]. Відстань між зразками, зразками і стінками камери становила не менше 50 мм. Відстань від нижньої частини грані зразків до дна камери - не менше 200 мм.

Оцінку результатів випробувань проводили візуально і гравіметричним методом. Захисну здатність покриттів визначали за сумарною площею всіх корозійних уражень на металевій поверхні зразків. Корозійні ураження, що розташовані на відстані 10 мм від краю зразку, не враховували.

Методика проведення натурних випробувань полягає у витримці покриттів в атмосферних умовах, з подальшою якісною оцінкою стійкості покриттів за зміною захисних властивостей.

Зразки з нанесеним покриттям закріплювали на атмосферному майданчику на неметалевих підвісках. При цьому дотримувалися наступних умов:

−       не допускали зіткнення зразків;

−       стежили за відсутністю точок концентрації механічного навантаження;

−       не допускали на зразках слідів дотику рук.

Оцінку захисної здатності покриттів визначали за допомогою питомого від’ємного масового показника (К_m⁻).

2.1.9 Методика проведення досліджень на морську корозію

Випробування в умовах морського середовища проводили в ексикаторі. Імітуючи морську атмосферу, на дно ексикатора наливали 3 % -вий розчин NaСl і підвішували сталеві зразки з нанесеними покриттями (при відносній вологості 65 % і температурі +20 °С).

За ходом корозійного процесу, тобто за появою іржі на поверхні зразків спостерігали протягом 12 діб. Корозію оцінювали появою уражень корозією поверхні зразків (у %) в процесі випробувань, а також фіксували час появи перших очагів корозії.

2.1.10 Методика визначення експлуатаційних властивостей лакофарбових покриттів

Захисні властивості отриманих лакофарбових покриттів вивчали за методиками згідно ГОСТ 9.401-91 [17].

2.1.11 Методика визначення від’ємного масового показника

Визначення від’ємного масового показника (К_m⁻) здійснювали за формулою:

,  ,                      (2.6)

де m₀ - маса зразка з покриттям, г;₁ - маса зразка після видалення продуктів корозії, г;- площа зразка, м²;

τ - тривалість випробувань, години.

Продукти корозії видаляли механічно. Після видалення продуктів корозії зразки висушували та зважували. За зміною маси розраховували від’ємний показник зміни маси К_m⁻ (г/м²).

2.2 Обговорення результатів досліджень фізико-хімічних властивостей захисних покриттів

У даній дипломній роботі відповідно до поставленої мети вирішували наступні завдання:

         вивчення впливу концентрації тріполіфосфатного розчину на властивості захисних покриттів, отриманих з однокомпонентного водного розчину натрію тріполіфосфату, концентрацією 4, 6 та 12 % по масі.

         вивчення фізико-химічних властивостей захисного лакофарбового покриття, нанесеного на зразки з триполіфофатним покриттям різної концентрації.

2.2.1 Результати визначення товщини та питомої маси цинкового покриття на сталі 08 КП

На рисунку 2.1 та 2.2 представленні результати визначення товщини та питомої маси цинкового покриття на сталі 08 КП

Рисунок 2.1 -Товщина цинкового покриття на сталі 08 КП

Результати визначення товщини цинкового покриття на сталі 08 КП показали, що товщина цинкового покриття, одержаного гальванічним осадженням на сталеву поверхню, знаходиться в межах 13 ÷ 15 мкм.

Рисунок 2.2 - Питома маса цинкового покриття, нанесеного на сталь 08 КП

Аналіз даних, представлених на рис. 2.2 показує, що питома маса цинкового покриття становить в середньому 283,9 г/м².

.2.2 Результати досліджень впливу концентрації водного розчину нартрію триполіфосфату на питому масу захисних покриттів

По результатам проведених досліджень впливу концентрації однокомпонентних розчинів натрію триполіфосфату, концентрацією 4, 6 та 12 % по масі, на властивості захисних покриттів № 1 - 4, були побудовані гістограми, що представлені на рисунку 2.3.

Рисунок 2.3 - Питома маса захисного підшару на оцинкованій сталі

Аналіз даних, представлених на рисунку 2.3 свідчить про те, що при підвищені концентрації водного розчину натрію триполіфосфату, питома маса покриттів, збільшується. Так, наприклад, питома маса покриттів, отриманих із 4 та 6 % -го водних розчинів натрію триполіфосфату на оцинкованій сталі становить 3,52 та 8,93 г/м² відповідно, як видно, різниця мас складає 2,5 рази.

Результати визначення питомої маси покриттів № 5 - 8 представлені на рисунку 2.4 - 2.5

Рисунок 2.4 - Питома маса лакофарбового покриття

Рисунок 2.5 - Питома маса захисного покриття, нанесеного на захисний підшар із натрію триполіфосфату різної концентрації

Як видно із даних, представлених на рисунку 2.4, значення питомої маси захисних покриттів № 5 - 8, отриманих із водних розчинів натрію триполіфосфату різної концентрації, знаходяться в межах 167 - 177 г/м². Однак, питома маса покриття № 7 більше в 1,06 - 1,05 рази, ніж питома маса покриттів № 6 та 8 відповідно.

Таким чином, при нанесенні лакофарбового покриття на підшар, отриманий з водного розчину натрію триполіфосфату, концентрацією 4 та 6 %, встановили, що з підвищенням питомої маси підшару від 3,52 до 8,93 г/м², спостерігається підвищення питомої маси лакофарбового покриття від 167 до 177 г/м². Разом із тим, для лакофарбового покриття, нанесеного на захисний підшар з найбільшою питомою масою, отриманого із 12 % -го водного розчину натрію триполіфосфату, питома маса знижується на 4 % та відповідає 169 г/м².

Можливо, захисний підшар отриманий із 12 % -го водного розчину натрію триполіфосфату на оцинкованій сталі, формується більш товстим та структурно крихким. При висиханні цього покриття, на його поверхні з’являються мікротріщини. При нанесені на нього кістю шару лакофарбового покриття, частково відбувається «унос» цього підшару, що приводить до зниження питомої маси захисного покриття.

2.2.3 Результати визначення адгезійної міцності покриттів

Результати визначення адгезійної міцності покриттів представлені на рисунку 2.6

а - покриття № 1, б - покриття № 2 - 4, в - покриття № 5 - 8

Рисунок 2.6 - Результати адгезійної міцності покриттів

Аналіз даних свідчить про те, що зразки з усіма видами нанесених цинкових покриттів мають відмінну адгезійну міцність, яка становить 1 бал, згідно оцінки за чотирьох бальною шкалою (ГОСТ 15140-78) [15].

2.2.4 Результати визначення пористості покриттів

Результати визначення пористості покриттів № 5 - 8 показали, що пористість відсутня. Тобто ці покриття мають достатньо високі захисні властивості, що підтверджується їх дослідженнями в атмосферних умовах.

Цей факт дає можливість обрати та рекомендувати до подальшого використання, у якості захисного підшару покриття із 4 та 6 % -го водного розчину натрію триполіфосфату для нанесення фарби.

Як відомо [6], на практиці широко використовують цинкатне та лужне фосфатування, які, в свою чергу, є шкідливими для навколишнього середовища. В той же час, можуть бути використані при виробництві оцинкованих виробів перед фарбуванням, для заміни існуючих екологічно шкідливих фосфатовмістних (кислих та лужних) розчинів на водні розчини натрію триполіфосфату з метою покращення економічних показників та екологічної безпеки їх виробництва

2.2.5 Результати мікроструктурного аналізу покриттів

Мікроструктури покриттів № 1 - 4, при збільшеннях 100 та 1000 крат, представлені на рисунку 2.7

а - покриття № 1, б - покриття № 2, в - покриття № 3, г - покриття № 4

Рисунок 2.7 - Результати мікроструктурного аналізу покриттів

Результати мікроструктурного аналізу свідчать про те, що вихідна структура гальванічного цинкового покриття, має чітко виражену дендритну структуру (рис. 2.7, а). Покриття № 2, тобто захисний підшар, отриманий із 4 % -го водного розчину натрію триполіфосфату на оцинкованій сталі, має більш дрібнокристалітну структуру, яка явно виражена кристалами, у вигляді дендритів цинку (рис. 2.7, б). Одержане покриття достатньо тонке та щільне.

Морфологія покриття, отриманого із 6 % -го водного розчину натрію триполіфосфату (рис 2.7, в) представлена кристалами більших розмірів, сформованих перпендикулярно поверхні. Це покриття є більш щільним у порівнянні із покриттям № 2. Однак, слід зазначити, що на поверхні покриттів починають з’являтися пори невеликих розмірів.

2.2.6 Результати досліджень корозійної стійкості захисних покриттів після прискорених випробувань на атмосферну корозію

Наступним етапом визначення захисних властивостей покриттів, нанесених на оцинковану сталь, було перевірка їх ефективного захисту від атмосферної корозії. Для цього проведені прискорені та натурні випробування покриттів на атмосферу корозію.

Результати досліджень покриттів № 1 - 4, в кліматичній камері вологості, представлені в таблиці 2.1.

Аналіз результатів показав, що всі покриття показали хороші результати, майже після 30 діб випробувань у кліматичній камері вологості. Це є свідченням того, що в процесі осадження формуються достатньо тонкі, щільні покриття та мають високі захисні властивості.

Оцінка зовнішнього вигляду поверхні покриттів № 5 - 8, свідчить про те, що покриття нанесено рівномірно, без пухирів. Після проведення прискоренних випробувань на атмосферну корозію, вже після 9 діб випробувань, почали відбуватися зміни зовнішнього вигляду покриттів. Так, на поверхні зразків з покриттями № 5 - 6 почали з’являтися пухирі (табл. 2.2).

Таблиця 2.1 - Корозійна стійкість покриттів у камері вологості Г - 4

Результати досліджень покриттів № 5 - 8 в кліматичній камері вологості представлені в таблиці 2.2.

Слід відмітити, що на поверхні зразків, з покриттям № 6, пухирі займають більш ніж 60 % поверхні. На поверхні зразків з покриттями № 7 - 8 на 9 добу випробувань почало відбуватися коробління покриттів. Це, можливо, пов’язано з тим, що спочатку, після нанесення триполіфасфатного шару на оцинковану сталь, утворилося достатньо тонке покриття, з наявністю ділянок мікротріщин невеликих розмірів. Під час нанесення на нього лакофарбового покриття з’являються мікронапурження, покриття стає менш щільним, про що свідчить його коробління.

Таблиця 2.2 - Корозійна стійкість покриттів у камері вологості Г - 4

Термін прискорених випробувань на атмосферну корозію становив 45 діб.

Результати визначення від’ємного масового показника (К_m⁻) покриттів № 1 - 4 після прискорених випробувань на атмосферну корозію представлені на рисунку 2.8.

Рисунок 2.8 - Корозійна стійкість покриттів після прискорених випробувань на атмосферну корозію

Результати визначення від’ємного масового показника покриттів № 1 - 4 після прискорених випробувань на атмосферну корозію показали, що всі покриття мають достатньо високі захисні властивості (значення Кm^- знаходять в інтервалі від 0,003 до 0,056 г/м²∙год). В той же час, як видно із рис. 2.8, покриття № 1 є більш ефективним, значення Кm^- для нього становить 0,003 г/м²∙год, у порівнянні із покриттями № 2, № 3 та № 4. Для них значення Кm^- становить 0,054; 0,053 та 0,046 г/м²∙год відповідно.

Таким чином, результати визначення від’ємного масового показника покриттів показують, що усі покриття мають достатьо високі захисні властивості.

2.2.7 Результати натурних випробувань покриттів на атмосферну корозію

Результати натурних випробувань покриттів № 1 - 8 на атмосферну корозію представлені у таблиці 2.3 та на рисунку 2.9.

Таблиця 2.3 - Результати корозійної стійкості захисних покриттів після натурних випробувань в атмосферних умовах

На 63 добу натурних випробувань в атмосферних умовах на покриттях № 1 - 8 корозії виявлено не було.

Рисунок 2.9 - Корозійна стійкість покриттів після натурних випробувань в атмосферних умовах

Результати корозійної стійкості натурних випробувань покриттів № 1 - 4 після натурних випробувань в атмосферних умовах (рис. 2.9) свідчать про те, що всі покриття після 60 діб випробувань проявили високі захисні властивості. Тобто, значення від’ємного масового показника знаходиться в інтервалі від 0,001 до 0,0035 г/м²∙год. Однак, слід зазначити, що найкращі результати показали покриття № 2 та № 3. Значення Km^- для них становить 0,001 та 0,0013 г/м²∙год, відповідно.

2.2.8 Результати визначення корозійної стійкості захисних покриттів в морських умовах

В таблиці 2.4 представлені результати прискорених випробувань покриттів на морську корозію.

Результати досліджень корозійної стійкості захисних покриттів № 1 - 4, після прискорених випробувань на морську корозію показали, що на деяких ділянках поверхні покриттів відбувається утворення білястого порошкоподібного нальоту вже на 4 добу випробувань.

Таблиця 2.4 - Результати прискорених випробувань покриттів на морську корозію

В цілому, всі покриття показали високі захисні властивості, про що також свідчать значення від’ємного масового показника (рис. 2.10).

Рисунок 2.10 - Корозійна стійкість покриттів після прискорених випробувань на морську корозію

Як свідчать дані, представлені на рис 2.10, найбільш ефективними є покриття № 1 та № 2, значення Km^- яких становить 0,011 та 0,019 г/м²∙год відповідно. Покриття № 3 та № 4 також мають достатньо високі захисні властивості, для них Km^- знаходиться в межах 0,033 - 0,055 г/м²∙год відповідно.

2.2.9 Результати досліджень експлуатаційних властивостей захисних покриттів

Як відомо [17], дослідження експлуатаційних властивостей лакофарбових покриттів проводять у водопровідній та дистильованій воді.

Результати досліджень експлуатаційних властивостей покриттів у водопровідній та дистильованій воді, проведених згідно ГОСТ 9.401-91 [17] , представлені у таблиці 2.5.

Аналіз результатів досліджень експлуатаційних властивостей покриттів № 5 - 8 впродовж тижня у водопровідній та дистильованій воді свідчить про те, що зовнішній вигляд поверхні покриттів № 5 не змінився, тобто це покриття має високі захисні властивості в цих середовищах. В той час, на поверхні покриттів № 6 - 8 відбулися зміни впродовж 7 діб випробувань. На поверхні покриття № 6 почали з’являтися пухирі, при випробуваннях як у водопровідній, так і дистильованій воді.

На поверхні покриттів № 7 при випробуваннях у дистильованій воді почали з’являтися зміни зовнішнього вигляду покриттів, у вигляді коробління, а у водопровідній воді - можна відзначати появу значної кількості пухирів різного розміру.

На поверхні покриттів № 8 відзначено його суцільне коробління. Можливо, це свідчить про наявність кисню повітря під шаром лакофарбового покриття.

Таблиця 2.5 - Результати досліджень експлуатаційних властивостей захисних покриттів

3. Економічна частина

Метою даної дипломної науково-дослідної роботи є порівняльні дослідження фізико-хімічних властивостей покриттів, одержаних із фосфатмістячих розчинів, на цинку.

Проводилися дослідження захисних властивостей оцинкованої сталі в різних корозійних середовищах нейтрального характеру. Як відомо сталі підвергаються атмосферній корозії, тому було запропоновано нанесення на сталь цинкового покриття гальванічним способом з подальшим фосфатуванням і нанесенням лакофарбового покриття. Фосфатне покриття забезпечує краще зчеплення лакофарбового покриття з металом і ефективно запобігає підтравленню шару фарби у місцях подряпин та інших дефектів, в яких утворюється іржа. Провевши дану роботу, виявилось, що при додаванні до ванн цинкового фосфатування та інших багатоосновних катіонів можливе здобуття фосфатних шарів, у яких значно покращена корозійна стійкість і адгезія з лакофарбовим покриттям.

Метою написання економічного розділу дипломної роботи є розрахунок витрат на проведення її дослідницької частини. Основними статтями витрат на здійснення випробувань є:

основні матеріали;

допоміжні матеріали;

енергетичні витрати;

амортизаційні відрахування;

витрати на заробітну плату учасників НДР з нарахуваннями;

накладні витрати.

Важливими складовими кошторису є витрати на основні й допоміжні матеріали. Заробітна плата є важливою складовою витрат, так само як і нарахування на неї, які містять у собі відрахування до пенсійного фонду, фонду зайнятості, фонду соціального страхування. Окремо будуть розглянуті амортизаційні відрахування. Знаючи потужність застосовуваного устаткування, можна здійснити розрахунок енерговитрат на дослідження.

Економія по кожній з вищезазначених статей витрат зможе забезпечити мінімальні витрати на дослідження в цілому.

3.1 Витрати на основні та допоміжні матеріали

Однією зі статей витрат економічної сторони досліджень є витрати на основні і допоміжні матеріали. Розрахунок витрат наведено в таблиці 3.1.

Таблиця 3.1 - Витрати на основні та допоміжні матеріали

Таким чином, загальні витрати на основні та допоміжні матеріали становлять 83,98 грн.

3.2 Розрахунок витрат на електроенергію

Енерговитрати є важливою складовою витрат при проведенні досліджень. Витрати на електроенергію розраховуються виходячи з потужності устаткування і часу експлуатації кожної одиниці устаткування при проведенні експерименту. Розрахунок витрат наведено в таблиці 3.2. Тариф за 1кВт·год електроенергії, прийнятий за даними бухгалтерії НМетАУ, складає 0,93 грн.

Таблиця 3.2 - Витрати на електроенергію

Після проведених розрахунків встановили, що загальні витрати на електроенергію становлять 229,66 грн.

3.3 Розрахунок витрат на амортизацію устаткування

Амортизація - це процес відшкодування зносу основних фондів у грошовій формі. Цей процес здійснюється постійно, тобто вартість основних фондів переноситься на вартість готового продукту, у даному випадку на вартість дослідницьких робіт, і накопичується для повного відшкодування зносу основних фондів.

Грошове вираження розміру амортизації - це амортизаційні відрахування, що є частиною поточних витрат на виробництво продукції (собівартості). Річна норма амортизаційних відрахувань для лабораторного й оптичного устаткування дорівнює 25 % від залишкової її вартості.

Залишкова вартість лабораторного устаткування прийнята за даними бухгалтерії НМетАУ.

Тривалість експлуатації устаткування під час проведення експерименту склала 3 місяці.

Амортизаційні відрахування (А) розраховуються виходячи із встановлених норм амортизації за формулою:

 (3.1)

де ОФ - вартість основних фондів, грн;

- норма амортизаційних відрахувань, %.

Н_ам для лабораторного й обчислювально-вимірювальних приладів устаткування становить 6,25 % у квартал. Амортизаційні відрахування розраховують на один квартал роботи устаткування.

Результати розрахунку амортизаційних відрахувань приведені в таблиці 3.3.

Таблиця 3.3 - Амортизаційні відрахування

Після проведення розрахунків встановили, що загальна сума амортизаційних відрахувань становить 519,44 грн.

3.4 Витрати на оплату праці

Учасниками виконання дослідницької роботи були: СНС (керівник роботи) покриттів, композиційних матеріалів і захисту металів, молодший науковий співробітник (МНС) і лаборант. Час виконання дипломної роботи з урахуванням практики і безпосереднього дипломування складає 3 місяці. Заробітна плата учасників виконання дослідницької роботи нараховувалася з урахуванням посадових окладів наукових працівників і показана в таблиці 3.4

Таблиця 3.4 - Витрати на заробітну плату

Таким чином загальна сума витрат на заробітну плату учасникам виконання дослідницької роботи становить 944,28 грн.

3.5 Нарахування на заробітну плату

Так як заробітна плата, що одержують співробітники, не ілюструє картину всіх витрат по даній статті, необхідно враховувати також відрахування на заробітну плату. Проводяться вони у відповідності з наступними ставками податків, %:

Пенсійний фонд - 32;

Фонд зайнятості - 2,1;

Фонд соціального страхування - 2,9;

Всього 37%. Тоді нарахування на заробітну плату становлять

,38 грн.

Під іншими витратами мається на увазі витрати на поточний ремонт і накладні витрати.

Витрати на поточний ремонт обладнання визначаються з урахуванням сформованого співвідношення цих витрат та балансової його вартості. Орієнтовно приймаємо витрати на поточний ремонт для устаткування - 2,5 % від його вартості.

Розрахунок ремонту

В_рем = 8311 * 0,0025 = 207,77 грн.

Під накладними витратами розуміють загальновиробничі витрати, які становлять 20 % від усіх витрат.

В_нв. = C×( В_{о., д.м} + В_е. + В_{а.в .}+ ЗП_заг + В_рем + З_нар),                              (3.2)

де C - ставка відрахувань на накладні витрати, затверджена в академії;

В_{о., д.м.} - витрати на основні і допоміжні матеріали, грн.;

В_е. - витрати на електроенергію, грн.;

В_а.в. - витрати на амортизаційні відрахування, грн.;

ЗП_заг - загальні витрати на заробітну плату, грн.;

З_нар - сумарні нарахування на заробітну плату;

В_рем - витрати на поточний ремонт.

В_н.в.=0,2(83,98+229,66+519,44+944,28+349,38 +207,77) =466,90 грн.

Після проведених розрахунків встановлено, що загальна сума накладних витрат становить 466,90 грн.

3.7 Загальна сума витрат на проведення дипломної роботи

Загальна сума витрат на проведення даної дипломмної роботи дорівнює:

В_заг = В_{о., д.м..}+ В_е. + ЗП_заг + З_нар+ В_а.в. + В_рем. + В_н.в,                           (3.3)

В_заг.= 83,98 + 229,66 + 944,28+ 349,38 + 519,44 + 207,77+ 466,90 = 2801,41 грн.

Загальний кошторис витрат на виконання дипломної роботи наведений у таблиці 3.5.

Таблиця 3.5 - Кошторис витрат на виконання дипломної роботи

Таким чином, у даному розділі дипломної роботи був складений кошторис витрат на її виконання. Загальна сума витрат на проведення дипломної роботи становить 2801,41 грн. У структурі витрат найбільш питому вагу займають витрати на заробітну плату учасників виконання досліджень які складають 33,71%.

4. Охорона праці

Охорона праці - це система правових, соціально-економічних, організаційно-технічних, санітарно-гігієнічних і лікувально-профілактичних заходів і засобів, спрямованих на збереження здоров'я й працездатності людини в процесі праці. Головним завданням охорони праці є створення на підприємствах здорових і безпечних умов праці. Основними засобами рішення цієї задачі є забезпечення безпеки устаткування і технологічних процесів, також послідовне підвищення якості і ефективності всіх засобів колективного і індивідуального захисту від шкідливих і небезпечних чинників.

Важливим значенням для створення оптимальних умов охорони праці є його організація - удосконалення трудових процесів на основі новітніх досягнень науки й техніки з урахуванням вимог фізіології, психології й гігієни праці [18].

Значно підвищити безпеку виробничих процесів й обладнання можна реалізацією комплексних заходів, у яких разом із впровадженням нової, більш безпечної технології вирішуються питання автоматизації процесів і забезпечення обладнання, пристосуваннями захисту, які працюють від дії небезпечних і шкідливих факторів. Ці напрямки підвищення безпеки праці реалізуються на металургійних підприємствах, де останні роки впроваджений ряд принципово нових технічних рішень, що значно поліпшує умови праці.

Охорона праці забезпечується дотриманням стандартів по охороні праці, правил по техніці безпеки, санітарних норм і правил, інструкцій з охорони праці.

У даному розділі розглянуті основні шкідливості й небезпеки, які можуть виникнути у зв'язку з порівняльними дослідженнями фізико - хімічних властивостей покриттів покриттів, одержаних із фосфатомістячих розчинів на цинку.

4.1 Аналіз санітарно - гігієнічних умов праці в науково-дослідній лабораторії

Науково-дослідна лабораторія кафедри «Покриттів, композиційних матеріалів і захисту металів» Національної металургійної академії України розташована на другому поверсі корпуса «Б» у кімнаті 208. Корпус являє собою чотириповерхову будівлю, виконану з цегли і залізобетонних плит. Загальна площа лабораторії складає 28 м², висота приміщення складає 4 м. Дана науково-дослідна лабораторія має одне вікно розміром 2,5 х 2,4 м. Параметри приміщення лабораторії відповідають допустимим нормам відповідно до СН 245-71 [19].

Стіни й стеля лабораторії пофарбовані в білі кольори, підлогу заслано лінолеумом блакитного кольору. Інтер'єр приміщення оформлений спеціальними лабораторними меблями й аксесуарами з метою підвищення ефективності дослідницьких процесів і зручності працюючих.

Метеорологічні умови в робочих приміщеннях нормуються за трьома основними показниками: температурі, відносній вологості і рухливості повітря. Ці показники різні для теплого і холодного періодів року, для різних за важкістю видів робіт, які виконуються в цих приміщеннях (легкі, середньої важкості та важкі).

Відповідно до ДСН 3.3.6.042-99 [20] робота, проведена в науково-дослідній лабораторії відноситься до категорії Іб (роботи, що виконуються сидячи, стоячи або пов'язані з ходінням та супроводжуються деяким фізичним напруженням) у залежності від загальних енерговитрат 141-175 Вт (121-150 ккал/год.). Дослідницька лабораторія відноситься до приміщень з нормальними умовами середовища: сухе приміщення (температура в приміщенні постійно або періодично, більше 1 доби, не перевищує +23°С; якщо в лабораторії і ведуться дослідницькі роботи із застосуванням вибухопожежонебезпечних та хімічно активних речовин, то одночасна наявність їх у приміщенні, як правило, обмежена).

За ступенем впливу на тепловий стан людини мікрокліматичної умови поділяють на оптимальні та допустимі.

У таблиці 4.1 наведені оптимальні значення температури, відносної вологості й швидкості руху повітря в науково-дослідній лабораторії відповідно до ДСН 3.3.6.042-99 [20].

Таблиця 4.1 - Фактичні та оптимальні норми температури, відносної вологості та швидкості руху повітря у робочій зоні

Слід зазначити, що у ході здійснення процесу досліджень в лабораторії в повітря можуть потрапляти шкідливі речовин як: триполіфосфатнатрію, сульфат цинку, соляна кислота, лакофарбові матеріали. Забруднення повітряного середовища обумовлене характером виробничих операцій, мірою механізації технологічних процесів, особливістю технологічного устаткування.

Фактичні значення і величини ПДК шкідливих речовин згідно ДСН 3.3.6.042-99 приведені в таблиці 4.2 [20].

Таблиця 4.2 - Фактичні і гранично допустимі концентрації шкідливих речовин, що потрапляють в повітря

Концентрація таких речовин в зоні дихання що працюють знаходиться залежності від самого процесу, розмірів випробовуваних виробів, ефективності вентиляції.

В лабораторії є загально обмінна припливно-витяжна вентиляційна система для видалення і збору забрудненого і перегрітого повітря, для видалення шкідливих парів і газів, в яку входять: одна витяжна шафа з комбінованим відсмоктуванням і два вентилятори. Мінімальна кількість зовнішнього повітря, що подається в приміщення, становить 20-60 м³/год на одну людину.

У приміщенні лабораторії передбачена локальна система опалення. Вода надходить у систему водопостачання та опалювальні пристрої по трубах, які розташовані під вбудованими шафами і вікнами. Регулювання температури в приміщенні можна регулювати перекриваючи або відкриваючи вентиль подачі гарячої води в систему опалення. У випадку раптового виникнення течі або прориву, систему опалення можна швидко відключити в аварійному порядку, не відключаючи загальну систему опалення всієї будівлі. Вентиляція, кондиціювання та опалення відповідають нормам СНіП 41-01-2003 [21].

Серед чинників зовнішнього середовища, що впливають на організм людини в процесі праці, світло займає одне з перших місць. Світло впливає не лише на функцію органів зору, a й на діяльність організму в цілому. При поганому освітленні людина швидко втомлюється, працює менш продуктивно, зростає потенційна небезпека помилкових дій і нещасних випадків. Правильно спроектоване й виконане освітлення забезпечує можливість нормальної діяльності, схоронність зору людини, стан його нервової системи.

У лабораторії встановлена система штучного освітлення, що забезпечує необхідний рівень освітленості робочих місць. Штучне загальне освітлення виконується лампами накалювання.

Раціонально виконане освітлення надає психофізіологічна дія на людину, сприяє підвищенню ефективності діяльності, знижує напруженість органів зору, підвищує безпеку праці. Система освітлення в лабораторії складається з двох видів:

 -       система з люмінесцентних ламп загальною потужністю 432 Вт. Система ділиться на секції, кожна з яких забезпечена відбивачами, що забезпечує велику освітлювальну здатність кожною з ламп. Завдяки цьому ККД системи освітлення збільшується на 10-15%;

–       система стійка до пар кислот. Освітлювальні лампи захищені плафонами, що забезпечують велику безпеку.

Природне освітлення здійснюється через бічний віконний проріз (у лабораторії є 1 бічне вікно розміром 180×220см). Згідно ДБН В.2.5-28-2006 [22] нормативні значення освітленості (Е) і коефіцієнта природного освітлення (КПО) можна визначити, користуючись наступними даними:

         характеристика зорової роботи - роботи малої точності;

         найменший розмір об'єкта розрізнення - 1-5 мм;

–       розряд зорової роботи - IVа.

Значення КПО дорівнює 1, освітленість становить не менше 300 лк.

Джерелами шуму в лабораторії є робота вентиляційних систем та магнітних мішалок. Дія шуму може спричинити нервові, серцево - судинні захворювання, виразкову хворобу, порушення обмінних процесів та функціонування органів слуху. Шум надає дратівливу дію на кору головного мозку, прискорює процес стомлення, ослабляє увагу і уповільнює психічні реакції. Відповідно до ДсанПіН 3.3.2.007-98 [23] гранично допустимий рівень складає 75 дБ, при рівні шуму в дослідницької лабораторії - 60 дБ.

Дослідницький процес у лабораторії з санітарно-гігієнічної характеристики, згідно СНіП 2.09.04-87 [24] відноситься до I групи та підгрупи а. Для цієї групи передбачений наступний склад побутових приміщень: гардеробні, убиральні - в будівлі інституту на поверсі, їдальня і буфет, здоровпункт, умивальники та мийки з поведінкою до них холодної та гарячої води.

У лабораторії передбачається розміщення групового вмивальника з одним краном, виходячи з норми 1 кран умивальника на 7 чоловік.

Убиральні віддалені від робочих місць не далі 75 м. Кількість санітарних приладів у них визначається по нормі 1: санітарний прилад для обслуговування 15 чоловік.

Значення параметрів, що характеризують санітарно-гігієнічні умови праці занесені в таблицю 4.2.

Таблиця 4.2 - Параметри санітарно-гігієнічних умов праці

4.2 Техніка безпеки і протипожежна профілактика

Небезпечним фактором у лабораторії є можливість поразки електричним струмом від приладів, які перебувають під напругою. Випадки виникнення електротравм можливі через незадовільну експлуатацію мереж та електроустаткування, недостатньої уваги до профілактичних випробувань і ремонтів, незадовільній організації робочого місця, недостатнього інструктажу і навчання працівників, незадовільного стану ізоляції і контактів електроустаткування [25, 26]. Небезпека ураження, а також можлива його тяжкість перш за все залежить від номінальної напруги.

Приміщення лабораторії згідно правил улаштування знаходяться електроустановки з номінальною напругою до 1000 В, згідно ПУЕ [27] приміщення лабораторії відноситься до приміщень без підвищеної небезпеки поразки електричним струмом (характеризується відсутністю умов що створюють особливу або підвищену небезпеку).

У приміщенні лабораторії встановлене наступне технічне обладнання: потенціостат ПІ-50-1 - 3 шт.;ваги лабораторні - 2 шт.; піч електрична; випрямляч ТЕС-14 - 2 шт.; програматор ПР-8 - 3 шт.; термокамера; гідрокамера Г-4.; мішалка магнітна ММ-5 - 2 шт.

Всі перераховані вище установки працюють під напругою 220 В, при цьому захисне заземлення та занулення відповідає ГОСТ 12.1.030-81 [28]. Електропроводка приміщення виконана з ізольованих проводів і прокладена в каналах, що знаходяться у стінах і стелі. По периметру лабораторії на відстані 90 - 100см один від одного розташовані 13 розеток.

Захист від поразки при торканні до металевих неструмовидних частин, що можуть опинитися під напругою внаслідок руйнування ізоляції, здійснюється захисним заземленням, зануленням, захисним вимиканням. При цьому захисне заземлення та занулення повинно відповідати ГОСТ12.1.030-81 [28]. Тобто захисне заземлення або занулення забезпечує захист людей від поразки електричним струмом при дотику до металевих нетоковедучих частин, які можуть виявитися під напругою в результаті пошкодження ізоляції. Занулення виконано електричним з'єднанням металевих частин електроустановок з заземленою точкою джерела живлення електроенергією за допомогою нульового захисного провідника. Захисного заземлення або занулення зазнали всi металеві частини електроустановок, доступні для дотику людини.

Для зменшення й запобігання нещасних випадків при проведенні досліджень регулярно проводяться інструктажі з техніки безпеки. Забороняється залишати без нагляду включеними електроприлади. Розчини і хімікати необхідно зберігати в добре закритому посуді, закритих шафах. Дослідницькі процеси, які супроводжуються виділенням шкідливих речовин, необхідно виконувати при працюючій вентиляції з використанням індивідуальних засобів захисту. Все це фіксується у відповідному журналі.

Виробничий процес у лабораторії кафедри "Покриттів, композиційних матеріалів і захисту металів" по вибуховій, вибухово-пожежній і пожежній небезпеці згідно НАПБ Б.03.002-2007 відноситься до категорії "В", тому що до рідин, які легко загоряються, відноситься етиловий спирт, з температурою спалаху 14 ºС (при самоспаласі - не менше 300 ºС) [29]. Концентраційна нижня межа, при якій можливе виникнення вибуху при 20 С становить 50000 мг/м³. Фактична концентрація спирту набагато нижче, і становить 300 мг/м³, тому вибух не відбудеться навіть при наявності джерела ініціювання вибуху.

Відповідно до класифікації вибухонебезпечних і пожежонебезпечних зон лабораторія відноситься до класу В-1б - приміщення, у яких горючі гази й легкозаймисті рідини є в невеликих кількостях, недостатніх для створення вибухонебезпечної суміші в об'ємі 5 % вільного об'єму приміщення, і в якій робота з горючими газами й легкозаймисті рідини виробляється без застосування відкритого полум'я.

Грозозахист виробничих, суспільних будинків і споруджень чиниться відповідно до СН 305-77 [30]. Так як по класифікації ПУЭ приміщення лабораторії ставиться до класу В-1б і з огляду на інтенсивність грозової діяльності в Дніпропетровській області - 60-80 годин у рік, визначаємо тип зони захисту А та категорію пристрою грозозахисту II.

У відповідності до СНиП 2.01.02-85 [26] категорія ступеня вогнестійкості будинку I. Мінімально припустимі границі вогнестійкості внутрішніх капітальних стін 0,5-2,5. При I ступені поширення вогню не допускається.

Причинами пожежі в лабораторії можуть в результаті: загоряння електроустаткування при перевантаженнях, перегрівах і коротких замиканнях (клас пожару Е); загоряння етилового та ізопропілового спирту, який використовується в лабораторії (клас пожару В2); несправності електроприладів (клас пожару Е).

Внаслідок цього пожежу, що може виникнути, можна визначити як Е клас. Щоб усунути можливі причини пожежі в лабораторії необхідно дотримувати правила пожежної безпеки. Всі електроустановки рекомендується піддавати профілактичному ремонту 1 раз на місяць, дотримуватися правил експлуатації.

Входи в приміщення лабораторії, внутрішні проходи передбачено нічим не загороджувати. Приміщення лабораторії кафедри "Покриттів, композиційних матеріалів і захисту металів" передбачається забезпечити відповідно до типових норм первинних засобів пожежогасіння для наукових установ, виходячи з норм, зазначених у [30]. Повинні використовуватися вуглекислотні ручні вогнегасники типу ОУ 5(8) у кількості 2 штук або ОП - 10 у кількості 1 штука у зв'язку з тим, що клас пожежі Е.

Для евакуації людей у випадку пожежі застосовують вхідні двері розмірами 2100 х 950 мм, які ведуть в коридор і безпосередньо до виходу. У коридорі розміщається план евакуації людей при пожежі.

4.3 Розробка заходів щодо охорони праці

При проведенні дослідницьких робіт, пов'язаних з тимчасовим захистом металу, доцільно виробити розрахунок витяжної шафи. Розрахунок витяжної шафи полягає у визначенні кількості повітря того, що відсмоктується витяжною шафою.

Вихідні дані: швидкість повітря в перетині отворів шафи V = 0,8 м/с; сумарна площа всмоктуючи отворів ZS = 2 м²; коефіцієнт запасу Z = 1.1.

Кількість повітря, що відсмоктується витяжною шафою, визначається по формулі:

V _шк = 3600*V*SS* Z,

де ZS - сумарна площа всмоктуючих отворів, м²; - коефіцієнт запасу (1,1 - 1,15); - швидкість повітря в перетині отворів шафи, м³/ч. Швидкість повітря залежить від концентрації токсичних газів в робочій зоні витяжної шафи (таблиця 4.3).

Таблиця 4.3 - Залежність швидкості відсмоктування від вигляду шкідливих виділень

Підставивши наші значення у формулу, отримаємо:

_шк = 3600*0,8*2*1,2 = 6912 м³/ч.

Висновки

При виконанні дипломної роботи теоретично обґрунтовано та експериментально доведено доцільність використання водних розчинів натрію триполіфосфату для створення захисного підшару на оцинкованій сталі перед фарбуванням.

У розділі «Аналітична частина» проведено аналіз літературних джерел, який свідчить про відсутність даних щодо можливості використання водних розчинів натрію триполіфосфату для створення захисного підшару на оцинкованій сталі перед фарбуванням. Так, відсутні дані впливу концентрації водного розчину натрію триполіфосфату на фізико-хімічні властивості підшару та лакофарбових захисних покриттів, нанесених на нього.

У розділі “Основна частина” обґрунтована методика створення захисного підшару із водних розчинів натрію триполіфосфату різної концентрації на оцинкованій сталі та дослідження його фізико-хімічних властивостей, а також захисних лакофарбових покриттів, нанесених на нього.

Експериментально досліджені закономірності формування захисного підшару, одержаного із водних розчинів натрію триполіфосфату різної концентрації на оцинкованій сталі, та захисних лакофарбових покриттів, нанесених на нього.

Встановлено вплив концентрації водного розчину натрію триполіфосфату на питому масу, адгезійну міцність, пористість та захисні властивості підшару на оцинкованій сталі, а також захисних лакофарбових покриттів, нанесених на нього. Це дозволило одержати покриття з підвищеними захисними властивостями.

Експериментально визначено, що гальванічне цинкове покриття, нанесене на сталь 08 КП, має товщину приблизно 14 мкм та відмінну адгезійну міцність відносно сталі.

Встановлено, що із збільшенням концентрації водного розчину натрію триполіфосфату, питома маса підшару на оцинкованій сталі збільшується. Так, підшар, отриманий із 4 % -го водного розчину натрію триполіфосфату має питому масу 3,52 г/м², а підшар, отриманий із 6 та 12 % -го водних розчинів натрію триполіфосфату - 8,93 г/м² та 11,87 г/м² відповідно.

Результати мікроструктурного аналізу свідчать про те, що вихідна структура цинкового покриття, отриманого гальванічним методом, є дендритною. Покриття № 2, тобто захисний підшар, отриманий із 4 % -го водного розчину натрію триполіфосфату на оцинкованій сталі, має більш дрібнокристалічну структуру, яка явно виражена кристалами, у вигляді дендритів цинку. Одержане покриття достатньо тонке та щільне.

Морфологія покриття, отриманого із 6 % -го водного розчину натрію триполіфосфату, представлена кристалами більших розмірів, сформованих перпендикулярно поверхні. Це покриття є більш щільним у порівнянні із покриттям № 2. Однак, слід зазначити, що на поверхні покриттів починають з’являтися пори невеликих розмірів.

Морфологія поверхні покриття № 4 свідчить про наявність на її поверхні більшої кількості пор, плівка більш товста, але, в той же час, вона є крихкою, з наявністю мікротріщін.

Результати визначення від’ємного масового показника покриттів № 1 - 4 після прискорених випробувань на атмосферну корозію показали, що всі покриття мають достатньо високі захисні властивості (значення Km^- знаходяться в інтервалі від 0,003 до 0,056 г/м²∙год). Найбільш ефективним є покриття № 1, значення Km^- для нього становить 0,003 г/м²∙год.

Результати корозійної стійкості натурних випробувань покриттів № 1 - 4 після натурних випробувань в атмосферних умовах показали, що всі покриття після 60 діб випробувань проявили високі захисні властивості. Значення їх від’ємного масового показника знаходиться в інтервалі від 0,001 до 0,0035 г/м²∙год. Однак, найкращі результати показали покриття № 2 та № 3. Значення Km^- для них становить 0,001 та 0,0013 г/м²∙год, відповідно.

Результати досліджень корозійної стійкості захисних покриттів № 1 - 4 після прискорених випробувань на морську корозію показали, що найбільш ефективними є покриття № 1 та 2, значення від’ємного масового показника становить 0,011 та 0,019 г/м²∙год відповідно. Покриття № 3 - 4 також мають достатньо високі захисні властивості, для них Km^- знаходиться в межах 0,033 - 0,055 г/м²∙год відповідно.

Експериментально визначено, що покриття № 5 - 8 не пористі. Тобто, ці покриття мають достатньо високі захисні властивості, що підтверджується дослідженнями їх в атмосферних умовах. Цей факт дає можливість обрати та рекомендувати для створення захисного підшару, одержаного із 4 та 6 % -го водних розчинів натрію триполіфосфату, під нанесення фарби.

В розділі “Економічна частина” розраховані витрати на проведення дослідницької роботи (в умовах лабораторії кафедри покриттів, композиційних матеріалів Національної металургійної академії України). Загальний обсяг витрат склав 2801,41 грн. Найбільшу частину витрат займають витрати на заробітну плату учасників виконання досліджень, які складають 33,71 %.

У розділі “Охорона праці” описані основні шкідливі та небезпечні чинники при проведенні досліджень в лабораторії. В даному розділі були проаналізовані санітарно-гігієнічні умови праці в приміщенні, техніка безпеки та пожежна профілактика, а також розроблені заходи з охорони праці. Крім цього було проведено розрахунок витяжної шафи.

Перелік посилань

1.      Атмосферна корозія [Електронний ресурс]: - <http://www.spt-ukr.com/library/5/page21>.

.        Диффузионные цинковые покрытия. Проскуркин Е.В., Горбунов Н.С. Изд-во «Металлургия», 1972. - 22 - 39 с.

.        Методические указания к выполнению лабораторного практикума по дисциплине «Коррозия и защита металлов» для студентов всех специальностей. Разраб.: С.И. Пинчук, А. П. Стовпченко, И.Г. Рослик, А.А. Внуков. Днепропетровск: НМетАУ, 2005. - 42 с.

.        П.С.Мельников, Справочник по гальванопокрытиям в машиностроении. - М.: Машиностроение, 1979. - 137 с.

.        Лакофарбові покриття [Електронний ресурс]: - http://ua-referat.com

.        Получение фосфатных покрытий на оцинкованной стали и исследование их свойств. О.И. Кропачева, Т.С. Девяткина, Н.А. Скорнякова, С.И. Саунина., 2003. - 367с.

.        Гальванотехника при изготовлении предметов бытового назначения. Грачева М.П. Изд-во «Легкая индустрия», 1970, - 229 с.

.        Методы фосфатирования поверхности перед окраской 2005, - 2 с.

.        Брегман Д.И. Ингибиторы коррозии. - Л.:Химия, 1966. - 309 с.

.        Розенфельд И.М. Ингибиторы коррозии. - М.: Химия, 1977. - 350 с.

.        Соколов Ю.Н., Кадек В.М.. Трушинская В.А, Клявина С.А. Защита черных метал лов от коррозии в водних середах: Обзор. Ряга: Лат НИИНТИ, 1987. - 40 с.

.        Хаин И.И. Теория и практика фосфатированния металлов. - Л.: Химия, 1973. - 310 с.

.        Розенфелд И.Л. Замедлители коррозии в нейтральних середах. - М.: изд - во АН / СССР, 1953. - 247 с.

.        Е.А. Продан, Л.И. Продан, Н.Ф.Ермоленко. Триполифосфаты и их применение. Минск «Наука и техника», 1969, - 241 с.

.        ГОСТ 15140-78 / Материалы лакокрасочные. Методы определения адгезии.

.        ГОСТ 9.308-85 / Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Методы ускоренных коррозионных испытаний.

.        ГОСТ 9.401-91 / Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия лакокрасочные. Общие требования и методы ускоренных испытаний на стойкость к воздействию климатических факторов.

18. Злобинский Б.М. Охрана труда в металлургии. - М.: Металлургия, 1975. - 535 с.

19.    СН 245-71 / Санитарные нормы проектирования промышленных предприятий. − М.: Стройиздат, 1972.

20. ДСН 3.3.6.042-99 / Санітарні норми мікроклімату виробничих приміщень.- К.: Держстандарт, 1999. - 7 с.

21. СНіП 41-01-2003 / Отопление, вентиляция и кондиционирование.- М.: Стройиздат, 2003.

22.    ДБН В.2.5-28-2006 "Природне і штучне освітлення" - Прийнятий: 01.10.2006. - К.: Держстандарт, 2006.

23. ДСанПіН 3.3.2.007 - 98 / Державні санітарні правила і норми роботи з візуальними дисплейними терміналами електронно-обчислювальних машин. - К.: МОЗ України,1998.

24.    СНиП 2.09.04-87 / Административные и бытовые здания. - М.: Стройиздат, 1989. - 15 с.

.        СНиП 2.09.02-85 / Производственные здания.- М.: Стройиздат, 1987.- 24

.        СНиП 2.01.2-85 / Противопожарные нормы.- М.: Стройиздат, 1986. - 26

.        Правила устройства электроустановок. − М.: Энергоатомиздат, 1987

.        ГОСТ 12.1.030 - 81 / Электробезопасность. Защитное заземление, зануление. Изменения 1987.

29. НАПБ Б.03.002-2007 / Нормы определения категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности. Принятый 03.12.2007. - К.: МЧС Украины, 2007.

30.    Инструкция по проектированию и устройству молниезашиты зданий и сооружений. СН 305-77. - М.: Стройиздат, 1978. - 35 с.