24.11.2012 Views

Tituly, Meno Priezvisko, tituly - TUKE

Tituly, Meno Priezvisko, tituly - TUKE

Tituly, Meno Priezvisko, tituly - TUKE

SHOW MORE
SHOW LESS

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.

Transfer inovácií 17/2010 2010<br />

VYUŽITIE ELEKTROCHEMICKÝCH METÓD PRE URČENIE KORÓZNEJ<br />

ODOLNOSTI POVRCHOV PREDUPRAVENÝCH TRYSKANÍM<br />

Ing. Jozef Malejčík<br />

Technická univerzita v Košiciach<br />

Strojnícka fakulta<br />

Katedra technológií a materiálov<br />

Mäsiarska 74, 040 01 Košice<br />

e-mail: jozef.malejcik@tuke.sk<br />

Ing. Ivana Maková<br />

Technická univerzita v Košiciach<br />

Hutnícka fakulta<br />

Katedra náuky o materiáloch<br />

Park Komenského 11, 043 85 Košice<br />

e-mail: ivana.makova@tuke.sk<br />

Abstract<br />

Presented contribution deals with study the<br />

effect of various blasting materials on the corrosion<br />

rate of blasting pretreated steel surfaces grade<br />

S235JRG2. As a blasting materials were used:<br />

almandine and glass micro beads. The corrosion<br />

rate was measured by potentiodynamic test and<br />

then these results were verified with experimental<br />

calculations.<br />

Key words: surface activity, blasting, corrosion,<br />

potentiodynamic test<br />

ÚVOD<br />

Oceľ je v súčasnosti napriek širokej škále<br />

konštrukčných materiálov stále najviac využívaným<br />

materiálom, je však korózne neodolná a vyžaduje si<br />

protikoróznu ochranu najčastejšie formou<br />

ochranných povlakov.<br />

Vo všeobecnosti je možné rozdeliť metódy<br />

hodnotenia koróznych vlastností materiálov na dve<br />

základné skupiny, a to expozičné a<br />

elektrochemické. Kým pri expozičných metódach<br />

ide o vystavenie materiálu agresívnemu koróznemu<br />

prostrediu a zisťovanie hmotnostných úbytkov za<br />

stanovený čas, elektrochemické metódy hodnotia<br />

koróznu odolnosť kovov pomocou<br />

elektrochemických charakteristík v rôznych<br />

koróznych podmienkach. Pomocou výsledkov<br />

z elektrochemických metód je možné výpočtom<br />

stanoviť predpokladanú koróznu rýchlosť materiálu<br />

v danom prostredí [1, 2].<br />

Predúprava povrchu tryskaním patrí do<br />

mechanického opracovania povrchu základného<br />

materiálu, ktorého nástroj - tryskací prostriedok<br />

(ďalej len TP), vyvoláva pri dopade v jeho<br />

povrchových vrstvách kvalitatívne zmeny, pričom<br />

vzniká charakteristická povrchová morfológia.<br />

Cieľom predúpravy povrchu je očistiť kovový<br />

povrch od všetkých druhov nečistôt, zvýšiť aktivitu<br />

povrchu a získať mikrogeometriu povrchu vhodnú<br />

94<br />

pre následnú aplikáciu povlakov. Dôkladná<br />

príprava povrchu pred aplikáciou povlakov je<br />

základným predpokladom pre rovnomerný priebeh<br />

reakcií medzi povrchom a povlakom.<br />

Technologický postup predúpravy povrchu sa volí<br />

podľa povahy a prevládajúceho znečistenia<br />

kovového povrchu, podľa tvaru a veľkosti<br />

upravovaných výrobkov a podľa požadovanej<br />

povrchovej úpravy [3-5].<br />

Príspevok sa zaoberá hodnotením koróznej<br />

rýchlosti oceľových povrchov upravených<br />

tryskaním s využitím nekovových TP (prírodný<br />

granát - almandín a balotina - sklenené<br />

mikroguličky) na rôznej materiálovej báze.<br />

Rýchlosť korózie bola stanovená<br />

potenciodynamickou skúškou a následne overená<br />

experimentálnymi výpočtami.<br />

EXPERIMENTÁLNY PROGRAM<br />

Základným materiálom pre experimentálne<br />

práce bola oceľ S235JRG2, označená podľa EN<br />

10025A1, vykazujúca tvrdosť 114 HV30.<br />

Chemické zloženie a mechanické vlastnosti<br />

materiálu substrátu uvádza tab.1. Príprava vzoriek<br />

pre potenciodynamické skúšky pozostávala z ich<br />

úpravy sústružením na valcový tvar (φ = 11.3 mm,<br />

výška = 20 mm), ich následného zaliatia do<br />

dentacrylu a finálnej metalografickej úpravy.<br />

tab.1 Chemické zloženie a mechanické vlastnosti<br />

materiálu S235JRG2 udávané výrobcom<br />

Materiál<br />

S235JRG2<br />

Chemické zloženie [ hmot. %]<br />

Cmax Nmax Pmax Smax<br />

0.17 0.009 0.045 0.045<br />

Mechanické vlastnosti [MPa]<br />

Rm Re min<br />

363 - 441 ≥ 235<br />

Predúprava povrchu bola realizovaná<br />

pneumatickým laboratórnym tryskacím zariadením<br />

typu TJVP-320 od výrobcu Škoda Plzeň z Českej<br />

Republiky. Pracovný tlak bol 0.5 MPa, priemer<br />

tryskacej dýzy φ = 9 mm a vzdialenosť dýzy od<br />

vzorky bola 220 mm. Povrch materiálu bol<br />

otryskaný nasledujúcimi TP:<br />

1. prírodný granát (almandín) - Fe3Al2(SiO4)3,<br />

− minerálny ostrohranný TP, výrobca<br />

Garmica Mědenec, vyrába sa úpravou hornín,<br />

v ktorých sa vyskytuje ako horninotvorný


Transfer inovácií 17/2010 2010<br />

minerál, charakterizovaný tvrdými a ostrými<br />

zrnami, vhodnými ako abrazívum. Chemické<br />

zloženie almandinu: SiO2=36.9%, TiO2=0.06%,<br />

Al2O3=21.2%, FeO=36.7%, MnO=0.4%,<br />

CaO=0.9%, K2O=0.07%.<br />

2. sklenené mikroguličky (balotina)<br />

− inertný materiál, používaný na jemné tryskanie,<br />

leštenie, odstraňovanie otrepov a pod., jeho<br />

chemické zloženie: SiO2 65%,<br />

Na2O=min.14%, CaO=8-11%, MgO=3-5%,<br />

Al2O3=0.5-2%, Fe2O3 0.15%, ostatné 2%.<br />

Mikrogeometria povrchu po tryskaní bola<br />

hodnotená na základe amplitúdových parametrov<br />

(Ra – stredná aritmetická odchýlka profilu a Rz –<br />

najväčšia výška profilu) v zmysle normy STN EN<br />

ISO 4287. Samotné meranie sa uskutočnilo<br />

dotykovým profilometrom typu Surftest SJ - 301<br />

japonského výrobcu Mitutoyo. Základné parametre<br />

merania: základná dĺžka l = 0.8 mm, počet<br />

základných dĺžok N = 5, meraný profil: R (systém<br />

strednej čiary), filter: Gauss.<br />

Pre účely merania elektrochemických<br />

charakteristík kovového substrátu bolo použité<br />

laboratórne zariadenie VoltaLab 10, ktorého základ<br />

tvorí jednotka PGZ 100 so zabudovaným<br />

stabilizovaným zdrojom jednosmerného prúdu a<br />

napätia, generátorom sínusového signálu pre<br />

meranie elektrochemických impedančných<br />

charakteristík, voltmetrom, pikoampérmetrom a<br />

frekvenčným analyzátorom. Meraciu jednotku<br />

prepája 5 vodičov s druhou časťou meracieho<br />

systému, koróznou celou a riadiacou jednotkou<br />

rotačnej elektródy (CTV 101) a cez sériové<br />

rozhranie ju ovláda osobným počítač pomocou<br />

programu VoltaMaster 4 [6]. Pomocou jednotky<br />

PGZ 100 a riadiacej jednotky CTV 101 bolo<br />

realizované meranie závislosti prúdovej hustoty<br />

a potenciálu. Korózne prostredie tvoril 0.1 M<br />

roztok NaCl v destilovanej vode. Čas ustálenia<br />

voľného potenciálu vzorky v elektrolyte bol 5, 60,<br />

120, 240 a 480 minút, pričom frekvencia sa menila<br />

v rozsahu od 100 kHz do 10 mHz a teplota pri<br />

realizácií merania bola 22 °C ± 1 °C. Vzorka počas<br />

merania rotovala na rotačnej elektróde rýchlosťou<br />

1000 ot.min -1 . Použité experimentálne zariadenie je<br />

na Obr.1.<br />

DISKUSIA NAMERANÝCH VÝSLEDKOV<br />

Výsledky merania drsnosti otryskaných<br />

povrchov sú prezentované vybranými hodnotami<br />

parametrov drsnosti - Ra, Rz (Tab.2), a tiež vo<br />

forme zhotovených profilografov s Abbot -<br />

Firestonovými krivkami (Obr.2). Charakter<br />

otryskaného povrchu je daný tvarom použitého TP.<br />

Väčšia členitosť povrchu bola dosiahnutá pri<br />

použití ostrohranného TP, o čom svedčia aj<br />

namerané hodnoty drsnosti a záznam povrchov po<br />

tryskaní. Pri použití guľatých zŕn TP sa dosahuje<br />

pomerne rovnomerné pretvorenie povrchu tvorené<br />

pretínajúcimi sa guľovými plochami. Avšak pri<br />

použití balotiny nebol dosiahnutý typický povrch<br />

po tryskaní granulátom, v skladbe TP sa nachádzali<br />

opotrebované zrná, ktoré spôsobili záseky do<br />

povrchu materiálu. Vplyv na hĺbku zásekov má aj<br />

materiál použitých TP, čo ovplyvňuje aj kinetickú<br />

energiu dopadajúcich zŕn TP.<br />

Obr.1 Experimentálne zariadenia pre<br />

potenciodynamické skúšky<br />

Rozdiely v členitosti povrchov otryskaných<br />

ostrohranným a guľatým TP sú zrejmé aj z<br />

priebehov kriviek materiálového podielu profilov<br />

(Abbot - Firestonových kriviek). V hornej úrovni<br />

rezu bol dosiahnutý menší materiálový podiel pri<br />

tryskaní balotinou, naopak väčší materiálový podiel<br />

vykazuje povrch otryskaný ostrohranným TP -<br />

almandínom.<br />

Výraznejšie rozdiely v charaktere<br />

analyzovaných otryskaných povrchov boli<br />

identifikované za pomoci optickej mikroskopie. Pre<br />

získanie ucelenej informácie o povrchovej<br />

morfológii otryskaných povrchov sú tieto výsledky<br />

doplnené o 3D zobrazenia povrchov otryskaných<br />

guľatým a ostrohranným TP, kde sú šípkami<br />

označené odtlačky daných TP na kovovom<br />

povrchu. (Obr.3, 4). Tieto 3D zobrazenia boli<br />

získané optickým mikroskopom zn. Nikon AZ 100<br />

s automatickým posunom stola mikroskopu.<br />

tab. 2 Výsledky merania drsnosti otryskaných<br />

povrchov<br />

Druh TP<br />

almandin<br />

balotina<br />

Ra [µm] 2.6 1.04<br />

Rz [µm] 16.19 5.85<br />

95


Transfer inovácií 17/2010 2010<br />

Obr.2 Profilografy otryskaných povrchov s Abbot -<br />

Firestonovými krivkami<br />

Obr.3 3D zobrazenie povrchu otryskaného guľatým<br />

TP<br />

Obr.4 3D zobrazenie povrchu otryskaného<br />

ostrohranným TP<br />

Použitím Tafelovej (1. Sternovej) (Obr.5)<br />

a 2. Sternovej analýzy nameraných<br />

potenciodynamických kriviek boli získané hodnoty<br />

polarizačných odporov (Rp), anódovej (ba)<br />

a katódovej (bc) závislosti (Tab.3).<br />

96<br />

Odtlačok po<br />

dopade<br />

guľatého TP<br />

Odtlačok po<br />

dopade<br />

ostrohranného TP<br />

Obr.5 Tafelová analýza potenciodynamického<br />

polarizačného diagramu<br />

Korózna prúdová hustota ikor sa vypočítala<br />

pomocou vzťahu (1) [1]:<br />

i<br />

kor<br />

ba<br />

bc<br />

= [ A.<br />

m<br />

2.<br />

303R<br />

b + b<br />

1 −2<br />

p<br />

a<br />

c<br />

]<br />

(1)<br />

tab.3 Namerané a vypočítané hodnoty<br />

polarizačných odporov (Rp), anódovej (ba)<br />

a katódovej (bc) závislosti pre otryskané povrchy<br />

Typ<br />

použitého<br />

TP<br />

ba<br />

[mV]<br />

|-bc|<br />

[mV]<br />

Rp<br />

[Ω.cm 2 ]<br />

ikor<br />

[A/m 2 ]<br />

almandin 75.8 213 378.6 0.0619 . 10 -3<br />

balotina 80.5 246 612.2 0.0464 . 10 -3<br />

vkor<br />

[g/m 2<br />

deň -1 ]<br />

1.8.10 -11<br />

1.34.10 -11<br />

Na základe experimentálne zistenej koróznej<br />

prúdovej hustoty môžeme pomocou Faradayovho<br />

zákona vypočítať koróznu rýchlosť [1]:<br />

ikor<br />

⋅ M 2 −1<br />

v = [ g / m deň ] (2)<br />

kor<br />

n ⋅ F<br />

kde: M – mólová hmotnosť [ g.mol -1 ],<br />

n – látkové množstvo [mol],<br />

F – Faradayová konštanta (96487 C.mol -1 ).<br />

Grafické znázornenia nameraných hodnôt<br />

polarizačných odporov a koróznej rýchlosti pre<br />

jednotlivé druhy TP prezentujú Obr.6 a Obr.7.<br />

Obr.6 Grafické znázornenie polarizačného odporu pre<br />

jednotlivé druhy TP<br />

Obr.7 Grafické znázornenie koróznej rýchlosti pre<br />

jednotlivé druhy TP<br />

Vyššie polarizačné odpory boli<br />

zaznamenané na vzorkách predupravených


Transfer inovácií 17/2010 2010<br />

sklenenými mikroguličkami – balotinou a<br />

nižšie hodnoty polarizačného odporu boli<br />

zaznamenané u vzoriek predupravených<br />

almandínom. Pre získanie hodnoty koróznej<br />

rýchlosti daného materiálu, bolo potrebné najprv<br />

zistiť koróznu prúdovú hustotu, pre výpočet ktorej<br />

bol použitý vzťah (1). Korózna rýchlosť bola u<br />

jednotlivých vzoriek taktiež odlišná. Nižšiu<br />

rýchlosť korózie vykazovali vzorky predupravené<br />

balotinou a vyššiu vzorky predupravené<br />

almandínom.<br />

ZÁVER<br />

Z nameraných a vypočítaných výsledkov<br />

vyplýva, že rýchlosť korózie jednotlivých<br />

otryskaných vzoriek bola s každým použitým<br />

druhom TP iná. Almandínom otryskaný povrch<br />

preukázal vyššiu koróznu rýchlosť, balotinou<br />

otryskaný povrch nižšiu. Uvedenú skutočnosť<br />

potvrdzujú aj namerané hodnoty polarizačných<br />

odporov RP. Je zrejmé, že s rastúcim polarizačným<br />

odporom rýchlosť korózie priamoúmerne klesá.<br />

Vyššia korózna rýchlosť povrchu otryskaného<br />

almandínom súvisí pravdepodobne s veľkosťou<br />

plochy, ktorá vzniká po otryskaní povrchu<br />

príslušným abrazívom. So zvyšovaním drsnosti<br />

povrchu sa tak zvyšuje plocha otryskaného povrchu<br />

a tým aj jeho korózna rýchlosť. Ostrohranný TP<br />

(almandín) vytvára členitý povrch s<br />

charakteristickou morfológiou ostrých priehlbenín a<br />

výstupkov, ktoré v konečnom dôsledku zaberajú<br />

väčšiu plochu. Po otryskaní povrchu balotinou<br />

vznikajú na povrchu guľové odtlačky s menšou<br />

plochou a tým aj menšou koróznou rýchlosťou<br />

otryskaného povrchu.<br />

Vykonané experimentálne práce poukázali<br />

na významný vplyv technologických parametrov<br />

pri predúprave povrchu tryskaním, ako je druh, tvar<br />

a veľkosť TP, na elektrochemické charakteristiky<br />

získaných povrchov. Hodnotenie koróznej<br />

odolnosti predupravených povrchov má význam pre<br />

zabezpečenie ich dočasnej ochrany pred následnou<br />

aplikáciou ochranných povlakov.<br />

Príspevok bol spracovaný v rámci<br />

riešenia grantového vedeckého projektu MŠ SR<br />

VEGA 1/0510/10.<br />

Literatúra<br />

[1] HADZIMA, B. - LIPTÁKOVÁ,T .: Základy<br />

elektrochemickej korózie kovov. 1.vyd.<br />

Žilina: Edis,2008.112 s. ISBN 978-80-8070-<br />

876-4<br />

[2] BABOJAN, R. et all: Corrosion Tests and<br />

Standards: Application and Interpretation.<br />

2nd ed. Baltimore: West Conshohocken, PA<br />

: ASTM International, 2004. 882 s. ISBN 0 -<br />

8031-2098-2<br />

[3] MOMBER, A.: Blast Cleaning Technology.<br />

1st ed., Berlin: Springer, 2008. 540 s. ISBN<br />

978-3-540-736 44-8<br />

[4] GUZANOVÁ, A. – BREZINOVÁ, J.:<br />

Monitorovanie zmien akosti povrchu<br />

kovového substrátu po tryskaní. [online].<br />

[cit.2010-07-06]. Dostupn0 na internete:<br />

<br />

[5] AMADA, S., HIROSE, T.: Planar fractal<br />

characteristics of blasted surfaces and its<br />

relation with adhesion strength of coatings.<br />

Surface and Coatings Technology, vol.130,<br />

2000 p.158-163.<br />

[6] HADZIMA, B.: Korózna odolnosť zliatin<br />

horčíka [Dizertačná práca], Žilinská<br />

univerzita, 2003.<br />

97

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!