Tituly, Meno Priezvisko, tituly - TUKE
Tituly, Meno Priezvisko, tituly - TUKE
Tituly, Meno Priezvisko, tituly - TUKE
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