Studium vad povlaku duplexního systému

ÚVOD

V průběhu aplikace ochranného povlaku, manipulace s dílci, montáže ocelové konstrukce, instalace dalších prvků na konstrukci apod. vznikají vady, které lze rozdělit do mnoha kategorií, podle různých kritérií. Můžeme se setkat s vadami aplikačními, technologickými, konstrukčními a v neposlední řadě vadami, které mají charakter mechanického poškození. Tento typ vady, který můžeme označit jako montážní, vzniká v důsledku působení vnějšího mechanického namáhání na ochranný povlak. V technické praxi se velmi často setkáváme s případy, kdy vada je pouze přetřena opravným nátěrovým systémem bez jakékoliv přípravy povrchu. Tento stav je nežádoucí, který způsobuje předčasné poškození ochranného povlaku. Experimentální výsledky uvedené v tomto článku popisují montážní vady, jakým způsobem dochází k ovlivnění ochranného povlaku vnějším mechanickým namáháním a jak důležitá je oblast provádění následných opravných prací. Pro experimentální práce byly použity ochranné povlaky skládající se z žárově zinkovaného povlaku ponorem a nátěrového systému. Jedná se o systém velmi často využívaný v protikorozní ochraně ocelových konstrukcí a spadající do velké oblasti duplexních systémů.

VADY POVLAKU DUPLEXNÍHO SYSTÉMU

Montážní vady duplexního systému můžeme dle rozsahu poškození rozdělit do tří základních skupin: vady duplexního systému až na podkladový ocelový materiál, vady duplexního systému až na povlak žárového zinku a povrchové vady nátěru. Následná oprava vyžaduje provedení vybroušení vady s hladkým a pozvolným přechodem do okolního povlaku. Tento krok je velmi důležitý ze dvou hledisek. Prvním je estetický vzhled. Vzniklá vada narušuje jednotnost a rovnoměrnost povlaku. Druhým, důležitějším hlediskem, je odstranění všech nepřilnavých vrstev duplexního povlaku, trhlin, ostrých hran, potenciálních kapes, ve kterých se můžou usazovat nečistoty, apod. Jakákoliv „nedokonalá“ (neodborná) oprava má za následek další vady systému.

EXPERIMENTÁLNÍ ZKOUŠKY

Kvalita provedených opravných prací má velký vliv na životnost nátěrového systému, resp. na životnost duplexního povlaku.

Pro studium vad byly v laboratorních podmínkách vytvořeny vady mechanického charakteru:

• s přesně definovanou nárazovou silou (10 až 90 N, krok 10 N) a geometrii nárazového tělíska – pro vytvoření vad povlaku byl použit zkušební přístroj skládající se z úderníku se vsazenou ocelovou kuličkou o průměru 5 mm, která se vystřeluje pomocí tlačné pružiny proti zkoušenému povrchu,
• s nedefinovanou nárazovou silou a geometrii nárazového tělíska (simulace reálných podmínek) – pomocí kladívka a šroubováku byl nekontrolovaně poškozován zkoušený ochranný povlak. 

Pro experimentální zkoušky byly použity dvě sady vzorků:

• vzorky žárově zinkované ponorem – průměrná tloušťka zinkového povlaku je 80 μm
• vzorky s duplexním povlakem: 80 μm žárově zinkovaný povlak ponorem + 40 μm epoxidový nátěr + 110 μm epoxidový nátěr + 60 μm polyuretanový nátěr. Uvedený ochranný povlak je schválený dle TKP19B pro protikorozní ochranu ocelových mostů a konstrukcí.

Veškeré vyhodnocení bylo provedeno na optickém mikroskopu Neophot 2 (VŠB – Technická univerzita Ostrava, Katedra mechanické technologie, Ústav strojírenských materiálů a povrchových úprav).

VADY VYTVOŘENÉ S PŘESNĚ DEFINOVANOU NÁRAZOVOU SILOU

Obrázky 1 a 2 ukazují vliv zvyšující se nárazové síly na povlak žárového zinku. Při nárazové síle 10 N nevzniklo žádné poškození. Se zvyšující se nárazovou silou lze pozorovat plastickou deformaci na okraji „vtisku“ (viz Obrázek 3). Velikost zbytkového napětí v místě vtisku a vliv na vlastnosti povlaku žárového zinku bude předmětem dalších experimentálních prací. Na okraji vtisku byly dále zjištěny útvary, které mají charakter mikrotrhlinek (viz Obrázek 4). Tento jev bude dále ověřován v rámci např. elektronové mikroskopie.

Obrázky 5 a 6 znázorňují schéma poškození duplexního systému definovanou nárazovou sílou. Můžeme zde sledovat průběh poškození nátěrového systému, kdy od nárazové síly 60 N vznikly mikrotrhliny po obvodu vzniklého „vtisku“, aniž by došlo k viditelnému poškození nátěrového systému (destrukci) – Obrázek 7.

VADY VYTVOŘENÉ S NEDEFINOVANOU NÁRAZOVOU SILOU

Na Obrázku 8 vidíme vady povlaku žárově zinkovaného ponorem, které byly vytvořeny s nedefinovanou nárazovou silou a geometrii nárazového tělíska (kladívko a šroubovák). Na Obrázku 8A lze vidět poškození zinkového povlaku až na základní ocelový materiál (vyznačeno červeně). Vlivem ostrých třísek vzniklých podél hrany vady (viz Obrázky 8B a 8C) může dojít k předčasnému poškození následně aplikovaného nátěrového systému.

Obrázek 9 charakterizuje mechanickou vadu duplexního systému vytvořenou nedefinovanou silou a geometrii nárazového tělíska – kladívko (Obrázek 8A) a šroubovák (Obrázek 8B a 8C). U všech tří obrázku můžeme pozorovat, že energie vnesená do nátěrového systému způsobí výrazné poškození nátěrového systému, ale také ztrátu adheze a popraskání nátěru v blízkém okolí kolem vady. Vzniklé poškození nemusí být viditelné pouhým okem. Dále na Obrázku 9 vidíme ostré hrany v místech popraskání nátěru a poškození povlaku žárového zinku. Pokud v průběhu opravy vzniklých vad nedojde k vybroušení vady s hladkým a plynulým přechodem do okolního neporušeného povlaku,  vystavujeme se riziku předčasného poškození duplexníhosystému a výraznému zkrácení celkové životnosti.

PRAKTICKÉ PŘÍKLADY

V této kapitole budou ukázány a popsány reálné případy z praxe.

Obrázek 10 ukazuje reálné případy, se kterými se lze setkat v technické praxi. Ve všech případech se jedná o ocelovou konstrukci chráněnou proti korozi duplexním povlakem (žárově zinkovaný povlak ponorem a nátěrový systém). Inspekční kontroly odhalily velké množství vad, které měly charakter poškození v průběhu manipulace, popř. montáže a tyto vady byly opraveny neodborně nebo nebyly opraveny vůbec. Což z pohledu životnosti ochranného povlaku je zcela nepřípustný stav.

Jak bylo uvedeno výše, jakákoliv oprava vady musí být provedená vybroušením vady s hladkým a pozvolným přechodem do neporušeného okolního nátěru/povlaku s následnou aplikací opravného nátěrového systému – příklad viz Obrázek 11.

ZÁVĚR

Protikorozní ochrana ocelových konstrukcí nátěrovými a kovovými povlaky je velmi důležitou součásti průmyslové praxe. Nejenom, že vytváří design výrobku nebo konstrukce, ale hlavně chrání materiál před okolními vlivy, chrání materiál před korozí. Tato ochrana je založena především na vytvoření jednotného, celistvého povlaku, který primárně vytváří účinnou bariéru. Účinnost vytvořené bariéry je negativně ovlivňována různými faktory, mezi které patří vady nátěrového systému, popř. povlaku. Hlavním cílem uvedeného článku bylo ukázat proč je důležitá oprava vad ochranného povlaku technologickým postupem uvedeným v tomto článku. Výsledky zde uvedené dokazují, že montážní vada v sobě skrývá výraznou plastickou deformací povlaku s projevem vzniku mikrotrhlin, které můžou mít negativní vliv na výsledné protikorozní vlastnosti. Bylo potvrzeno, že poškození ochranného povlaku se nekoncentruje pouze na plochu dopadu cizího tělesa, ale i na blízké okolí samotného poškození.

Autoři

• Ing. Siostrzonek René Ph.D.
• Doc. Ing. Podjuklová Jitka CSc., prof.h.c.
• Ing. Pavelková Daniela
• Ing. Verlík Jiří
• Ing. Koldová Lenka