(12) OPIS PATENTOWY (19)PL

Transkrypt

1 RZECZPO SPO LITA POLSKA Urząd Patentowy Rzeczypospolite] Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19)PL (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: , PCT/FR94/00911 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego: , W095/04239, PCT Gazette nr 07/95 (11) (13) B1 (51) IntCl6: F16L 58/04 (54)Sposób zabezpieczenia elementu rurowego z metalu na bazie żelaza, zwłaszcza z żeliwa przed korozją i element rurowy z metalu na bazie żelaza, zwłaszcza z żeliwa (30) Pierwszeństwo: ,FR, (73) Uprawniony z patentu: PONT-A-MOUSSON S.A., Nancy, FR (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 10/96 (72) Twórcy wynalazku: Jean-Marc Pedeutour, Bléndod-lés-Pont-á- Mousson, FR Gerard Nouail, Metz, FR Jean Bello, Gezoncourt, FR Rio Bellocci, Pont-á-Mousson, FR (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 03/99 (74) Pełnomocnik: Szalkiewicz Tadeusz, PATPOL Spółka z o.o. PL B1 (57) 1. Sposób zabezpieczenia elementu rurowego z metalu na bazie żelaza, zwłaszcza z żeliwa, przed korozją, w szczególności ziemną, znamienny tym, że pierwszą warstwę zabezpieczającą utworzoną z cynku nakłada się poprzez metalizację łukiem elektrycznym, nakłada się również poprzez metalizację łukiem elektrycznym drugą warstwę zabezpieczającą złożoną ze stopu cynkowo-glinowego, zawierającego 5-55% glinu, po czym nakłada się trzecią porowatą warstwę, stanowiącą wypełniacz porów, zawierającą spoiwo organiczne, w szczególności farbę wodną, lakier bitumiczny lub żywicę epoksydową. 5. Element rurowy z metalu na bazie żelaza, zwłaszcza z żeliwa, w szczególności do przewodów podziemnych posiadający pierwszą zabezpieczającą powłokę zewnętrzną złożoną z warstwy cynku, znamienny tym, ze ma na pierwszej warstwie cynku drugą porowatą warstwę stopu cynkowo-glinowego, zawierającego 5-55% glinu i na tej drugiej warstwie stopu trzecią porowatą warstwę stanowiącą wypełniacz porów, zawierającą spoiwo organiczne, w szczególności farbę wodną, lakier bitumiczny lub żywicę epoksydową.

2 Sposób zabezpieczenia elementu rurowego z metalu na bazie żelaza, zwłaszcza z żeliwa przed korozją i element rurowy z metalu na bazie żelaza, zwłaszcza z żeliwa Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób zabezpieczenia elementu rurowego z metalu na bazie żelaza, zwłaszcza z żeliwa, przed korozją, w szczególności ziemną, znamienny tym, że pierwszą warstwę zabezpieczającą utworzoną z cynku nakłada się poprzez metalizację łukiem elektrycznym, nakłada się również poprzez metalizację łukiem elektrycznym drugą warstwę zabezpieczającą złożoną ze stopu cynkowo-glinowego, zawierającego 5-55% glinu, po czym nakłada się trzecią porowatą warstwę, stanowiącą wypełniacz porów, zawierającą spoiwo organiczne, w szczególności farbę wodną, lakier bitumiczny lub żywicę epoksydową. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że nakłada się warstwę cynku w ilości co najmniej 130 g/m2, a korzystnie co najmniej 200 g/m2. 3. Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że nakłada się warstwę cynku w ilości co najmniej 130 g/m2, a korzystnie co najmniej 150 g/m2. 4. Sposób według zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, że trzecią warstwę nakłada się przez rozpylanie, korzystnie o grubości zawartej między 80 a 150 μm. 5. Element rurowy z metalu na bazie żelaza, zwłaszcza z żeliwa, w szczególności do przewodów podziemnych posiadający pierwszą zabezpieczającą powłokę zewnętrzną złożoną z warstwy cynku, znamienny tym, że ma na pierwszej warstwie cynku drugą porowatą warstwę stopu cynkowo-glinowego, zawierającego 5-55% glinu i na tej drugiej warstwie stopu trzecią porowatą warstwę stanowiącą wypełniacz porów, zawierającą spoiwo organiczne, w szczególności farbę wodną, lakier bitumiczny lub żywicę epoksydową. 6. Element według zastrz. 5, znamienny tym, że pierwsza warstwa jest porowata. 7. Element według zastrz. 5 albo 6, znamienny tym, że grubość warstwy cynku jest określona ilością cynku co najmniej 130 g/m2, a korzystnie co najmniej 200 g/m2. 8. Element według zastrz. 5, znamienny tym, że grubość warstwy stopu jest określona ilością stopu co najmniej 130 g/m2, a korzystnie co najmniej 150 g/m2 9. Element według zastrz. 5, znamienny tym, że warstwa wypełniacza porów ma grubość zawartą między 80 i 150 μm. * * * Przedmiotem wynalazku jest sposób zabezpieczenia elementu rurowego z metalu na bazie żelaza zwłaszcza z żeliwa przed korozją i element rurowy z metalu na bazie żelaza zwłaszcza z żeliwa. Niniejszy wynalazek odnosi się do ochrony antykorozyjnej przewodów złożonych z elementów rurowych na podstawie żelaza, w szczególności z żeliwa. Przez "elementy rurowe" rozumie się zarówno rury jak i osprzęt, taki jak kolanka, złączki itd. Wynalazek odnosi się głównie do przewodów podziemnych, ale może być ewentualnie zastosowany również w przypadku przewodów napowietrznych. Z książki dr Endre Nadasi pt. "Nowoczesne metody metalizacji natryskowej", WNT, W-wa, 1975 r. str znane są powłoki wielowarstwowe, w tym podwójnie nanoszone również elementy rurowe. Złożone są one z cienkiej warstwy cynku, na którą natryskuje się aluminium i znajdują zastosowanie w przemyśle okrętowym (str. 266). Powłoka wielowarstwowa złożona ze stopu cynku i aluminium oraz lakieru znana jest ze str. 267 tej książki, a ze str 168 znana jest powłoka wielowarstwowa składająca się z cynku,

3 aluminium i cynku. Z tej samej książki znane są także powłoki kombinowane składające się z warstw cynku aluminium, stopu cynku aluminium i emalii syntetycznej. Z publikacji znane są również sposoby kolejnego nanoszenia poszczególnych warstw powłok przeciwkorozyjnych wielowarstwowych przez natryskiwanie, a w przypadku powłok kombinowanych natryskiwanie metalem, nanoszenie farby pędzlem, przy czym stosowane grubości poszczególnych warstw wahają się od 30 do 250 mikronów. Jednakże powyższe powłoki jak i sposoby ich nanoszenia są stosowane do zabezpieczenia metali przed korozją w atmosferze. Warunki korozji ziemnej są inne. W warunkach ziemnych panuje środowisko beztlenowe i rozwija się korozja bakteryjna, szczególnie typu siarczanowo-redukcyjnego, to znaczy redukcja spowodowana przez bakterie z siarczanów na siarczki. Podczas reakcji, która przetwarza żelazo na jony żelaza dwuwartościowego, zużywana jest ogromna ilość elektronów. Szybkości są więc często wyższe niż w środowisku bakterii tlenowych. Dla zapewnienia sobie metabolizmu, bakterie mogą używać wypełniacza porów, ponieważ stanowi on źródło węgla, a to z kolei prowadzi do jego zniknięcia. Ten rodzaj korozji beztlenowej nie zachodzi w atmosferze. Trwałość powłoki w powietrzu jest wyraźnie słabsza niż w ziemi i wynosi 10 do 15 lat wobec 50 do 80 lat w ziemi. Korozja ziemna metali żelaznych jest zjawiskiem o właściwościach odmiennych od korozji atmosferycznej i polega głównie na tworzeniu stref utleniania, połączonych elektrycznie ze strefami redukcyjnymi, które mogą znajdować się w pewnej odległości. Powstają zatem znaczne uszkodzenia metalu na bazie żelaza. Ochrona antykorozyjna rurowych elementów podziemnych sprawia szczególne trudności, zwłaszcza z powodu niejednorodności gruntów i ich różnych właściwości, a także faktu, że elementy rurowe, zgodnie z ich stosowaniem, przenoszą płyny o różnych temperaturach, zmieniając warunki korodowania, i że manipulowanie elementami rurowymi, przeznaczonymi do zakopania często prowadzi do uszkodzeń ich powierzchni zewnętrznej w różnych miejscach. Celem wynalazku jest opracowanie sposobu powlekania elementu rurowego z metalu na podstawie żelaza, w szczególności zakopanego w ziemi, który to sposób, przy koszcie możliwym do przyjęcia, zapewnia dobre zabezpieczenie antykorozyjne niezależnie od przeznaczenia przewodu, zwłaszcza w sieciach wodociągowych i kanalizacyjnych, dla znacznej większości gruntów. Sposób zabezpieczenia elementu rurowego z metalu na bazie żelaza, zwłaszcza z żeliwa, przed korozją, w szczególności ziemną, charakteryzuje się tym, że pierwszą warstwę zabezpieczającą utworzoną z cynku nakłada się poprzez metalizację łukiem elektrycznym, nakłada się również poprzez metalizację łukiem elektrycznym drugą warstwę zabezpieczającą złożoną ze stopu cynkowo-glinowego, zawierającego 5-55% glinu, po czym nakłada się trzecią porowatą warstwę, stanowiącą wypełniacz porów, zawierającą spoiwo organiczne, w szczególności farbę wodną, lakier bitumiczny lub żywicę epoksydową. Korzystne jest, że nakłada się warstwę cynku w ilości co najmniej 130 g/m2, a korzystnie co najmniej 200 g/m2. Korzystne jest również, że nakłada się warstwę cynku w ilości co najmniej 130 g/m2, a korzystnie co najmniej 150 g/m2. Korzystne jest ponadto, że trzecią warstwę nakład się przez rozpylanie, korzystnie o grubości zawartej między 80 a 150 μm. Element rurowy z metalu na bazie żelaza, zwłaszcza z żeliwa, w szczególności do przewodów podziemnych posiadający pierwszą zabezpieczającą powłokę zewnętrzną złożoną z warstwy cynku charakteryzuje się tym, że ma na pierwszej warstwie cynku drugą porowatą warstwę stopu cynkowo-glinowego, zawierającego 5-55% glinu i na tej drugiej warstwie stopu trzecią porowatą warstwę, będącą wypełniaczem porów, zawierającą spoiwa organiczne, w szczególności farbę wodną, lakier bitumiczny lub żywicę epoksydową. Korzystne jest, że pierwsza warstwa jest porowata. Korzystne jest także, że grubość warstwy cynku jest określona ilością cynku co najmniej 130 g/m2, a korzystnie co najmniej 200 g/m2.

4 Korzystne jest również, że grubość warstwy stopu jest określona ilością stopu co najmniej 130 g/m2, a korzystnie co najmniej 150 g/m. Ponadto korzystne jest, że warstwa wypełniacza porów ma grubość zawartą między 80 i 150 μm. Poniżej przedstawiony zostanie przykład wdrożenia wynalazku, zastosowanego do elementu rurowego przewodu wodociągowego lub kanalizacyjnego z żeliwa sferoidalnego. W przykładzie tym, opisana powłoka nakładana jest w trzech etapach na żeliwo, wyjęte po przepuście z pieca obróbki termicznej, mającego zatem naskórek utworzony z tlenków żelaza. W pierwszym etapie nakład się przez metalizację łukiem elektrycznym pierwszą warstwę cynku. Następnie, na pierwszej warstwie, przez metalizację łukiem elektrycznym nakłada się drugą warstwę, utworzoną ze stopu cynkowo-glinowego. Wreszcie, przez rozpylanie nakłada się warstwę końcową, zwaną wypełniaczem porów, zawierającą spoiwo organiczne, w szczególności farbę wodną, lakier bitumiczny lub żywicę epoksydową. Rozpylanie może być wykonywane za pomocą pistoletu natryskowego, działającego bez sprężonego powietrza lub na sprężone powietrze. W ogólnych zarysach powłoka ta działa w sposób następujący: warstwa cynku jest nazywana "poświęconą" w stosunku do żeliwa, ponieważ może ona stopniowo zużywać się przez utlenianie pod działaniem ogniwa galwanicznego utworzonego przez żeliwo, cynk i grunt, aby chronić żeliwo leżące pod nią lub odsłonięte w miejscach defektów lub uszkodzeń osłony, przez utworzenie ochronnej warstwy produktów korozji, którą tworzą wydzielenia stałe w środowisku, w którym one powstały, produkty korozji zatykają i zabliźniają wspomniane wyżej uszkodzenia, ale jeżeli cynk zostanie zużyty, warstwa ta stopniowo ulega zniszczeniu bez odnowienia się i żeliwo nie jest już chronione. Tak więc głównym czynnikiem prowadzącym do zużywania się cynku jest jego autokorozja, zużywająca ten metal. Druga warstwa stopu cynkowo-glinowego chroni warstwę cynku przed tym zjawiskiem, przez to, że ona sama jest siedliskiem autokorozji. Wzajemne oddziaływanie między pierwszą warstwę cynku a drugą warstwą stopu prowadzi do stabilizacji każdej z warstw metalu i wytworzenia trwałej warstwy ochronnej. Poprzez nakładanie przez metalizację łukiem, warstwa stopu utworzona jest z zakrzepniętych kropelek, jest zatem porowata. Pory te są częściowo zatykane przez pojawienie się wydzieleń, stanowiących produkt korozji cynku, i w ten sposób stopniowe przesuwanie się elektrolitu z gruntu ku warstwie czystego cynku jest zahamowane w warstwie stopu. Ponadto porowatość warstwy stopu ułatwia dobre zakotwiczenie warstwy wypełniacza porów. Na ten temat należy wspomnieć, że przemieszczanie produktów korozji z pierwszej warstwy cynku do drugiej warstwy stopu umożliwia kolmatację tej drugiej warstwy, ograniczając w ten sposób przenikanie aktywnych elementów z gruntu do żeliwa. W konsekwencji, warstwa ochronna utworzona przez kontrolowaną transformację różnych warstw powłoki zapewnia większą trwałość niż warstwy z transformacji jednego lub innego ze składników metalicznych cynk/stop powłoki według wynalazku. Cecha porowatości warstwy cynku jest korzystna także ze względu na zwiększenie aktywnej powierzchni cynku, a przez to skuteczności ochrony galwanicznej i ponadto sprzyja dobremu zakotwiczeniu warstwy stopu. Warstwa cynku i warstwa stopu cynkowo-glinowego mają zatem w istocie funkcje komplementarne i stwierdzono, że ich nakładanie w ilościach odpowiednio co najmniej 200 g/m2 i 150 g/m2 chroni skutecznie żeliwo przed korozją ziemną. Warstwa wypełniacza porów umożliwia głównie opóźnienie autokorozji cynku, i w konsekwencji ułatwia utworzenie zwartej i gęstej warstwy produktów korozji cynku, w celu podtrzymania ich działania ochronnego. Grubość wypełniacza porów musi być wystarczająca, aby zapewnić skuteczne zahamowanie korozji cynku, lecz dostatecznie mała, aby umożliwić prawidłowe działanie ochrony galwanicznej i wytwarzanie produktów korozji. Ponadto, nadmierna grubość wypełniacza porów doprowadziłaby do zatrzymywania pod nim wody i tworzenia pęcherzy. W ten sposób ustalono, że grubość warstwy wypełniacza porów powinna być zawarta między 80 a 150 μm.

5 Rurę odlewaną odśrodkowo, o średnicy 300 mm, odbiera się bezpośrednio u wyjścia z pieca do obróbki termicznej w temperaturze poniżej 250 C. Umieszcza się ją na stanowisku powlekania cynkiem przy użyciu pistoletu do metalizowania w łuku elektrycznym, w celu pokrycia jedną warstwą minimum 200 g/m2. Uzyskaną masę cynku kontroluje się za pomocą metody zalecanej normą ISO 8179, która polega na nałożeniu warstewki mylaru (folii z politereftalanu etylenu) na rurze przy pokrywaniu i zerwaniu jej. Różnica ciężaru warstewki w etapie poprzedzającym i etapie następującym po powlekaniu pozwala, w zależności od powierzchni arkusza, poznać ilość osadzonego cynku. Rurę następnie osadza się przed pistoletem wyrzucającym stop cynko-glinowy o zawartości 85% cynku i 15% glinu, w ilości co najmniej 150 g.m2 określonej poprzednio metodą warstewki mylaru (folii z politereftalanu etylenu). Rurę następnie ogrzewa się wstępnie przez maczanie w wodzie o temperaturze 80 C i po ponownym pokryciu powłoką wypełniacza porów, którą jest lakier na bazie asfaltu naftowego co najmniej rzędu 100 μm, pistoletem pneumatycznym, suszy się w suszarce w temperaturze 110 C. Dwa identyczne profile tej rury poddaje się testowi napowietrzania różnicowego, który polega na umieszczeniu jednej próbki w piasku a innej w glinie, utrzymywaniu całości w stanie wilgotności od naturalnej wody o oporze 1500 omów/cm. Te próbki połączono elektrycznie i mierzono ilość prądu, który przepływ przez nie. Dwie inne próbki stopu powleczone cynkiem w równoważnej ilości zostały tak samo zanurzone w tym samym ośrodku. Stwierdzono po roku trzymania w temperaturze otoczenia, że ilości prądu elektrycznego są w stosunku 5 do 10 pomiędzy tymi dwiema parami profili, najsłabsze zostały umieszczone na powłoce stopu cynku i stopie cynkowo-glinowym, co powoduje trwałość co najmniej 5 do 10 razy wyższą dla drugiego rodzaju powłoki.

6 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł