Rendimiento de selladores y selladores metalizados seleccionados
Rendimiento de revestimientos y selladores metalizados seleccionados en instalaciones de esclusas y presas por Tim Race, Vince Hock y Al Beitelman,
Laboratorio de investigación de ingeniería de construcción del ejército de Estados Unidos
Antes de la Segunda Guerra Mundial, el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos había establecido un extenso sistema de navegación a lo largo del río Ohio. El sistema consistía en 53 instalaciones de esclusas y represas que permitían la navegación desde el río abajo de Pittsburgh hasta la confluencia de los ríos Ohio y Mississippi, cerca de Cairo, IL. A partir de la década de 1950, el sistema original fue aumentado por la construcción de 18 esclusas y diques modernos; solo 2 de las antiguas instalaciones siguen funcionando. Las represas más nuevas atraviesan una elevación total del río de poco más de 400 pies, con un promedio de alrededor de 22 pies / presa. El cambio en la elevación de la piscina de las nuevas represas es mucho mayor que el de las represas antiguas, que promediaron 2.40 metros.
Las características de las nuevas represas generaron restricciones de diseño que llevaron a problemas de mantenimiento. Por ejemplo, el agua que fluye por debajo de las puertas de las nuevas represas puede alcanzar velocidades de más de 10.6 metros / seg. Además, grandes trozos de escombros, como troncos de varios metros de diámetro, comúnmente fluyen río abajo (Fig.1). Para aliviar la resaca y la turbulencia aguas abajo de las nuevas represas, se ubicaron deflectores sumergidos por debajo de cada compuerta. Los deflectores crean un efecto hidráulico contra las placas protectoras de manchas más abajo.
Las altas velocidades del agua, junto con los desechos del río y las partículas suspendidas, como la arena del río, dan como resultado un entorno altamente abrasivo. Los recubrimientos de vinilo estándar del Cuerpo de Ingenieros formulados para esclusas y presas se erosionan rápidamente en este entorno. La falla del recubrimiento y la corrosión del sustrato ocurren típicamente en un período de 1 a 2 años.
Otra indicación de la severidad de la abrasión en las instalaciones de la presa y el río Ohio es la longevidad de los sistemas de pintura de vinilo del Cuerpo de Ingenieros en las instalaciones del río Mississippi. La abrasión en el río Mississippi se debe principalmente al flujo de hielo durante el invierno.
Los vinilos del Cuerpo de Ingenieros se utilizaron por primera vez a lo largo del Mississippi en 1950, con una imprimación de vinilo de plomo rojo, con sistema intermedio de vinilo y capa superior, no se volvió a aplicar en Lock and Dam 23 en Hannibal, MO hasta 1981. El interior de la puerta , que no experimentó abrasión, fue inspeccionado y devuelto al servicio en ese momento sin necesidad de volver a pintar.
Se estima que la abrasión en Greenup Locks y Dam en el río Ohio es aproximadamente 15 veces más grave que la abrasión en una típica represa del río Mississippi. Esta diferencia se debe principalmente a las características de diseño particulares de las represas de los ríos Ohio y Mississippi.
Para abordar los problemas de mantenimiento encontrados en las estructuras de esclusas y represas en el río Ohio, el Cuerpo de Ingenieros realizó una evaluación del desempeño de varios recubrimientos metálicos y selladores.
Este artículo describe los criterios utilizados para seleccionar recubrimientos y selladores para la evaluación, explica los procedimientos de aplicación para cada material, describe la evaluación de campo de los materiales utilizados y discute los resultados del procedimiento de evaluación.
Selección de Revestimientos y Sistemas de Sellado para evaluación
Se seleccionaron ocho sistemas de revestimiento y sellado metalizados para su evaluación.
Los cuatro materiales de pulverización térmica incluían aluminio-bronce (89CU, 10AL, 1FE); acero inoxidable (18CR, 8NI); zinc-aluminio (85ZN, 15AL); y zinc puro.
Se aplicaron tres sistemas selladores al bronce de aluminio y al acero inoxidable: Corps Especificaciones V-766E, copolímero de acetato de vinilo y cloruro de vinilo; especificación Mil-P-24441, polimida epoxi; y pintura de lavado de vinilo butiral Paint Council (SSPC) Paint 27 (SSPC), capa intermedia de vinilo SSPC Paint 9 y capa superior V-766E. Un sistema se aplicó sobre el zinc aluminio y el zinc puro: SSPC Paint 27 vinil butiral lavado de imprimación.
La justificación para la selección de cada sistema de recubrimiento y sellador se da a continuación.
Selección de revestimiento metálico
Los recubrimientos metálicos se seleccionaron para su aplicación en Belleville Locks y Dam cerca de Parkersburg, WV. Los metales fueron seleccionados por su dureza, grado de adhesión, disponibilidad comercial y resistencia a la corrosión.
La aleación de aluminio y bronce seleccionada tiene una composición nominal de 10 por ciento de aluminio, 89 por ciento de cobre y 1 por ciento de hierro. Aluminio-bronce que contiene 5-12 por ciento de aluminio tiene una excelente resistencia a la corrosión y se ha utilizado para aplicaciones que requieren resistencia a la abrasión. El aluminio se agrega al cobre para estabilizar el producto de la corrosión como una película de barrera. Los requisitos de composición de este material se describen en Mil-W-6712C, Alambre, Metalización.
Los aceros inoxidables son bien conocidos por su resistencia a la corrosión al agua dulce, agua salada y soluciones químicas; El acero inoxidable 18-8 fue seleccionado para su aplicación. El acero inoxidable austenítico ha demostrado una excelente resistencia al ataque por impacto en un chorro de agua de mar. Debido a su excelente resistencia a la erosión por cavitación, 18-8 se ha utilizado en cúpulas de sonar. Los cables de acero inoxidable se describen en Mil-W-6712C.
El zinc, que tiene una larga historia como material de metalización, también fue seleccionado para su aplicación en Belleville. Los recubrimientos de zinc se pulverizaron sobre los puentes a principios de los años veinte. El Cuerpo de Ingenieros evaluó por primera vez la metalización del zinc en la represa Nº 15 del río Mississippi en 1939.
El zinc no es tan duro como los recubrimientos metálicos como el acero inoxidable, Monel y aluminio-bronce. Sin embargo, el zinc es suficientemente anódico al acero como para ser sacrificado. El acero inoxidable, el monel y el aluminio-bronce son catódicos al acero suave. El zinc forma fácilmente una película protectora pasiva compuesta principalmente de carbonato de zinc.
Se ha sugerido que la aleación de recubrimiento de zinc-aluminio 85-15 es superior a los recubrimientos de zinc puro o de aluminio. Agregar aluminio al zinc aumenta la densidad delmaterial aplicado y ayuda a formar una barrera protectora de óxido. Las aleaciones de zincaluminio no son tan duras como las de los recubrimientos de acero inoxidable, aluminiobronce y cobre-níquel, pero las capas 85-15 de zinc-aluminio protegerán a manera de sacrificio al acero suave y actuarán como barrera protectora.
Sellado de recubrimientos metálicos
El sellador orgánico utilizado en conjunto con los recubrimientos metalizados forma un sistema sinérgico que supera la suma de sus partes. Esto es especialmente cierto en el caso de los sistemas de metalización anticorrosiva para atmósferas marinas e industriales.
Debido a la porosidad de los recubrimientos metalizados, se necesitan selladores orgánicos para proteger el recubrimiento y el sustrato del ambiente. La densidad de los metales rociados suele ser del 85 por ciento al 95 por ciento de la densidad del alambre desde el que se realizo la aspersión. El óxido total incluido en la película rociada representa solo del 0,5 por ciento al 3 por ciento de la reducción; La reducción de densidad se debe principalmente a la característica porosidad de los recubrimientos metálicos por aspersión.
Las películas metalizadas más gruesas (generalmente de más de 0.25 mm) deben ser menos propensas a la corrosión del sustrato debido a la migración de humedad a través de los poros. Se informa que los recubrimientos metalizados de zinc y aluminio en el rango de 0.12 a 0.22 mm son suficientes para evitar el acceso al sustrato a través de poros continuos. Los metales como el zinc, el aluminio y las aleaciones de zinc-aluminio pueden tener porosidades reducidas debido a la formación de óxidos protectores durante la intemperie.
A lo largo de los últimos años se han realizado extensas pruebas de campo con selladores. Se han evaluado muchos selladores, incluyendo epoxis, alquidos, uretanos, fenólicos y vinilos.
En general, la investigación demostró que el sistema de sellado seleccionado debe ser apropiado para la exposición deseada, independientemente de la metalización. Por ejemplo, los recubrimientos marinos son apropiados para sellar recubrimientos metalizados en ambientes marinos. Los recubrimientos de cobre, aluminio, zinc y acero inoxidable pueden requerir el uso de un tratamiento previo de la superficie para mejorar la adherencia del sellador. Las capas iniciales de sellador deben aplicarse a bajas viscosidades y deben fluir fácilmente para penetrar la superficie metalizada porosa. Las capas finales de sellador se pueden aplicar a viscosidades normales.
El criterio más importante para los selladores aplicados en Belleville Locks and Dam fue que el sistema de sellador de revestimiento sea compatible con la exposición prevista, es decir, la inmersión en agua dulce. Los selladores seleccionados también tenían que exhibir un alto grado de adherencia al recubrimiento metálico y tolerar un adelgazamiento suficiente para fluir fácilmente y llenar los poros del recubrimiento metalizado. El desarrollo del Cuerpo de Ingenieros del ejercito, la industria u otra especificación estándar que describa el material sellador también se consideró deseable.
Los recubrimientos inoxidables de aluminio y bronce 18-8 se sellaron cada uno con los siguientes tres sistemas selladores: (1) Especificación del cuerpo V-766E, copolímero de acetato de vinilo y cloruro de vinilo; (2) especificación militar Mil-P-24441, poliamida epoxi; y (3) imprimación de lavado de vinilo butiral Paint Council (SSPC) Paint 27 (SSPC), capa intermedia de vinilo SSPC Paint 9 y capa superior V-766E. Los recubrimientos de zinc y 85-15 zinc-aluminio recibieron una sola capa de SSPC Paint 27.
Aplicación en campo de recubrimientos y selladores metalizados.
La Puerta de Tainter Número 5 de Belleville Locks and Dam fue metalizada en parte durante los veranos de 1986 y 1987.
Cada recubrimiento metálico se aplicó a aproximadamente 213 metros cuadrados de la puerta número 5. La aleación de aluminio-bronce y el acero inoxidable 18-8 se aplicaron y sellaron en 1986; el zinc y el 85-15 zinc-aluminio se aplicaron y sellaron en 1987. La metalización se extendió a lo largo de toda la longitud de 33 metros cuadrados de la compuerta, desde justo arriba de la línea de agua corriente abajo hasta la parte inferior de la puerta y un metro por encima de la placa protectora corriente arriba.
A toda el área a metalizar se le dio una limpieza inicial con arena de sílice Ottawa para eliminar cualquier recubrimiento de vinilo restante. Todas las áreas a ser metalizadas se prepararon nuevamente con óxido de aluminio abrasivo, no más de cuatro horas antes de la metalización. Se logró un grado de metal blanco de acuerdo con SSPC-SP 5. Se especificó que el perfil de la superficie estaba en el rango de 0.05 a 0.10 mm y se verificó con una réplica de cinta. Antes de la metalización, el sustrato se limpió aplicando aire soplado que estaba limpio, seco y comprimido.
El contratista estaba obligado a enviar muestras de campo de recubrimientos y selladores metalizados para la evaluación de laboratorio. Los recubrimientos metálicos se aplicaron de acuerdo con las especificaciones del contrato y se evaluaron para determinar el espesor y la adhesión cualitativa. Luego se aplicaron sistemas de sellador a los paneles según las especificaciones del contrato.
El grosor del recubrimiento se controló durante la aplicación de acuerdo con SSPC-PA 2 utilizando un medidor de espesor de película seca y una calza de plástico. La calza de plástico se usó para ayudar a promediar la rugosidad de la superficie y para proporcionar resultados más precisos. Los medidores de espesor magnético no se pudieron utilizar en el acero inoxidable 18-8, por lo que en este caso, la muestra de campo sirvió como referencia única y estándar para la aplicación de recubrimientos.
La adhesión se evaluó cualitativamente cortando el recubrimiento con un cuchillo. Si después del corte, cualquier espacio removido de alrededor de 1.2 centímetros cuadrados generaba un espacio mas grande que se levantaba del sustrato hacía que la adhesión se considerará insatisfactoria.
Aplicación de Revestimiento Aluminio-Bronce.
El recubrimiento de aluminio-bronce se aplicó en campo utilizando una pistola de aspersión de arco de dos cables.
El material se aplicó bloqueando un área de cuatro pies cuadrados sobre el sustrato y haciendo pases de rociado paralelos con un traslapado del 20 por ciento al 50 por ciento por pase. Se aplicaron capas sucesivas necesarias para lograr el espesor especificado de 0.25 a 0.38 mm a 90 grados de la capa anterior. La distancia de la superficie a la pistola se mantuvo a aproximadamente 15 centímetros, y la velocidad de la pistola se mantuvo a 7 a 15 cm / s. Las tasas de producción sin tiempo de inactividad se estimaron en 18 a 24 metros cuadrados / hora. Se necesitaron tres pases de rociado para lograr el espesor de recubrimiento deseado. Se mantuvo un espacio de chispa de 0.024 a 0.04 centímetros entre los 2 cables. El voltaje se mantuvo en 28 a 32 voltios.
La Figura 2 (todas las cifras disponibles bajo pedido) muestra la aplicación de aluminio-bronce con el arco de dos cables en Belleville. El método de arco de dos cables produjo una luz verde brillante, que requiere el uso de filtros oscuros como los que emplean los soldadores. El proceso también produjo un alto nivel de ruido. Los observadores y trabajadores usaron protección auditiva en todo momento mientras se usaba este sistema. El proceso de arco también produjo una cantidad significativa de humo y humos metálicos. El humo causó manchas considerables en las áreas adyacentes a la pistola de metalización, incluido el bronce de aluminio.
El espesor del recubrimiento se midió con varios calibres. Un Elecomet Inspector Gage y un Positector 2000 dieron resultados similares. Además de los medidores de espesor magnético, se utilizó un micrómetro para medir el espesor del recubrimiento aplicado a un cupón de 0.3 a 1.20 centímetros pegado a la placa de la piel. El grosor del cupón se restó de la lectura del micrómetro para obtener el grosor del recubrimiento. Este método consistentemente dio mediciones de 0.02 a 0.05 mm por encima de los medidores magnéticos. La medición real en el recubrimiento aplicado produjo una lectura de 0.17 a 0.55 mm, con un promedio de 0.25 a 0.38 mm.
Los problemas de alimentación del alambre fueron un gran inconveniente en la aplicación del aluminio-bronce; el tiempo de inactividad supero el tiempo de trabajo. El contratista sugirió que el cable se había enrollado incorrectamente, causando que se retorciera en los tubos de alimentación.
Los niveles de ruido eran lo suficientemente altos como para causar incomodidad incluso con el uso de tapones para los oídos. Un observador estacionado en el área de trabajo también informó síntomas temporales parecidos a la gripe característicos de la fiebre por humos metálicos.
Aplicación de revestimiento de acero inoxidable.
La aplicación del revestimiento de acero inoxidable se desarrolló rápidamente después de que se resolvieron los problemas iniciales de alimentación del alambre a la pistola de aspersión. Sin embargo, las malas condiciones climáticas causaron un tiempo de inactividad considerable, lo que retrasó la finalización de otras secciones de metalización hasta 1987.
Las mediciones de espesor se determinaron empleando los cupones de 1.18 centímetros de la forma en que se describió anteriormente. Espesor de recubrimiento promedio de 0.25 a 0.38 mm. Las observaciones generales sobre la vista y el sonido fueron similares a las realizadas para la aplicación de aluminio-bronce.
Aplicación del revestimiento de zinc-aluminio 85-15.
Se aplicó zinc aluminio utilizando una pistola de aspersión de llama de alambre. La velocidad de aspersión utilizando gas acetileno con un cable de 0,31 cm de diámetro fue de 11 Kg/hr. Mayores tasas de depósito se pueden lograr con modificaciones a la pistola de aspersión. Los flujos de gas relativos fueron 45 oxígeno a 30 psi, 42 acetileno a 15 psi y 53 aire a 70 psi. Los caudales se midieron con un medidor de flujo.
El rociado de llama de alambre con 85-15 zinc-aluminio fue mucho menos ruidoso que el proceso de arco de dos cables. Además, la luz producida por el proceso se pudo observar directamente sin molestias, y el proceso creó mucho menos humo y menos humos metálicos que la aspersión con arco eléctrico. Tampoco se observó la aparición de la fiebre del humo metálico durante la aplicación de zinc-aluminio 85-15.Las grandes cantidades de cable consumidas durante la aplicación requirieron un programa de mantenimiento regular para la pistola. El contratista desmontó, limpió y lubricó la pistola, y reemplazó las piezas desgastadas según fuera necesario.
El espesor del recubrimiento se especificó en 0.25 a 0.38 mm. El valor medido osciló entre 0.30 y 0.63 mm. El grosor medido promedio fue de alrededor de 0.40 mm. Las tasas de producción promediaron de 15 a 18 metros cuadrados por hora.
Aplicación de recubrimiento de zinc
El zinc también se aplicó con una pistola de alambre. La velocidad de aspersión utilizando una llama de oxiacetileno fue de 32 lb./hr. Los flujos de gas relativos fueron similares a los utilizados para 85-15 zinc-aluminio. Nuevamente, se utilizó alambre de 0.125 pulgadas.
El ruido, el humo y el brillo de la llama fueron los mismos que para el rociado de llama de zincaluminio.
El espesor del recubrimiento se especificó en 0.25 a 0.38 mm. Los valores medidos oscilaron entre 0.30 y 0.60 mm y un grosor promedio de 0.43 mm. Las tasas de producción nuevamente variaron de 15 a 18 metros cuadrados por hora.
Evaluación en campo de los recubrimientos y selladores metalizados
Los resultados de la evaluación de campo se dan a continuación y se resumen en la Tabla 1
Aluminio-bronce
A a sección de aluminio-bronce que ademas fue sellada se le han hecho dos inspecciones desde que se aplicó.
La Figura 3A (todas las figuras disponibles bajo pedido) muestra una porción del recubrimiento de aluminio y bronce después de 9 meses de exposición en el lado corriente abajo de la compuerta; Los 3 sistemas de sellador están claramente delineados en la figura. Las áreas oscuras indican la presencia de productos de corrosión en la superficie. Un defecto notable es el área corroída, horizontal y larga en la sección de tres capas, V-766E-sellada. Presumiblemente, esta falla fue causada por una gran pieza de escombros, como un árbol, que corta a través del sellador y parte o todo el recubrimiento de aluminio y bronce.
La oxidación precisa también se puede ver en cada una de las diferentes áreas selladas. La mayor parte de la corrosión se produjo a lo largo de la línea de flotación de la placa cutánea en la parte mas profunda, donde la abrasión es más grave. En un área pequeña (aproximadamente 3.5 centímetros cuadrados) a lo largo de la línea de flotación de la placa de la piel corriente abajo, el aluminio-bronce se había deslaminado, exponiendo el sustrato. Las áreas de la bahía, formadas por refuerzos en la parte inferior de la puerta, mostraron muy poca corrosión. La pequeña área metalizada con aluminio-bronce en la placa de revestimiento corriente arriba también estaba en buenas condiciones, con solo una ligera oxidación puntual y sin rasguños.
La Figura 3B (todas las cifras disponibles bajo pedido) muestra que el área deslaminada descrita anteriormente aumentó después de 20 meses. Las bahías y la placa protectora corriente arriba estaban en mejor estado general después de 20 meses que el radio y las porciones superiores de metalización. Grandes superficies del sellador se habían desgastado en algunas áreas, en particular a lo largo de la línea de flotación de la placa cutánea corriente abajo. La imprimación de lavado con capas superiores de vinilo exhibió áreas de color blanco y gris, evidencia de que la capa superior gris se había erosionado para exponer la capa intermedia blanca. Las porciones de la superficie metalizada mostraron una mayor oxidación puntual que las áreas adyacentes metalizadas. Las mediciones de espesor en estas áreas indicaron que a menudo correspondían a áreas de metalización relativamente delgadas.
Acero Inoxidable
La sección de acero inoxidable también se inspeccionó después de 9 meses y 20 meses de servicio.
Las figuras 3C y 3D (todas las figuras disponibles bajo pedido) muestran los tres sistemas de sellado aplicados al acero inoxidable 18-8 después de 9 meses de exposición. No hubo cortes profundos en el 18-8, ni hubo deslaminación del recubrimiento como se observó con el recubrimiento de aluminio-bronce.
Sin embargo, hubo una considerable corrosión puntual para cada sistema de sellador en las áreas que se muestran en las figuras. Las bahías en la parte inferior de la compuerta estaban en mejores condiciones que las porciones superiores de la placa cutánea corriente abajo; sólo exhibieron apresuramiento ligero. La porción de placa cutánea corriente arriba de la metalización inoxidable no había sido dañada o erosionada seriamente. Cada uno de los sistemas selladores y la superficie recubierta de vinilo adyacente tenían algunas formaciones de ampollas.
Después de 20 meses de exposición, fue evidente la misma cantidad de óxido en la superficie. Se observó un considerable crecimiento de algas y una mancha negra. Las bahías en la parte inferior de la puerta se mantuvieron en condiciones aceptables, solamente una corrosión puntual moderada. Los selladores de pintura generalmente se erosionaron de la línea de flotación de la placa cutánea corriente abajo. Cada sistema de sellador exhibió un aspecto bastante uniforme. Había un poco menos de corrosión visible en la sección sellada con dos capas de Mil-P-24441.
Zinc y zinc-aluminio
Cuando se examinó el revestimiento de zinc y zinc-aluminio en junio de 1988, ambos habían estado en períodos de prueba durante 10 meses a la vez. Aluminio-bronce y acero inoxidable estuvieron en prueba durante 20 meses. El recubrimiento de zinc-aluminio arrojó más crecimiento de algas que los otros recubrimientos metalizados. Toda la sección de la línea de flotación de la placa de piel corriente abajo estaba verde brillante por el crecimiento de estas. No se observó óxido rojo en la sección recubierta de zinc-aluminio, y no hubo pérdida mensurable de espesor del recubrimiento. La superficie del revestimiento estaba algo pulida a lo largo de la línea de flotación de la placa de la capa corriente abajo, lo que indica que se estaba produciendo cierto desgaste.
El recubrimiento de zinc metalizado también estaba en excelentes condiciones. El recubrimiento de zinc puro no parece soportar tanto el crecimiento de algas como el recubrimiento de zinc-aluminio. Las partes inferiores de la puerta eran marrones, probablemente de sedimento del río adherida a la superficie rugosa metalizada. No se observaron óxido rojo ni cortes en el recubrimiento de zinc. No hubo una pérdida medible del espesor del recubrimiento, aunque hubo un poco de brillo del zinc a lo largo de la línea de flotación de la capa de revestimiento posterior.
Tabla 1 – Resultados de la Evaluación de Campo de Recubrimientos y Selladores Metalizados
Sellador de revestimiento metalizado 9 meses (10 meses para Zn-Al y Pure Zn) y 20 meses
Aluminio-bronce V-766E oxidada puntualmente
Deslaminación en la línea de flotación de la placa cutánea corriente abajo
Daño mecánico Incremento de la oxidación puntual.
Aumento de la deslaminación en la línea de flotación de la placa cutánea corriente abajo
Pérdida del espesor del sellador en la línea de flotación de la placa de piel corriente abajo
Sistema de tres capas de aluminio y bronce oxidado a la perfección
Deslaminación en la línea de flotación de la placa cutánea corriente abajo
Daños mecánicos Incremento de la oxidación puntual.
Aumento de la deslaminación en la línea de flotación de la placa cutánea corriente abajo
Pérdida del espesor del sellador en la línea de flotación de la placa de piel corriente abajo
Aluminio-Bronce MIL-P-24441 Oxidación puntual
Deslaminación en la línea de flotación de la placa cutánea corriente abajo
Daños mecánicos Incremento de la oxidación puntual.
Aumento de la deslaminación en la línea de flotación de la placa cutánea corriente abajo
Pérdida del espesor del sellador en la línea de flotación de la placa de piel corriente abajo
Acero inoxidable V-766E oxidada
Pinturas ampolladas puntialmente.
Pérdida del espesor del sellador en la línea de flotación de la placa de piel corriente abajo
Crecimiento de algas
Torna coloración negra
Sistema de tres capas de acero inoxidable.
Pinturas ampolladas puntualmente.
Pérdida de espesor del sellador en línea de flotación de placa de piel corriente abajo
Crecimiento de algas
Torna coloración negra
Acero inoxidable MIL-P-24441 Pinpoint oxidación
Pinturas ampolladas puntualmente.
Pérdida del espesor del sellador en la línea de flotación de la placa de piel corriente abajo
Crecimiento de algas
Zinc-Aluminio SSPC Paint 27 Crecimiento sustancial de algas
Brillo a lo largo de la línea de flotación de la placa descendente —–
Zinc puro SSPC Pintura 27 Crecimiento sustancial de algas
Brillo a lo largo de la línea de flotación de la placa cutánea corriente abajo
Discusión de Resultados
Aluminio-bronce y acero inoxidable 18-8.
Tanto el aluminio de bronce como el acero inoxidable 18-8 se aplicaron mediante un proceso de arco de dos cables en 1986. Estos recubrimientos mostraron signos de falla después de solo 9 meses de exposición. La falla consistió en la oxidación puntual de ambos recubrimientos. También se produjo corte y deslaminación del aluminio-bronce.
El revestimiento de aluminio, bronce y acero inoxidable también es catódico y corroe el sustrato de acero suave cuando se sumerge en agua dulce. Se esperaba que los selladores seleccionados evitarían que el agua llegara a la interfaz del recubrimiento / recubrimiento metalizado. Este no fue el caso, como lo demuestra la corrosión galvánica presente.
El aluminio-bronce mostró cierta deslaminación a lo largo del radio curvo de la placa cutánea corriente abajo. Esta área probablemente experimentó la mayor abrasión. La deslaminación puede deberse a una fuerza de unión pobre causada por la contaminación de la superficie por la humedad, la oxidación súbita o el aceite. El precalentamiento insuficiente del sustrato también puede haber causado una mala unión mecánica del recubrimiento.
La deficiente limpieza que resultó en un perfil de superficie deficiente también podría haber causado una mala adhesión. Un perfil de superficie alto ayuda a disipar la alta tensión de cizallamiento que se forma cuando los recubrimientos pulverizados se enfrían. La corrosión del sustrato también puede haber desempeñado un papel en la delaminación del revestimiento, ya que los productos de corrosión se expanden al mayor volumen que requieren.
Los residuos de corrosión también fueron evidentes a lo largo de varios cortes en el aluminio-bronce. No se produjo corte del recubrimiento de acero inoxidable. Presumiblemente, el único factor en cuestión aquí sería la dureza relativa de los recubrimientos.
Las ampollas debidas a la corrosión galvánica fueron evidentes a lo largo de la placa de revestimiento corriente arriba en áreas adyacentes a la metalización del acero inoxidable. Se ha observado un efecto similar en las áreas recubiertas de vinilo adyacentes a las bandejas de cables y al revestimiento de protección donde el acero inoxidable se usa a menudo en las compuertas de dique.
Selladores para aluminio-bronce y acero inoxidable 18-8
Los selladores se utilizaron junto con metalización de aluminio-bronce y acero inoxidable principalmente para evitar la corrosión galvánica del sustrato debido a la migración de agua a través del recubrimiento metálico poroso. Los investigadores habían indicado que un espesor mínimo de recubrimiento de 0.12 a 0.22 mm evitaría la penetración en el sustrato de acero suave a través de poros continuos.
Se observó una oxidación precisa para cada sistema de sellador utilizado con revestimientos de acero inoxidable, bronce de aluminio y acero inoxidable 18-8. Claramente los selladores no funcionaron como se esperaba. La corrosión puntual es obviamente el resultado de la penetración de humedad y la corrosión galvánica. Los agujeros y los hoyos en los selladores aplicados pueden haber permitido la migración de agua, causando corrosión. Cuando se sumergen, todos los recubrimientos orgánicos eventualmente serán penetrados por la humedad. Una acción de absorción en los poros continuos puede haber proporcionado suficiente humedad para que comience la corrosión. Finalmente, la erosión de los recubrimientos metálicos podría haber expuesto porosidad continua, permitiendo que se produzca la corrosión.
Un sistema de sellado fue ligeramente mejor en el aluminio-bronce, y otro fue mejor en el acero inoxidable. En aluminio-bronce, el sistema de imprimación de lavado con intermedios de vinilo y capas superiores superó al sistema de epoxi y al sistema V-766E. Esto se debe probablemente a la mejor adherencia de los recubrimientos aplicados sobre los primarios de lavado en ciertos sustratos. Además, la imprimación de lavado puede penetrar en la metalización porosa en mayor medida.
El sistema de sellado epóxico fue ligeramente mejor que los otros dos sistemas de sellador aplicados al revestimiento de acero inoxidable 18-8. El modo de falla para el revestimiento de acero inoxidable fue principalmente la oxidación puntual. Evidentemente, el sistema epoxi redujo la migración de la humedad al ser más resistente a la erosión al tener una menor permeabilidad al agua.
Zinc y zinc-aluminio 85-15
El zinc y los revestimientos metálicos de zinc-aluminio 85-15 se seleccionaron para la aplicación en Belleville después de que la inspección inicial de los revestimientos de aluminiobronce y acero inoxidable 18-8 reveló una falla prematura. La dureza comparativa de metales como Monel y acero inoxidable se sacrificó en favor de metales que protegerían galvánicamente el sustrato de acero suave.
Después de 10 meses de exposición, los recubrimientos de zinc y zinc-aluminio no mostraron signos de deterioro. La calidad galvánica del zinc y los recubrimientos de zinc-aluminio 85-15 en contacto con el acero suave deben evitar que aparezca corrosión mientras quede una película continua de recubrimiento metálico. La formación de óxidos e hidratos de zinc y aluminio en la superficie y en los poros debería reducir la porosidad del recubrimiento.
Aleaciones de zinc que contienen de15 a 17 por ciento de aluminio, según informes, han mejorado la resistencia a la corrosión. La investigación indicó que las aleaciones de este tipo poseen las mejores propiedades de ambos metales. Las aleaciones de zinc-aluminio rociadas térmicamente producen un revestimiento de dos fases. La fase rica en zinc proporciona protección galvánica del sustrato de acero; La fase rica en aluminio pasiva y tiene buenas propiedades de barrera. Sin embargo, estos resultados pueden no ser válidos en todas las condiciones de exposición. Las aleaciones multifase pueden formar una pequeña corrosión debido a las posibles diferencias entre las fases de la aleación. Esta condición puede empeorar a medida que la fase rica en aluminio se estanca, lo que podría cambiar su potencial en relación con la fase rica en zinc. Esto puede provocar la formación de ampollas en el recubrimiento de zinc-aluminio debido a la formación de óxido de aluminio. En este momento no se sabe cómo afectará el medio ambiente del río Ohio a la aleación de zinc-aluminio 85-15 a largo plazo. Según se informa, el 85-15 zinc-aluminio tiene una mayor resistencia de adherencia y es más potente que el zinc esparcido en solitario.
Sellado de zinc y zinc-aluminio 85-15
Solo se usó la preparación de lavado de vinilo butiral para sellar los recubrimientos de zinc y zinc-aluminio. Se podría esperar una extensión de 2 a 3 años en la vida útil del zinc y zincaluminio 85-15. La preparación de lavado de vinil butiral fue diseñada solo para sellar la porosidad, no para proteger el recubrimiento de la degradación ambiental y la erosión.
Conclusión
Se pueden extraer varias conclusiones del estudio de los recubrimientos metálicos de rociado térmico aplicados en Belleville Locks and Dam.
Los recubrimientos anódicos al acero suave, como el zinc-aluminio 85-15 y el zinc puro, parecen ofrecer una alternativa atractiva a los recubrimientos de pintura convencionales para usar en entornos de corrosión por abrasión, como los que se encuentran en Belleville y otras instalaciones de la presa del río Ohio.
La evaluación anual del desempeño de los recubrimientos aplicados en Belleville es necesaria para establecer la vida útil de los recubrimientos de zinc y de zinc-aluminio 85-15. Se anticipa que estos recubrimientos demostrarán ser rentables. Se está preparando una especificación de la guía de obras civiles del Cuerpo de Ingenieros para el uso de recubrimientos metálicos de aspersión térmica en estructuras hidráulicas. Esta especificación de la guía abordará la seguridad, la preparación de la superficie, los materiales, los selladores, la aplicación, la inspección, el control de calidad y los usos recomendados de rociado térmico y recubrimientos metálicos.Los recubrimientos catódicos al acero dulce, como el acero inoxidable y el aluminio-bronce, no deben usarse en inmersión en agua dulce, donde no se puede garantizar la exclusión del agua al sustrato. La presencia de agua en el sustrato de acero suave / interfaz de recubrimiento metalizado causará corrosión galvánica. Las capas de sellado no impidieron adecuadamente la penetración de agua en la interfaz del sustrato en Belleville.
Acerca de los Autores
Tim Race ha trabajado bastante con recubrimientos de alto rendimiento para esclusas y presas en su posición como investigador principal del Laboratorio de Investigación de Ingeniería de Construcción del Ejército de EE. UU. (CERL). Se unió a CERL en 1981 después de obtener un B.S. en química en 1980. La carrera pertenece a SSPC y ASM International.
Vince Hook, también es investigador principal de CERL, ha trabajado en el desarrollo de proyectos que involucran materiales tales como recubrimientos térmicamente rociados resistentes a la corrosión para aplicaciones de obras civiles; ánodos cerámicos enchapados en iones; y recubrimientos anticorrosivos de corrosión para intercambiadores de calor de agua potable. Él tiene un M.S. en Metalurgia y en una B.S. en Quimica.
Alfred D. Beitelman ha estado con el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los EE. UU. Desde 1970 y actualmente es Director del Centro de Tecnología de Pintura en CERL. Es un miembro activo y veterano de SSPC, inspector de revestimientos certificado por NACE y miembro de ASTM y AWWA. Él tiene un B.A. en Quimica. Se puede contactar a los autores en el Ejército de EE. UU., CERL, P.O. Box 4005, Champaign, IL 61824-4005.