Методы защиты от коррозии металлов и сплавов (стр. 1 из 12). Способы защиты от коррозии металлов

Лекция 11. Коррозия металлов и методы защиты от коррозии

Химическая и электрохимическая коррозия. Способы защиты металлов от коррозии

Коррозией называется процесс самопроизвольного разрушения металлов под воздействием внешней среды. Все случаи коррозии принято делать на два вида: химическую и электрохимическую.

Химическая коррозия - это окисление металлов, не сопровождающееся возникновением электрического тока. Примером химической коррозии является образование окалины на железе при высокой температуре без участия электролитов,

Электрохимическая коррозия - разрушение металла, обусловленное его окислением в среде электролита и сопровождающееся возникновением электрического тока в результате образования гальванического элемента, который в этом случае называют коррозионным гальваническим элементом. Работа коррозионного гальванического элемента обусловлена разностью потенциалов активного (анодного) участка и пассивного (катодного) участка. На анодных участках коррозионного гальванического элемента происходит окисление (растворение) основного металла

Анод: Me - Ze = Mez+ .

На катодных участках, в зависимости от состава-среды, может протекать восстановление кислорода, воды или ионов водорода, которые всегда содержатся в воде и растворах, соприкасающихся с воздухом.

Коррозия с участием кислорода называется коррозией с кислородной деполяризацией. Она описывается уравнениями:

Анодный процесс: Me - Ze = Mez+

Катодный процесс:

а) в кислой среде (рН < 7)

О2 + 4Н+ + 4ё=2Н2O;

б) в нейтральной и щелочной среде (рН > 7)

О2 + 2Н2О + 4e = 4OH.

Коррозия, сопровождающаяся выделением водорода на катоде, называется коррозией с водородной деполяризацией и описывается уравнениями:

Анодный процесс: Me - Z e = Mez+

Катодный процесс:

а) в кислой среде (рН < 7)

2Н+ + 2e = Н2↑;

б) в нейтральной и щелочной среде (рН ≥ 7)

2h3O + 2e = h3↑ + 2OH..

Таким образом, электрохимическая коррозия возможна при условии, когда электроны с анодных участков постоянно отводятся на катодные, а затем удаляются с них окислителем. Коррозионный гальванический элемент изображают следующим образом:

(A) MI| Н2О/Окислитель(О2 или Н+)| МII (примеси) (К).

Выделяемая иногда в отдельный вид грунтовая (почвенная) коррозия может быть сведена к одному из вышеперечисленных случаев.

Примеры решения задач

Пример 1. Хром находится в контакте с медью. Какой из металлов будет окисляться при коррозии, если эта пара металлов находится в кислой среде (НСl). Составьте схему образующегося при этом гальванического элемента. Какой процесс будет протекать на катоде?

Решение. Исходя из положения металлов в ряду напряжений, находим, что хром более активный металл: (φ0Cr2+/Cr = -0,74 В,φ0Cu2+/Cu = +0,34 В). В образующемся гальваническом элементе он будет выполнять роль анода, а медь - катода:

(А)Сr|Н2О/НС1|Сu(К).

Хромовый анод растворяется, а на медном катоде выделяется водород:

Анод:Сr-3е =Сr3+

Катод: 2Н2+ 2е =Н2↑

Пример 2. Какие процессы протекают при коррозии технического железа в атмосферных условиях?

Решение. Техническое железо содержит примеси углерода и некоторых металлов, которые, как правило, менее активны, чем железо, и выполняют роль катода в образующемся гальваническом элементе, основная масса железа является анодом. Адсорбированная на поверхности железа вода, с растворенными в ней кислородом и другими газами, образует пленку электролита.

Схема, образующегося гальванического элемента имеет вид

(A)Fe|h3O/O2|Me(K).

При работе гальванического элемента протекают процессы:

Анод:Fе-2е =Fe2+

Катод: 2Н2О + О2 + 4 e - 4ОH.

Вторичные процессы: Fe2+ +2ОH. = Fe(OH)2,

4Fe(OH)2 + О2 + Н2О = 4Fe(OH)3.

На скорость коррозии влияют как внутренние факторы (наличие дефектов кристаллической решетки металла, механические напряжения и др.), так и внешние: температура, природа и состав электролита. С повышением температуры скорость коррозии, как и большинства химических реакций, возрастает. Усиливают коррозию содержащаяся в атмосфере промышленных городов пыль, SO2, СO2 и другие газы. Поэтому в городах коррозия протекает в 5-10 раз быстрее, чем в сельской местности. Ионы Сl-, присутствующие в морской воде, являются катализаторами коррозии железа и его сплавов, так как адсорбируясь на поверхности металла, разрушают или препятствуют образованию на нем защитных слоев. Кроме того, скорость коррозии двух контактирующих металлов будет тем больше, чем больше разность потенциалов этих металлов. Полностью предотвратить процессы коррозии металлов практически не удается, однако существуют способы защиты металлов от коррозии.

1. Изменение коррозионной среды - этот метод пригоден для тех случаев, когда защищаемые изделия эксплуатируются в небольшом объеме. Суть метода состоит в удалении из электролита растворенного кислорода или добавлении к этому раствору веществ, замедляющих коррозию - ингибиторов.

2. Легирование металлов. Это введение в состав сплавов компонентов, повышающих химическую стойкость. Наибольшее применение находят нержавеющие стали, в состав которых входит хром (до 15 %) и никель (до 10 %). Кроме того, в качестве легирующих компонентов используют марганец, кремний, вольфрам, молибден, титан и другие металлы.

3. Неметаллические покрытия. Механически защищают металлы от коррозии, изолируя их от влияния внешней среды. Неметаллические покрытия делятся на неорганические и органические. Из неорганических покрытий наиболее распространены оксидные и фосфатные пленки. Так, при кипячении железа в растворе солей фосфорной кислоты (обычно солей Fe и Мn) получают фосфатные пленки, хорошо защищающие от коррозии в атмосфере. Среди органических, покрытий наиболее распространенными являются масляные краски, лаки, полимерные пленки. Лакокрасочные покрытия - самый дешевый метод защиты от коррозии.

4. Металлические покрытия. По характеру защитного действия различают анодные и катодные покрытия. Анодным является покрытие металлом, электродный потенциал которого меньше, чем у защищаемого металла. Покрытие из металла менее активного (с большим электродным потенциалом), чем защищаемый металл, называется катодным. Если покрытие не нарушено и полностью изолирует основной металл от воздействия окружающей среды, принципиального различия между анодными и катодными покрытиями нет. При нарушении слоя защищающего металла возникают коррозионные гальванические элементы, в которых защищаемый металл может играть роль или инертного катода, или активного анода. Так, при нарушении в атмосферных условиях алюминиевого покрытия на медном изделии (φ0Al3+/Al= -1,67 В, φ0 Cu2+/Cu = +0,34 В) возникает гальванический элемент (А)А1|Н2О/О2|Cu(К).

В этом элементе, покрывающий металл Аl является анодом, он разрушается (окисляется) и, растворяясь, защищает основной металл, несмотря на нарушение целостности покрывающего слоя:

Анод: Аl - 3 е = Аl3+

Катод: 2Н2О + О2 + 4 е = 4ОН.

Катодное же покрытие (например, свинцовое покрытие железа) в аналогичном случае перестает защищать основной металл и, создавая с ним гальванический элемент, усиливает своим присутствием его коррозию:

(А)Fе|Н2О/О2|Рb(К)

Анод: Fe - 2 e = Fe2+

Катод: Н2О + О2 + 4 е = 4ОН.

а) катодная защита. Защищаемую конструкцию присоединяют к катоду внешнего источника тока, в результате она становится катодом, не окисляется, на ней идет восстановление компонентов среды. В качестве анода применяют любой металлический лом, ко-торый присоединяют к аноду внешнего источника тока. Таким способом защищают, например, подземные трубопроводы;

б) протекторная защита. Защищаемый металл соединяют с более активным металлом, имеющим меньший электродный потенциал. Последний служит анодом, растворяется и защищает основной металл. Так цинк является протектором для стального корпуса судна:

(А) Zn | Н2О/ О2| Fe (К)

Анод:Zn-2е =Zn2+

Катод: Н2О + О2 + 4e =4ОН.

Для более активной защиты металлических конструкций можно совмещать несколько способов защиты от коррозии, например, покрытие и катодную электрозащиту.

studfiles.net

Тема 3 Коррозия металлов и способы защиты от неё. Коррозия металлов

Металлические материалы — металлы и сплавы на основе металлов, — приходя в соприкосновение с окружающей их средой (газообразной или жидкой), подвергаются с той или иной скоростью разрушению. Причина этого разруше­ния лежит в химическом взаимодействии: металлы вступают в окислительно-восстановительные реакции с веществами, находящимися в окружающей среде, и окисляются.

Самопроизвольное разрушение металлических материалов, происходящее под химическим воздействием окружающей среды, называется коррозией. Общая масса металлических материалов, используемых в виде различных из­делий в мировом хозяйстве, очень велика. Поэтому, несмотря на то, что обычно скорость коррозии мала, ежегодно из-за коррозии безвозвратно теряются огром­ные количества металла. Но еще больший вред связан не с потерей металла, а с порчей изделий, вызываемой коррозией. Затраты на ремонт или на замену деталей судов, автомобилей, аппа­ратуры химических производств, приборов во много раз превышают стоимость металла, из которого они изготовлены. Наконец, существенными бывают кос­венные потери, вызванные коррозией. К ним можно отнести, например, утечку нефти или газа из подвергшихся коррозии трубопроводов, порчу продуктов пи­тания, потерю здоровья, а иногда и жизни людей в тех случаях, когда это вызва­но коррозией. Таким образом, борьба с коррозией представляет собой важную проблему, а на защиту от коррозии тратятся большие средства.

Большинство металлов в реальных условиях способны разрушаться, переходя в окисленное состояние. Самым доступным окислителем для металлов является кислород. Изменение энергии Гиббса в этом процессе меньше нуля, т. е. металлы - термодинамически неустойчивые системы.

К важнейшим случаям коррозии относятся химическая и электрохимическая коррозия.

Химическая коррозия металлов.

Коррозия металлов может протекать при взаимодействии металлов с сухими газами или растворами неэлектролитов. Такая коррозия называется химической. Взаимодействие металлов с газами (газовая коррозия) происходит при повышенных температурах, когда конденсация влаги на поверхности металла невозможна. Газовой коррозии подвергаются арматура печей, детали двигателей внутреннего сгорания, лопатки газовых турбин и т. п. Газовую коррозию претерпевает также металл, подвергаемый термической обработке.

Механизм газовой коррозии связан с протеканием на поверхности раздела твердой и газообразной фаз двух сопряженных реакций: окисления металла и восстановления газообразного окислителя, причем в пространстве эти два про­цесса, как правило, не разделены. В этом же месте происходит и накопление продуктов реакции окисления. Для непрерывного осуществления реакции ато­мы и ионы металла, с одной стороны, и атомы или ионы кислорода или другого окислителя, с другой, диффундируют сквозь постепенно утолщающуюся плен­ку продуктов коррозии. В результате газовой коррозии на поверхности металла образуются соответствующие соединения: оксиды, сульфиды и др. В зависимо­сти от свойств образующихся продуктов может происходить торможение процесса окисления.

Газовой коррозии подвергаются углеродистые стали, чугуны, которые взаи­модействуя с кислородом могут терять прочность и твердость, особенно при по­вышенных температурах (300°С и выше):

Fe + 02 —> FeO + Fe304 + Fe203 .

Образующаяся смесь продуктов называется окалиной. Одновременно протека­ет обезуглероживание поверхностного слоя металла за счет превращения цемен­тита:

Водород взаимодействует с имеющимся в стали углеродом, превращая его в углеводороды (обычно в метан), что приводит к резкому ухудшению свойств стали. Поэтому в присутствии водорода возникает водородная хрупкость стали за счет того, что в результате реакции также происходит обезуглероживание стали, возникновение микротрещин.

Fe3C + h3 —>Fe + Ch5

Сталь при температурах выше 200 °С начинает интенсивно корродировать в присутствии многих других газов (хлора, оксидов азота, углерода, серы).

Медь активно взаимодействует с оксидами углерода и серы, содержащимися в атмосфере.

Из цветных металлов устойчив к газовой коррозии в воздушных средах никель, а его сплавы с хромом устойчивы к коррозии даже при температурах, превышающих 1000 °С.

Основными способами защиты от газовой коррозии являются легирование металлов, создание защитных покрытий и замена агрессивной газовой среды. Для изготовления аппаратуры, подвергающейся действию коррозионно-активных газов, применяют жаростойкие сплавы. Для придания жаростойкости стали и чугуну в их состав вводят хром, кремний, алюминий; применяются также спла­вы на основе никеля или кобальта. Защита от газовой коррозии осуществляется, кроме того, насыщением в горячем состоянии поверхности изделия некоторыми металлами, обладающими защитным действием. К таким металлам принадлежат алюминий и хром. Защитное действие этих металлов обусловлено образованием на их поверхности весьма тонкой, но прочной оксидной пленки, препят­ствующей взаимодействию металла с окружающей средой. В случае алюминия этот метод носит название алитирования, в случае хрома — термохромирования. Для защиты используют и неметаллические покрытия, изготовленные из керамических и керамико-металлических материалов.

studfiles.net

20_Методы защиты металлов от коррозии

Методы защиты от коррозии

Содержание

Методы защиты металлов от коррозии …………………………………… …….2 Коррозионностойкое легирование………………………………………… …. 2 Обработка коррозионной среды…………………………………………… …. 3 Обработка растворов электролитов……………………………………… …… 3

Ингибиторы…………………………………………………………………… ... 3 Номенклатура………………………………………………………………… 4 Механизм ………………………………………………………………………6 Анодные ингибиторы …………………………………………………………7 Катодные ингибиторы …………………………………………………………8

Электрохимическая защита ……………………………………………………..9 Катодная защита внешним током……………………………………………10

Протекторная защита…………………………………………………………10 Защитные покрытия …………………………………………………………….11

Неметаллические защитные покрытия ……………………………..………12 Металлические защитные покрытия…………………………………….…. 13

ЛИТЕРАТУРА ……………………………………………………………….……15

Методы защиты металлов от коррозии

Для борьбы с коррозией принимают самые разнообразные методы, учитывающие особенности не только самого металла, но и условия эксплуатации металлического изделия. В большинстве случаев можно подобрать тот или иной конструкционный материал для его эксплуатации в коррозионных средах. Когда этот выбор сделать нельзя, приходится защищать металл от коррозии. Выбор того или иного способа защиты определяется его эффективностью и экономической целесообразностью.

Все используемые в практике меры по защите металлов от коррозии можно разделить на несколько групп:

1.Повышение коррозионной стойкости металлов и сплавов легированием.

2.Снижение агрессивности коррозионной среды.

3.Защита электрическим током (электрохимическая защита).

4.Нанесение защитных покрытий.

5.Комбинированные методы защиты и рациональное конструирование.

Коррозионностойкое легирование

К числу мер борьбы с коррозией, основанных на повышении коррозионной стойкости металлов можно отнести термообработку и коррозионностойкое легирование. Термообработка, повышающая коррозионную стойкость металла, способствует гомогенизации структуры металла, снятию внутренних напряжений, предотвращению выпадения карбидов по границам зерен и др.

Во многих случаях высокая коррозионная стойкость металлических конструкций достигается правильным выбором материалов – металлов и сплавов, устойчивых в данной коррозионной среде.

Примером повышения коррозийной стойкости металла легированием являются сплавы меди с золотом (анодное легирование). Для надежной защиты меди необходимо добавлять к ней значительное количество золота (не менее 52,2 ат.%).

Введение хрома в количестве нескольких процентов резко увеличивает коррозионную стойкость сталей. Такие добавки (хрома, никеля, титана, молибдена, меди, кремния, алюминия, бериллия и др.), в большинстве случаев уменьшают анодную активность сплава за счет его пассивации в определенных коррозионных средах.

В отдельных случаях повышение коррозионной стойкости достигается легированием катодными добавками, когда снижение скорости коррозии достигается за счет торможения катодного процесса.

Обычно легирование проводят в том случае, когда металл конструкции не позволяет применять другие методы защиты.

Обработка коррозионной среды

Одним из факторов, определяющих скорость коррозии и характер коррозионных разрушений металлов, является состав коррозионной среды. Понижение агрессивности среды путем ее соответствующей обработки широко используется для предотвращения коррозионных разрушений металлоконструкций.

Обработка коррозионной среды с целью уменьшения ее коррозионной активности по отношению к металлу целесообразна только при ее ограниченном объеме, когда это технологически и экономически оправдано.

Обработка растворов электролитов

Скорость электрохимической коррозии в значительной степени зависит от содержания деполяризатора (ионов водорода или растворенного кислорода) в коррозионной среде. Обработка коррозионной среды с целью снижения ее агрессивности сводится к уменьшению содержания в ней деполяризатора и введения в нее замедлителей (ингибиторов) коррозии металлов.

Уменьшение содержания деполяризатора достигается нейтрализацией кислых растворов, вызывающих коррозию с водородной деполяризацией, или удалением из раствора электролита кислорода, вызывающего коррозию с кислородной деполяризацией.

Обескислороживание воды в замкнутых системах проводят термическим, химическим или десорбционным методами.

Термический - коррозионную среду нагревают до определенной температуры, при которой происходит деаэрация среды за счет удаления кислорода и углекислого газа, что способствует уменьшения скорости коррозии.

Десорбционный – воду перемешивают с инертным газом (азотом). При барботировании кислород переходит в инертный газ и затем уже жидкую и газообразную фазы разделяют.

При химическом способе обескислороживания в воду добавляют восстановители, которые взаимодействуют с растворенным кислородом, связывая его в различные соединения.

В качестве восстановителей используют гидросульфит натрия, сульфит натрия, гидразин, карбогидразид, тиосульфат натрия, сернистый газ (SO2) и др.

Na2SO3 + O2 = 2Na2SO4

Ингибиторы

Ингибирование атмосферной коррозии как черных, так и цветных металлов требует применения химических соединений, выраженной склонностью к по-

верхностной адсорбции, и способностью к образованию прочных и устойчивых связей с поверхностью металла.

Ингибиторы коррозии представляют наиболее экономически выгодное, и при этом чрезвычайно мощное средство для борьбы с ущербом, наносимым атмосферной коррозией металлам и сплавам.

Номенклатура

По Фишеру [1], ингибиторы коррозии делятся на две категории:

1.Поверхностные ингибиторы. Поверхностные ингибиторы уменьшают скорость физических, электрохимических и/или химических процессов электродных реакций, протекающих непосредственно на поверхности раздела металл/электролит.

2.Ингибиторы поверхностного слоя. Ингибиторы слоя электролита могут уменьшать физических и химических процессов электродных реакций,

протекающих в слое электролита, примыкающего к поверхности раздела фаз. Этот слой может представлять собой часть двойного слоя, диффузионный слой Нернста или пограничный слой Прандтля. Вещества, растворенные или диспергированные в слое электролита, вызывают ингибирование в слое электролита.

Далее, в зависимости от происхождения активных защитных частиц, Фишер подразделяет ингибиторы на первичные и вторичные:

1.Первичные ингибиторы. Вещества, изначально присутствующие в слое электролита и не изменяющиеся химически.

2.Вторичное ингибирование.Вызывается веществами, которые не присутствуют в электролите изначально. Они генерируются на поверхности раздела фаз или в поверхностном слое электролита путем химических или электрохимических процессов.

Ингибиторы коррозии разделяют, в зависимости от условий их применения, на жидкофазные и парофазные или летучие. Жидкофазные ингибиторы делят в свою очередь на ингибиторы коррозии в нейтральных, щелочных и кислых средах.

В качестве ингибиторов кислотной коррозии применяются почти исключительно органические вещества, содержащие азот, серу или кислород в виде амино-,имино-,тиогрупп, а также в виде карбоксильных, карбонильных и некоторых других групп. Согласно наиболее распространенному мнению, действие ингибиторов кислотной коррозии связано с их адсорбцией на границе раздела металл – кислота. В результате адсорбции ингибиторов наблюдается торможение катодного и анодного процессов, снижающие скорость коррозии.

Влияние того или иного фактора структуры молекулы ингибитора определяется зарядом и природой металла, рН среды, характером адсорбции ингибитора и образующихся связей при взаимодействии металл-ингибитор.

Из вышеприведенного видно, что одним из важных факторов строения молекул органических ингибиторов содержащих гетероатомы азота, кислорода и серы определяющих их защитную способность при коррозии железа, является взаимодействие неподеленной пары электронов гетероатома с незавершенными d- уровнями атома железа.

Введение в молекулу ингибитора электронодонорных заместителей приводит обычно к усилению защитного эффекта ингибитора. Донорная функция соединения в химической реакции, как правило, характеризуется энергией образования их возбужденного состояния за счет перехода неподеленных электронов с несвязывающих орбиталей на разрыхляющие p-орбитали.

При рассмотрении защитного эффекта ингибитора коррозии наряду с электронной плотностью на гетероатомах необходимо учитывать и структурные факторы строения молекулы ингибитора. Структура молекул ингибитора может способствовать увеличению защитного эффекта (образование хелатных структур на поверхности металла, увеличение площади покрываемой молекулой ингибитора), а может снижать защитное действие ингибитора (разветвленность молекулы).

Адсорбция, однако, является лишь необходимым условием проявления ингибирующего действия органических веществ, но не определяет полностью фактического эффекта ингибиторов. Последний зависит также от многих других факторов – электрохимических особенностей протекания данного коррозионного процесса, характера катодной реакции, величины и природы перенапряжения водорода (при коррозии с водородной деполяризацией), возможных химических превращений ингибитора в ходе коррозии и т.д.

Действие большинства ингибиторов кислотной коррозии усиливается при одновременном введении добавок поверхностно – активных анионов: галогенидов, сульфидов и роданидов.

В качестве ингибиторов для нейтральных растворов чаще всего применяются неорганические вещества анионного типа. Их тормозящее действие связано, повидимому, или с окислением поверхности металла (нитриты, хроматы), или с образованием пленки труднорастворимого соединения между металлом, данным анионом и, возможно, кислородом (фосфаты, полифосфаты).

Для ингибирования железа полифосфатами необходимо присутствие растворенного кислорода в коррозионной среде (вода). В отсутствие растворенного кислорода, при содержании в растворе полифосфата натрия в количестве 60 мг/л, коррозия ускоряется. В случае комплексов фосфорсодержащих соединений с 2-хвалентными катионами (Zn, Ca, Mg) защитное действие ингибитора

увеличивается. Это объясняется образованием на поверхности металла трудно растворимых пленок гидроксокомплексов катионов щелочноземельных металлов.

Все ингибиторы для нейтральных сред тормозят преимущественно анодную реакцию, смещая стационарный потенциал в положительную сторону.

До настоящего времени еще не удалось найти эффективных ингибиторов коррозии металлов в щелочных растворах. Некоторым тормозящим действием обладают лишь высокомолекулярные соединения.

Летучие ингибиторы коррозии - вторичные ингибиторы поверхностного слоя электролита, обладающие достаточным давлением насыщенного пара в атмосферных условиях, и обеспечивающие таким образом заметный перенос веще- ства-ингибитораиз паровой фазы.

По определению, к ЛИК можно отнести только вещества, обладающие достаточным давлением насыщенного пара в атмосферных условиях, и способные действовать как ингибиторы поверхностного слоя электролита путем электрохимического изменения кинетики электродных реакций.

Механизм

Процесс замедления коррозии железа сопровождается адсорбцией молекул ингибитора на активных центрах поверхности металла. Действие ингибитора выражается в экранировании поверхности металла и изменении энергии активации коррозионного процесса.

Балезин [2] подчеркивает, что каждый ингибитор коррозии, в том числе и летучие ингибиторы, должны обладать следующими свойствами:

1.Способностью образовывать устойчивую связь с поверхностью металла при данном составе окружающей среды и в определенном диапазоне кислотности и давления.

2.Создавать слой, непроницаемый для ионов, вызывающих коррозию.

Механизм ингибирования проиллюстрирован на рисунке.

Функциональная группа R1, связанная с ядроммолекулы-ингибитораR0, обеспечивает адсорбцию на поверхности при данном составе окружающей среды. Функциональная группа R2, также связанная с ядром R0, отвечает за толщину и непроницаемость образующейся пленки. При разработке ингибиторов для определенного состава окружающей среды необходимо вначале варьировать функциональную группу R1 до тех пор. пока не будет получено вещество, прочно адсорбирующееся на поверхности металла. После выбора группы R1, группа R2 варьировалась до достижения удовлетворительной устойчивости к проникновению агрессивных ионов. Использование такого подхода позволило разработать ингибиторы коррозии, эффективные для большого числа металлов и различных составов окружающей среды.

По механизму своего действия на процесс электрохимической коррозии ингибиторы делятся на катодные и анодные, в зависимости от того, каким электродным процессом в локальных гальванических элементах они препятствуют, а также экранирующие (изолирующие активную поверхность металла от коррозионной среды).

Анодные ингибиторы

Как правило, способствуют переходу анодного участка локального гальванического элемента в пассивное состояние или образованию на них защитных пленок, представляющих собой труднорастворимые продукты взаимодействия ингибитора с переходящими в раствор ионами металла. Образование сплошных нерастворимых пленок на металле препятствует дальнейшему протеканию анодного процесса при коррозии металлов.

Анодные ингибиторы чаще всего используют в нейтральных средах при коррозии с кислородной деполяризацией. К таким ингибиторам относятся неорганические вещества-окислители:хроматы, бихроматы, нитриты, молибдаты, вольфраматы щелочных металлов.

Являясь деполяризаторами, они легко восстанавливаются на катодных участках поверхности металла и способствуют возрастанию плотности коррозионного тока. Увеличение на анодных участках плотности тока, превышающей величину необходимую для пассивации металла, сдвигает потенциал металла в область пассивации и скорость анодного процесса растворения металла резко снижается.

Ингибирующее действие фосфатов, полифосфатов, боратов, силикатов, солей бензойной и адипиновой кислот проявляется только при наличии в электролите растворенного кислорода, который и играет роль пассиватора. Эти вещества способствуют адсорбции кислорода на поверхности металла, переводя его в пассивное состояние. Помимо этого, они тормозят анодный процесс растворе-

ния металла за счет образования труднорастворимых защитных пленок самого разнообразного характера.

Для обеспечения эффективной защиты металлов от коррозии с помощью анодных ингибиторов необходимо поддерживать концентрацию ингибитора выше предельного во всех участках защищаемого изделия. В противном случае пассивация может не наступить или будет неполной. Неполная пассивация приводит к сокращению анодных участков, увеличению скорости и глубины разрушения металла на локализованных участках.

При определенных условиях анодные ингибиторы коррозии могут превратиться в ее стимуляторы. Это характерно для коррозионных процессов, протекающих с катодным контролем. В этом случае окислители легко восстанавливаются на катодных участках и тем самым увеличивают как скорость катодного процесса, так и скорость коррозии металла. Поэтому анодные ингибиторы относятся к категории опасных.

Применение анодных ингибиторов разнообразно. Хроматы и бихроматы используют для защиты стальных конструкций в оборотных охлаждающих водах резервуаров, баков, башенных холодильников, в двигателях внутреннего сгорания, а также для защиты алюминия, магния и их сплавов в нейтральных и щелочных растворах. Нитриты используются как ингибиторы в антифризах. Фосфаты и полифосфаты применяют как ингибиторы стали в воде и холодильных рассолах. Большой эффект достигается при совместном присутствии фосфатов и хроматов.

Катодные ингибиторы

Не изменяют числа и площади анодов локальных гальванических элементов, а замедляют вызывающие коррозию анодные процессы за счет снижения эффективности катодного процесса или сокращения площади катодов коррозионной гальванопары. Катодные ингибиторы, прочно адсорбируясь на катодных участках поверхности металла, обычно увеличивают перенапряжение катодного процесса, препятствуя перемещению деполяризующего вещества (ионов водорода или кислорода) к катодным участкам корродирующей поверхности. Снижение скорости катодного процесса при коррозии с кислородной деполяризацией может быть достигнуто за счет уменьшения содержания кислорода в коррозионной среде, а при коррозии с водородной деполяризацией за счет повышения перенапряжения реакции выделения водорода.

Уменьшение содержания растворенного в жидкой коррозионной среде кислорода тормозит реакцию его катодного восстановления, а следовательно, и скорость коррозии металла.

Перенапряжение катодной реакции выделения водорода может быть достигнуто при введении в коррозионную среду солей тяжелых металлов, обладающих

высоким перенапряжением для водорода, и органических веществ, в молекулах которых содержатся полярные группы.

Катионы тяжелых металлов (Hg, Pb, Bi, As), контактно восстанавливаются на катодных участках, затрудняя реакцию выделения водорода и соответственно коррозию металла, протекающую с водородной деполяризацией.

Катодные ингибиторы коррозии чаще всего применяют при травлении металлов в металлургическом производстве для удаления окалины и ржавчины с поверхности металла. При введении органических ингибиторов в травильный раствор скорость растворения металла значительно уменьшается, а растворяются преимущественно оксиды (окалина или ржавчина), на которых катодные ингибиторы не адсорбируются (или адсорбируются очень слабо) и потому не мешают их растворению.

В качестве катодных ингибиторов кислотной коррозии применяют азотсодержащие и серосодержащие органические вещества, ацетиленовые соединения, например, диэтиламин, уротропин, тиокрезол и др.

Катодные ингибиторы по защитному действию менее эффективны, чем анодные. Однако, они совершенно безопасны, так как не вызывают усиления коррозии при их недостаточном содержании.

Электрохимическая защита

Сущность электрохимической защиты заключается в том, что металлоконструкции подвергают внешней поляризации (катодной или анодной). В зависимости от вида поляризации различают катодную и анодную защиту.

Все электрохимические методы защиты основаны на изменении скорости протекания анодных или катодных процессов при электрохимической коррозии металлов. Материальный эффект (разрушение металла) связан с протеканием анодной реакции:

Подавая из внешней среды на металл электроны, можно менять скорость электрохимических реакций: уменьшать скорость анодной реакции, увеличивать скорость катодной реакции. При этом можно подобрать такие условия, при которых ток анодного растворения ja = 0. В этом случае коррозии наблюдаться не будет.

Наиболее распространенным случаем электрохимической защиты является катодная защита: внешним током или протекторная.

Сущность катодной защиты сводится к подаче на защищаемое сооружение избытка электронов, которые затрудняют окисление металла. Катодную поляризацию можно осуществлять путем присоединения защищаемой конструкции к

отрицательному полюсу внешнего источника постоянного тока или к металлу имеющему более электроотрицательный электродный потенциал. В последнем случае нет необходимости во внешнем источнике тока, так как образуется гальванический элемент с тем же направлением тока, т.е. защищаемая деталь становится катодом, а более отрицательный металл (протектор) – анодом.

Катодная защита внешним током

Катодная защита внешним током заключается в том, что защищаемую металлическую конструкцию присоединяют к отрицательному полюсу внешнего источника постоянного тока, а к положительному полюсу вспомогательный электрод, который работает как анод. При пропускании электрического тока через систему потенциал защищаемого металла смещается в отрицательную сторону, что приводит к ослаблению работы локальных анодов или превращению их в катоды, на которых восстанавливается окислитель (деполяризатор), что приводит к уменьшению или полному прекращению коррозионного разрушения. Для полного прекращения электрохимической коррозии металла его нужно катодно заполяризовать до равновесного или более отрицательного значения потенциала.

Анод подвергается активному разрушению. В качестве материала анода используют металлический лом (старые трубы, рельсы и др.). Для защиты более ответственных сооружений (газо- и нефтепроводов) используют устойчивые к растворению материалы и сплавы (графит, уголь, кремнистые чугуны, легированные медью).

Для снижения при прохождении электрического тока переходного сопротивления системы почва-анодслой почвы в непосредственной близости от анода поливают соленой водой или же анод помещают в толстый слой кокса, в который добавляют поваренную соль.

Катодную защиту внешним током применяют для защиты от коррозии подземных металлических сооружений – газо- и нефтепроводов, резервуаров, подводных поверхностей металлических сооружений – обшивки судов, свай и др. В последнее время расширилось применение катодной защиты для предупреждения коррозии заводской аппаратуры – реакторов, теплообменников, варочных котлов и др.

Катодную защиту внешним током широко применяют как дополнительное средство защиты к изоляционному покрытию. Эффективность защиты при этом значительно увеличивается, так как улучшается распределение защитного тока, который протекает в основном по обнаженным участкам металла.

Протекторная защита

Протекторная защита металлических конструкций от коррозии заключается в том, что к защищаемой конструкции присоединяют металл, потенциал которого

studfiles.net

Способы защиты металлов от коррозии

Человечество за десятки сотен лет возвело вокруг себя большое множество техники. Но стартом для такого широкого развития послужила эпоха, когда люди научились добывать и обрабатывать металл. Благодаря его свойствам стало возможным достигать больших вершин в технике, строить транспортные средства, которые могли доставлять человека на другой конец мира, оружие, чтобы защищается. Но сейчас техника дошла до такого уровня, что одни механизмы создают другие.

Несмотря на то, что в центре всей (или почти всей) техники находится металл, это не самый совершенный материал. С течением времени и влияния на него окружающей средой, он поддается ржавлению. Это явление наносит большей вред данному материалу, и как следствие – ухудшает работу техники, что часто может привести к аварии или катастрофе. В этой статье будет указано все о ржавеющей стали, как происходит этот процесс, и что делать, чтобы его избежать (или устранить).

Что такое ржавчина?

«Ржавчина» – так называют любые виды разрушения этого материала в быту. Если говорить конкретно, то это те покраснения, которые образовываются на металле после реакции с кислородом. Окисление пагубно влияет на этот материал, делая его хрупким, грани – рыхлыми, и уменьшают его твердость, как и эксплуатационные характеристики.

Поэтому на многих заводах используют разные составы для уменьшения трения, защиты от коррозии и других негативных воздействий окружающей среды. Об этом немного позже. Чтобы перейти к защите от такого воздействия, нежно разобраться с тем, как «гниение» влияет на сталь, и как убивает ее кристаллическую решетку.

Природное разрушение может наносить самые разные повреждения:

• Полное повреждение;
• Нарушение плотности кристаллической решетки;
• Избирательное повреждение;
• Подповерхностное.

В зависимости от характера повреждении, могут принимается разные методы борьбы с коррозией. Каждый из возможных повреждений вредит по-своему, и неприемлем в различных направлениях техники и производства. В энергетике подобные разрушения непозволительна вообще (это может привести к утечкам газа, распространению радиации, и так далее).

Видео ролик о том, что такое ржавчина и как от нее защищаться:

Воздействие ржавчины

Чтобы эффективно подбирать механизмы противодействия разрушению структуры металла, необходимо понять, как действует само ржавление. Она может быть двух видов: химической и электрохимической.

К первой – химической – можно отнести процесс того, как грань образца уничтожается просто под воздействием окружающей среды (газами чаще всего). Такая ржавчина на металле образуется за очень долгое время, и как правило, ее весьма легко избежать. Деталь необходимо чистить и наносить антикоррозионные покрытия (краски, лаки и так далее).

Кроем этого, такой процесс порчи железа возникает в влажных, мокрых средах, а также при контакте с органическими веществами, типа нефти, например. Последний случай особенно важно учитывать, так как ржавчина на нефтяных вышках недопустима.

Электрохимическая коррозия более редкая, и происходит в электролитах. Только в данном случае важна не среда, а ток, который производится в результате электризации. Именно он и разрушает металл и его поверхность (по большей части). Поэтому отличить ее можно легко по рассыпчатой поверхности металла.

Чтобы защитить металл от ржавчины нужно учитывать все эти особенности.

Как создать правильную защиту?

Коррозия металлов и способы защиты тесно связаны между собой. Поэтому все процессы защиты можно разделить на всего лишь две группы: улучшение металла во время производства, и нанесение защиты в процессе эксплуатации. К первому можно отнести изменения химического состава, который сделает деталь более стойкой к окружающему влиянию. Такую технику или предметы не нужно дополнительно защищать.

Ко второй же группе защити можно отнести различные покрытия и изоляции рабочего процесса. Избежать разрушения можно несколькими способами: избежать среды, которая ее провоцирует, или добавить что-то, что поможет избавится от распространения порчи металла, вне зависимости от среды и окружения. В домашних условиях возможен только второй вариант, так как повлиять уже готовое изделие человек без специального оборудования, печи и прочего, просто не может.

Как подготовится к воздействию ржавчины

Во время создания металлических изделий, есть два способа, как убрать коррозию или свести к минимуму ее появление. Для этого в структуру либо добавляют вещества (цинк, медь и так далее), которые стойкие к воздействию газов и других негативных раздражителей. Также часто можно встретить обратный эффект.

Как уже упоминалось, есть такой тип коррозии, как избирательный. Он разрушает определенные элементы в складе элементов. Как известно, металл состоит из разных атомов, которые образуют элементы, каждый из которых в разной степени поддается негативным воздействиям. Например, в железе это сера. Чтобы деталь из этого материала служила как можно дольше, из ее химического состава удаляется сера, из которой начинается избирательное разъединение структуры. В домашних условиях такой надежный способ невозможен.

Еще одна антикоррозионная защита может быть при производстве. При производстве наносятся специальные покрытия, которые будут защищать поверхность от внешних повреждений от химической реакции. Конструкционные материалы, которые используются при этом, могут быть только на производстве, так как в общем доступе их приобрести почти нельзя. К тому же, такое нанесение часто производится на автоматических линиях, что повышает надежность и скорость покрытия материала.

Но как бы металл не усовершенствовался, этот материал все равно будет поддаваться негативному давлению со стороны влажности, воздуха, разных газов и в процессе эксплуатации будет портится. Поэтому необходима антикоррозионная защита, которая будет не только влиять на него, но и защищать его от внешнего мира.

Очень сильно на распространение ржавчины влияет кислород. Защита металлов от коррозии также является замедление, а не только предотвращение, распространения такого негативного явления. Для этого в структуру окружающей среды вводятся специальные молекулы – ингибиторы – которые, приникая в поверхность металла, обеспечивают своего рода щит для него.

Также часто используется антикоррозийная пленка, которая может наносится разными способами. Но проще всего (и надежнее), когда ее наносят путем распыления. Используют для этого различные полимерные материалы, краски, эмали и подобное. Они также обволакивают деталь, и ограничивают к нему доступ разрушительной среды. Борьба с коррозией металла может быть самой разнообразной, несмотря на схожесть в процессе. Этот химический процесс неизбежен, и практически всегда достигает цели. Поэтому так много усилий и уходит на то, чтобы предотвратить коррозию. Способы защиты в виду этого могут комбинироваться.

Это основные методы защиты. Они популярны из-за простоты, надежности и удобства. К ним также можно отнести покрытие лаками и эмалями, но про это немного ниже.

Так, например, перед нанесением краски или эмали, работники смазывают изделие грунтовкой, чтобы краска лучше «легла» на поверхность, и между ней и изделием не осталось влаги (которую грунтовка вбирает). Эти методы защиты металлов от коррозии не всегда делаются на производстве. Домашних инструментов вполне хватит, чтобы сделать такие операции самостоятельно.

Антикоррозионная защита порой бывает весьма необычной. Например, когда один металл защищен другим. К такому приему часто прибегают, когда химический сплав нельзя изменить. Его поверхность покрывается другим материалом, который переполнен вкраплениями элементов, неподдающихся коррозийным воздействиям. Это так называемым антикоррозийный слой помогает очень надежно сохранить поверхность более чувствительного материала. К примеру, покрытие может быть из хрома.

К подобному относят и протекторную защиту металлов от коррозии. В данном случае защищаемая поверхность покрывается металлом, у которого низкая проводимость электричества (которое является одной из основных причин коррозии). Но это применяется тогда, когда контакт с окружающей средой сводится к минимуму. Поэтому подобная защита металлов от ржавчины и других опасных химических процессов, используется в комбинации, например, с ингибиторами.

Такие способы защиты применяются для того, чтобы избежать механических воздействий. То, как защитить металл надежнее всего – сказать сложно. Каждый метод может давать свои положительные результаты.

Как добиться качественного покрытия?

Не всегда защиты металла от коррозии ложится на плечи производителей. Часто заботиться о таком изделии нужно самостоятельно, и тогда лучшей схемой усовершенствования стойкости детали становится нанесение покрытия.

Первым делом, оно должно быть полностью чистым. К «грязи» можно отнести:

• Жиры
• Остатки масла
• Окислы

Устранять их нужно правильно и полностью. К примеру, нужно брать специальную жидкость на основе спирта или бензина, чтобы вода дополнительно не повредила структуру. К тому же, влажность на поверхности может остаться, и нанесенная поверх нее краска попросту не будет выполнять свои функции.

В замкнутой среде (между поверхностью и краской) коррозия железа будет развивается еще активнее, поэтому такая защита металла от коррозии скорее нанесет ему вред, чем поможет. Поэтому важно избегать также и влаги. После устранения грязи необходимо просушить его.

После этого можно наносить необходимое покрытие. Но все же это лучший способ защиты от ржавчины в домашних условиях. Хоть способы защиты от коррозии металлов могут быть разными, всегда нужно помнить, что неправильное их использование может привести к неприятностям. Поэтому не нужно придумывать что-то неординарное, лучше использовать уже проверенные и надежные методы защиты от коррозии металлов.

Также стоит отметить, что поверхность агрегата может быть обработана несколькими способами:

• Химическими
• Электрохимическим
• Механическим

Последний является самым простым методом того, как остановить коррозию. Первые два пункта из списка представляют собой более сложные (в техническом плане) процессы, от чего антикоррозионная защита становится надежнее. Ведь они обезжиривают металл, что делает его более удобным для нанесения на него защитного покрытия. До покрытия должно пройти не более 6-7 часов, так как за это время контакт со средой «восстановит» предыдущий результат, который был до обработки.

Защита от коррозии должна производится – по большей части – на заводе и при производстве. Но не нужно полагаться только на нее. Домашнее средство от коррозии также не повредит.

Можно ли навсегда избавится от коррозии?

Несмотря на простоту ответа, он должен быть развернутым. Коррозию и защиту металлов от коррозии нельзя отделять друг от друга, так как в их основе лежит химический состав как самого изделия, так и его окружающей атмосферы. Не зря способы борьбы с коррозией основываются именно на этих показателях. Они либо убирают «слабые» частицы кристаллической решетки (либо добавляют в нее более надежные вкрапления), либо же помогают «спрятать» поверхность изделия от газов и воздействий извне.

Антикоррозионная защита не являет собой ничего хитрого. В ее основе простая химия, и законы физики, которые также указывают на то, избежать каких-либо процессов во взаимодействии элементов невозможно. Противокоррозионная защита уменьшает вероятность развития такого исхода, повышает долговечность металла, но все же – окончательно его не спасает. Какой бы ни была она, ее все равно нужно обновлять, улучшать и комбинировать, и использовать дополнительные способы защиты металлов от коррозии.

Сказать, как предотвратить коррозию можно, но вот стремится к тому, чтобы железо вообще было ей не подвластно – не стоит. Покрытие также поддается разрушительной силе окружающего мира, и, если за этим не следить, газы и влажность доберутся и до защищенной поверхности, который под ней прячется. Коррозия и защита металлов крайне необходима (как на производстве, так и в процессе эксплуатации), но к ней тоже нужно относится с умом.

oxmetall.ru

какие есть и что лучше?

Коррозия оказывает разрушительное действие на изделия из металла и сплавы. При взаимодействии с окружающей средой металлические изделия покрываются пятнами в виде ржавчины. Чем более активный металл, тем он сильнее подвержен коррозии.

Коррозия оказывает разрушительное действие на автомобили, суда, коммуникации и другие металлические изделия, что может привести к утечке нефти, газа и другим негативным последствиям. Она отрицательно влияет на здоровье человека, а продукты окисления загрязняют окружающую среду.

Недопустима коррозия в авиационной, химической и атомной промышленности. Порой затраты на ремонт металлических изделий превышают стоимость материала, который был израсходован на их изготовление.

Основные виды коррозионных процессов

Виды коррозии металлов можно разделить по следующим признакам: характеру разрушения, коррозионной среде и механизму действия.

Исходя из характера разрушений, коррозия может быть:

• сплошной. При этом она может быть равномерной и неравномерной. При равномерной разрушается вся поверхность изделия. При неравномерной появляются пятна и точечные углубления;
• межкристаллитной. В этом случае она проникает вглубь изделия по границам зерен металла;
• транскристаллитной, при этом металл рассекается трещиной через зерно;
• избирательной. Происходит разрушение одной из составляющих сплава. Например, в латуни может разрушаться цинк.
• подповерхностной. Начинается на поверхности и постепенно проникает в верхние слои металла.

Существуют следующие виды коррозионной среды:

• атмосфера;
• газ;
• почва;
• жидкость (щелочь, кислота или солевые растворы).

Механизм действия разделяет коррозию на химическую и электрохимическую.

Химической коррозией называется процесс, при котором происходит самопроизвольное разрушение металлов. Он происходит при взаимодействии металлических изделий с активно-коррозионной средой, чаще всего газовой. Эти процессы сопровождаются высокими температурами.

В результате происходит одновременное окисление металла и восстановление коррозионной среды. Химическая коррозия происходит также при взаимодействии с органическими жидкостями, например, с нефтепродуктами, спиртом и др.

Электрохимическая коррозия возникает в электролитах, например, в водных растворах. Электрохимическая реакция вызывает электрический ток, который способствует разрушению металла. В этом случае происходят как химические процессы, при которых происходит отдача электронов, так и электрические, при которых движутся электроны.

Разрушение происходит, если соприкасаются разнородные металлы. Поэтому больше подвержены разрушению металлы, в которых много примесей.

Разнородность строения металла приводит к тому, что при электрохимической коррозии образуются по законам гальваники катодно-анодные пары. Если металлические изделия отличаются друг от друга химическим составом, то на поверхности металлических изделий образуется слой ржавчины.

Эта коррозия чаще всего является причиной разрушения металлов. Ниже приведены рисунки, на которых изображен механизм действия электрохимической коррозии.

Во внешней среде наиболее активно на металлические изделия действует кислород, повышенная влажность, оксиды серы, азота, углекислый газ, грунтовые воды. Соленая вода ускоряет процесс окисления, поэтому морские суда ржавеют быстрее, чем речные.

Остановить этот природный процесс невозможно, остается только найти способы защиты от коррозии. Правда, избавиться полностью от коррозионного процесса невозможно, но эти способы помогают замедлить сам процесс.

Методы противостояния коррозионным процессам

Для защиты металлов от коррозии существуют следующие методы:

• повышение сопротивляемости металлов за счет увеличения химического состава;
• изоляция металлических покрытий от агрессивного воздействия окружающей среды;
• снижение агрессивности среды, в которой происходит эксплуатация металлических изделий;
• электрохимические, которые, благодаря законам гальваники, снижают коррозионные процессы.

Эти методы можно разделить на две большие группы. Первые два метода применяются до того, как металлические изделия будут эксплуатироваться, то есть на стадии их производства. При этом выбираются определенные конструкционные материалы для производства изделия, наносятся различные гальванические и защитные покрытия.

Последние два метода применяются при эксплуатации металлических изделий. При этом для защиты пропускается ток через изделие, снижается агрессивность среды путем добавления различных ингибиторов, таким образом, до эксплуатации само изделие предварительно никак не обрабатывается.

Методы повышения сопротивляемости

Эти методы защиты основаны на создании сплавов, которые обладают антикоррозионными свойствами. К металлу добавляются компоненты, повышающие его коррозионную стойкость. Примером может служить легирование стали хромом.

Метод применяется при изготовлении стали. В результате получаются хромистые нержавеющие стали, которые устойчивы к коррозии. Повышают антикоррозионные характеристики сталей добавкой никеля, меди и кобальта.

На этих поверхностях не появляется ржавчина, но коррозия присутствует. Замедляется коррозия благодаря тому, что к восьми атомам железа добавляется один атом легирующей добавки, а это упорядочивает расположение атомов в кристаллической решетке твердого раствора, что и препятствует коррозии.

Коррозионную устойчивость можно повысить, удалив из металлов или сплавов примеси, которые ускоряют коррозию. Например, железо удаляют из сплавов магния или алюминия, серу из сплавов железа и т.д.

Снижение агрессивности внешней среды и электрохимическая защита

Снижение агрессивности внешней среды достигается путем удаления из нее веществ, которые являются деполяризаторами, или путем изоляции металлов от деполяризатора. Удаление кислорода из среды называется раскислением.

Для замедления коррозионного процесса в окружающую среду вводятся специальные вещества – ингибиторы. Они могут быть как органическими, так и неорганическими. Молекулы ингибиторов поглощаются поверхностью металла и, тем самым, способствуют резкому снижению скорости растворения металла и препятствуют протеканию электродных процессов.

При электрохимической защите с помощью внешнего электрического тока, который проходит через металл, сдвигается потенциал металла и, тем самым, изменяться скорость его коррозии.

В зависимости от сдвига потенциала электрохимическая защита может быть катодной и анодной. Эти способы применяют для защиты буровых платформ, сварных металлических оснований, трубопроводов, проходящих под землей, а также защищают подводные части морских судов.

Пленочная защита

Для того чтобы защитить металлические изделия от коррозии, можно нанести защитное покрытие. В качестве покрытия можно использовать лаки, краски, эмали, пластмассы и др.

Лакокрасочные покрытия легко наносятся, недорогие по стоимости, обладают водоотталкивающими свойствами, не вступают в химическую реакцию с металлом, хорошо заполняют поры и трещины. Они служат для защиты металлов от компонентов внешней среды, вызывающих коррозионные процессы.

Если правильно подобрать лакокрасочные материалы и соблюдать технологию их нанесения, то они могут прослужить в качестве покрытия до 5 лет.

Часто под лакокрасочное покрытие наносится грунтовка, проходя через которую, вода растворяет некоторые пигменты и становится не такой корррозионноактивной. Вместо грунтовки может проводится фосфатирование поверхности. Они наносятся кистью или распылителем. Для стальных изделий большинство таких препаратов состоит из смесей фосфатов марганца и железа.

Защитить металлическое изделие можно путем нанесения слоя металла, который более коррозионностойкий. В этом случае коррозия разрушает само покрытие. Такими металлами является хром, никель, цинк. Например, железо покрывается хромом.

Цинком покрываются изделия из меди, латуни, а также листовая сталь. Такие покрытия называются анодными, они обеспечивают электрохимическую защиту. Срок их службы зависит от толщины нанесенного покрытия. Существуют также катодные покрытия.

Они служат для механической защиты основного металла. Если такое покрытие нарушается, антикоррозионная защита перестает действовать. Кроме того, при этом ускоряется коррозионный процесс.

Примером такого покрытия является покрытие железа оловом. Сравнивая эффективность анодного и катодного покрытия, лучше использовать анодное, так как оно действует даже при нарушении целостности покрытия.

Существуют различные способы получения металлических покрытий. При горячем способе покрытие получается путем опускания изделия в горячий металл.

Если изделие покрывается оловом, этот процесс называется лужением, если цинком – оцинкованием. Покрытие может наносится гальваническим методом путем осаждения на изделии солей из электролита.

При использовании метода напыления распыляется плазменная струя расплавленного металла и наносится на поверхность, которую надо защитить. Для распыления используются металлизаторы.

При плакировании осуществляется совместная горячая прокатка основного и защитного металла. Металлы сцепляются между собой благодаря диффузии.

strojkarkas.com

Методы защиты от коррозии металлов и сплавов

Основным условием противокоррозийной защиты металлов и сплавов является уменьшение скорости коррозии. Уменьшить скорость коррозии можно, используя различные методы защиты металлических конструкций от коррозии. Основными из них являются:

1 Защитные покрытия.

2 Обработка коррозионной среды с целью снижения коррозионной активности (в особенности при постоянных объемах коррозионных сред).

3 Электрохимическая защита.

4 Разработка и производство новых конструкционных материалов повышенной коррозионной устойчивости.

5 Переход в ряде конструкций от металлических к химически стойким материалам (пластические высокомолекулярные материалы, стекло, керамика и др.).

6 Рациональное конструирование и эксплуатация металлических сооружений и деталей.

1. Защитные покрытия

Защитное покрытие должно быть сплошным, равномерно распределенным по всей поверхности, непроницаемым для окружающей среды, иметь высокую адгезию (прочность сцепления) к металлу, быть твердым и износостойким. Коэффициент теплового расширения должен быть близким к коэффициенту теплового расширения металла защищаемого изделия.

Классификация защитных покрытий представлена на рис. 43

Защитные покрытия

НеорганическиеОрганическиеКатодныеАнодные

Рисунок 43 - Схема классификации защитных покрытий

1.1 Металлические покрытия

Нанесение защитных металлических покрытий – один из самых распространенных методов борьбы с коррозией. Эти покрытия не только защищают от коррозии, но и придают их поверхности ряд ценных физико-механических свойств: твердость, износоустойчивость, электропроводность, паяемость, отражательную способность, обеспечивают изделиям декоративную отделку и т.д.

По способу защитного действия металлические покрытия делят на катодные и анодные.

Катодные покрытия имеют более положительный, а анодные - более электроотрицательный электродные потенциалы по сравнению с потенциалом металла, на который они нанесены. Так, например, медь, никель, серебро, золото, осажденные на сталь, являются катодными покрытиями, а цинк и кадмий по отношению к этой же стали – анодными покрытиями.

Необходимо отметить, что вид покрытия зависит не только от природы металлов, но и от состава коррозионной среды. Олово по отношению к железу в растворах неорганических кислот и солей играет роль катодного покрытия, а в ряде органических кислот (пищевых консервах) служит анодом. В обычных условиях катодные покрытия защищают металл изделия механически, изолируя его от окружающей среды. Основное требование к катодным покрытиям – беспористость. В противном случае при погружении изделия в электролит или при конденсации на его поверхности тонкой пленки влаги обнаженные (в порах или трещинах) участки основного металла становятся анодами, а поверхность покрытия катодом. В местах несплошностей начнется коррозия основного металла, которая может распространяться под покрытие (рис. 44 а).

Рисунок 11 Схема коррозии железа с пористым катодным (а) и анодным (б) покрытием

Анодные покрытия защищают металл изделия не только механически, но главным образом электрохимически. В образовавшемся гальваническом элементе металл покрытия становится анодом и подвергается коррозии, а обнаженные (в порах) участки основного металла выполняют роль катодов и не разрушаются, пока сохраняется электрический контакт покрытия с защищаемым металлом и через систему проходит достаточный ток (рис.4 б). Поэтому степень пористости анодных покрытий в отличие от катодных не играет существенной роли.

В отдельных случаях электрохимическая защита может иметь место при нанесении катодных покрытий. Это происходит, если металл покрытия по отношению к изделию является эффективным катодом, а основной металл склонен к пассивации. Возникающая анодная поляризация пассивирует незащищенные (в порах) участки основного металла и затрудняет их разрушение. Такой вид анодной электрохимической защиты проявляется для медных покрытий на сталях 12Х13 и 12Х18Н9Т в растворах серной кислоты.

Основной метод нанесения защитных металлических покрытий – гальванический. Применяют также термодиффузионный и механотермический методы, металлизацию распылением и погружением в расплав.Разберем каждый из методов более подробно.

1.2 Гальванические покрытия.

Гальванический метод осаждения защитных металлических покрытий получил очень широкое распространение в промышленности. По сравнению с другими способами нанесения металлопокрытий он имеет ряд серьезных преимуществ: высокую экономичность (защита металла от коррозии достигается весьма тонкими покрытиями), возможность получения покрытий одного и того же металла с различными механическими свойствами, легкую управляемость процесса (регулирование толщины и свойств металлических осадков путем изменения состава электролита и режима электролиза), возможность получения сплавов разнообразного состава без применения высоких температур, хорошее сцепление с основным металлом и др.

Недостаток гальванического метода – неравномерность толщины покрытия на изделиях сложного профиля.

Электрохимическое осаждение металлов проводят в гальванической ванне постоянного тока (рис 45). Покрываемое металлом изделие завешивают на катод. В качестве анодов используют пластины из осаждаемого металла (растворимые аноды) или из материала, нерастворимого в электролите (нерастворимые аноды).

Обязательный компонент электролита – ион металла, осаждающийся на катоде. В состав электролита могут также входить вещества, повышающие его электропроводность, регулирующие протекание анодного процесса, обеспечивающие постоянство рН, поверхностно-активные вещества, повышающие поляризацию катодного процесса, блескообразующие и выравнивающие добавки и др.

Рисунок 5 Гальваническая ванна для электроосаждения металлов:

1 – корпус; 2 – вентиляционный кожух; 3 – змеевик для обогрева; 4 – изоляторы; 5 – анодные штанги; 6 – катодные штанги; 7 – барботер для перемешивания сжатым воздухом

В зависимости от того, в каком виде ион разряжающегося металла находится в растворе, все электролиты делятся на комплексные и простые. Разряд комплексных ионов на катоде происходит при более высоком перенапряжении, чем разряд простых ионов. Поэтому осадки, полученные из комплексных электролитов, более мелкозернисты и равномерны по толщине. Однако у этих электролитов ниже выход металла по току и более низкие рабочие плотности тока, т.е. по производительности они уступают простым электролитам, в которых ион металла находится в виде простых гидратированных ионов.

Распределение тока по поверхности изделия в гальванической ванне никогда не бывает равномерным. Это приводит к разной скорости осаждения, а следовательно, и толщине покрытия на отдельных участках катода. Особенно сильный разброс по толщине наблюдается на изделиях сложного профиля, что отрицательно сказывается на защитных свойствах покрытия. Равномерность толщины осаждаемого покрытия улучшается с увеличением электропроводности электролита, ростом поляризации с ростом плотности тока, уменьшением выхода металла по току при повышении плотности тока, увеличении расстояния между катодом и анодом.

Способность гальванической ванны давать равномерные по толщине покрытия на рельефной поверхности называется рассеивающей способностью. Наибольшей рассеивающей способностью обладают комплексные электролиты.

Для защиты изделий от коррозии используют гальваническое осаждение многих металлов: цинка, кадмия, никеля, хрома, олова, свинца, золота, серебра и др. Применяют также электролитические сплавы, например Cu – Zn, Cu – Sn, Sn – Bi и многослойные покрытия.

Наиболее эффективно (электрохимически и механически) защищают черные металлы от коррозии анодные покрытия цинком и кадмием.

Цинковые покрытия применяются для защиты от коррозии деталей машин, трубопроводов, стальных листов. Цинк – дешевый и доступный металл. Он защищает основное изделие механическим и электрохимическим способами, так как при наличии пор или оголенных мест происходит разрушение цинка, а стальная основа не корродирует.

Покрытия из цинка занимают доминирующее положение. С помощью цинка защищают от коррозии примерно 20 % всех стальных деталей, и около 50% производимого в мире цинка расходуется на гальванические покрытия.

В последние годы получили развитие работы по созданию защитных гальванических покрытий из сплавов на основе цинка: Zn – Ni (8 – 12% Ni), Zn – Fe, Zn – Co (0,6 – 0,8% Co). При этом удается повысить коррозионную стойкость покрытия в 2-3 раза.

mirznanii.com

КОРРОЗИЯ И СПОСОБЫ ЗАЩИТЫ

ПЛАН

1.Теория коррозии

2.Методы защиты от коррозии

1.ТЕОРИЯ КОРРОЗИИ

Слово коррозия происходит от латинского corrodere, что означает разъедать. Хотя коррозию чаще всего связывают с металлами, но ей подвергаются также камни, пластмассы и другие полимерные материалы и дерево. Например, в настоящее время мы являемся свидетелями большого беспокойства широких слоев людей в связи с тем, что от кислотных дождей катастрофически страдают памятники (здания и скульптуры), выполненные из известняка или мрамора.

Таким образом, коррозией называют самопроизвольный процесс разрушения материалов и изделий из них под химическим воздействием окружающей среды. Процессы физического разрушения к коррозии не относят, хотя часто они наносят неменьший вред памятникам культуры. Их называют истиранием, износом, эрозией.

Металлы составляют одну из основ цивилизации на планете Земля. Среди них как конструкционный материал явно выделяется железо. Объем промышленного производства железа примерно в 20 раз больше, чем объем производства всех остальных металлов, вместе взятых. Широкое внедрение железа в промышленное строительство и транспорт произошло на рубеже XVIII...XIX вв. В это время появился первый чугунный мост, спущено на воду первое судно, корпус которого был изготовлен из стали, созданы первые железные дороги. Однако начало практического использования человеком железа относят к IX в. до н.э. Именно в этот период человечество из бронзового века перешло в век железный. Тем не менее история свидетельствует о том, что изделия из железа были известны в Хеттском царстве (государство Малой Азии), а его расцвет относят к XIV...XIII вв. до н.э.

В природе, хотя и очень редко, но встречается самородное железо. Его происхождение считают метеоритным, т.е. космическим, а не земным. Поэтому первые изделия из железа (они изготавливались из самородков) ценились очень высоко – гораздо выше, чем из серебра и даже золота.

Коррозия начинается с поверхности на границе двух фаз – «металл»-«внешняя среда» и с течением времени распространяется вглубь. По характеру физико-химических процессов, происходящих между металлом и внешней средой, различают два вида коррозии: химическую и электрохимическую.

Химическую коррозия возникает в результате химического воздействия внешней среды на повер­хность металла, например, образование слоя окислов (окалина) на металле в печах при высоких температурах, например, при отпуске. При разных температурах образуется на поверхности металла тонкая плёнка окисла, толщина которой увеличивается с ростом температуры. От толщины плёнки окисла и, значит, от ее оптических свойств зависит её цвет:

· при 220 оС – жёлтый,

· 255 оС – коричневый,

· 300 оС – тёмно-синий,

· 330 оС – серый,

это так называемые «цвета побежалости», по ним определяют температуру отпуска.

Электрохимическая коррозия – возникает при действии на металл электролитов. Это наиболее распространённый вид коррозии. Большинство металлических конструкций находится в соприкосновении с воздухом, водой и землёй – мосты, крыши зданий, механизмы (подъёмные краны), кабели, трубопроводы и так далее.

В воздухе и земле всегда есть влага – роса, дождь, водяные пары, грунтовые воды и так далее. На конструкциях всегда есть грязь, в воздухе – SO2, SO3, NO2, NO3, СО, которые растворяясь в воде, диссоциируют на положительные и отрицательные ионы – а это электролит, который и вызывает электрохимическую коррозию (ЭХК).

Коррозия металлов и сплавов в электролите аналогична работе гальванического элемента. Металлы и сплавы по химическому составу неоднородны и различаются также по структуре составляющих их частей: твёрдый раствор, химическое соединение, механическая смесь. Эти структурные составляющие имеют различные электродные потенциалы, обусловленные их химической и физической природой. Когда сплав находится в электролите, одни участки, имеющие низкий электродный потенциал, становятся анодами (что значит «подъём») и разрушаются, так как их ионы переходят в раствор электролита и становятся солями при высыхании воды. Другие участки, обладающие более высоким электродным потенциалом, становятся – катодами (это значит «путь вниз») и сохраняются неизменными, так как на них ионы Н+ нейтрализуются и образуется Н2.

Так как анодных и катодных участков в сплаве очень много, то сплав можно рассматривать состоящим из большого числа электродов, то есть как многоэлектродный микроэлемент. Когда два микроэлемента находятся в контакте (болтовое соединение (например, чугунный фланец и стальной болт), склёпанные листы и др.), то образуется макроэлемент.

2.МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ

1. Защита легированием – при легировании стали хромом или хромом и никелем (более эффективно) сталь способна сопротивляться коррозии, так как её электродный потенциал становится высоким и она является отрицательно заряженным катодом. Дорогостоящий никель частично заменяют более дешевым марганцем. Хрома должно быть не менее 12 %, иначе сталь становится паложительно заряженным анодом (на нержавеющей посуде стоит знак «18/10», это значит, в металле 10 % Ni и 18 % Cr).

2. Защита неметаллическими плёнками. Это окисные плёнки, получаемые оксидированием и фосфатные плёнки, получаемые фосфатированием. Детали обрабатывают либо сильным окислителем (едким натром NаОН), либо смесями фосфорной кислоты и её солей, в результате детали покрываются окисной плёнкой чёрно-синего цвета (воронение), либо фосфатной плёнкой.

3. Защита металлическими покрытиями. На поверхность детали наносится тонкий слой другого металла, в зависимости от того, какой металл наносится, процесс называется:

– Zn – цинкование, Al – алитирование, Sn – лужение, Pb – свинцевание, Cr – хромирование, Cd – кадмирование, Ni – никелирование, Cu – меднение,

также покрывают металл латунью и бронзой.

Способы нанесения металла на деталь:

· погружением детали в расплавленный металл, применяется для нанесения пленок из плавящихся при низких температурах металлов (цинка, олова, свинца) – используется в случае деталей небольшого размера;

· путём распыления расплавленного металла (цинка, кадмия) сжатым воздухом с набрызгиванием его на деталь – для крупных деталей;

· диффузионным методом – алитирование, хромирование (см. выше, ХТО).

· гальваническим путём – электролиз водных растворов солей того металла, который является покрытием. Преимущества метода: управляемость процессом, экономное расходование металла, отсутствие нагрева. Различают анодное и катодное покрытие.

– анодное (цинком) – у цинка электродный потенциал ниже, чем у железа, поэтому он защищает и механически, и электрохимически, так как он является анодом (+) и разрушается;

– катодное (оловом) – электродный потенциал олова выше, чем у железа, то защищает только механически, а в случае повреждения плёнки электрохимическим путём разрушается железо.

· методом плакирования – термин происходит от французского слова «плаке», что значит накладывать, покрывать – горячей прокаткой или прессованием покрывают один металл тонким слоем другого металла – например, сталь латунью, дюралюмин – алюминием.

4. Защита протекторами – от латинского защищающий – к детали, находящейся в электролите (в почве всегда есть вода) присоединяют металл с меньшим электродным потенциалом (обычно цинк), который, являясь анодом, и разрушается. Деталь является катодом и не корродирует.

5. Защита неметаллическими покрытиями. Это краски, лаки – они дешёвы, экономят цветные металлы, защищают любые конструкции. Недостаток – трескаются и пропускают воду. Применяются краски масляные и эмалевые.

6. Защита обработкой коррозионной среды. Есть вещества, замедляющие химические реакции и даже прекращающие их (их называют ингибиторами). Когда такой ингибитор вводят в коррозионную среду (например, в воду радиаторов двигателей внутреннего сгорания, теплообменников, компрессоров), то коррозия практически прекращается. Достоинство – ингибитора требуется обычно мало, так как он, сдерживая реакцию, сам в ней не участвует (как и катализатор, который ускоряет химическую реакцию, также не участвуя в ней).

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Что такое коррозия металлов?

2. Что такое ржавление?

3. Что такое ржавчина?

4. Какие процессы происходят при химико-термической обработке металлов?

5. Каковы экономические последствия коррозии?

6. Как различается коррозия по месту распределения?

7. Как различается коррозия по физико-химическим процессам?

8. Как возникает химическая коррозия?

9. Что такое цвета побежалости?

10. Что называется электрохимической коррозией?

11. Какие виды коррозии наиболее распространены?

12. Почему возникает электрохимическая коррозия?

13. Как в окружающей среде проявляется электролит?

14. Поясните принцип возникновения электрохимической коррозии?

15. Защита от коррозии легированием.

16. Защита от коррозии неметаллическими пленками.

17. Защита от коррозии металлическими покрытиями, перечислите виды защит.

18. Защита от коррозии методами погружения и распыления.

19. Защита от коррозии гальваническим методом?

20. Защита от коррозии диффузионным методом.

21. Защита от коррозии методом плакирования?

22. Защита от коррозии протекторами.

23. Защита от коррозии неметаллическими покрытиями.

24. Защита от коррозии с помощью ингибиторов.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

zdamsam.ru

• 
  Планово предупредительный ремонт
• 
  Способы защиты металлов от коррозии
• 
  Фильтр грубой очистки топлива
• 
  Какие машины работают на полях
• 
  Мостовой двухбалочный кран
• 
  Реле стеклоочистителя
• 
  Устройство пневматической подвески автобусов
• 
  Задняя пневмоподвеска маз 6430
• 
  Винтовой насос
• 
  Поворотный механизм
• 
  Виды двигателей