Студопедия

Главная страница Случайная страница

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






ЗАЩИТА МЕТАЛЛОВ ОТ КОРРОЗИИ




 

Коррозию металлов можно затормозить изменением потенциала металла, пассивированием металла, изменением состава металла, изоляцией поверхности металла от окислителя, снижением концентрации окислителя и др. Выбор того или иного способа определяется его экономичностью и эффективностью.

Все методы защиты условно делят на следующие группы:

1. создание рациональных конструкций;

2. получение защитных покрытий (металлических и неметаллических);

3. легирование металлов;

4. изменение свойств коррозионной среды;

5. электрохимическая защита.

 

1) Создание рациональных конструкций. Выбор материалов и их сочетаний должны обеспечивать высокую коррозионную устойчивость, а форма узлов и деталей допускать быструю очистку и смазку.

2) Защитные покрытия. Слои, искусственно создаваемые на поверхности металлических изделий и сооружений для предохранения их от коррозии, называются защитными покрытиями. Если наряду с защитой от коррозии покрытие служит также для декоративных целей, его называют защитно-декоративным. Выбор вида покрытия зависит от условий, в которых используется изделие из металла.

Металлические защитные покрытия. Методы нанесения металлических защитных слоев разнообразны, их делят на высокотемпературные и электрохимические.

Высокотемпературные.

а) Метод окунания - применяют для нанесения покрытий из легкоплавких металлов на более тугоплавкие. Так покрывают стальные листы оловом, цинком и свинцом. Сущность метода сводится к тому, что в расплавленный металл, из которого хотят приготовить покрытие, через слой флюса погружают стальной лист и затем вынимают его. Металл кристаллизуется на поверхности.

б) Металлизация - это нанесение металлических покрытий на поверхность изделия распылением жидкого металла (в дуговом, искровом или плазменном разряде).

в) Планкирование - нанесение пленок из защитного металла путем совместного проката (используется для листов, прутков, угольников). Выпускают дюраль, планкированный алюминием, сталь, планкированную нержавеющей сталью. Электрохимические методы нанесения металлических покрытий основаны на электролизе. Металлические защитные слои осаждаются на поверхности изделия, которое в электролизере представляет собой катод.

Материалами для металлических покрытий могут быть как чистые металлы (цинк, кадмий, алюминий, никель, медь, хром, серебро, и др.), так и их сплавы (бронза, латунь и др.). В зависимости от активности металла, выполняющего роль защитного покрытия, различают катодные и анодные покрытия. К катодным - относят покрытия, потенциалы которых в данной среде имеют более положительные значения, чем потенциал защищаемого (основного) металла. Так, для катодного покрытия стали используют Cu, Ni, Ag. При повреждении покрытия (или наличии пор) возникает микроэлемент, в котором основной материал в порах служит анодом и растворяется, а материал покрытия - катодом, на котором выделяется водород или поглощается кислород. Рассмотрим коррозию стали, покрытой слоем меди, при нарушении сплошности покрытия (рис.7.9).



Стандартные электродные потенциалы железа и меди равны:

= -0,44 В; = +0,34 В,

На аноде протекает процесс окисления основного металла, на катоде - выделение H2 и поглощение O2 (при рН = 0). Следовательно, катодные покрытия могут защищать металл от коррозии лишь при отсутствии пор и повреждений покрытия.

К анодным покрытиям относят покрытия, потенциалы которых в данной среде имеют более отрицательные значения, чем потенциал защищаемого (основного) металла. Так, для анодного покрытия стали служит цинк. В этом случае основной металл будет катодом коррозионного элемента, поэтому не корродирует.

Стандартные электродные потенциалы цинка и меди равны:

= -0,763 В; = +0,34 В,

При нарушении сплошности покрытия на аноде протекает процесс окисления покрытия, на катоде - выделение H2 и поглощение O2 (рН = 0).

(-) A (Zn)

(+) K (Cu)

Потенциалы металлов зависят от типа и состава раствора, поэтому при изменении типа раствора может меняться и характер покрытия. Так, покрытие стали оловом в растворе H2SO4 - катодное, а в растворе органических кислот - анодное.

Неметаллические защитные покрытия. Различают неорганические и органические неметаллические покрытия. Защитное действие этих покрытий сводится, в основном, к изоляции металла от окружающей среды.



В качестве неорганических покрытий применяют неорганические эмали, оксиды металлов, соединения хрома, фосфора и др. Эмалированию подвергаются черные и цветные металлы, которые используют в производстве аппаратуры для химической, пищевой отраслях промышленности, в производстве изделий домашнего обихода. Неорганические эмали по своему составу являются силикатами, т.е. соединениями кремния. Основными недостатками таких покрытий является хрупкость и растрескивание при тепловых и механических ударах.

Образование на поверхности металлических изделий защитных оксидных пленок при химической обработке металла называют оксидированием. Некоторые процессы имеют специальные названия. Процесс нанесения на сталь оксидных пленок называют воронением, а электрохимическое оксидирование алюминия - анодированием.

В сухом воздухе оксидные пленки достаточно стойки; во влажной атмосфере, и особенно в воде, защитные свойства их невысоки.

Фосфатные покрытия на стали получают из растворов ортофосфорной кислоты и ортофосфатов марганца и цинка (например, ZnHPO4 + H3PO4). При реакции образуется пористый кристаллический фосфат металла, хорошо сцепленный с поверхностью стали. Сами по себе фосфатные покрытия не обеспечивают достаточной защиты от коррозии. Их используют в основном в качестве подложки под краску, что повышает сцепление лакокрасочного покрытия со сталью и уменьшает коррозию в местах царапин.

К органическим относятся лакокрасочные покрытия, покрытия смолами, пластмассами, полимерными пленками, резиной. Так, при защите подземных трубопроводов применяют обмотку их полиэтиленом в виде липкой изоляционной ленты. Лакокрасочные покрытия наиболее распространены и незаменимы. Лакокрасочное покрытие должно быть сплошным, беспористым, газо- и водонепроницаемым, химически стойким, эластичным, обладать высоким сцеплением с материалом, обладать механической прочностью и твердостью. Указанные покрытия делят на две группы: лаки и краски (эмали). Краски (эмали) представляют собой смесь нерастворимых частиц пигмента (красителя), взвешенных в однородном органическом связующем. Лаки обычно состоят из смеси смолы или высыхающего масла с летучим растворителем. В процессе сушки происходит полимеризация смолы или масла и испарения растворителя.

3) Легирование металлов. Это эффективный (хотя и дорогой) метод повышения коррозионной стойкости металлов. При легировании в состав сплава вводят компоненты, вызывающие пассивацию металла: хром, никель, вольфрам и др. Широкое применение нашло легирование для защиты от газовой коррозии.

Объемное легирование осуществляется одновременно с получением того или иного конструкционного материала. Так хром и никель, введенные в сталь, диффундируя к поверхности, образуют оксидный слой, содержащий шпинели состава: NiO×Cr2O3 и FeO×Cr2O3.

Поверхностное легирование представляет собой насыщение поверхности данного сплава металлом, который при высоких температурах окисляется энергичнее, чем железо, и образует при этом плотную защитную пленку оксида. Так осуществляют легирование стали алюминием (алитирование), хромом (хромирование), кремнием (силицирование). Стали, легированные 4-9% хрома, молибденом или кремнием, применяют, например, в парогенераторо- и турбиностроении.

4) Изменение свойств коррозионной среды. Для снижения агрессивности среды уменьшают концентрацию компонентов, опасных в коррозионном отношении. Например, в нейтральных средах коррозия обычно протекает с поглощением кислорода. Его удаление достигают несколькими способами:

- термической деаэрацией (кипячением);

- восстановлением с помощью соответствующих восстановителей

(сульфитов: Na2SO3 + 1/2O2 = Na2SO4, гидразина и т.п.);

- установкой сталестружечных фильтров, которые взаимодействуют с O2.

Агрессивность среды можно уменьшить также снижением концентрации ионов H+, (повышением рН): для этого в воду добавляют NaOH, Na3PO4, NH3. При рН = 8,8 коррозия с водородной деполяризацией практически прекращается.

В приборостроительной практике при герметизации схем обычно заменяют воздух на гелий или аргон высокой чистоты, что исключает коррозию. Если есть возможность, то создают вакуум.

При необходимости сообщения приборного устройства с атмосферой и невозможности его герметизации ставят поглотители, сорбирующие влагу и углекислый газ из воздуха и тем самым снижают возможность появления коррозионных пар.

Для защиты от коррозии широко применяют ингибиторы. Это вещества, которые пассивируют поверхность металлов и препятствуют развитию коррозионных процессов. Ингибиторами могут быть как неорганические, так и органические вещества. Неорганические вещества применяются редко, главным образом, при травлении металлов. Кислые растворы (H2SO4, H3PO4) растворяют оксидную пленку на металле, а потом начинают растворять и сам металл. При добавлении соединений свинца - (CH3COO)2Pb - свинец осаждается на металлической поверхности, обнаженной от оксидной пленки, и прекращает ее растворение:

Me0 + Pb2+ = Pb0 + Me2+

Для длительного хранения изделий применяют ингибиторы органического типа. Обычно это соединения, содержащие азот, серу и кислород. Например, диэтиламин, уротропин, формальдегид. Их применение быстро расширяется. Эти ингибиторы адсорбируются на активных участках металлов и пассивируют их.

5) Электрохимическая защита. Различают анодную, катодную и протекторную защиту. Этот метод основан на торможении анодных и катодных реакций коррозионного процесса. При работе коррозионной гальванической пары активный участок - анод разрушается и переходит в ионное состояние, развивая при этом некоторый отрицательный потенциал. Если на изделие извне наложить отрицательный потенциал, больший, чем развивает при работе коррозионной пары анод, то процесс прекратится. Этот общий метод реализуется двумя путями.

а) Метод протекторов - заключается в том, что к изделию, подвергающемуся электрохимической коррозии, подключают деталь - протектор из еще более активного металла, чем металл изделия. Протектор (анод) будет разрушаться, а изделие (катод) останется неизменным. Для изготовления протекторов большей частью используют магний и его сплавы, цинк, алюминий (рис. 7.11).

 
 
Рис.7. 11. Схема протекторной защиты.  

 


Например, бронзовый подшипник и шейка вала гребного винта корабля создают коррозионную пару, в которой будет разрушаться поверхность стального вала, что очень опасно. Если в непосредственной близости прикрепить к корпусу цинковую пластину, то она будет растворяться и держать под отрицательным потенциалом возникшую коррозионную пару, запрещая ее работу. Площадь протектора должна составлять 0,2-0,5% от площади защищаемой конструкции. Этот метод используют для защиты от коррозии холодильного оборудования, судов, котлов, хранилищ нефти.

б) Метод внешнего потенциала (катодная защита) заключается в том, что защищаемое изделие подключается к отрицательному полюсу внешнего источника постоянного тока, поэтому оно становится катодом, а анодом служит вспомогательный, обычно стальной электрод. Вспомогательный электрод (анод) растворяется, на защищаемом сооружении (катоде) выделяется водород. Катодную защиту применяют к подземным трубопроводам, кабелям, оборудованию химических заводов.

 
 
Рис.7. 12. Схема катодной защиты (метод внешнего потенциала).  

 

 


Разработана также защита металла от коррозии наложением анодной поляризации. Этот метод применим лишь к металлам и сплавам, способным легко пассивироваться при смещении их потенциала в положительную сторону. Анодную защиту применяют, например, для предотвращения коррозии нержавеющих сталей в серной кислоте.


mylektsii.ru - Мои Лекции - 2015-2018 год. (0.007 сек.)Пожаловаться на материал