Коррозия и защита металлов и оборудования Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине »Коррозия оборудования и защита от нее» (стр. 5 )

  6. Методы  защиты  металлов  от  коррозии

  Возможные  методы  противокоррозионной  защиты  разделяются  на  три  группы: 1)  изменение  свойств  коррозионной  среды; 2)  изменение  свойств  корродирующего  металла  или  сплава; 3)  отделение  металла  от  коррозионной  среды (  защитные  покрытия). Для  первой  группы  методов характерно  стремление  уменьшить  концентрацию  деполяризаторов  в  среде ( О2, Н+, SO3,  NO2  и  др.  окислителей ),  удалить из нее  стимуляторы ( активаторы) коррозии (F−, CI–, Br–,HS−,  S2−,  SO32–  и  др. )  или  ввести  в  среду  добавки ( до 1% )  веществ, замедляющих  коррозию ( ингибиторов). Применение  ингибиторов– эффективный, универсальный  и  экономически  целесообразный  способ  противокоррозионной  защиты  металлов  в  различных  агрессивных  средах. Эффективность  защитного  действия  ингибиторов  оценивают  ингибиторным  эффектом ( г ) или  степенью  защиты (Z ).  Ингибиторный  эффект  показывает, во  сколько  раз  ингибитор уменьшает  скорость коррозии  и  вычисляется  по  формуле

    =   (13)

где  K, Kо – скорость коррозии  соответственно  в  присутствии  ингибитора и  без  него.

  Степень  защиты,  или защитное  действие  вычисляется  по  формуле

  Z = · 100%.  (14 )

  Механизм  действия  ингибиторов  заключается  в  физической  или  химической адсорбции  их  на  поверхности  металла и  последующем  торможении  катодных и  анодных  процессов. Характер  адсорбции  ингибиторов  определяется  природой  активных  функциональных  групп  ингибитора  и  зарядом  поверхности  металла.  Анодные  ингибиторы  тормозят  растворение металла  путем  образования  на  анодных  участках  защитных  пленок(  фосфаты,  силикаты)  или путем  перевода металла в пассивное  состояние ( хроматы,  молибдаты, нитраты, нитриты).Анодные ингибиторы являются «опасными», так как при недостаточной концентрации могут вызвать питтинговую коррозию. Катодные ингибиторы понижают скорость коррозии за счет повышения перенапряжения катодного процесса ( выделения водорода, поглощения кислорода) или образования адсорбционных и фазовых пленок.

  В  зависимости  от  условий  эксплуатации ингибиторы  делятся на  следующие  группы:  1) ингибиторы  атмосферной  коррозии(  карбонат  аммония,  смесь  уротропина с  нитритом натрия,  бензоат  натрия  и  др.); 2)  ингибиторы  для  нейтральных  и  водно - солевых  систем ( хроматы  натрия  или  калия, нитрат, силикат  или молибдат  натрия  и  др.);  3) ингибиторы  кислотной  коррозии ( на  основе  органических  веществ); 4) масло - растворимые  ингибиторы(  ароматические  амины, фенолы  и  др.), вводимые в  масла  и смазки.

  Значительное  повышение  коррозионной  стойкости достигается  при  легировании  металла  или  сплава специальными добавками,  вызывающими  торможение  катодного или анодного  процессов. В  качестве  катодных  легирующих  добавок ( до 1% ) используются  медь,  никель, вольфрам, палладий,  платина  и  др. Торможение  анодных  процессов связано с  уменьшением  площади  анодных  участков  или с  пассивированием  сплава ( при  легировании  сталей  хромом,  титаном,  молибденом или кремнием).

  Защитные  покрытия  разделяются по ГОСТ 9.301−86  на  металлические и  неметаллические ( краски, лаки, эмали, смазки  и  др.).  По  способу  нанесения  различают  гальванические (электролитическим  осаждением  цинка, кадмия,  никеля, хрома, олова и др.), диффузионные  ( насыщением  поверхностного  слоя  металла алюминием,  хромом,  титаном,  кремнием  и  др.),  металлизационные (  распылением  жидких металлов),  химические  (путем  химической  или  электрохимической  обработки – оксидирование,  фосфатирование, анодирование ) и  механотермические покрытия.

  Металлические  защитные  покрытия  могут быть  анодные  и  катодные(рис.8).  Анодные покрытия  имеют  электродный  потенциал  более  отрицательный,  чем  потенциал  защищаемого  металла  (например, цинковое  покрытие на  железе  0 Zn2+/Zn = – 0,76 B, Еo = = – 0,44 B).  При  нарушении  анодного  покрытия  разрушение  основного  металла  не  происходит,  так как  пеоследний  является  катодом  коррозионного  элемента.  Схема  работы  коррозионного  элемента  в  этом  случае  может  быть  представлена в виде

  |ЇЇЇЇЇЇЇЇ↓ |ЇЇЇ

  ( – )  A  Zn / Zn2+  Fe  O2/ OH–  K (+).  ( 15 )

  |→ Н+/Н2

    An−

Катодными называют покрытия, электродный потенциал которых в данной среде имеет более  положительное значение, чем потенциал основного металла, например никель (олово, медь) на стали (железе). При нарушении катодного покрытия основной металл будет анодом и начнет корродировать, а металл покрытия – катодом. Схема работы микрогальванических элементов в этом случае следующая:

  |ЇЇЇЇЇЇЇ↓|ЇЇЇ

  ( – ) A Fe / Fe2+  Ni  O2/ OH– K (+).  (16 )

  (Sn, Cu)  Н+/Н2

  |______

    An−

Рис. 8  . Схема коррозии металла в кислом растворе при нарушении металлических покрытий:

а - катодного,  б - анодного; 1– раствор, 2 – покрытие, 3 –основной металл,

4 –дефект в покрытии.

  В местах обнажения основного металла коррозия усиливается. Следовательно, необходимо, чтобы в катодных покрытиях было минимальное количество пор..

В коррозионных средах с хорошей электропроводностью применяют электрохимическую защиту (протекторную, катодную и анодную защиту, электродренаж). Протекторная защита состоит в создании макрогальванического элемента, в котором защищаемый металл является катодом, а анодом (протектором) служит более активный металл или сплав (алюминий, цинк, их сплавы). Эффективность протекторной защиты зависит от электропроводности среды, разности потенциалов между протектором и защищаемой конструкцией, от площади контакта и способа размещения протектора. 

  При катодной защите конструкцию искусственно делают катодом путем присоединения к отрицательному полюсу внешнего источника тока, к положительному полюсу присоединяют чугунный или  стальной лом, графит. Катодная защита успешно применяются для защиты морских сооружений (шлюзов, эстакад), трубопроводов, судов, изделий из стали, меди и алюминия.

Сущность анодной защиты состоит в создании на поверхности защищаемой конструкции пассивирующей пленки путем анодной поляризации от внешнего источника постоянного тока. Присутствие галогенидных ионов в коррозионной среде делает невозможным применение анодной защиты сплавов на основе железа из-за опасности развития питтинговой коррозии. До уровня промышленного применения доведена анодная защита стальных емкостей для хранения и перевозки кислот и щелочей, а также защита автоклавов из углеродистой стали при щелочной варке целлюлозы.