Защита металлов от коррозии
Защита от коррозии – это комплекс мероприятий по защите, закладывающийся на стадиях конструирования, изготовления и эксплуатации изделия. Все методы защиты можно сгруппировать в:
1. Рациональное конструирование;
2. Методы воздействия на окружающую среду;
3. Электрохимические методы защиты;
4. Методы воздействия на материалы или изделия.
В основе большинства методов лежит явление поляризации – смещение потенциала металла изделия в область больших или меньших значений.
Рациональное конструирование.
а) Правильный выбор материалов;
б) Рациональное сочетание и компоновка в одном узле деталей, изготовленных из металлов различной активности;
в) Оптимальная форма;
г) Минимальная слитность сечения (отношение периметра сечения к его площади) у конструкций, характеризующая поверхность их соприкосновения с окружающей средой;
д) Характер соединения элементов в сборке (сварка, клепка, болтовое сочленение);
е) Возможность нанесения и возобновления различных покрытий.
Методы воздействия на коррозионную среду.
а) Введение ингибиторов коррозии – химических соединений или композиций на их основе, которые в небольших количествах снижают скорость коррозии.
По химическому составу ингибиторы бывают органические и неорганические.
По условиям применения – жидкофазные (для растворов, бывают кислотные, щелочные и нейтральные) и летучие (для атмосферной коррозии).
По механизму действия – катодные, анодные, экранирующие.
Механизм действия большинства из них заключается в адсорбции на поверхности и последующем торможении анодных и катодных процессов, а также в образовании защитных и пассивирующих пленок.
б) Обработка коррозионной среды.
– Нейтрализация кислотных сред щелочными реагентами (сода, извести). Снижается содержание Н+ и катодная реакция с выделением водорода тормозиться.
– Деаэрация нейтральных и щелочных сред. В результате термического воздействия или добавления реагентов (гидросульфатов, гидразингидрата, дитионита натрия и т.д.) уменьшается содержание растворенного кислорода, что замедляет реакцию с кислородной деполяризацией.
– Изменение состава газообразных сред. Газовые среды изменяют так, чтобы исключить возможность протекания коррозионного процесса. Газовые среды с такими свойствами называются защитные атмосферы.
Электрохимические методы защиты.
а) Анодная защита. В ее основе лежит анодная поляризация – смещение потенциала в область больших значений, до значений, лежащих в пассивной области анодной поляризационной кривой. Для этого конструкцию присоединяют к положительному полюсу внешнего источника постоянного тока, а к отрицательному полюсу присоединяют вспомогательный электрод. Тогда конструкция – анод, а вспомогательный электрод – катод.
б) Катодная защита. В основе лежит катодная поляризация – смещение потенциала в область меньших значений. Катодную поляризацию осуществляют двумя способами:
– Присоединение изделия к отрицательному полюсу внешнего источника постоянного тока (катодная защита внешним потенциалом);
– Присоединение к изделию анода-протектора («жертвенного анода»), изготовленного из металла с меньшим потенциалом, чем металл защищаемого изделия. При этом протектор становится анодом и разрушается.
В обоих случаях защищаемое изделие - катод.
Методы воздействия на материалы и изделия.
а) Легирование. Метод основан на введении компонентов, вызывающих пассивацию материала. Различают объемное (металлургическое) и поверхностное легирование. Легирующие компоненты диффундируют из объема на поверхность и вместе с основным металлом окисляются, образуя оксидные слои со структурой шпинели М(II)О·M2(III)O3, которые препятствуют дальнейшему проникновению коррозионной среды. Легирующие компоненты, в основном, хром и никель.
б) Нанесение защитных покрытий. Покрытия бывают металлические, неорганические, лакокрасочные, органические (смолы, пластмассы). По механизму защитного действия металлические покрытия бывают:
– Анодные. Покрытие – анод, защищаемое изделие – катод. Потенциал металлического покрытия меньше, чем потенциал защищаемого металла. Защищают как механически, так и электрохимически.
– Катодные. Покрытие – катод, защищаемое изделие – анод. Потенциал металлического покрытия больше, чем потенциал защищаемого металла. Защищают изделие только механически. Для катодных покрытий важно, чтобы они были сплошные, беспористые и не имели дефектов, так как в противном случае разрушается само изделие.
В качестве металлических покрытий используют те металлы, которые имеют на поверхности защитные оксидные пленки: Zn, Al, Sn, Cd, Cr.
Среди неорганических покрытий можно выделить конверсионные, портландцементные, силикатные эмали. Их защитное действие сводится, в основном к изоляции металла от окружающей среды.