Способы предохранения металлов от коррозии

ОСНОВЫТЕОРИИ КОРРОЗИИ МЕТАЛЛОВ

По виду коррозионного процесса различают электрохими­ческую, химическую и смешанную коррозию; в зависимости от кор­розионной среды ее относят к природной (под действием атмосферы,, морской, речной, озерной воды, почвы) или промышленной (под действием солей, кислот, щелочей). По характеру коррозионного разрушения выделяют равномерную (рис. 85, а), неравномерную (б), избирательную, воздействующую на определенную фазу (в), пят­нами (г), язвенную (д), точечную (е), сквозную (ж), ножевую (з), трещинами (и), межкристаллитную (к), подповерхностную (л) и* послойную (м) коррозии.

Электрохимической коррозией называют процесс самопроизволь­ного взаимодействия металла с жидкостью—электролитом, в ходе которого последовательно протекает окисление металла и восста­новление окислительного компонента; окислительный компонент при этом не входит в состав продукта коррозии.

По процессу электрохимической коррозии корродирует подавляющее большинство металлических изделий. Электролитами могут быть всевозможные электропроводные жидкости, чаще всего щелочи, водные растворы кислот, солей, газов.

Металлы обладают различной способностью переходить в раствор, т, е. различной упругостью растворения.

Структура металлов и сплавов в большинстве случаев неоднородна и состоит из двух фаз (например, феррита и цементита). Пр погружении такого сплава в электролит отдельные фазы (зерна его будут иметь различные потенциалы, а так как эти зерна соединены друг с другом через массу металла, то сплав будет представлять собой множество гальванических микропар.

чистые металлы и однофазные сплавы должны иметь большую кор­розионную стойкость, чем сплавы, состоящие из смеси фаз.

Слой электролита при коррозии может быть весьма незначитель­ным: достаточно небольшой конденсации влаги из воздуха на поверх­ности металла, как начинается процесс коррозии, поэтому электрохимическая коррозия наблюдается и в закрытых помещениях.

Наличие сплошной прочной оксидной пленки предохраняет ме­талл и от электрохимической коррозии, так как изолирует его от действия электролита.

Металлы, на поверхности которых об­разуются прочные, предохраняющие от коррозии плен-
ни, называют пассивирующимися.

Химической коррозией называют процесс самопроизвольного взаи­модействия металла с окислительным компонентом коррозионной среды, не зависящий от электродного потенциала металла. Продук­том коррозии является химическое соединение металла с окисли­тельным компонентом. Химическая коррозия протекает при действии на металл сухих газов, например, продуктов сгорания топлива, воздуха или жидких органических цеществ (бензина, мазута, смолы и др.).

В чистом виде химическая коррозия наблюдается, например, при горячей обработке металлов (продуктом является окалина).

Атмосферная коррозия совмещает особенности химической и электрохимической коррозии.

Мерой коррозионной стойкости металлов является скорость коррозии в данной среде и данных условиях. Скорость коррозии выражают массой металла в граммах, превращенной в продукты коррозии за единицу времени (1 ч) и отнесенной к единице его по­верхности (1 м2). На скорость коррозии влияют состав металлов, их механическая и термическая обработка, а также среда (воз­дух, вода, растворы кислот), температура, давление и характер на­грузки.

Наиболее опасной является межкристаллитная коррозия. Она распространяется по границам зерен и мало заметна при осмотре, однако изделия становятся негодными, так как нарушается металли­ческая сплошность их и резко снижается прочность. Развитию меж-крнсталлитной коррозии способствует образование мелкодисперсных включений по границам зерен и увеличение в связи с этим гальвани­ческих микропар. Например, у коррозионно-стойкой стали марки 12Х18Н9 межкристаллитная коррозия связана с выделением карбидов хрома по границам зерен, у дюралюмина — при выделении фазы СиА12 в процессе старения.

СПОСОБЫПРЕДОХРАНЕНИЯ МЕТАЛЛОВ ОТ КОРРОЗИИ

Все конструкционные и инструментальные металлы и сплавы подвержены коррозии. Сталь и чугун составляют основную массу металлических изделий, поэтому защита их от коррозии тре­бует особого внимания.

Производство коррозионно-стойких сплавов (например, высоколегированной хромовой и хромоникелевой стали) само по себе является способом борьбы с коррозией. Нержавеющая сталь и чугун, так же как и коррозионно-стойкие сплавы цветных металлов, весьма ценный антикоррозионный материал, однако применение таких сплавов не всегда возможно из-за их высокой стоимости или по техническим соображениям.

На практике применяются следующие способы защиты металлических изделий от коррозии: металлические и неметаллические покрытия, ингибиторы коррозии, электрохимическая защита

Металлические покрытия. Эти покрытия широко применяют для защиты от коррозии изделий и деталей машин, приборов, металло­конструкций. Наряду с защитой от коррозии металлические покрытия повышают износостойкость, антифрикционность, жаропрочность.

Различают анодные и катодные металлические покрытия. Анод­ные покрытия производят металлами, электродный потенциал кото­рых в данном электролите ниже потенциала покрываемого (основного) металла, например, покрытие железа цинком. Анодное покрытие защищает основной металл готовых изделий электрохимически. Срок службы анодных покрытий возрастает при увеличении их тол­щины. Катодные покрытия производят металлами, электродный, потенциал которых в данном электролите выше потенциала основного металла. Катодные покрытия создают механическую защиту основного металла. Примером катод­ного покрытия является никелирование сплавов железа.

Гальванические покрытия получают при электрокристаллизации — осаждении на изделии — катоде положительно заряженных ионов металлов из электролитов при пропускании через них постоянного тока. В качестве анодов применяют металлы покрытия (хром, никель, медь, цинк, олово, серебро, золото), которые в ходе процесса растворяются в электролите и пополняют его катионами, разряжающимися на катоде. При гальванических покрытиях обеспе- чивается нанесение покрытия из любого металла на заготовки также из любого металла.

Наряду с гальваническими существуют химические покры­тия, осаждаемые на поверхность заготовки без внешней поля­ризации, когда в разогретый электролит загружают холодные за­готовки.

Термодиффузионный способ состоит в поглощении защитного металла поверхностным слоем заготовок и осуществляется при высоких температурах. Этим способом производят алитирование, хромирование, силицирование.

Горячий способ применяют для нанесения тонкого слоя легкоплавких металлов: олова (лужение), цинка (цинкование) или свинца (свинцевание). Очищенную заготовку при этом погружают в расплавленный защитный металл, который смачивает ее.

Напыление плазменной струей получает все большее распростра­нение. Напыляемый материал расплавляется в потоке газоразрядной плазмы аргона, азота, аммиака или водорода. Материалом покрытия могут являться металлы которые применяют в виде проволоки и прутков (диаметром 0,5 -3 мм) или порошков сферической формы (диаметром 20— 100 мкм).

Напыление используют для изделий из стали, сплавов алюминия, Меди, титана и других металлов. Преимуществами плазменного способа являются универсальность, формование покрытий высокой плотности при хорошей сцепляемости с основным металлом, легкость управления процессом.

Плакирование (термомеханическое покрытие) заключается в сов­местной горячей прокатке или волочении основного и защитного металлов. Сцепление между металлами осуществляется в результате диффузии под влиянием совместной деформации горячей заготовки. Защищаемый металл (сталь, сплавы титана) покрывают с одной или с обеих сторон медью, томпаком, коррозионно-стойкой сталью, алюминием.

Припекание (металлирование) — это новый способ нанесения покрытий, образующихся из порошков металлов (железных, медных, титановых, никелевых, хромовых), а также нитридов, боридов, силицидов металлов и пластмасс. Операция припекания состоит в на­несении на подготовленную поверхность заготовки порошкового слоя и нагрева, в процессе которого порошок спекается, образуя сплошной защитный слой, и одновременно припекается к поверхности основного металла.

Неметаллические покрытия. К неметаллическим относятся по­крытия лаками, красками, смазкой, эмалями, а также резиной и эбонитом.

Лакокрасочные покрытия имеют самое широкое распространение для защиты металлоконструкций, машин и механизмов в различных агрессивных средах. Входящие в состав лакокрасочных покрытий пленкообразователи обеспечивают при правильном выборе лако­красочных материалов и технологии их нанесения высокую адгезию к металлам, получение сплошной, эластичной и беспористой изолирующей металл от коррозионной среды.

Технологический процесс лакокрасочного покрытия включает в себя подготовку поверхности, приготовление лакокрасочных материалов, нанесение покрытий и сушку. Лакокрасочные материалы наносят кистью, валиками, распылением, окунанием, электроосаждением.

Срок службы противокоррозионных лакокрасочных покрытий от 1 до 5 лет. К недостаткам этих покрытий относится снижение эффективности защиты со временем в результате порообразования и проникновения агрессивной среды, а также обгорание при высоких температурах.

В качестве смазок применяют минеральные масла и жиры. Защита смазкой производится при хранении и перевозке металлических изделий. Смазку периодически обновляют.

Покрытие резиной и эбонитом называют гуммированием; его применяют для защиты химической аппаратуры (сосуды, трубопроводы, травильные и гальванические ванны, краны, цистерны) от коррозиойного действия кислот, щелочей, растворов солей. Для гуммирования поверхности заготовок обезжиривают, покрывают резиновыл клеем и листами сырой резины или эбонита, затем производят вулканизацию и отделку.

Ингибиторы коррозии. Ингибиторами коррозии являются некоторые органические и неорганические соединения, которые вводят в небольших количествах в агрессивную среду, чем обеспечивается предотвращение или уменьшение скорости коррозии вследствие изменения механизма и кинетики электродных процессов. Ингибиторы используют для защиты металлоконструкций буровых скважин, трубопроводов, теплообменных аппаратов, химического оборудования.

Химическая и электрохимическая защита. Химическая защита состоит в искусственном создании на поверхности изделий защитных неметаллических пленок (чаще всего оксидных) за счет окисление поверхностного слоя металла. Наведение оксидных пленок называют оксидированием, а на железе и стали — воронением в связи с сине-черным цветом покрытия. Для воронения сталей наиболее распространен способ погружения заготовок в растворы азотно-кислых солей при температуре 140 °С. Оксидирование применяют для алюминия, магния и их сплавов.