Сущность мероприятий по защите металлов от коррозии сводится к тому, чтобы не допускать непосредственного соприкосновения металла с разрушающей средой.
На практике применяются следующие способы защиты металлических изделий от коррозии: металлические и неметаллические покрытия, ингибиторы коррозии, электрохимическая защита.
Борьба с коррозией с применением защитных покрытий является наиболее распространенным способом.
Металлические покрытия – это защита поверхности металлических изделий другим коррозионно-устойчивым металлом. Для металлических покрытий применяют олово, никель, хром, цинк, кадмий. 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. Нарушение сплошности покрытия (разъединение, механические повреждения) влечет за собой усиленную электрохимическую коррозию основного металла. Во многих случаях сплошность покрытия может сохраняться довольно долго; столь же продолжительной будет и защита основного металла. Примером катодного покрытия является никелирование сплавов железа.
Металлические покрытия наносят гальваническим, термодиффузионным, горячим способами, а также напылением, плакированием, припеканием.
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 обеспечивается 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 (защитный металл - алюминий), хромирование, силицирование (защитный элемент - кремний).
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.
Лужение применяют в основном в производстве белой жести и для медной посуды; цинкование - для проволоки, кровельного железа, труб; свинцевание - для химической аппаратуры и труб.
Напыление плазменной струей получает все большее распространение. Напыляемый материал расплавляется в потоке газоразрядной плазмы аргона, азота, аммиака или водорода. Материалом покрытия могут являться металлы (Zn, Al, Cu, Ti, W, Cr, Mo и др.), оксиды (Аl203, Сl2О3, SiO2 и др.), карбиды (В4С, ТiС, NbC и др.), бориды, силициды, нитриды металлов, 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.
Помимо защиты от коррозии, припекание (металлирование) используют для восстановления изношенных поверхностных слоев деталей.
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 пленки, 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, струйным обливом, 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 смазочных материалов 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 аппаратуру! (сосуды, трубопроводы, травильные и гальванические ванны, краны, цистерны) от коррозионного действия кислот, щелочей, растворов солей. Для гуммирования поверхности заготовок обезжиривают, покрывают резиновым 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 окисления 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. Этим способом осуществляют защиту изделий от воздуха и осадков. Для изделий, подверженных действию более агрессивных сред, этот способ неприемлем. Кроме оксидных пленок, на стальных изделиях наводят пленки фосфорнокислых солей железа и марганца (фосфатирование); эти пленки в сравнении с оксидными являются более прочными.
Электрохимическая защита разделяется на протекторную и катодную.
Протекторную защиту применяют для изделий, соприкасающихся с электролитами. Вблизи поверхности, подлежащей защите, устанавливают протекторы из металла, имеющего в данном электролите меньший электродный потенциал, чем потенциал основного металла. При этом образуется гальваническая пара протекторную основной металл, в которой протектор будет анодом, а основной металл - катодом. В таких условиях протектор будет постепенно разрушаться, защищая тем самым основной металл. После полного разрушения протектор заменяют.
Так, например, с помощью цинкового протектора защищают от коррозии подводные части судна (винты и киль).
Катодную защиту применяют для подземных металлических сооружений (трубопроводов, кабелей и т. д.), которые присоединяются к отрицательному полюсу источника постоянного тока; положительный полюс заземлен.