книги из ГПНТБ / Соголовская А.Г. Прогрессивные методы горячего цинкования

c L 4

Пр е д и с л о в и е

Вдирективах XXIII съезда КПСС по пяти­ летнему плану развития народного хозяйства

СССР на 1966—1970 гг. предусмотрено значи­ тельное увеличение производства черных и цвет­ ных металлов, особенно свинца, цинка, .маг­ ния, олова, никеля и др. Однако многие, и осо­ бенно черные металлы подвергаются коррозион­ ному разрушению. В связи с этим проблема надежной защиты металлов от коррозионного разрушения приобретает важное значение.

Среди разнообразных способов защиты чер­ ных металлов от коррозии одним из наиболее эффективных и распространенных является горя­ чее цинкование. Несмотря на широкое приме­ нение горячего цинкования, литературных дан­ ных по современной технологии этого процесса еще недостаточно.

Вместе с тем, изучение работы многих цехов горячего цинкования бытовых емкостей показало, что большинство из них работает по устаревшей технологии, не используя опыт передовых пред­ приятий страны и научные достижения. Поэтому

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О КОРРОЗИИ И ЗАЩИТЕ МЕТАЛЛОВ

Коррозия металлов — это разрушение их вследствие воздействия внешней среды, в результате которого металл переходит в окисленное (ионное) со­

)ческая.

Воздух, вода и земля — основные «питательные среды» коррозии. В этих средах коррозия носит электрохимиче­ ский характер и механизм ее сводится к работе множества мельчайших гальванических элементов, г Прежде всего, в любом металле имеется определенное

количество свободных (валентных) электронов, которые называются коллективизированными. Эти электроны спо­ собны, подобно молекулам газа, легко перемещаться в ме­ талле, равномерно заполняя все пространство последне­ го. И если по тем или иным причинам плотность «электрон­ ного газа» на различных участках металла не одинакова, то электроны будут «перетекать» от участков с большей концентрацией к участкам с меньшей.

Таким образом, электропроводность в проводниках пер­ вого рода — металлах осуществляется за счет перемещения электронов.

В проводниках второго рода, например в водных ра­ створах электролитов, проводимость осуществляется заря­ женными атомами (ионами), которые образуются за счет распада (диссоциации) молекул солей, кислот и оснований, растворенных в воде.

Если погрузить металл в водный раствор электролита, то положительные ионы металла, находящиеся на поверх­ ности его, будут испытывать электростатическое притяжение со стороны дипольных молекул воды. При этом, если силы

на границе металл — раствор двойной электрический слой

(рис. 3).

6

Таким образом, на границе раздела между проводником первого рода — металлом и проводником второго рода — раствором электролита возникает скачок потенциала, вели­ чина которого определяется степенью «благородства» того или иного металла и электролита.

Для металла, погруженного в электролит, содержащий его ионы, скачок потенциала, или так называемый равно­ весный потенциал, определяется по формуле Нернста

Ф= Фо + - ^ 1пСа.

где <ро— нормальный потенциал, имеющий место при стан­ дартной концентрации (равной единице) ионов металла в растворе; R — газовая постоянная; п — число зарядов иона; F — константа Фарадея (96 500 кулонов); Са — активная концентрация ионов металла.

Величины равновесных потенциалов исчисляются отно­ сительно условного нуля, за который принят потенциал

7

водородного электрода при определенных стандартных ус­ ловиях.

Электродные потенциалы некоторых металлов, измерен­ ные в 3%-ном растворе хлористого натрия, в порядке воз­ растания благородных свойств приведены в табл. 1 [2].

Таблица 1

Электродные потенциалы некоторых металлов

Если в водный раствор электролита погрузить два раз­ личных по своей природе металла, то образуется гальвани­ ческий элемент (рис. 4).

Так, в водный раствор сернокислого никеля погружают соединенные проводником железную и никелевую пластины. В этой паре электродов железо, как менее благородный ме­ талл, легче никеля отдает некоторое количество атомов (в виде положительных ионов) раствору. При этом освобожда­ ется эквивалентное количество электронов, которые пере­ текают по проводнику к никелевой пластине.

Положительно заряженные ионы водорода, находящие­ ся в растворе у электрода, будут присоединять к себе избы­ точные электроны, выделяясь в виде нейтральных атомов, группирующихся в молекулы на никелевой пластине. Таким образом, работа приведенного элемента будет обу­ словлена двумя электродными процессами:

Fe — 2е — Fe2+; 2Н+ + 2е = Ш .

Однако такой элемент мог бы работать длительное время только в условиях непрерывно обновляющегося элек­

8

тролита. В противном случае за счет увеличения кон­ центрации ионов железа потенциал железного электрода

энергетически более активные участки становятся анодами ми­ кроэлементов и растворяются. Другие же участки выполня­ ют функцию второго нерастворимого электрода.

Допустим, что обнаженная поверхность металла находит­ ся под длительным воздействием атмосферного воздуха, в ко­ тором содержится в виде пара или мельчайшего тумана некоторое количество влаги. Она не является идеально чистой водой, а содержит растворенные соли и служит про­ водником электрического тока. При наличии электропро­ водной жидкости, покрывающей участки металла с различ­ ной активностью, создаются условия для электрохимиче­ ской (гальванической) коррозии. Металл с активных уча­ стков переходит в виде положительно заряженных атомов

9

Так, например, железо и малоуглеродистые стали можно облагородить добавками к ним определенных количеств хрома и никеля, получив нержавеющую сталь. Однако по­ вышение антикоррозионности металлов путем легирования их различными добавками является дорогим и не всегда доступным способом.

Если металлические конструкции эксплуатируются в среде, хорошо проводящей электрический ток, например

вводе или влажной почве, то их стойкость против коррозии можно повысить так называемым электрохимическим обла­ гораживанием. Например, если погрузить стальной предмет

вречную, а еще лучше в морскую воду, он быстро начнет покрываться бурыми продуктами коррозии. Но, если вме­ сте с ним в воду погрузить кусок цинка, имеющий надежный контакте этим предметом, ржавчина образовываться не бу­ дет, так как получится короткозамкнутый гальванический эле­ мент, в котором стальной предмет является нерастворимым, более благородным электродом. Цинк же принимает на себя роль защитника стали от разрущающего действия корро­ зионной среды и сам подвергается интенсивному разруше­ нию. В технике такая защита стали от морской и подземной коррозии называется протекторной. Роль протектора для черных металлов обычно выполняет цинк.

Еще более надежным и эффективным методом электро­ химического облагораживания является катодная защита, которая по механизму действия не отличается от протектор­ ной и применяется для хорошо проводящих электриче­ ский ток коррозионных сред.

Сущность этой защиты заключается в том, что между металлоконструкцией и каким-либо вспомогательным элек­ тродом включается мощный источник постоянного тока так, чтобы защищаемый металл был соединен с отрицательным полюсом этого источника.

11