Фосфатування
Суть його полягає в створенні на поверхні металу, який захищають, плівки нерозчинних фосфатів заліза, марганцю або цинку. Фосфатні покриття володіють високим електричним опором і витримують напруги від 300 до 500 В.
За твердістю фосфатна плівка переважає мідь і латунь, але вона м'якша за сталь. Розчинність у воді при кімнатній температурі 1,5 мг/л, при 90С – 10,6 мг/л.
Утворення фосфатної плівки – складний фізико-хімічний процес. Формування плівки починається з електрохімічного процесу, при якому на анодних ділянках поверхні залізо переходить в розчин у вигляді іонів, а на катодних ділянках виділяється водень:
на аноді:
Fe = Fe2+ + 2e–; Fe2+ + HPO42–= FeHPO4
3Fe2+ + 2PO43– =Fe3(PO4)2
Zn2+ + HPO42– = ZnHPO4
3Zn2+ + 2PO43– = Zn3(PO4)2
на катоді:
2H+ + 2e– = H2
З часом росту фосфатної плівки швидкість процесу зменшується і після закриття всієї поверхні плівкою фосфатування припиняється і припиняється виділення водню.
Утворені двох- і трьохзаміщені фосфати створюють фосфатну плівку на поверхні металу. Між фосфатною плівкою і металом існує тісний кристалохімічний зв'язок – іони металу, який фосфатується, є складовою частиною фосфатної плівки.
Фосфатні покриття витримують короткочасне нагрівання до 400–500С. Застосовуються фосфатні покриття (плівки) для захисту від корозії, для зменшення тертя для електроізоляції. Воно також є дуже добрим ґрунтом для нанесення лакофарбових покриттів.
Існує також хімічний та електрохімічний способи фосфатування чорних і кольорових металів як при кімнатній, так і при підвищених (до 65–70С) температурах. Підвищення температури і густини струму скорочує час фосфатування до 5–8 хв.
Інгібітори корозії
Введення в склад агресивного середовища речовин, які знижують або повністю виключають корозійний процес називається інгібуванням, а введені речовини – інгібіторами.
Інгібітори, адсорбуючись на поверхні кородуючого металу, гальмують протікання анодного і катодного процесів електрохімічної корозії або, утворюючи екрануючу плівку, ізолюють метал від електроліту, або мають змішаний характер сповільнюючої дії.
Концентрація введених речовин для зниження швидкості корозії при інгібуванні залежить від складу і властивостей агресивного середовища, його температури, рН та інших факторів. Дія інгібітора оцінюється величиною захисного ефекту Z (в%) і коефіцієнтом захисної дії K2 (дія сповільнювача) і визначається по формулам:
Z=Ko/K1;
K2 = [(K0 – K1) / K0] 100%, де
Ко – масовий показник корозії в середовищі без сповільнювача, г/(м2год);
К1 – масовий показник корозії в середовищі з сповільнювачем, г/(м2год).
КЛАСИФІКАЦІЯ ІНГІБІТОРІВ
Інгібітори знижують швидкість корозії металів тільки в системах з постійним об'ємом агресивного розчину, наприклад при захисті резервуарів, травильних ван і т.д. Причому в залежності від корозійного середовища застосовують відповідний інгібітор. Так, для зниження корозії в кислотах застосовують речовини, що знижують швидкість корозії в кислому середовищі, а для запобігання корозії в лужному середовищі використовують інгібітори лужної корозії.
Одні інгібітори сповільнюють катодний процес, інші – анодний, треті – обидві стадії процесу. Тому інгібітори корозії поділяють на анодні, катодні і органічні.
Анодні сповільнювачі – речовини, здатні на анодній поверхні металічного виробу утворювати тонкі (~0,01 мкм), частіше всього оксидні плівки. Такі плівки гальмують перехід іонів металу в розчин, скорочують анодну поверхню металу (тим самим знижується швидкість корозії). До анодних сповільнювачів відносяться хромати, біхромати, нітрити, фосфати та інші.
Катодні сповільнювачі – речовини, які гальмують окремі стадії катодного процесу. В процесах корозії, які протікають з кисневою деполяризацією, такий інгібітор повинен знижувати вміст кисню в агресивному середовищі, тому введення в середовище сульфіту натрію знижує швидкість корозії металу. До катодних сповільнювачів відносять і речовини, які скорочують поверхню катодних ділянок. Так, при введенні в лужне середовище хлористого або сірчанокислого цинку, швидкість корозії різко знижується через утворення нерозчинного гідроксиду цинку, який осаджуючись на стінках апарату, перешкоджає дотиканню розчину з металом. До катодних інгібіторів відносять речовини, здатні підвищувати перенапругу водню на катоді (As2O3, Bi2(SO4)3). Такі інгібітори застосовують в процесах корозії, які йдуть з водневою деполяризацією.
Катодні і анодні інгібітори є неорганічними сполуками, тому вони можуть знижувати швидкість корозії металу тільки в нейтральних і лужних середовищах і не володіють захисною дією в кислому середовищі.
Органічні сповільнювачі в основному застосовуються для зниження швидкості корозії апаратури, яка дотикається з кислим середовищем. Сюди відносяться органічні колоїди, поверхнево-активні речовини та ін. Зниження швидкості корозії при застосуванні органічних інгібіторів пояснюється тим, що ці речовини, адсорбуючись на активних катодних ділянках поверхні апарату, гальмують розряд іонів водню, що знижує руйнування металу.
Органічні сповільнювачі адсорбуються тільки поверхнею металу, тоді як продукти корозії не адсорбують їх. Ця особливість інгібіторів лежить в основі очистки виробів з металів і сплавів від оксидів, іржі, окалини, які будуть легко розчинятись при кислотному травленні без помітного руйнування металу.
Органічні інігібітори широко використовуються при очистці котельних установок від накипу. Накип зі стінок апарату видаляється розчиненням її в соляній кислоті в присутності інгібітора:
CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + CO2 + H2O
Наявність інігібітора в НСl гальмує розчинення заліза по реакції:
Fe + 2 HCl = FeCl2 + H2
Органічні інгібітори широко використовуються при травленні залізних труб, для захисту холодильних установок, електролізерів, цистерн, резервуарів і т.д.
Для захисту металів і сплавів на повітрі застосовуються інгібітори атмосферної корозії (контактні і летючі).
Контактні інгібітори: нітрит і бензоат натрію захищають чорні метали, хром, нікель, цинк; хромат гексаметилендиаміну – чорні і кольорові метали. Інгібітори наносяться на деталі зануренням в розчини або вводяться в олії і мастила. Такі інгібітори використовуються для консервації деталей і вузлів, обладнання і механізмів в зібраному стані.
Летючі інігібітори: нітрит дициклогексиламіну (НДА), карбонат циклогексиламіну (КЦА) та інші – захищають від корозії вироби з чавуну, сталі, нікелю, хрому, чистий алюміній, фосфатовані і оксидовані метали. Вони можуть використовуватися у вигляді порошку або наноситись на пакувальний папір, картон, тканину зі спиртоводного розчину. Використовуються вони при консервації інструментів, обладнання і т.д., виготовлених з чорних металів.
ГЛОСАРІЙ.
КЛАСИФІКАЦІЯ КОРОЗІЙНИХ ПРОЦЕСІВ |
|
Блукаючі струми |
Струми обумовлені витоком тягового струму з рейок електротранспорту, що працює на постійному струмі. |
Вибіркова корозія |
Корозії піддаються сплави деяких металів, коли один із елементів або одна із структур сплаву руйнується, а решта практично залишається без змін. |
Волога атмосферна корозія |
Корозія при наявності на поверхні металу тоненької, невидимої плівкивологи. |
Грунтова корозія |
Корозія обумовленаелектрохімічною взаємодією підземних металічних споруд з корозійноактивним ґрунтом.
|
Кавітаційна корозія |
Руйнування поверхні металу або сплаву, яке викликане одночасною корозійною і механічною дією агресивного середовища. |
Корозійна стійкість |
Здатність металу протистояти корозійному впливу середовища. |
Корозійне середовище |
Середовище, в якому проходить руйнування металу або сплаву. |
Корозія металів |
Самовільне руйнування металічних матеріалів внаслідок хімічної або електрохімічної взаємодії їх з оточуючим середовищем. |
Корозія під напругою |
Корозія при одночасній дії корозійного середовища і постійних чи тимчасових напруг. |
Корозія при терті |
Руйнування металу, що викликається одночасною дією корозійного середовища і тертя. |
Міжкристалітна корозія |
Руйнування металу по границям кристалітів (зерен) з втратою його механічної міцності. |
Місцева корозія |
На поверхні металу виявляються ураження у вигляді окремих плям, виразок, точок. |
Мокра атмосферна корозія |
Корозія при наявності на поверхні металу видимої плівки вологи. |
Нерівномірна корозія |
Швидкість корозії на окремих ділянках поверхні виробунеоднакова. |
Підповерхнева корозія |
Руйнування йде переважно під покриттям, і продукти корозії зосереджуються всередині металу. |
Продукти корозії |
Хімічні сполуки, які утворюються в результаті корозії.
|
Рівномірна корозія |
Руйнування проходить з однаковою швидкістю по всій поверхні виробу. |
Суха атмосферна корозія |
Корозія при повній відсутності плівки вологи на поверхні металу.
|
Суцільна корозія |
Корозія, що охоплює всю поверхню металу. |
Щілинна корозія |
Руйнування металу під прокладками, в щілинах, різьбових кріпленнях, в клепаних з’єднаннях і т.п. |
ХІМІЧНА КОРОЗІЯ МЕТАЛІВ |
|
Газова корозія
|
Взаємодія металу з киснем при високих температурах. |
Глибинний показник корозії Кп |
Глибина (середня або максимальна) корозійного руйнування металу П за одиницю часу τ (напр.мм/рік). Кп= П/τ
|
Жароміцність |
Здатність металу зберігати тривалу міцність в області високих температур. |
Жаростійкість |
Здатність металу чинити опір окисненню в області високих температур. |
Істинна (або миттєва) швидкість корозії металу |
Рівна першій похідній величини у по часу τ, тобто dy/dτ при τ = τ1.
|
Механічний показник корозії |
Зміна якого-небудь показника механічних властивостей металу за певний час корозійного процесу, виражена в процентах. |
Об’ємний показник корозії |
Об’єм поглинутого або виділеного в процесі корозії газу приведений до нормальних умов і віднесений до одиниці поверхні металу і одиниці часу (см3/см2год). |
Показник зміни електричного опору |
Зміна електричного опору зразка металу за певний час корозійного процесу. |
Показник зміни маси |
Зміна маси зразка металу в результаті корозії, віднесена до одиниці поверхні металу S і до одиниці часу τ (г/м2год). |
Показник зміни товщини плівки продуктів корозії Кh |
Зміна товщини плівки продуктів корозії h за одиницю часу (мм/рік). Кh=h/τ
|
Суцільні захисні плівки |
Покривають суцільним шаром всю поверхню металу. Вони не маютьпор, мають високу адгезію (прилипання) до металу, є твердими, стійкими до зношування і інертними до агресивних середовищ, маютькоефіцієнт термічного розширення, близький до коефіцієнта термічного розширення металу. |
Умова суцільності Піллінга і Бедворса |
Молекулярний об’єм сполуки, що виникає із металу і окиснювача,Vok, повинен бути більшим за об’єм металуVMe, який пішов на утворення молекули сполуки.
|
Хімічна корозія |
Це взаємодія з корозійним середовищем, при якій окиснення і відновлення проходять в одному акті. Це окиснення металу при відсутності електролітів (не супроводжується виникненням електричного струму). |
ЕЛЕКТРОХІМІЧНА КОРОЗІЯ МЕТАЛІВ |
|
Адсорбційний потенціал |
Виникає при селективній(вибірковій) адсорбції заряджених або полярних частинок однієї фази на поверхні другої з утворенням подвійного електричного шару в межах однієї фази: адсорбція катіонів або аніонів електроліту на поверхні металу. |
Активатори |
Речовини і процеси, які викликають процес переходу металу з пасивного стану в активний. |
Активація або депасивація |
Процес переходу металу з пасивного стану в активний. |
Анодний процес |
Полягає в утворенні гідратованих йонів металу в електроліті та нескомпенсованих електронів на анодних ділянках за реакцією: ne ← neMen+ + mH2O→Men+•mH2O
|
Воднева деполяризація
|
Полягає у відновленні гідратованих йонів водню в кислому середовищі за реакцією (1), а в лужному і в нейтральному середовищах – за реакцією (2): H+•H2O + e– = Hадс + H2O (1) H2O + e– = Hадс + OH– (2)
|
Деаерація |
Видалення з електроліта кисню. |
Дифузійний потенціал |
Виникає при нееквівалентномупереході йонів з одного електроліта в інший. |
Електродний потенціал |
Виникає при переході катіонів з металу в електроліт або з електроліту в метал. |
Електрохімічна корозія металів |
Самовільне руйнування металічних матеріалів внаслідок електрохімічної взаємодії їх з оточуючим середовищем, при якій йонізація атомів металу і відновлення окислювального компоненту корозійного середовища протікають не в одному акті і їх швидкості залежать від величини електродного потенціалу металу. |
Електрохімічний механізм електрохімічної корозії. |
Полягає у електрохімічній реакції за участю вільних електронів, при якій йонізація атомів металу і відновлення окисненого компоненту корозійного середовища проходять не в одному акті і їх швидкості залежать від величини електродного потенціалу металу.
|
Катодний процес |
Полягає в асиміляції електронів певними йонами або молекулами розчину (деполяризаторами), які здатні до відновлення на катодних ділянках за реакцією: D + ne = [Dne]. |
Киснева деполяризація
|
Полягає у відновленні розчиненого в електроліті кисню з утворенням гідроксид-йону. В нейтральному і лужному середовищі йонізація кисню протікає по реакції: O2 + 4e- + 2H2O = 4OH- а в кислому середовищі за реакцією: O2 + 4e- + 4H+ = 2H2O
|
Контактний потенціал Вольта |
Виникає при переході електронів з одного металу в другий. |
Контактний потенціал другого роду (робота виходу електронів); |
Виникає при емісії електронів з металу в вакуум. |
Нерівноважний (необоротний)потенціал |
Потенціал, що виникає на межі поділу фаз, в тому випадку, коли в процесі взаємодії металу і електроліту приймають участь не тільки йони даного металу, а й чужорідні йони і атоми. |
Оборотний, або рівноважнийпотенціал |
Електродний потенціал металу, що знаходиться в рівновазі з власними іонами в розчині. |
Пасивація |
Це такий стан поверхні металу, коли в концентрованих розчинах окислювачів зниження швидкості корозії проходить в результаті утворення на поверхні фазових або адсорбційних шарів, що гальмують анодний процес. |
Хімічний механізм електрохімічної корозії. |
Полягає у хімічній реакції, яка проходить в одну стадію і не залежить від потенціалу металу, без участі вільних електронів, коли метал, віддаючи окиснику валентні електрони, вступає з ним в хімічну сполуку, або утворює йони, може мати місце і в електролітах.
|
КОРОЗІЙНІ ВИПРОБУВАННЯ |
|
Експлуатаційні дослідження |
Випробування машин, апаратів, конструкцій і засобів захисту в експлуатаційних умовах. |
Лабораторні дослідження |
Корозійні дослідження металічних зразків в лабораторних, штучно створених умовах. |
Позалабораторні дослідження |
Дослідження в природніх, експлуатаційних умовах. |
МЕТОДИ ЗАХИСТУ ВІД КОРОЗІЇ |
|
Алітування |
Процес введення в поверхню виробів (з сталі, чавуну, міді) алюмінію. |
Анодне покриття |
Виріб покривається металом, що має більш від'ємний електродний потенціал, ніж потенціал металу виробу, наприклад, покриття сталі цинком (оцинковане залізо).
|
Анодний захист |
Анодний захист здійснюється приєднанням до конструкції додатнього полюса джерела постійного струму (аноду), а катоди розміщуються біля поверхні виробу. Застосовується тільки в тих випадках, коли метал або сплав виробу легко переходить в пасивний стан, який повинен зберігатись в окиснювальних середовищах. |
Анодні сповільнювачі |
Речовини, здатні на анодній поверхні металічного виробу утворювати тонкі (~0,01 мкм), частіше всього оксидні плівки. |
Гарячий метод |
Металічні покриття наносять на виріб чи заготовку шляхом їх занурення на декілька секунд в ванну з розплавленим металом. |
Гумування |
Захист від корозії хімічних апаратів, трубопроводів, ємностей для перевезення і зберігання хімічних продуктів і т.п. гумою або ебонітом. |
Дифузійна металізація |
Процес насичення поверхні виробів при високій температурі стійкими до агресивного середовища елементами: алюмінієм, хромом, бором, кремнієм. |
Електрохімічний захист |
Полягає в катодній або анодній поляризації конструкції, яку захищають. Він здійснюється шляхом приєднання до конструкції ззовні стороннього сильного катоду або аноду – протектора, або джерела постійного струму. Електрохімічний захист поділяють на катодний, анодний і протекторний.
|
Інгібування |
Введення в склад агресивного середовища речовин, які знижують або повністю виключають корозійний процес. |
Каталізатори-сиккативи |
Вводять в склад композиції для прискорення висихання масляних плівок. (Солі Мn, Co, жирних органічних кислот). |
Катодне покриття |
Виріб покривається металом, що має більш позитивний додатній електродний потенціал, ніж електродний потенціал металу виробу. Наприклад, покриття виробу із сталі оловом (луджене залізо), міддю. |
Катодний захист |
Здійснюється приєднанням до конструкції від'ємного полюса джерела постійного струму (катоду), а додатній полюс джерела струму (анод) заземлюється за допомогою пластини металу чи графіту. |
Катодні сповільнювачі |
Речовини, які гальмують окремі стадії катодного процесу. |
Лаки |
Розчини плівкоутворюючих речовин в органічних розчинниках. Лаки що містять пігменти називаються емалевими фарбами або емалями. |
Металізація |
Процес нанесення розплавленого матеріалу на поверхню виробів стиснутим повітрям або інертним газом з метою захисту виробів від корозії. |
Оксидування |
Процес отримання на металі оксидних плівок. |
Плакування |
З'єднання металів між собою гарячою прокаткою, при якій утворюється міцна сполука двох металів за рахунок дифузії одного металу в інший. Плакуванням отримують ди– і багатошарові метали. Використовується для захисту від корозії основного металу або сплаву другим металом (сплавом), який стійкий до дії зовнішнього середовища. |
Плівкоутворюючі речовини |
Речовини, що здатні утворювати тонкі міцні плівки. Сюди відносяться рослинні олії, природні і синтетичні високомолекулярні речовини, ефіри целюлози, тваринні клеї, рідке скло, декстрин, казеїн. |
Протекторний захист |
Здійснюють шляхом приєднання до металу, який захищають, пластини другого металу або сплаву (протектора), потенціал якого в даному середовищі менший або більший, ніж потенціал металу конструкції. |
Силіціювання |
Процес насичення поверхні виробів із сталі, чавуну кремнієм. |
Фосфатування |
Створення на поверхні металу, який захищають, плівки нерозчинних фосфатів заліза, марганцю або цинку. Фосфатні покриття володіють високим електричним опором і витримують напруги від 300 до 500 В. |
Хромування |
Процес насичення поверхневих шарів виробу із сталі чи чавуну хромом. |