2.13.Электрохимическая защита от коррозии

Природа процессов коррозии в электролитах, как было показано выше электрохимическая. При этом. коррозия является результатом ионизации металла за счет отдачи им электронов окислительному компоненту среды, т. е. связана с направленным протеканием тока в системе ме­талл—электролит. Очевидно, этот процесс можно оста­новить или приостановить путем изменения направления тока или создания условий, затрудняющих отдачу метал­лом электронов. Решение указанных задач с использова­нием внешнего тока является сущностью электрохими­ческой защиты.

Различают два способа электрохимической защиты. Первый из них, обеспечивающий изменение направления тока в системе металл—электролит, называется катодной защитой. Второй способ, затрудняющий или предотвра­щающий отдачу металлом электронов, называется анод­ной защитой.

В общем случае под электрохимической защитой по­нимается перевод металла в нереакционноспособное со­стояние путем электродной поляризации.

Катодная за­щита— способ предотвращения коррозии путем катодной поляризации металла со сдвигом его потенциала в отрицательную сторону. Катодная защита сводитсяI к тому, чтобы обеспечить на поверхности металла возможность протекания только (или преимущественно) катодных процессов.

Анодная защита — способ предотвращения коррозии путем анодной поляризации металла со сдвигом его потенциала в положительную сторону. Анодная защита сводится к тому, чтобы обеспечить создание на поверхности металла защитной пассивирующей пленки.

Электрохимические способы защиты осуществляются ^: с помощью внешних источников постоянного тока или протекторов, имеющих по сравнению с защищаемой кон­струкцией потенциал более отрицательный при катодной защите или более положительный — при анодной. В оте­чественной литературе и практике часто электрохими­ческий способ защиты с применением протекторов называется протекторной защитой. Этот термин неудачен, од­нако для удобства с некоторыми оговорками мы им пользуемся.

Таким образом, имеется принципиальная возможность катодной и анодной защиты металлов от коррозии. Од­нако, как будет показано ниже, величины защитных по­тенциалов значительно отличаются от теоретических значений. Во многих случаях при Е коррозия не пре­дотвращается, а усугубляется.

Механизм электрохимической защиты

Во всех электродных процессах сугубо электрохимиче­ской стадией является только стадия разряда — иониза­ция. В связи с этим объяснение механизма электрохи­мической защиты зиждется на закономерностях кинети­ки процессов именно этой стадии. Механизм электрохи­мической защиты поясняется с помощью поляризацион­ных диаграмм, раскрывающих кинетику электродных реакций.

Электрохимическая защита состоит в катодной или анодной поляризации защищаемой конструкции. Она осуществляется присоединением к конструкции извне источника постоянного тока или постороннего электрода— протектора. Электрохимическую защиту подразделяют на катодную и анодную.

Катодная защита применяется для предохранения металлических изделий, находящихся в почве, морской воде, а также для защиты аппаратуры химиче­ских и других заводов (холодильники, конденсаторы, теплообменники и др.), хранилищ нефти и др. Она осуществляется присоединением металлоконструкции к отрицательному полюсу внешнего источника по­стоянного тока или к металлу с более отрицательным потенциалом (анодный протектор). Такое присоединение превращает металлоконструкцию в катод и . тем самым предохраняет металл от разрушения. При катодной защите помощью источника постоянного внешнего тока (рис. 22) в качестве вспомога­тельного электрода (анода) используют нерастворимые материалы (графит, уголь) или растворяющийся металлический лом (рельсы, старые трубы и т. д.), который периодически нужно возобновлять.

При использовании анодного протектора создается гальванический элемент, в котором металлоконструкция является катодом, а протектор — растворимым анодом (рис. 23). В качестве протектора ис-

пользуют магний, цинк и их сплавы. Протектор работает эффективно, если переходное сопротивление между ним и коррозионной средой невелико. При за­щите изделия, лежащего в почве, протектор помещают в наполнитель — смесь неорганических солей с глиной, понижающих переходное сопротивление. Площадь протектора должна составлять 0,2—0,5 % от площади защищаемой конструкции.

Эффективность катодной защиты оценивают по защитному эффекту Z (в %) и коэффициенту защитного действия К.

Защитный эффект Z определяют по формуле Z=((K₁ –K₂)/K₁ ) 100%

где К₁— скорость коррозии металла без электрозащиты и К₂ - с электрозащитой соответственно, г/(м² -ч).

Коэффициент защитного действия К равен

К =( ∆m₁ – ∆m₂)/ i_k

где ∆m₁ и ∆m₂ — убыль массы металла без электрозащиты и с ней соответственно, г/м²; i_k плотность катодного тока, А/м².

Эффективность катодной защиты возрастает, если ее применять совместно с защитными покрытиями, например с нанесением битумного покрытия на тру­бопроводы.

При использовании катодной защиты, особенно с помощью внешнего источника постоянного тока, можно обеспечить полную защиту металлоконструкции от коррозии, т. е. достичь Z= 100%. Для этого нужно, чтобы потенциал защищаемого металла был равен равновесному.

Анодная защита применяется для защиты аппаратуры, изготовленной из нержавеющих и углеродистых сталей, титана, циркония и т. д., при работе в сильно агрессивных средах. Ее используют также часто с целью снижения -I загрязнений агрессивной среды продуктами коррозии.

Анодная защита применяется «только в тех случаях , когда металл или сплав способны перейти в пассивное состояние:. Анодная защита осуществляется присоединением защищаемого изделия к положительному полюсу внешнего источника постоянного тока или к металлу с более положительным потенциалом (катодный протектор). При этом потенциал защищаемого металла должен сместиться в область устойчивого пассивного состояния .

Катоды, используемые при анодной защите от внешнего источника, тока, должны иметь высокую устойчивость в коррозионной среде. Выбор материала катода определяется характером среды. Помимо платины, применяют хромоникелевые стали (для кислот), кремнистый чугун (для растворов неорганических солей, серной кислоты), никель (для щелочных сред).

В качестве катодного протектора можно использовать такие материалы, как углеграфит, диоксид марганца, магнетит, диоксид свинца, имеющие весьма положительный потенциал. Скорость коррозии при анодной защите может быть снижена до минимальной величины, соответствующей току полной пассивации , но никогда не уменьшается до нудя, как в случае катодной защиты.