Металлические покрытия.

По механизму своего защитного действия и поведению изделия в целом в электролитной коррозионной среде, т.е. в условиях электрохимической коррозии, металлические защитные покрытия подразделяют на катодные — коррозионно-стойкие и анодные — протекторные.

Металлы катодных покрытий имеют в данной среде большие (более положительные) значения электродных потенциалов, чем значение потенциала металла, на который они нанесены. Это, например, серебряное

( = 0,779 В) или никелевое ( = –0,250 В) покрытие на железе = –0,440 В). Изолируя поверхность от коррозионной среды, они защищают изделия лишь механически, поэтому основным требованием, предъявляемым к ним, является герметичность.

Нарушение целостности таких покрытий в условиях, когда поверхность покрыта слоем адсорбированных паров воды с растворенным в ней кислородом и другими веществами, приводит к образованию гальванического элемента. В этом случае металл, имея более низкое значение электродного потенциала, будет окисляться (подвергаться коррозии) в первую очередь: . Электроны, проходя через слой катодного покрытия, будут взаимодействовать с соответствующим деполяризатором ( , или ). При этом сам материал катодного покрытия разрушаться не будет.

Рис.3. Схема гальванического элемента никель-железо (катодное покрытие)

Рис.4. Схема гальванического элемента железо- оксиды железа (катодное покрытие)

Металлы анодных покрытий имеют меньшие (более отрицательные) значения потенциалов в данной среде, чем потенциал металла, на который они нанесены. Поэтому цинковое ( =-0,763 В) или в некоторых средах алюминиевое ( = -1,662 В) покрытие на железе ( = -0,440 В) является анодным. Анодные покрытия защищают изделия не только механически, но и электрохимически. Это означает, что при повреждении или наличии пор в образующемся в коррозионной среде ГЭ покрытие будет выступать в роли анода и подвергаться разрушению, поэтому требование герметичности для анодных покрытий не столь существенно. При этом они защищают изделие тем дольше, чем больше их толщина.

Рис.5. Схема гальванического элемента цинк-железо (анодное покрытие)

В качестве металлов покрытий обычно используют металлы, образующие на своей поверхности защитные пленки. К ним относятся Zn, Al, Sn, Cd, Cr и др.

И в катодных, и в анодных металлических покрытиях в образующихся ГЭ на катоде и аноде происходят аналогичные процессы. На аноде-окисление (коррозия) металла:

На катоде-восстановление (деполяризация) окислителе окружающей среды. В случае нейтральной среды чаще всего:

В кислой среде

То есть корродирует металл анода, а материал катода теоретически остается неизменным (не разрушается) вплоть до полного разрушения материала анода.

Выбор типа покрытия диктуется конкретным эксплуатационными характеристиками защищаемого металла. Тонкие листы железа широко используются как кровельный материал крыш зданий. Для их защиты от коррозии чаще всего применяют цинкование. В этом случае < и цинковое покрытие является анодным. В идеале (при небольших царапинах) кровельное железо не разрушается, коррозии подвергается цинк. В современных и более дорогостоящих покрытиях используют цинк-алюминиевые покрытия (цинк-алюм). Анодное покрытие железа недопустимо в пищевой промышленности в производстве жести для консервных банок. В этом случае ионы анодного покрытия переходили бы в раствор и попадали бы в конечном итоге в организм человека. Ионы относятся к необходимым микроэлементам жизнедеятельности человека. Однако, их повышенное содержание приводит к тяжёлым отравлениям. Поэтому в пищевой промышленности используют лужёную (покрытую оловом) жесть. Олово, являясь катодным покрытием по отношению к железу ( > ), при коррозии не растворяется.

Известны различные методы нанесения металлов. Выбор того или иного метода определяется назначением покрытия. Отметим лишь самые распространенные.

1. Электролиз — покрываемое изделие, являющееся катодом, погружают в гальваническую ванну с электролитом, содержащим ионы наносимого металла, через который пропускают постоянный электрический ток.

2. Металлизация — расплавленный металл с помощью газовой струи из шприц-пистолета наносят на поверхность мостов, деталей судов, больших баков и др.

3. Горячий метод — защищаемое изделие, обработанное флюсом, погружают в расплавленный металл. Покрытие (например, из Zn, Sn, Pb и др.) образуется после извлечения его из ванны.

4. Химический — покрытия (например, из Сu, Ni и др.) формируются при восстановлении (водородом, гидразином, гипосульфитом и др.) металлов из растворов их солей.