12.3 Методы защиты от коррозии металлическими покрытиями и неметаллическими покрытиями.

Металлические покрытия по способу защитного действия делят на катодные и анодные. К анодным относят покрытия, обладающие более электроотрицательным потенциалом, чем защищаемый металл. Срок их службы определяется толщиной и скоростью коррозии покрытия в данных условиях. Они защищают металл не только механически, но и электро-химически, выполняя роль анода при коррозии, тогда основной металл становится катодом и не подвергается разрушению, пока сохраняется электрический контакт покрытия с металлом и через систему проходит достаточный электрический ток. По этому для таких покрытий не играет существенной роли их пористость. Анодные покрытия на железе обладают, как правило, невысокой коррозионной стойкостью и применяются обычно для защиты от атмосферной коррозии в нейтральных средах. Аноднымпоотношениюкжелезуявляютсяцинкикадмий Катодныминазываютпокрытия,имеющиеболееположительный потенциал,чемзащищаемыйметалл.Такиепокрытия надежнозащищаютметалллишьприусловииихсплошности,т.к.,впротивном случаевозникаетгальваническийэлемент,вкотором основнойметалл,являясьанодом,разрушается.Катодныепокрытия защищаютметаллчистомеханически,изолируяегоотагрессивной среды.Вместахнарушениятакихпокрытийразвиваетсяобычноязвенная илиподслойнаякоррозия.Ккатодным покрытиямпоотношениюкжелезуотносятсяCu,Ni,Sn,Pb,Cr.

Металлическиепокрытияпосравнениюснеметаллическимиобладаютбольшеймеханическойпрочностью,хотятехнологияихнанесениясложнее.Поспособу нанесенияихделятнагальванические, химические,диффузионные, металлизационныеи механотермические.

Гальваническиепокрытияполучаютметодомэлектролитическогоосажденияметаллаизрастворасоответствующихсолей(метод гальваностегии).Металл,накоторыйнаносятпокрытие,является катодом,аанодомобычнослужатпластиныосаждаемогометалла.

Гальваническиепокрытияприменяютвосновномдлязащитыот коррозиижелезаиуглеродистыхсталей. Назначениепокрытий:

–защитаоткоррозии(цинкование,кадмирование,лужение,оловянирование);

–защитно-декоративные(никелирование,хромирование,серебрение,золочение);

–повышениеэлектропроводности(меднение,серебрение,золочение);

–повышениетвердостииизносостойкости(хромирование,родирование,палладирование);

–получениемагнитныхпленок(осаждениесплавовNi-Co,Fe-Ni);

–улучшениеотражательнойспособностиповерхности(серебрение,родирование,палладирование,хромирование);

–улучшениеспособностикпайке(лужение,осаждениесплавов олово-свинец);

–уменьшениекоэффициентатрения(осаждениесплавоволово свинец,индий–свинецидр.).

Защитныепокрытиянаосноветермопластовиреактопластов

Дляизготовлениязащитныхпокрытийприменяюткактермопластичныеполимерыикомпозициинаихоснове,такитермореактивныенаосновесинтетическихсмол(олигомеров).

Защитныепокрытиянаосноветермопластовиреактопластов

Дляпротивокоррозионныхпокрытийприменяютсянаиболеехимическистойкиематериалы:полиэтилен(ПЭ),поливинилхлорид (ПВХ),полипропилен(ПП),пентапласт,фторопласты,полиизобутилен.Рассмотримважнейшиеизэтихматериалов.

ПокрытиянаосновеПВХвпротивокоррозионнойтехнике: выпускаютжесткий(не-пластифицированный)–винипластимягкий(пластифицированный) – пластикат.Винипластиспользуетсядляпокрытийреже,хотяхимическионболеестоек.Егонедостаток–низкаятепло-иморозостойкость.Пластикатчащеиспользуютдляпокрытий,онлегкоформуется,хорошосваривается.Пластификатор(обычнофталаты)улучшает егоэластическиесвойстваиповышаетморозостойкость.Пластикат стоеккводе,кислотамищелочамнизкихконцентраций.Принанесениипокрытийобязательногрунтованиеповерхности(клеямина основефенольныхиэпоксидныхсмол),т.к.пластификаторснижает адгезию.Пластикатприменяютдлязащитыметаллического,железо-бетонногоибетонногохимическогооборудования,строительных сооруженийистроительныхконструкций,каквкачествесамостоятельногопокрытия,такиввидеподслояподфутеровку.

3 4 2 4

3 2 4 3

ПокрытиянаосновеПЭобладаютвысокойстойкостьюкводеиагрессивнымсредампритемпературахдо60⁰С.ПрикомнатнойтемпературеПЭнерастворимыврастворителях,однаковыше70⁾С растворяетсявнекоторыхуглеводородахиихпроизводных.НедостаткиПЭ:старениеподдействиемсолнечныхлучей, ползучесть(статическиенагрузки),образованиетрещинвнагруженныхизделиях,горючесть,низкаяпрочностьинизкаятемпература эксплуатации.Защитныепокрытиянаносятсяпочтивсемиспособа-ми.ДлязащитныхпокрытийнаиболееширокоприменяютПЭНД. Используютдляизоляциистроительныхконструкций,длязащитыот коррозиитрубопроводов,насосов,вентиляторов,арматуры.Листами изПЭфутеруютемкостидляагрессивныхжидкостей.ПленкаизПЭ широкоиспользуетсявстроительстве.ЛипкимилентамиизПЭ обертываюттрубопроводысцельюзащитыихоткоррозии.

Покрытиянаосновефторопластов,и,преждевсего,политетрафторэтилена–ПТФЭ(Ф-4),похимическойстойкостипревосходятвсе остальные.ДействуютнаПТФЭтолькорасплавленныещелочные металлыи элементарныйфтор. При комнатнойтемпературенерастворяется,иненабухаетнивкакихрастворителях.Дотемпературыразложения(415⁰С)непереходитввязкотекучее состояние,поэтому приегопереработкеиспользуетсяособаятехнология.Низкаяадгезиязатрудняетнанесениепокрытий.Болеетехнологичнымодификации ПТФЭ,Ф-4Д–можнонаноситьпокрытияизводныхдисперсий.Ф-40иФ-4М–плавкиемодификацииФ-4,которыеможнонаноситьв видепокрытийизпорошков.ПокрытияизФТ-4используютсядля защитыхимическогооборудования,эксплуатируемоговнаиболее агрессивныхсредахпривысоких(до200⁰Сиболее)температурах. Недостатокпокрытий:низкаямеханическаяпрочностьивысокая стоимость.

Покрытиянаосновепентапластапохимическойстойкостиприближаются кфторопластовым. Стойки к большинствурастворителей, слабымисильнымщелочам, слабыми некоторымсильнымкислотам. Подверженыдействиютолькоазотнойидымящейсясернойкислоты. Механическиесвойствапридействииагрессивныхсредсохраняютсялучше.Хорошиетехнологическиесвойства:перерабатываетсялитьемподдавлением,экструзиейидругимиметодами. Этоодинизнаиболееперспективныхматериалов дляпротивокоррозионнойзащиты.Емкостииаппаратурузащищаютфутеровкой листамипентапласта.Листыприклеивают,амежду собойсваривают прутком.Наносяттакжепокрытияизпорошкапентапласта.Такиепокрытиянадежнозащищаютоборудованиеоткоррозии.

Покрытиянаосновереактопластов

Покрытиянаосновереактопластовнаносятввидезамазок,мастик,растворов.Наносимаякомпозиция включаетвсебясмолу,отвердители(низко-иливысокотемпературные),пластификаторыдлясниженияхрупкостиилиповышенияэластичности,растворителидляпониженияначальнойвязкостиинаполнителидляповышенияпрочности,износостойкости, теплостойкости,пониженияусадкииснижениястоимостиматериала.

Реже применяютпокрытиялистовымиматериалами.

Покрытиянаосновеэпоксидныхсмол.Отверждаютсядиаксинамииполиаминами.Усадкаприотверждениинебольшая,выделения побочныхпродуктовнепроисходит.Обладаетотличнойадгезией, хорошимифизико-механическимисвойствамиистойкостьюк кислотамищелочам.Недостаток–токсичность(засчетдиаминови,особенно,полиаминов).Используютсядлязащитыхимическогооборудованияисооруженийстроительныхсооруженийистроительных конструкцийкак вкачествесамостоятельного покрытия, такиввиде подслояподфутеровку.

Полиэфирныесмолы,применяемыевтехникеантикоррозионной защиты,представляютсобойрастворывстиролененасыщенныхполиэфировдикарбоновыхкислотимногоатомныхспиртов.Отверждениепроисходитпринагревеилиподдействиемотвердителей(фталевыйилималеиновыйангидриды).Стойкикминеральнымиорганическимкислотам,нефтепродуктам,растворителям.Подвержены гидролизу,особенноговщелочнойсреде.Наихосновеизготавливаютразличныелакииантикоррозионныемастики.

Неорганическиепокрытия

Силикатныеэмалиполучаютизсиликатнойшихты(размолотое стекло),наносимойнаподготовленную (протравленную)поверхность

2 4

2 2

металлаинагреваемойдоразмягченияисцеплениясповерхностью. Срединеорганическихпокрытийониполучилинаибольшеераспространение. Ихизготавливаютизполевогошпата,кварца,буры,тугоплавкихокислов(TiO,BeO,ZrO,MgOидр.).Эмалевыепокрытия наносятвосновномнасталь,некоторыепригодныдлячугуна,меди латунииалюминия.Стеклоэмалиэффективнозащищаютметаллот коррозиивомногихсредах.Высокиезащитныекачества эмалей обус-ловленыихпрактическойнепроницаемостьюдляводыивоздухаистойкостьюприобычныхиповышенныхтемпературах.

Основной недостаток–чувствительностькмеханическимвоздействиямирастрескиваниепритермоударах.Ватмосферныхусловиях эмалированныесталислужатмноголет(корпусабензонасосов,декоративныестроительныепанелиит.п.).основнойвидразрушения– образованиевпокрытиисеткитрещин,черезкоторыепоступает ржавчина.

Видыиспособынанесениялакокрасочныхпокрытий

Лакокрасочные материалы– жидкиеилипастообразныесоставы, которыепринанесениитонкимслоемнатвердуюподложкувысыхаютсобразованиемпленки(покрытия)предназначены:длязащиты металловоткоррозии;неметаллов-отувлажненияизагнивания; приданияповерхностиспециальныхсвойств(электроизоляционных теплозащитныхидр);приданияизделиямдекоративноговида.

Различаюттриосновныхвидалакокрасочныхпокрытий:масляные1)Масляныекраски–суспензии,полученныерастираниемпигментоввмаслах,служащихпленкообразующимивеществами.Пигментыпридаюткраскесоответствующийцветивлияютназащитныесвойства готовогопокрытия. ИмиявляютсяZnO, свинцовыебелила,охраит.д.Врастительныемасладляускорения процессасушкидобавляютсиккативы(оксидыCo,Mnидр.),полученноемаслоназываютолифой.Дляповышенияпрочностиистой-костикраскивводятнаполнители–тальк,каолин.Маслянаякраска хорошозащищает металлоткоррозиивусловиях повышеннойвлажности.

2)Лаки –растворы природныхилисинтетическихсмолвразличных растворителях.Посленанесениялакарастворительулетучиваетсяиобразуетсяпрочнаяпленка.Различаютспиртовыеимасляныелаки. Первые–растворсмолывспирте,вторые–волифе.

3)Эмали–растворылаковворганическихрастворителяхсдобавкойпигментов.Какилаки,даютблестящиепокрытия.Дешевлела-ков. Различаютэмалевыекраски: масляные(намасляныхлаках), глифталевые(на глифталевыхлаках), нитроэмали –нанитроцеллюлозных лаках.Нитроэмали–быстросохнущиематериалы,твердеющиечерез несколькоминутпосленанесения.Впоследнеевремяширокопри-меняютсинтетическиеэмалинаоснове синтетическихсмол,отличающиесявысокимидекоративнымикачествами,эластичностью,твердостью,атмосферостойкостью.

Нанесениелакокрасочныхпокрытийсостоитизоперацийподготовки поверхностикокрашиванию,собственнонанесения покрытия, исушки.Подготовкакокрашиваниювключаеточисткуотгрязи, ржавчины, грунтованиеи шпаклевание(шпатлевание). Очистка поверхностипроизводитсяводнымирастворамисинтетическихмоющих средствилирастворителями.Дляувеличениясцеплениялакокрасочногослоясповерхностьюнанеенаносятгрунтовочныйслой(грунтовку)–железныйсурик,цинковыйкрон,составы,содержащиецинковуюпыль(протекторные)ит.п.Длявыравниваниягрунтованной поверхности,заделкираковин,неровностей,поверхностьшпатлюют, наносятслойшпатлевки.

Краскунаносятнаповерхностьследующимиосновнымиспособами:

1)кистеваяокраска–нанесениекистью;

2)окраска распылением–оченьвысокаяпроизводительность,процессможетбытьавтоматизирован.При распылениивэлектростатическомполе достигается высокаяравномерностьпокрытия, на 30-50%(посравнениюс кистевойокраской) уменьшаетсярасход материала;

3)окраскапогружениемиобливанием–производительнаипростависполнении.Применяютприиспользованиимаслосодержащихэмалей.Длямелкихизделийокраскупроизводятвспециальныхбарабанах;

4)накатка вальцами–используетсядляокраски плоских изделий, досок,листовогоматериала.

Посленанесенияпокрытий производитсяихсушка.Сушкавыпол-няетсяв естественныхусловиях(15-20⁰С)или вспециальныхсушиль-ныхкамерахприповышенныхтемпературах(100-110⁰С);естественнаясушка–1-2суток;всушильныхкамерах–1-3часа.

Обычнолакокрасочноепокрытиенаносятнаокрашиваемуюпо-верхностьвнесколькотонкихслоев,причемкаждыйпоследующий слойнаносятпослетогокакпредыдущийсовершенновысох.Вэтом случаеобеспечиваетсянадежноеперекрытиепор,образующихсяпривысыханиизасчетудалениярастворителя.

Консервацияметаллоизделий

Временнаязащита–одинизвидовзащитыметаллическихизделийоткоррозии,рассчитанныйнасрокотмоментаизготовления изделиядо началаегоэксплуатации,тоестьнавремяегохраненияи транспортировкипотребителю.Длявременнойзащитычастоприменяютсредства,легкоудаляемыепередначаломэксплуатации изделия. Подлительностидействиявременнуюзащитуподразделяют:накратковременную(3–6месяцев),среднейпродолжительности(6–12 месяцев),длительную(1–2года)иосободлительную(более2лет).Временнаязащитаможетосуществлятьсявпроцессепроизводстваизделия(межоперационнаязащита)илипоегоокончании(защитаготовогоизделия).

Консервациейназываетсянанесениесредстввременнойзащиты наповерхность предметов.Обычнодляэтойцелииспользуютсямасла,смазки,лаки,пленкиилетучиеингибиторыкоррозии,атакже различныеихсочетания.Ониизолируютметаллотвоздействияагрессивныхкомпонентоватмосферы,создавая изолирующий слойили защитнуюпленкунаповерхностиметалла.Консервационныесредства,создающиеизолирующийслой,меневыгодны,чемсредства, обеспечивающиеполучение наповерхностиизделиязащитнойпленки,таккактребуютпоследующейтрудоемкойрасконсервации.Крометого,первые(смазки,масла)мененадежнозащищаютметалл,изолирующийслой.

Специальные способы эффективной защиты от коррозии. Легирование, ингибиование, аэрация и деаэрация. Электрохимические способы защиты от коррозии: анодная защита, катодная защита и электродренаж.

Легированиеметалла

Легированиемметалламожнодобитьсязначительногоповышения егокоррозионнойстойкости.

Торможениекатодногопроцессаможетбытьдостигнутодобавка-ми,повышающимиперенапряжениекатодногопроцесса.Например, стойкостьцинкавкислотахможноповыситьвведениемпримесей железа,меди,кадмия.

Стойкостьсплаваможнотакжеповысить,уменьшаячислокатодныхучастковнаегоповерхностиспомощьюсоответствующегорежиматермообработки.Например,закаливаемыйдуралюминимеет меньшекатодныхвключенийCuAl,чемотожженный.

Торможениекатодныхпроцессов легированиемможетдатьэффект тольковслучаекоррозиисводороднойдеполяризацией.

Торможениеанодныхпроцессовлегированиемможетбытьосу-ществленотремяпутями:1)уменьшениеплощадианодныхучастковзасчетповышениячистотысплаваилитермообработки. 2)в сплав вводятлегкопассивирующиесядобавки(легированиесталиCrилиSi).3)возможностьпассивированиясплава.Введениевсплавэффективныхкатодовпереводитеговустойчивоепассивноесостояние.Вкачестветакихдобавокиспользуютэлектроположительныеметаллы:платина, палладий,рутений.ИногдаможноиспользоватьCu,Ni,Wидр.При этомположительныйэффектдостигаетсявведениемнебольшихколичествтакихдобавок(до1%).

Повышениекоррозионнойстойкостиметалловлегированием особенноэффективноприкоррозиивусловияхвоздействиямеханическихнапряжений.Вэтомслучаепредотвращаетсянетолькообычная коррозия,ноикоррозионноерастрескивание.

Механизмдействияингибиторов

Втехслучаях,когдананесениезащитныхпокрытийнаизделиеневозможно илинанесенные покрытияне обеспечиваютнеобходимой защиты,снижениекоррозииможетбытьдостигнутоспомощьюингибиторов.Ингибиторамикоррозииявляются такиевещества,небольшаядобавкакоторыхвкоррозионнуюсреду,вызываетуменьшение скоростикоррозииметалла,находящегосявэтойсреде.Ингибиторнаязащитаможетприменятьсякаксамостоятельныйметодборьбыскоррозиейиливсочетаниисдругимиметодамизащиты(комплекснаязащита). Область ихприменениязначительнорасширилась,ониприменяютсявтравильныхцехах(ингибиторытравления),вмашиностроениииприборостроении(средствавременнойзащитыилетучиеингибиторы),в нефтехимии(ингибиторыдляпроцессовнефтепереработки,добавки кмасламигорючему),вкоммунальномхозяйстве(ингибиторыдля водообротныхсистем),впищевойпромышленности(ингибиторная защитаметаллической тары пристерилизацииипастеризации)ит.д.

Деаэрация– процесс удаления кислорода и других газов с водных сред. Коррозия в деаэрированной воде сводится к минимуму, поэтому деаэрация является эффективным практическим средством защиты металла от коррозии в пресной и морской воде. Деаэрацию применяют для уменьшения коррозионного разрушения не только железа и сплавов на его основе, но и латуни, свинца, меди, цинка.

Процесс деаэрации могут проводить:

1) Химическая деаэрация - суть химической деаэрации заключается в том, что нагретую (горячую) воду пропускают сквозь колонну. Внутри колонна заполнена стальной насадкой. При прохождении вода вызывает коррозию стали. Большая часть растворенного в воде кислорода израсходуется на протекание коррозионных процессов. Это занимает довольно длительное время. Продукты коррозии (ржавчину) удаляют при помощи фильтрования. Деаэрированная таким способом вода применяется во многих системах, в особенности трубопроводных. Но метод довольно трудоемок, так как требует постоянного контроля, относительно частой замены стальных насадок.

2)Вакуумная деаэрация осуществляется противотоком воды и пара. Вода поступает в виде множества тонких струек и брызг. За счет этого достигается большая площадь контакта пара и жидкости. Идет испарение кислорода и небольшого количества диоксида углерода. При единоразовой обработке можно удалить около 90 – 95 % растворенного в воде кислорода. Далее процесс идет намного сложнее и становится довольно трудоемким. Для более сильной деаэрации процесс повторяют неоднократно.

К электрохимическимметодамотносяткатоднуюианоднуюзащиту, протекторнуюзащитуиэлектродренаж.

Прикатоднойзащитесзащищаемымобъектомсоединяютотрицательныйполюсисточникатока,акположительномуполюсуприсоединяютдополнительныйэлектрод(чугунныйилистальнойлом). Прианоднойзащитезащищаемыйобъектподвергаютвоздействию анодноготокатакойвеличины,чтобысдвинутьпотенциалобъектавпассивнуюсторону.

Перспективнымиявляютсяразличныекомбинированныеметоды защиты:катоднаязащитасодновременнымсозданиемнаметалле защитныхпленокиливведениемингибитороввагрессивнуюсреду, использованиеингибированныхпленочныхилакокрасочныхпокры-тийит.п.

Эффективнымметодомзащитыоткоррозииявляетсярациональноеконструированиеиправильнаяэксплуатацияметаллическихсооружений.Втоже времявпроцессе конструированияузлаилидеталиможнопредусмотретьтакиерешения, которыесводилибыкминимумувозможностькоррозии.Поэтому важноучитыватьтакиефакторы,каквозможность появленияконтакт разнородныхметаллов,наличиещелей,зазоров,застойныхзон,появлениенапряжений,характеробработкиповерхностиидр.

Протекторная защита заключается в соединении защищаемого изделия проводником с протектором – пластиной из более активного металла (Al, Mg, Zn). В процессе коррозии протектор служит анодом и разрушается, предохраняя от коррозии металлическое изделие или конструкцию.

Электродренаж - защита от разрушения конструкций блуждающими токами. Блуждающие токи возникают вследствие утечки из электрических цепей части тока в почву или водные растворы, где они попадают на металлические конструкции. В местах выхода тока из этих конструкций вновь в почву или воду возникает анодное растворение металла или коррозия под действием блуждающих токов. Такие зоны разрушения металлов под действием блуждающих токов особенно часто наблюдаются в районах наземного электрического транспорта (трамвайные линии, железнодорожный транспорт на электрической тяге). Одним из способов устранения такой коррозии является соединение металлическим проводником участка конструкции , с которого стекает блуждающий ток, с рельсом или закапать дополнительный чугунный анод , который соединяют с металлическим проводником. В этом случае под действием блуждающего тока растворяется именно анод , и коррозия основной конструкции будет полностью прекращена.