Защита оксидными и фосфатными пленками

Образование на поверхности металлических изделий защитных оксидных пленок называется оксидированием.

Термический способ оксидирования стали при температуре 623…723 К называется воронением. Фосфатирование – это химический процесс, при котором на поверхности стали образуется пленка нерастворимых в воде фосфатных соединений марганца и железа. Эта пленка выдерживает температуру до 873 К и обладает электроизоляционными свойствами.

Металлические покрытия

Для защиты от химической коррозии используют покрытие защищаемого металла хромом (термохромирование), алюминием (термоалютирование), кремнием (термосилицирование).

Для защиты от электрохимической коррозии используют процесс электролиза, то есть покрытие защищаемой металлической поверхности другим металлом. Защищаемая металлическая поверхность выполняет роль катода. Она может покрываться за счет процесса восстановления хромом (хромирование), никелем (никелирование), железом (железнение), серебром (серебрение) и так далее. Этот процесс называют гальваностегией.

Протекторная защита

Этот метод заключается в том, что создается гальванический элемент из металла защищаемой конструкции и металла, обладающего более электроотрицательным потенциалом. Последний служит анодом и называется протектором. Протекторы должны располагаться на участках, наиболее подверженных коррозии. Для железных конструкций в качестве протектора применяют цинк, магниевые сплавы. Радиус действия протектора тем выше, чем больше электропроводимость агрессивной среды. Для морской воды он составляет 3-5 м.

Электрозащита или катодная защита

Защищаемая металлическая конструкция подключается к катоду внешнего источника постоянного тока. В результате эта конструкция становится катодом, а в качестве анода используется любой металлический лом, который подключают к положительному полюсу источника тока.

Легирование

В состав сплава вводят металлы (хром, никель, титан, молибден, вольфрам), вызывающие пассивацию защищаемого металла. При химической коррозии в качестве легирующих агентов используют хром, алюминий, кремний. При электрохимической коррозии легирующими металлами являются хром, вольфрам, никель титан, кобальт, молибден, ванадий и другие.

Реактивы и оборудование

1. U-образная трубка.

2. Набор электродов и пластин из различных видов стали.

3. Вольтметр.

4. Соединительные проводники.

5. Набор растворов кислот и солей.

6. Измерительная бюретка с резиновой трубкой и воронкой.

7. Реакционная пробирка с пробкой и газоотводной трубкой.

8. Наждачная и фильтровальная бумага.

Экспериментальная часть

Опыт 1. Исследование коррозии цинка и защита от коррозии

ингибированием

Наблюдение за явлениями коррозии металлов и выяснение роли ингибитора в коррозии металлов проводится на установке, представленной на рис. 1. В реакционный сосуд поместить кусочек цинка. Туда же добавить 4…5 мл 2 н раствора соляной кислоты. После выдержки (2…3 минуты) цинк начинает реагировать с кислотой. Закрыть пробирку с кислотой и цинком пробкой, соединенной газоотводной трубкой с бюреткой. Проверить герметичность прибора. Для этого опускать или поднимать воронку вместе с кольцом на 10…15 см. Если уровень воды в бюретке не меняется, то прибор герметичен, и можно приступать к опыту. Если уровень воды в бюретке резко меняется, то необходимо уплотнить пробки в бюретке и реакционном сосуде до достижения герметичности установки.

Рис. 1. Установка для исследования влияния ингибитора на коррозию цинка:

1 – бюретка для измерения;

2 – воронка;

3 – резиновая трубка;

4 – газоотводная трубка;

5 – реакционный сосуд

Записать уровень воды в бюретке на время начала измерения с точностью до 0,1 мл.

Водород, выделяющийся в результате взаимодействия цинка с соляной кислотой, вытесняет из бюретки воду. Воронку при этом следует опускать и во время опыта стараться держать воду в воронке и бюретке на одном уровне, чтобы давление газа внутри прибора было все время близким к атмосферному.

Отсчет следует проводить 10 минут, фиксируя изменение положения столба воды в бюретке через каждые 2 минуты. Объем выделяющегося водорода занести в табл. 5.

Таблица 5

Экспериментальные данные определения скорости коррозии металла

Металлический материал	Время протекания реакции, , мин	Объем выделившегося водорода, V, мл	Скорость коррозии, К0, мл/мин

Постройте график зависимости объема выделившегося водорода (V) от времени () и по тангенсу угла наклона определите скорость коррозии металла. Среднюю скорость коррозии (К_о) можно рассчитать по формуле

, (3)

где К_о – скорость коррозии без ингибитора, мл/мин; V – объем выделившегося водорода,  – время протекания реакции, мин.

Следующим этапом эксперимента является введение в электролит ингибитора. Каждой группе студентов преподаватель дает определенное количество ингибитора (от 1 до 5 мл). Студенты помещают ингибитор в рабочий электролит с условием, что суммарный объем должен быть равным объему электролита в предыдущем опыте. Время нахождения металла в электролите постоянно и равно 10 мин. По результатам опыта следует рассчитать величину ингибиторного эффекта и степень защиты от коррозии. Полученные данные занести в табл.6.

Ингибиторный эффект () показывает, во сколько раз ингибитор уменьшает скорость коррозии и вычисляется по формуле

. (4)

где К и К_о – скорость коррозии в присутствии ингибитора и без него.

Степень защиты от коррозии (Z) вычисляется по формуле

. (5)

Таблица 6

Показатели защиты металла от коррозии в присутствии ингибитора

Металлический материал	Объем ингибитора, V, мл	Время эксперимента, , мин	Объем выделившегося водорода, V, мл	Ингибиторный эффект, , %	Степень защиты от коррозии, Z, %

Сделайте вывод о скорости коррозии и об эффективности действия ингибитора, основываясь на величинах К_о,  и Z.