2.4. Методы защиты от электрохимической коррозии

Для торможения коррозионного процесса требуется повли­ять или на сам металл, или на коррозионную среду. Наиболее эффективными являются методы, основанные на изменении свойств защищаемого металла. Однако с экономической точки зрения нередко предпочтительнее изменить свойства коррозион­ной среды или же применить комбинированные способы защи­ты. Можно выделить пять основных направлений борьбы с коррозией.

1. Обработка коррозионной среды с целью затормозить ско­рость катодной, анодной или обеих реакций. Сущность метода сводится или к удалению веществ, ускоряющих коррозию, или к введению веществ, замедляющих ее.

2. Электрохимическая защита с целью заставить анодные реакции протекать на специальных дополнительных электродах. В зависимости от того, достигается это поляризацией от внешне­го источника постоянного тока или за счет работы искусственно создаваемого гальванического макроэлемента, защита называет­ся катодной или протекторной. Существует также анодная за­щита, сущность которой заключается в пассивации защищаемо­го металла путем анодной поляризации от внешнего источни­ка постоянного тока или с помощью протектора, который в этом случае будет называться катодным.

3. Защитные покрытия как металлические, так и неметал­лические (неорганические и органические). Металлические покрытия в большинстве случаев наносят электрохимическим пу­тем.

4. Легирование металла либо замена его другим, более коррозионностойким.

5. Методы рационального конструирования.

Ниже будут рассмотрены два первых метода. Третий метод является наиболее распространен­ным. Металлические покрытия можно наносить на защищаемый металл электролитическим методом, а также металлизацией с помощью напыления, погружением в расплавленный металл, плакированием с исполь­зованием механико-термического способа. Четвертый метод неоднократно упоминался в связи с отдельными видами химической и электрохимической корро­зии. В содержание пятого метода входят такие решения при конструировании металлических изделий, которые могли бы свести к минимуму возможность протекания коррозионного про­цесса при эксплуатации изделия.

2.4.1. Обработка коррозионной среды

Обработка коррозионной среды для уменьшения скорости коррозии металла может идти двумя путями: 1) нужно снизить содержание или вообще удалить из коррозионной среды то ве­щество, которое участвует в коррозионном процессе и определя­ет его скорость; 2) следует ввести в коррозионную среду такие вещества, которые способны каким-либо образом затормозить протекание катодной или анодной реакции, или обеих реакций. Такие вещества называются замедлителями коррозии или инги­биторами.

Первый путь чаще реализуется в тех случаях, когда И.И. прихо­дится иметь дело с большими объемами жидкости, а коррозия протекает с кислородной деполяризацией (например, коррозия узлов теплосиловых установок в воде). Обработка проводится с целью удаления из воды кислорода воздуха, а сама операция обескислороживания называется деаэрацией.

Деаэрация производится продуванием воды азотом или дру­гим коррозионно инертным газом (десорбционная обработка); нагреванием воды до температуры (в условиях давления или вакуума), при которой растворимость кислорода резко снижает­ся (термическая обработка); наконец, фильтрацией горячей воды сквозь слой стальных стружек, в результате чего кислород взаимодействует с железом с образованием оксида железа.

Применение замедлителей коррозии рационально тогда, ког­да объем коррозионной среды невелик или этот объем постоянен и редко обновляется. Область применения замедлителей чрезвычайно широка, а круг защищаемых объектов разнообразен - от системы водяного охлаждения двигателя до металлических де­талей, хранящихся в складском помещении. По механизму влия­ния на скорость коррозии замедлители делятся на катодные и анодные, по характеру действия - на тип А (пассиваторы ме­талла) и тип Б (снижающие агрессивность среды), по химиче­ской природе - на неорганические и органические.

Анодные замедлители снижают скорость процесса, повышая поляризуемость анодной реакции или, иначе, сдвигая анодный потенциал в положительную сторону. Сдвиг потенциала дости­гается благодаря образованию пассивирующих окисных пленок или защитных солевых осадков, а также за счет торможения анодной реакции ионизации металла.

Эффективными замедлителями коррозии из категории пассиваторов для стали, алюминия, цинка, меди являются хроматы, бихроматы, нитриты, для стали - полифосфаты. Концентрация замедлителя в растворе должна быть выше некоторой определен­ной величины, называемой критической концентрацией. При концентрации ниже критической анодный замедлитель превра­щается в мощный стимулятор коррозии, вызывая точечную кор­розию. Подобный эффект связан с неполной пассивацией по­верхности, в результате которой фактическая плотность тока на незащищенных участках резко возрастает. Так, для хромата натрия критическая концентрация составляет 0,016%, обычно применяется концентрация до 0,1%; в присутствии энергичного активатора (например, иона хлора) содержание замедлителя должно быть повышено до 2 - 3%.

В отличие от анодных, катодные замедлители независимо от концентрации не способны интенсифицировать коррозию. Катод­ные замедлители влияют на скорость катодной реакции различны­ми путями. Такие восстановители, как сульфит натрия и гидро­сульфит натрия, взаимодействуя с растворенным кислородом, снижают концентрацию последнего. Другая возможность по­влиять на скорость коррозии с кислородной деполяризацией - добавить бикарбонат кальция или другие соли, образующие при подщелачивании труднорастворимые компактные осадки. В слу­чае коррозии с водородной деполяризацией эффективны соеди­нения, повышающие перенапряжение выделения водорода,- сульфат висмута, хлорид мышьяка.

За редким исключением неорганические катодные замедлите­ли малоэффективны в кислотных средах. В подобных случаях более полезны органические замедлители. Механизм действия органических замедлителей в растворах кислот связан с повыше­нием перенапряжения выделения водорода в результате адсорб­ции на активных центрах металла. Так, тиомочевина резко сни­жает коррозию стали в азотной кислоте, производные аминов - в серной и особенно в соляной кислотах. Поэтому замедлители для кислотной среды, которые иначе называются ингибиторами кислотной коррозии, широко применяются в качестве травиль­ных присадок, т. е. ингибиторов травления черных металлов.

К органическим замедлителям относится также ряд колло­идных веществ (желатина, агар-агар, декстрин), образующих на поверхности металла тонкие защитные пленки; защитные смазки на основе технических масел или парафина с добавками органических поверхностно активных веществ, таких, как амины, ланолин и др., наносимые достаточно толстым слоем (0,1 - 2,5 мм).

Особый интерес представляют летучие замедлители атмос­ферной коррозии, или парофазные замедлители. Их действие основано на адсорбции вещества из газовой фазы с образова­нием адсорбционного слоя, выполняющего функции защитной пленки. Парофазные замедлители удобно применять в изолированных объемах - на складах, в контейнерах, в трюмах су­дов. Например, 1 г нитрита дициклогексиламина способен на­сытить 550 мм³ воздуха, подавляя атмосферную коррозию стали.

Наиболее известные летучие замедлители - это соли аминов и аминоспиртов, а также сложные эфиры карбоновых кислот. Основной недостаток парофазных замедлителей в их способно­сти избирательно стимулировать коррозию некоторых цветных металлов: цинка, меди, магния, кадмия.

Степень защиты металла при применении замедлителя, т. е. эффективность ингибирования, может быть рассчитана по фор­муле

,

где Z — степень защиты (защитный эффект) в %; К_о- весовой показатель коррозии металла без замедлителя; К₁- весовой по­казатель коррозии металла в тех же условиях, но с применением замедлителя.