2. Методы защиты металлов от коррозии

Каждая шестая доменная печь работает на коррозию таков итог действия коррозии, приводящей к разрушению конструкций, понижению качества продукции, а также к авариям и несчастным случаям на производстве. Это наносит народному хозяйству огромный ущерб.

Любой метод защиты изменяет ход коррозионного процесса, уменьшая его скорость. Однако, выбирая способ защиты металла, необходимо учитывать контроль коррозионного процесса.

Разрушение металла совместное протекание двух процессов: окисления (анодный процесс) и восстановления (катодный процесс) и общая скорость коррозии определяется скоростью более медленнотекущего процесса (медленно текущая реакция называется л и м и т и р у ю щ е й). Катодный контроль коррозионного процесса имеет место, если лимитирующей является катодная реакция. Анодный контроль если лимитирующей является анодная реакция. При выборе метода защиты это необходимо учитывать. Если разрушение металла протекает с анодным контролем, необходимо подобрать метод защиты усиливающий анодную поляризацию. Если разрушение металла протекает с катодным контролем метод усиливающий катодную поляризацию. Напомним, что п о л я р и з а ц и е й называется смещение потенциала электрода при протекании через систему электрического тока. Анодная поляризация сме щение потенциала в положительную сторону. Нижеприведенные диаграммы иллюстрируют снижение скорости коррозии при усилении анодной (рис. 1) и катодной (рис. 2) поляризации.

Рис. 1. Анодный контроль Рис. 2. Катодный контроль

Все методы защиты условно делятся на четыре группы:

1. электрохимические методы;

2. методы, связанные с изменением свойств корродирующего металла;

3. методы, связанные с изменением свойств коррозионной среды;

4. комбинированные методы.

Электрохимические методы защиты основаны на изменении электро

химических свойств металла под действием поляризующего тока. Катодная защита применяется для повышения коррозионной стойкости металлов в условиях почвенной, морской коррозии, при контакте металла с агрессивными химическими средами. Защита обеспечивается в этом случае наложением тока от внешнего источника питания (защищаемая поверхность соединяется с отрицательным полюсом этого источника) на защищаемой поверхности протекают только восстановительные процессы. Протекторная защита (частный случай катодной защиты) создание макрогальванической пары с менее благородным металломпротектором. П р о т е к т о р играет роль анода и растворяется со скоростью, достаточной для создания в системе тока необходимой силы. В качестве протектора могут быть использованы цинк, алюминий, магний и их сплавы. Анодная защита применима к металлам и сплавам, способным пассивироваться при смещении их электродного потенциала в положительную сторону и достижении состояния полной пассивации (здесь защищаемая поверхность соединяется с положительным полюсом внешнего источника питания). Электрохимические методы защиты можно использовать только в хорошо проводимой среде в морской воде, почве, растворах электролитов.

Группа методов защиты, основанная на изменении свойств металлов, осуществляется либо специальной обработкой их поверхности, либо легированием. Легированием называется введение в защищаемый металл легирующих элементов, повышающих термодинамическую устойчивость анодной фазы (например: легирование стали – никелем, никеля – медью, меди – золотом и т. д.), либо содействующих пассивированию анодной фазы (легирование сталей хромом или кремнием, никеля – хромом). Кроме того, для увеличения коррозионной стойкости металлов широко используются различные покрытия. Предназначение защитного покрытия создание барьерного слоя, препятствующего проникновению коррозионной среды к поверхности металла. Материал покрытия прежде всего должен обладать высокой химической устойчивостью, сла бой проницаемостью для воды, газов, агрессивных ионов (Cl, SO₄²), хорошей адгезией к металлу, механической прочностью и др. Покрытия делятся на две группы: металлические и неметаллические. Неметаллические покрытия в свою очередь бывают неорганические (оксидные, солевые, силикатные, асбоцементные и др.) и органические (лакокрасочные, битумные, резиновые, полимерные). Металлические покрытия бывают анодными и катодными. Анодное металлическое покрытие имеет место в случае нанесения на защищаемый металл другого металла с более отрицательным электродным потенциалом, например железо (0,44 В), покрытое цинком (0,76 В). Катодное металлическое покрытие на защищаемый металл наносят другой металл с более положительным электродным потенциалом, например железо (0,44 В), покрытое медью (+0,345 В). Если нарушается целостность защитного металлического покрытия в процессе эксплуатации, начинают работать гальванопары. В случае анодного покрытия разрушается металл покрытия (анод), защищаемый металл (катод) остается без изменения. В случае катодного покрытия разрушается защищаемый металл (анод, т.к. его электродный потенциал отрицательнее потенциала покрытия), металл покрытия (катод) не изменяется.

Для повышения защитного эффекта часто используют системы из нескольких покрытий: фосфатное покрытие перед нанесением лакокрасочного, цинковое покрытие с последующим фосфатированием и нанесением лака, многослойные металлические покрытия, лакокрасочные покрытия с наполнителем из металлического порошка и др.

Скорость коррозии можно уменьшить также изменением свойств коррозионной среды, в результате которой уменьшается ее агрессивность, или введением в коррозионную среду небольших добавок замедлителей коррозии ингибиторов. Обработка среды заключается в уменьшении влажности и запыленности воздуха производственного помещения, деаэрировании (уменьшении концентрации кислорода) жидких сред и т. д. Ингибиторы коррозии в зависимости от условий их применения делят на летучие и жидкостные, которые в свою очередь бывают кислотные, щелочные и нейтральные (замедляющие скорость коррозии соответственно в кислых, щелочных или нейтральных средах). Ингибиторы широко используются для защиты от разрушений внешних и внутренних поверхностей труб и аппаратов, в циркуляционных охладительных системах, коммуникационных системах, в различных емкостях для хранения жидких продуктов и др. Их большое преимущество состоит в том, что они пригодны при защите уже пораженных коррозией систем без замены материала или конструкции. Механизм действия ингибиторов обусловлен их адсорбцией на границе раздела «металл – коррозионная среда». Защитное действие ингибитора тем больше, чем больше размер ингибирующей молекулы. Кроме того, защитный эффект наступает при более низких концентрациях, если молекулы ингибитора полярны, чем в случае неполярных молекул. Здесь при растворении ингибитора образуются положительно заряженные ионы. При растворении металла его положительно заряженные ионы переходят в раствор, а на поверхности металла скапливается избыток отрицательных зарядов. Отрицательно заряженная поверхность металла притягивает положительные ионы ингибитора, которые, адсорбируясь, блокируют дальнейшее его растворение. В настоящее время в качестве ингибиторов используются глицерин (СН₂ОНСНОН СН₂ОН), ацетальдегид (СН₃СОН), анилин (С₆Н₆NН₂), уротропин и многие другие.