1.3. Методы защиты от коррозии
Основным условием противокоррозионной защиты металлов является уменьшение скорости коррозии. Уменьшить скорость коррозии можно:
• путем подбора соответствующих коррозионностойких сплавов;
• изменением состава агрессивной среды;
• применением защитных покрытий;
• изоляцией металла от агрессивной среды слоем более стойкого
материала;
• электрохимическими методами защиты.
Первую группу методов защиты применяют на стадии изготовления металла, в процессе его термической и механической обработки.
Вторая группа методов борьбы с коррозией — это обработка среды с целью уменьшения ее агрессивности путем введения ингибиторов коррозии. Эти методы находят все более широкое применение.
Нанесение изолирующего покрытия на поверхность металла позволяет в значительной степени снизить скорость его коррозии. Этот метод является универсальным и его давно применяют. Различают органические, например, лакокрасочные, и неорганические (гальванические, фосфатные и т.д.) покрытия. В ряде случаев для повышения защитного действия комбинируют неорганическое и органическое покрытие.
К электрохимическим методам борьбы с коррозией относятся такие, в основе которых лежит принцип непосредственного воздействия на скорость протекания сопряженных анодных и катодных реакций. Прежде всего это выражается в изменении потенциала защищаемого металла. Различают катодную и анодную электрохимическую защиту.
Выбор того или иного вида покрытия зависит от сроков эксплуатации изделий и скорости коррозии. На рис. 3 представлены обобщенные данные по изменению доли экономически выгодных способов противокоррозионной защиты в зависимости от требуемой долговечности и степени агрессивности среды. Из рисунка видно, что применение лакокрасочных покрытий выгодно при долговечности не более 10 лет и скорости коррозии металла до 0,05 мм/год.
Рис.3. Распределение Р удельного веса различных способов защиты в зависимости от требуемой долговечности Д стальных конструкций в объеме применяемых противокоррозионных средств.
1 — электрометаллизация (80 мкм) + ЛКП (лакокрасочное покрытие); 2 — горячее цинкование F0-80 мкм); 3 — ЛКП A20 мкм) по пескоструйнообработанной поверхности; 4 — низколегированная сталь без ЛКП; 5 — ручная металлизация A50-200 мкм); 6 — ручная металлизация A50-200 мкм) + ЛКП; 7 — ЛКП A20 мкм) на поверхности с ручным удалением ржавчины. 7, 2, 4, 6 — 0,5- 1,0 мм/год; 3, 7 — 0,05 мм/год
Повышение долговечности при скорости коррозии металла 0,5- 1,0 мм/год может быть достигнуто путем применения комбинированных металлизационных лакокрасочных покрытий. Например, горячее цинкование плюс лакокрасочное покрытие, ручная металлизация плюс лакокрасочное покрытие. Использование этого вида защиты позволяет увеличить продолжительность защиты до 30 лет и более.
1.3.1 Анодирование
Анодирование — это процесс образования оксидных пленок на поверхности алюминия. В обычных условиях на поверхности алюминия присутствует тонкая пленка оксидов AI2O3или AI2O3xnH2O, которая не может защитить его от коррозии. Под воздействием окружающей среды алюминий покрывается слоем рыхлых белых продуктов коррозии. Процесс искусственного образования толстых оксидных пленок может быть проведен химическим и электрохимическим способами.
Пленки, образующиеся при анодной обработке алюминия, обладают достаточной толщиной и рядом ценных свойств. Они защищают металл от коррозии и являются хорошим подслоем под лакокрасочные покрытия. Анодные пленки на алюминии обладают большим сопротивлением к истиранию, имеют высокое омическое сопротивление и хорошо окрашиваются, что позволяет придать изделиям из анодированного алюминия красивый вид. Для анодного окисления используют два типа электролитов.
В растворах слабых кислот (борная, винная, лимонная) и их солей оксидная пленка не растворяется. В этом случае получают беспористые, плотные, не проводящие электрический ток покрытия толщиной до 1 мкм. Такие пленки используют в качестве электроизоляционных покрытий в производстве конденсаторов.
Электролиты второго типа содержат растворы серной, хромовой и щавелевой кислот, в которых происходит частичное растворение оксидной пленки алюминия. В этих электролитах получают пористые пленки толщиной от 1 до 50 мкм.
На практике анодирование алюминия и его сплавов проводят в растворах серной кислоты концентрацией 180-200 г/л, хромового ангидрида (3- %-го) и щавелевой кислоты (3-10%-й) с плотностью тока 80-200 А/м2, при напряжении до 24 В в течение 15-60 мин. Катоды выполняются из свинца или стали марки 12X18Н9Т.
Для повышения защитных свойств изделие после оксидирования обрабатывают паром или горячей водой и далее в горячих растворах хроматов и бихроматов. При обработке паром в порах пленки образуется гидроксид алюминия, а в хромовых растворах - более стойкие соединения типа (АlO)2CrO4
Оксид образуется на поверхности алюминия в результате анодного окисления:
2А1 + ЗН2О = А12О3+ 6Н++ 6е
Он состоит из двух слоев: плотного барьерного слоя толщиной 0,01-0,1 мкм, расположенного непосредственно на поверхности металла, и внешнего пористого слоя толщиной до 200-400 мкм.
Химическое оксидирование алюминия и его сплавов осуществляют в щелочных хромистых растворах состава (г/л): Na2CrO4— 15; NaOH — 2,5 и Na2CO3— 50 при температуре 90-95 °С в течение 5-10 мин. Образуются пленки толщиной 3-4 мкм с невысокими механическими и диэлектрическими свойствами. Процесс простой, быстрый и не требует специального оборудования.