Лекция 9. Защита металлов от коррозии.

Защита металлов от коррозии может быть заложена еще в процессе проектирования (выбор коррозионностойких материалов, их сочетаний, применение химически стойких сплавов). Коррозию можно затормозить пассивированием металла, изоляцией поверхности металла от воздействия агрессивной среды, изменением потенциала металла, снижением концентрации окислителя.

Все методы защиты условно делятся на следующие группы:

• антикоррозионное легирование металла;

• защитные покрытия (металлические и неметаллические);

• электрохимическая защита;

• изменение свойств коррозионной среды.

9.1 Легирование металлов

Легирование - метод повышения коррозионной стойкости метал­лов путем введения в состав сплава компонентов, вызывающих их пас­сивирование.

Легирующие добавки - Сг, Ni, Cu, Si, A1, В, Zr, Та, Мn, Со, Мо, Nb, V, W, Ti. Каждая из легирующих добавок определенным образом влияет на форму кристаллов, образующихся после закалки: образовав­шаяся мелкокристаллическая структура делает металл более прочным. Кроме того, легирующие элементы могут связывать вредные примеси, обра­зовывать защитные пленки на поверхности стали.

Кислород и другие газы легко проникают сквозь рыхлую и непро­чную оксидную пленку FeO, Fe_з0₄, появляющуюся при нагревании на поверхности обычной нелегированной стали. Благодаря легирующим добавкам, на поверхности стали образуются плотные защитные пленки оксидов, например: NiO, Сг₂0_з, Si0₂, Al₂O₃. Основное защитное дейст­вие поверхностных пленок состоит в том, что диффузия ионов металла через такие пленки затруднена, коррозионные процессы тормозятся. Но при частичном нарушении пленок, протекает язвенная коррозия метал­ла.

9.2 Защитные покрытия

Покрытия подразделяются на металлические и неметаллические. Металлические покрытия по характеру поведения делятся на анодные и катодные. Если покрытие состоит из более активного металла, чем за­щищаемый, то в случае нарушения целостности покрытия и при ко­нтакте с агрессивной средой в образовавшемся гальваническом эле­менте оно будет анодом. Поэтому такие покрытия называются анодны­ми. Основной металл будет катодом, и коррозировать он не будет до тех пор, пока не будет израсходован защитный слой металла покрытия. Например, коррозия оцинкованного железа во влажном воздухе протекает следующим образом:

Zn – 2ё = Zn²⁺

0₂ + 2H₂0 + 4ё = 40H^-

Zn²⁺ + 20H^- = Zn(OH)₂

Схема образовавшейся гальванопары:

Zn / Zn²⁺ | H₂0, 0₂| (Fe) 0₂, 2H₂0 / 40H^-

Металлы, менее активные, чем защищаемый металл, образуют ка­тодные покрытия. (Например, на железе покрытия оловом, никелем). При повреждении покрытия и контакте со средой возникает гальванический элемент, в котором основной металл служит анодом и растворяется, а металл покрытия служит катодом, на котором протекает процесс восстановления окислителя из среды. Следовательно, катодные покрытия могут защищать металл от коррозии при отсутствии пор и механических повреждений пок­рытия.

Например, коррозия луженого железа в кислой среде, содержащей растворенный кислород, протекает по схеме:

Fe - 2ё = Fe²⁺

0₂ + 4 Н⁺+4ё = 2 Н₂0

Схема образовавшейся гальванопары:

Fe / Fe²⁺ | НСl, 0₂| (Sn) 0₂ , 4Н⁺ / 2Н₂0

Способы нанесения металлических покрытий весьма разнообраз­ны. Металлизация - нанесение расплавленного металла при помощи струи сжатого воздуха на защищаемую поверхность.

Термодиффузионный способ - изделие помещают в смесь, содер­жащую порошок металла покрытия. При нагревании происходит диф­фузия наносимого металла в основной металл. Используются металлы, образующие на поверхности прочные оксидные пленки (алитирование (Аl), хромирование).

Метод окунания применяют для нанесения покрытий из легко­плавких металлов на более тугоплавкие. Стальные листы покрывают оловом, цинком, свинцом.

Электрохимические методы связаны с формированием на повер­хности изделия металлических покрытий путем катодной поляризации изделий или оксидных покрытий путем анодной поляризации изделий.

Неметаллические покрытия могут быть как неорганические (эмали, фосфатные покрытия), так и органические (лаки, смолы, пласт­массы, краски). Защитное действие этих покрытий сводится, в основ­ном, к изоляции металла от окружающей среды. Но при частичном на­рушении покрытия, из-за разных потенциалов участков без покрытия и с покрытием, наблюдается опасное язвенное разрушение металла.

Фосфатирование металлической поверхности - процесс осажде­ния нерастворимых фосфатов. При фосфатировании изделий из железа и его сплавов на их поверхности образуется слой ортофосфата железа. Электролитом служит раствор дигидрофосфатов марганца Мn(Н₂Р04)₂ или цинка Zn(H₂P0₄)₂ с добавлением Н₃Р0₄ Фосфатирование применя­ют как грунт перед нанесением лакокрасочных или эмалевых покрытий, так как само по себе оно пористое.

Эмали - стеклообразные вещества с относительно низкой точкой плавления. Неорганические эмали по своему составу являются силика­тами (соединения кремния).

Краски представляют собой смесь нерастворимых частиц (окси­дов металлов Ti0₂, Pb₃0₄, Fe₃0₄ или других соединений, как BaS0₄, ZnCr0₄), взвешенных в органическом связующем, например, масле. Для подавления коррозии добавляют ингибиторы.

Лаки обычно состоят из смеси смолы или высыхающего масла с летучим растворителем. В процессе сушки происходит полимеризация смолы и испарение растворителя.