8.13. Коррозия металлов и способы защиты

Коррозия – процесс химического или электрохимического разрушения металлов под действием окружающей среды.

Химическая коррозия происходит в результате окислительного и восстановительного процессов, протекающих одновременно. Химическое взаимодействие металлов с внешней средой состоит в основном из окисления (с образованием окалины), диффузии атомов (ионов) металла сквозь оксидные пленки и встречного перемещения атомов (ионов) кислорода к металлу. Химическая коррозия возможна в любой внешней среде, но наблюдается, главным образом, в воздухе при высокой температуре, в жидких неэлектролитах (нефти, бензине, керосине, расплавленной сере). Химическая коррозия в газообразной среде при высокой температуре называется также газовой коррозией.

Электрохимическая коррозия – наиболее распространенный вид коррозии металлов. Она происходит при взаимодействии металлов с жидкими электролитами (водой, водными растворами солей, кислот, щелочей, расплавами солей и щелочей). При прикосновении металла с водными растворами между ними начинается взаимодействие, так как катионы металлов, находящиеся на поверхности кристаллических решеток, не удерживаются и переходят в окружающую среду. Металл, потерявший положительный заряд, заряжается отрицательно оставшимися электронами, а слой раствора, прилегающий к металлу, заряжается положительно – возникает скачок потенциала. Этот процесс постепенно доходит до получения определенного значения потенциала, и затем растворение металла прекращается. В случае нарушения равновесия, связанного с перемещением электронов, процесс коррозии продолжается.

На скорость растворения металла в электролите влияют примеси, способы обработки, концентрация электролитов. Металл, находящийся под нагрузкой, коррозирует значительно быстрее ненагруженного, так как нарушается целостность защитной пленки, и образуются микротрещины. Активному протеканию процесса коррозии способствуют углекислый, в особенности, сернистый газы, хлористый водород, различные соли.

Защита металлов от коррозии. Защиту от коррозии следует начинать правильным подбором химического состава и структуры металла. На практике для защиты металла от коррозии применяют легирование и защитные покрытия.

Легирующие элементы образуют с основным металлом сплавы, твердые растворы, которые повышают коррозиеустойчивость металла. Незначительная добавка меди и хрома (менее 1%) значительно повышает сопротивление стали к коррозии, а введением до 20% легирующих добавок можно получить нержавеющие стали.

Для защиты металла от коррозии на его поверхности создают такие же пленки. Эти пленки могут быть металлическими, оксидными, лакокрасочными и т.п. Металлические пленки представляют собой механическую защиту (катодное покрытие) или электрохимическую (анодное покрытие).

Катодное покрытие – это покрытие металлом, который более электроположителен, чем основной. Например, железо способом лужения покрывают оловом. Разрушение основного металла может произойти только в том случае, если на покрытии образуется трещина или отверстие, и пленка уже не будет механически защищать металл.

Анодное покрытие – это покрытие более электроотрицательным металлом, чем основной. В соответствующих условиях будет разрушаться покрывающий металл. В случае повреждения электрохимическое растворение металла покрытия препятствует коррозии основного металла. Примерами этого вида защиты стали, являются цинкование и хромирование.

При оксидировании естественную оксидную пленку, всегда имеющуюся на металле, делают более прочной путем ее обработки сильным окислителем, например, водным раствором NaOH + NaNO₃ при температуре 125 – 140^oC в течение 40 – 60 мин. Изделие, покрытое оксидной пленкой толщиной 2 – 5 мкм, окрашивается в сине-черный цвет.

Фосфатирование – состоит в получении на изделии поверхностной пленки из нерастворимых солей железа или марганца в результате обработки металла фосфатами железа или марганца.

Плакирование – наложение на основной металл тонкого слоя защитного металла (биметалла) и закрепление его путем горячей прокатки (например, на железо медный сплав, на дюралюминий чистый алюминий).

Металлизация – покрытие поверхности детали расплавленным металлом, распыленным сжатым воздухом. Преимущество этого метода заключается в том, что покрывать расплавом можно уже собранные конструкции, недостаток в том, что получается шероховатая поверхность.

Лакокрасочные покрытия основаны на механической защите металла пленкой из различных красок и лаков.

При временной защите металлических изделий от коррозии (транспортировании, складировании) используют для покрытия невысыхающие масла (технический вазелин, лак этиноль), а также ингибиторы – вещества, замедляющие протекание коррозии. Из ингибиторов наиболее распространен нитрит натрия.

Ванны, раковины, декоративные изделия для защиты от коррозии покрывают эмалью, т.е. наплавляют на металл при 750 – 800^оС различные комбинации силикатов (кварц, полевой шпат, буру, глину и др.).