9.2 Способы защиты металлов от коррозии

Так как наибольший ущерб наносит гальванокоррозия, для предотвращения её надо устранить хотя бы одно из условий, необходимых для работы потенциального гальванического элемента: наличие электродов с различными значениями электродного потенциала, электролита и потенциального окислителя.

Рассмотрим различные методы защиты металлов от коррозии.

9.2.1 Изолирование металлов от внешней среды

Самый простой способ – защищаемый металл изолируют от окружающей среды с помощью покрытий: лаками, красками, эмалями, пластиками, другими металлами или другими материалами. Изоляция металлов от внешней среды также достигается при оксидировании, фосфатировании, борировании, цементации, азотировании и других видах обработки поверхности металлов. Главные требования к покрытиям – необходимые механические характеристики и прочное сцепление с поверхностью металла (адгезия).

Остановимся на особенностях металлических покрытий. В случае покрытия одного металла другим контактировать с окружающей средой и окисляться будет уже металл покрытия. На практике в качестве покрытия используются Cr, Ni, Sn, Zn и другие металлы. Но в случае, если покрытие частично разрушится и изделие находится в среде электролита, создаются условия для протекания контактной гальванокоррозии. В зависимости от сравнительной активности контактирующих металлов металлическое покрытие может быть анодным или катодным. Рассмотрим данный вопрос на примере гальванокоррозии оцинкованного и луженого железа с частично разрушенными покрытиями:

1) Гальванокоррозия оцинкованного железа в нейтральной среде.

Схема гальванического элемента:

(A) Zn | О₂, Н₂О | Fe (К).

В данной гальванопаре цинк имеет меньшее значение φ, поэтому будет являться анодом.

Реакции на электродах:

A) Zn – 2е = Zn²⁺, К) О₂ + 2Н₂О + 4е = 4ОН^–.

Реакция в растворе электролита

Zn²⁺ + 2ОН^– =Zn(OH)₂.

Из данной схемы видно, что в случае частичного разрушения анодного покрытия коррозии подвергается металл покрытия, при этом металл покрытия будет выполнять защитную функцию по типу протекторной защиты.

2) Гальванокоррозия луженого железа в кислой среде.

Схема гальванического элемента:

(A) Fe | НС1, О₂, Н₂О | Sn (К).

В данной гальванопаре олово имеет большее значение φ, поэтому будет являться катодом.

Реакции на электродах и в растворе электролита:

A) Fe – 2e = Fe²⁺, К) 2Н⁺ + 2е = Н₂.

Fe²⁺ + 2Сl^– = FeCl₂,

FeCl₂ + 2Н₂О = Fe(OH)₂ + 2НС1 (гидролиз),

4Fe(OH)₂ + О₂ + 2Н₂О = 4Fe(OH)₃, Fe(OH)₃ = FeOOH + Н₂О.

Покрытие менее активным металлом является опасным покрытием, так как после его частичного разрушения возникает гальванопара, которая приводит к усилению коррозии защищаемого металла.

9.2.2 Изменение состава коррозионной среды

Изменить состав коррозионной среды возможно, если деталь находится в ограниченной небольшими размерами замкнутой системе.

Из ранее приведенных схем коррозии следует, что функцию окислителя могут выполнять кислород, вода и кислоты, а восстановителя – железо. Сравним окислительно-восстановительные потенциалы данных систем:

O₂ + 4H⁺ + 4е = 2H₂O φ⁰ = + 1,23 В,

O₂ + 2H₂O + 4е = 4ОН^– φ⁰ = + 0,40 В,

2Н₂О + 2е = H₂ + 2OH^– φ⁰ = – 0,83 В,

Fe – 2е = Fe²⁺ φ⁰ = – 0,44 В.

Из приведенных значений следует, что в отсутствие кислорода и кислот окисление железа происходить не будет.

В среде, контактирующей с металлической конструкцией, должен отсутствовать электролит и окислитель с более высоким, чем у металла, окислительно-восстановительным потенциалом. Из внешней среды должны быть удалены активаторы коррозии Cl^–, Br^– и др. и в случае необходимости добавлены вещества, резко замедляющие коррозию – ингибиторы.

Механизм действия ингибиторов пока не исследован полностью. Поэтому подбор ингибиторов проводится в основном экспериментальным путем. В частности, было установлено, что ингибиторами коррозии железа в кислой среде является органические амины. В литературе имеется большой справочный материал по применению ингибиторов.