Методы защиты от коррозии

Проблема защиты металлов от коррозии возникла почти в самом начале их использования. Люди пытались защитить металлы от атмосферного воздействия с помощью жира, масел, а позднее и покрытием другими металлами и, прежде всего, легкоплавким оловом. Задачей химиков было и остается выяснение сущности явлений коррозии, разработка мер, препятствующих или замедляющих её протекание. Коррозия металлов осуществляется в соответствии с законами природы и поэтому ее нельзя полностью устранить, а можно лишь замедлить.

В зависимости от характера коррозии и условий ее протекания применяются различные методы защиты. Выбор того или иного способа определяется его эффективностью в данном конкретном случае, а также экономической целесообразностью.

Легирование

Имеется способ уменьшения коррозии металлов, который строго нельзя отнести к защите. Этим способом является получение сплавов, которое называется легирование. В настоящее время создано большое число нержавеющих сталей путем присадок к железу никеля, хрома, кобальта и др. Такие стали, действительно, не покрываются ржавчиной, но их поверхностная коррозия имеет место, хотя и с малой скоростью.

Защитные пленки

Одним из наиболее распространенных способов защиты металлов от коррозии является нанесение на их поверхность защитных пленок: лака, краски, эмали, других металлов. Лакокрасочные покрытия наиболее доступны для широкого круга людей. Лаки и краски обладают низкой газо- и паропроницаемостью, водоотталкивающими свойствами, поэтому они препятствуют доступу к поверхности металла воды, кислорода и содержащихся в атмосфере агрессивных компонентов. Покрытие поверхности металла лакокрасочным слоем не исключает коррозию, а служит для нее лишь преградой, а значит, лишь тормозит процесс коррозии.

Грунтовки и фосфатирование

Часто под лакокрасочный слой наносят грунтовки. Пигменты, входящие в ее состав, также должны обладать ингибиторными свойствами. Проходя через слой грунтовки, вода растворяет некоторое количество пигмента и становится менее коррозионноактивной. Среди пигментов, рекомендуемых для грунтов, наиболее эффективным признан свинцовый сурик Pb₃O₄.

Вместо грунтовки иногда проводят фосфатирование поверхности металла. Для этого на чистую поверхность кистью или распылителем наносят растворы ортофосфатов железа (III), марганца (II) или цинка (II), содержащих и саму ортофосфорную кислоту H₃PO₄. В образование фосфатного покрытия вносят вклад металл, растворяющийся в фосфатирующейся смеси, и оставшиеся на его поверхности оксиды.

Пленка фосфатов защищает поверхность изделия от атмосферных осадков, но мало эффективна от растворов солей и даже слабых растворов кислот. Таким образом, фосфатная пленка может служить лишь грунтом для последовательного нанесения органических защитных и декоративных покрытий – лаков, красок, смол.

Электрохимическая защита

В производственных условиях используют также электрохимический способ – обработку изделий переменным током в растворе фосфата цинка при плотности тока 4 А/дм² и напряжении 20 В и при температуре 60-70 ^оC. Фосфатные покрытия представляют собой сетку плотносцепленных с поверхностью фосфатов металлов. Сами по себе фосфатные покрытия не обеспечивают надежной коррозионной защиты. Преимущественно их используют как основу под окраску, обеспечивающую хорошее сцепление краски с металлом. Кроме того, фосфатный слой уменьшает коррозионные разрушения при образовании царапин или других дефектов.

Силикатные покрытия

Для защиты металлов от коррозии используют стекловидные и фарфоровые эмали, коэффициент теплового расширения которых должен быть близок к таковому для покрываемых металлов. Эмалирование осуществляют нанесением на поверхность изделий водной суспензии или сухим напудриванием. Кроме того, вводят вспомогательные материалы: окислители органических примесей, оксиды, способствующие сцеплению эмали с эмалируемой поверхностью, глушители, красители.

Эмали обладают высокими защитными свойствами, которые обусловлены их непроницаемостью для воды и воздуха (газов) даже при длительном контакте. Их важным качеством является высокая стойкость при повышенных температурах. К основным недостаткам эмалевых покрытий относят чувствительность к механическим и термическим ударам. При длительной эксплуатации на поверхности эмалевых покрытий может появиться сетка трещин, которая обеспечивает доступ влаги и воздуха к металлу, вследствие чего и начинается коррозия.

Цементные покрытия

Для защиты чугунных и стальных водяных труб от коррозии используют цементные покрытия. Поскольку коэффициенты теплового расширения портландцемента и стали близки, то он довольно широко применяется для этих целей. Недостаток портландцементных покрытий тот же, что и эмалевых, – высокая чувствительность к механическим ударам.

Покрытие металлами

Широко распространенным способом защиты металлов от коррозии является покрытие их слоем других металлов. Покрывающие металлы сами корродируют с малой скоростью, так как покрываются плотной оксидной пленкой. Покрывающий слой наносят различными методами:

· горячее покрытие – кратковременное погружение в ванну с расплавленным металлом;

· гальваническое покрытие – электроосаждение из водных растворов электролитов;

· металлизация – напыление;

· диффузионное покрытие – обработка порошками при повышенной температуре в специальном барабане;

Металлические покрытия защищают железо от коррозии при сохранении сплошности. При нарушении же покрывающего слоя коррозия изделия протекает даже более интенсивно, чем без покрытия. Это объясняется работой гальванического элемента железо–металл. Трещины и царапины заполняются влагой, в результате чего образуются растворы, ионные процессы в которых облегчают протекание электрохимического процесса (коррозии).

Ингибиторы

Применение ингибиторов – один из самых эффективных способов борьбы с коррозией металлов в различных агрессивных средах. Ингибиторы – это вещества, способные в малых количествах замедлять протекание химических процессов или останавливать их.

Ингибирующее воздействие на металлы, прежде всего на сталь, оказывает целый ряд неорганических и органических веществ, которые часто добавляются в среду, вызывающую коррозию. Ингибиторы имеют свойство создавать на поверхности металла очень тонкую пленку, защищающую металл от коррозии.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Приготовление растворов.

В ходе данной лабораторной работы используют уже приготовленные растворы с различной концентрацией HCl. Концентрацию рабочего раствора задаёт преподаватель.

Подготовка образцов стали.

В качестве исследуемого образца используют пластинки цинка различной чистоты или пластинки другого металла. Перед опытом измеряют её площадь и массу (S, см²; m_0, г).

Методика эксперимента

Для проведения эксперимента по определению скорости коррозии цинка (или другого металла) собирают установку (рис. 1) – водородный коррозиометр. Он состоит из газовой бюретки, снабженной в нижней части расширением, внутри которого крючок для закрепления образца.

Пластинку, подготовленную согласно пункту 2.2. подвешивают на крючок в водородном коррозиметре. Бюретка помещается в химический стакан с раствором кислоты и с помощью резиновой груши заполняется этим раствором. После того как вся установка собрана, отмечают время по секундомеру и соответствующее этому начальному моменту времени положение мениска жидкости в верхней части бюретки. В последующем отсчеты объемов производят через каждые 2 минуты в течение 25-30 минут. Полученные данные представляют в таблице 1 и отображают на графике «объём выделенного водорода-время». Если процесс протекает с постоянной скоростью, то объем выделенного водорода прямо пропорционален времени. Наклон прямой дает непосредственное значение скорости коррозии металла в растворе кислоты.

i_кор.= tgα =

Рис.1. Водородный коррозиметр

Величину этой скорости следует выразить с помощью весового показателя скорости коррозии в мм/см²•мин, принимая во внимание размер образца.

На основе данных таблицы1, расчёт скорости коррозии производится исходя из объёма газа, собранного в бюретке за всё время опыта, что даёт среднее значение скорости коррозии.

Скорость коррозии можно определить и по потери массы металлической пластинки. Для этого после опыта её тщательно высушивают, взвешивают(m) и выражают скорость коррозии в г/см²•час.

Одной из возможных причин погрешности в оценке скорости коррозии в данном методе служит прилипание пузырьков водорода к стенкам бюретки. Чтобы избежать этого перед опытом необходимо тщательно промыть водородный коррозиметр хромовой смесью, тщательно ополаснуть сначала водопроводной, а затем дистиллированной водой, добиваясь полной смачиваемости внутренних стенок бюретки.

Таблица 1

Зависимость объёма выделившегося водорода от времени

при коррозии цинка в 1 н HCl

Строят график V=f(τ) и расчитывают скорость коррозии.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Из каких стадий состоит коррозионный процесс?
2. Какой процесс называют электрохимической коррозией?
3. Механизм взаимодействия цинка с кислотами.
4. Гальванический элемент Вольта.
5. Механизм коррозии металла с кислородной деполяризацией.
6. Что такое поляризация? Перенапряжение кислорода?
7. Понятие диффузионного и кинетически-диффузионного контроля.
8. Механизм коррозии металла с водородной деполяризацией.
9. Влияние серной кислоты на коррозию металлов.
10. Влияние азотной и соляной кислот на коррозию металлов.
11. Влияние фосфорной и фтороводородной кислот на коррозию металлов.
12. Влияние органических кислот на коррозию металлов.
13. Методы защиты от коррозии.

ПРИМЕР РАСЧЁТОВ

Таблица 1

Зависимость объёма выделившегося водорода от времени при коррозии цинка в 1 н HCl

1) i = 1,25/0,5 = 2,5 мг/(см²час) - скорость коррозии в 1 н HCl

Рис. Зависимость V выделившегося водорода от τ при коррозии цинка в 1 н HCl

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: