 |
Способы защиты металлов и сплавов от коррозии
|
|
|
|
Скорость электрохимической коррозии
Скорость электрохимической коррозии зависит от чрезвычайно большого числа факторов. Приведем некоторые из них:
Ø концентрация ионов водорода (рН среды) – каждому металлу присущ свой интервал рН, в котором он максимально устойчив, например талий, молибден, вольфрам устойчивы в кислых средах, но разрушаются в щелочных, никель марганец, железо, медь неустойчивы в кислых средах, но пассивируются в щелочах;
Ø растворимость продуктов коррозии – если продукты коррозии на катодных и анодных участках хорошо растворимы, то скорость коррозии постоянна (например, коррозия железа в растворах хлоридов, сульфатов), в то же время в растворах фосфатов и карбонатов на анодных участках железа образуется плотная пленка нерастворимых продуктов и скорость коррозии резко снижается;
Ø скорость электрохимической коррозии резко возрастает с ростом концентрации бескислородных кислот (например, НCl);
Ø повышение давления, как правило, вызывает увеличение скорости электрохимической коррозии за счет увеличения содержания кислорода в растворах;
Ø скорость движения потока раствора оказывает сложное влияние: при малых скоростях жидкости скорость коррозии возрастает из-за увеличения поступления деполяризатора – кислорода; в широком интервале скоростей раствора наблюдается пассивация поверхности, т. е. скорость коррозии не зависит от скорости потока; №2 Коррозия и методы защиты от коррозии
№2 Виды коррозии и коррозионных разрушений металлов и сплавов
| Коррозия металлов и сплавов |
| Электрохимическая |
| Химическая |
| Атмосферная |
| Подземная |
| Водородная |
| Карбонильная |
| Рис. 1. Виды коррозии металлов и сплавов |
|
|
|
Атмосферная коррозия
Атмосферная коррозия возникает вследствие адсорбции паров воды из воздуха на поверхности металла.
Подземная коррозия
Подземная коррозия – это разрушение металлических конструкций, находящихся в почвах или грунтах.
Химическая коррозия
Химическая коррозия наблюдается при действии сухих газов и жидких неэлектролитов на металлы, а также при действии электролитов на неметаллы. Поверхность металла всегда покрыта оксидной пленкой, образующейся по реакции
Ме + 0,5О2 ↔ МеО.
Скорость химической коррозии в зависимости от различных факторов выражается уравнением
v = kF Δ Cn, г/ч,
где С – концентрация коррозионноактивного компонента.
В зависимости от вида коррозии и условий эксплуатации наблюдаются различные виды коррозионных разрушений:
1) сплошная коррозия; 2) местная коррозия.
Сплошная коррозия возникает при отсутствии защитных пленок на поверхности металла или при равномерном распределении анодных и катодных сростков, например при воздействии соляной кислоты на железо, азотной кислоты на медь, щелочей на алюминий. Сплошная коррозия по скорости протекания может быть равномерной и неравномерной.
Для местной коррозии характерно разрушение отдельных участков металла. Различают следующие разновидности местной коррозии:
пятнистая;язвенная; очечная; одповерхностная; структуроизбирательная; внутрикристаллическая (межкристаллитная).
Способы защиты металлов и сплавов от коррозии
Самым надежным способом защиты от коррозии является применение материалов, устойчивых в данных условиях. Причем, наряду с коррозионной устойчивостью, следует учитывать стоимость и доступность материалов. Во многих случаях нет необходимости в использовании дорогостоящих и дефицитных конструкционных материалов: аппараты могут быть изготовлены из дешевой углеродистой стали, но защищены следующими способами:
|
|
|
· применение двухслойных сталей – толщина защитного слоя составляет 2–20 мм, основного – 4–100 мм и более;
· применение защитных покрытий.
Пленочные защитные покрытия из органических и неорганических материалов используются для защиты от парогазовых сред, в том числе и от атмосферной коррозии.
Способы нанесения:
– многослойная окраска лаками, красками и т. д.;
– гуммирование защищаемой поверхности;
– газопламенное напыление порошкообразных полимерных материалов;
– многократное напыление эмульсии из полимерных материалов с последующей сушкой и спеканием.
Такие покрытия обладают низкой механической прочностью и не могут использоваться при наличии абразивных частиц.
Футеровка аппаратуры штучными кислотоупорными изделиями, таким как плитка, блоки, кирпичи на кислотоупорной замазке, может быть однослойными, многослойными и комбинированными. Толщина их составляет 50–500 мм.
Электрохимические методы защиты от коррозии
Данные методы применяются в случаях, когда металл окружен проводящей средой (электролит, почва, бетон) и не применяются для защиты от атмосферной и газовой коррозии. Электрохимические методы защиты сводятся к искусственной катодной (или анодной) поляризации поверхности металла за счет наложения электрического тока, который сдвигает потенциал поверхности до значения потенциала анода (катода) разомкнутой цепи.
Возможны два вида электрохимической защиты:
– с наложением тока (катодная либо анодная); – протекторная.
При катодной защите с наложением тока ток подводят от внешнего источника постоянного тока (генератора или батареи аккумулятора). Анодная защита аналогична, но используется, главным образом, для защиты нержавеющей легированной стали, а в результате анодной поляризации на поверхности металла образуется оксидная пленка, пассивирующая металл.
Протекторная защита используется при небольшой поверхности защищаемого металла, но в этом случае ток, необходимый для поляризации поверхности, возникает не за счет внешнего источника, а за счет образования гальванической пары, в которой роль анода-протектора выполняет более электроотрицательный металл, чем металл защищаемый, а катодом является защищаемая поверхность. В качестве анода используют цинк, алюминий, кадмий и их сплавы.
|
|
|
Недостатком ее является то, что защита открытых поверхностей требует большого расхода электрической энергии. Поэтому ее сочетают с изоляцией металла различными покрытиями.
Химические методы защиты
Коррозионное разрушение металла, протекающее по электрохимическому механизму, можно значительно уменьшить использованием ингибиторов. Их целесообразно использовать, когда коррозионная среда имеет постоянный объем или обновляется весьма медленно, т. е. в таких аппаратах как паровые котлы, системы охлаждения замкнутые, а также при консервации металлических изделий.
В качестве ингибиторов используют азот, нитраты, сульфиты щелочных и др. металлов, серосодержащие органические соединения. Для защиты от атмосферной коррозии используют летучие ингибиторы.
№3 Принципы защиты от газовой коррозии
Газовая коррозия
Газовая коррозия - наиболее распространенный вид химической коррозии. При высоких температурах поверхность металла под воздействием газов разрушается.
Скорость окисления металла зависит от скорости собственно химической реакции и скорости диффузии окислителя через пленку, а поэтому защитное действие пленки тем выше, чем лучше ее сплошность и ниже диффузионная способность. Сплошность пленки, образующейся на поверхности металла, можно оценить по отношению объема образовавшегося оксида или другого какого-либо соединения к объему израсходованного на образование этого оксида металла (фактор Пиллинга—Бэдвордса).
Коэффициент a (фактор Пиллинга — Бэдвордса) у разных металлов имеет разные значения (табл. 1).
Таблица 1. Значение коэффициента a для некоторых металлов
| Металл | Оксид | a | Металл | Оксид | a |
| Mg | MgO | 0.79 | Zn | ZnO | 1.58 |
| Pb | PbO | 1.15 | Zr | ZrO2 | 1.60 |
Существует три вида пленок, которые могут образоваться:
- тонкие (невидимые невооруженным глазом);
- средние (дают цвета побежалости);
|
|
|
- толстые (хорошо видны).
Чтобы оксидная пленка была защитной, она должна отвечать некоторым требованиям: не иметь пор, быть сплошной, хорошо сцепляться с поверхностью, быть химически инертной по отношении к окружающей ее среде, иметь высокую твердость, быть износостойкой.
Если пленка рыхлая и пористая, кроме того имеет еще плохое сцепление с поверхностью - она не будет обладать защитными свойствами.
Металлы, у которых a<1, не могут создавать сплошные оксидные слои, и через несплошности в слое (трещины) кислород свободно проникает к поверхности металла.
Сплошные и устойчивые оксидные слои образуются при a = 1,2—1,6, но при больших значениях a пленки получаются несплошные, легко отделяющиеся от поверхности металла (железная окалина) в результате возникающих внутренних напряжений.
Фактор Пиллинга — Бэдвордса дает очень приближенную оценку, так как состав оксидных слоев имеет большую широту области гомогенности, что отражается и на плотности оксида.
№4 Методы защиты от коррозии
Способы защиты металлов и сплавов от коррозии
Самым надежным способом защиты от коррозии является применение материалов, устойчивых в данных условиях. Причем, наряду с коррозионной устойчивостью, следует учитывать стоимость и доступность материалов. Во многих случаях нет необходимости в использовании дорогостоящих и дефицитных конструкционных материалов: аппараты могут быть изготовлены из дешевой углеродистой стали, но защищены следующими способами:
· применение двухслойных сталей – толщина защитного слоя составляет 2–20 мм, основного – 4–100 мм и более;
· применение защитных покрытий.
Пленочные защитные покрытия из органических и неорганических материалов используются для защиты от парогазовых сред, в том числе и от атмосферной коррозии.
Способы нанесения:
– многослойная окраска лаками, красками и т. д.;
– гуммирование защищаемой поверхности;
– газопламенное напыление порошкообразных полимерных материалов;
– многократное напыление эмульсии из полимерных материалов с последующей сушкой и спеканием.
Такие покрытия обладают низкой механической прочностью и не могут использоваться при наличии абразивных частиц.
Усиленное защитное покрытие выполняется из термореактивных пластмасс (фаолит, асбовинил и т. п.), кислотостойких замазок, которые при последующей термообработке переходят в твердое состояние. Для увеличения прочности в сырую массу вводят металлическую сетку, приваренную к защищаемой поверхности. Толщина слоя может составлять 10–25 мм. Защитное покрытие на основе органических соединений может применяться до 120°С, на основе силикатных материалов – до 300°С и выше.
|
|
|
Листовое покрытие выполняется из листовых полимерных материалов, сырой или вулканизированной резины. Плиты толщиной 3–6 мм крепятся болтами либо специальным клеем. Листовые полимерные материалы для герметизации склеиваются по швам. Резина приклеивается клеями, содержащими каучук. К недостаткам листовых покрытий относятся следующие:
– нельзя использовать для защиты деталей сложной конфигурации;
– слабая механическая прочность соединения с защищаемым металлом.
Футеровка аппаратуры штучными кислотоупорными изделиями, таким как плитка, блоки, кирпичи на кислотоупорной замазке, может быть однослойными, многослойными и комбинированными. Толщина их составляет 50–500 мм.
Однослойную футеровку применяют для защиты оборудования, работающего с парогазовыми средами, многослойную и комбинированную – в случаях высокой агрессивности среды, высоких температур, больших механических нагрузок и абразивного износа (пром. башни, барботажные выпарные аппараты H2SO4 и Н3РО4, смесители и камеры в производстве суперфосфатов и т. д.). Достоинствами данного вида футеровок являются высокая механическая прочность, высокая рабочая температура (до 400°С), низкая стоимость.
|
|
|
