Методы защиты металлов от коррозии

Известные способы предотвращения коррозии можно разделить на 3 группы:

Активные, влияющие на природу металла и электролита или изменяющие механизм и кинетику коррозионных процессов. К ним относятся: специальное легирование для повышения коррозионной стойкости металла, применение электрохимической (катодной и анодной) защиты; уменьшение агрессивности коррозионной среды, введение ингибиторов коррозии.

Пассивные, не влияющие на природу металла и механизм коррозии и осуществляемые путем изоляции конструкций от коррозионной среды с помощью металлических и неметаллических неорганических покрытий.

Один из наиболее распространенных методов защиты от коррозии состоит в катодной поляризации металла, т.к. она уменьшает скорость коррозии. Катодную поляризацию можно создать от внешнего источника тока. Этот метод называют методом катодной защиты. Можно также соединить основной металл с другим металлом (протектором), который в ряду напряжений расположен левее. Часто для протекторной защиты используют магний или алюминий, при помощи которых защищают рельсы, мачты и другие конструкции. Протектор постепенно растворяется и его надо периодически заменять. Примером протекторной защиты служит также цинкование железных изделий. Железо является катодом локального элемента, а цинк – анодом. Следовательно, локальные токи вызывают коррозию покрытия, тогда как железо оказывается защищенным от коррозии.

Для защиты от коррозии широко используют ингибиторы – вещества, снижающие скорости анодного растворения металла, выделения водорода или скорости обоих этих процессов. В зависимости от того, скорости каких процессов – анодного, катодного или обоих – замедляются, ингибиторы подразделяются на: анодные, катодные и смешанного типа. Анодные ингибиторы смещают стационарный потенциал в анодную, а катодные – в катодную сторону. Ингибиторы смешанного типа могут смещать j_c в анодную или катодную сторону или не изменять его, в зависимости от степени торможения соответствующих процессов. Ингибиторы смешанного типа оказываются наиболее эффективными. В качестве ингибиторов кислотной коррозии применяют разнообразные органические вещества, молекулы которых содержат амино-, имино-, тио- и другие группы. Необходимым условием ингибирующего действия этих веществ является их адсорбция на поверхности металла.

Защита металлов от коррозии может быть основана на явлении пассивности, которое состоит в том, что по достижении определенного значения потенциала скорость анодного растворения металла резко падает. Металл переходит в так называемое пассивное состояние, характеризуемое незначительными скоростями растворения. Типичная поляризационная характеристика пассивирующего металла показана на рис. 7.8. Подъем тока при значительных анодных поляризациях обычно связан с выделением кислорода.

Природа пассивности металлов до конца не выяснена. Ясно, однако, что это явление вызвано образованием хемосорбированных и фазовых оксидных или солевых пленок, возникающих при растворении металлов. Образование оксидных пленок – причина устойчивости многих металлов, например алюминия. Из рис. 7.31 видно, что скорость коррозии можно уменьшить, если сдвинуть потенциал металла в область пассивности, т.е. при помощи анодной защиты металлов. Для этого прибегают к анодной поляризации металла от внешнего источника тока. Анодную защиту осуществляют также, напыляя более благородный металл на защищаемый, используя благородные металлы в качестве легирующих добавок или протекторов. В результате основной металл поляризуется анодно и переходит в пассивное состояние.

Переход в пассивное состояние может вызвать присутствие в растворе окислителей, например кислорода и др. (рис. 7.31). Так, пассивацию железа вызывают концентрированные HNO₃ и H₂SO₄, что позволяет использовать железную тару для перевозки серной и азотной кислот.

Образование оксидных слоев сильно влияет не только на анодное растворение металлов, но приводит к ингибированию и многих других электродных процессов. Поэтому изучение механизма пассивации, процессов образования, роста и свойств оксидных слоев на металлических электродах – важная задача современной электрохимии.

Электрохимический механизм не является единственным механизмом растворения металлов. Известны случаи, когда растворение металлов происходит непосредственно в одном акте – по химическому механизму:

М_е + О_х ® Ме^z⁺ + Red

Рис. 7.31. Саморастворение металла при пассивации:

1 – анодное растворение пассивирующего металла;

2 – выделение водорода на металле;

3 – выделение водорода на благородном металле, напыленном на защищаемый металл;

4 – восстановление кислорода или какого-нибудь другого окислителя;

i_c, i'_c, i" _c – токи саморастворения металла.

Химический механизм доказан для процессов растворения амальгам щелочных и щелочно-земельных металлов в щелочах, хрома, хромистых сталей и марганца в кислотах. При химическом механизме скорость процесса не зависит от потенциала и не наблюдается соответствия между количеством пропущенного электричества и количеством растворившегося металла (Я.М. Колотыркин, В.Н. Коршунов).

Необходимо отметить практическое значение процесса быстрого локального анодного растворения металлов, которое лежит в основе электрохимической размерной обработки (ЭХРО). Сущность такой обработки состоит в том, что деталь подключается к положительному полюсу источника тока, а обрабатывающий инструмент – к отрицатель-ному. В зазор между деталью и инструментом с большой скоростью пропускают раствор электролита, что обеспечивает анодное растворение металла заготовки и вынос продуктов растворения. ЭХРО позволяет провести обработку деталей из материалов, трудно обрабатываемых механическими способами, или деталей сложной формы.

Из методов защиты от коррозии можно назвать фосфатирование – процесс образования нерастворимых фосфатов на металлической поверхности. Фосфатные покрытия получают из растворов состава H₃PO₄ и MeHPO₄, где Me – Zn, Mg. Поскольку сами покрытия представляют собой пористые осадки, не защищающие от коррозии, то их используют в основном как грунт для лакокрасочных покрытий.

Водородная и кислородная деполяризация при коррозии металлов.

Наиболее распространенные катодные реакции при коррозии металлов – разряд ионов гидроксония и восстановление кислорода. Разряд ионов гидроксония происходит, как правило, при коррозии электро-отрицательных металлов в кислых средах и описывается уравнением:

H₃O⁺ + ® ½ H₂ + H₂O

Для нейтральных сред катодная реакция имеет вид:

O₂ + 2H₂O + 4 ® 4OH^–

Низкая растворимость кислорода в водных растворах приводит к тому, что скорость этой реакции определяется скоростью диффузии кислорода из объема раствора к поверхности корродирующего металла.

В общем случае коррозия слагается из растворения металла по электрохимическому механизму с водородной и кислородной деполяризациями и растворения по химическому механизму. Особенности кинетики каждой составляющей скоростей коррозии весьма различны. Только на основе их комплексного учета можно разработать надежный способ защиты от коррозии в каждом конкретном случае.

Можно сделать вывод, что ХИТ играют важнейшую роль в жизни человека, они будут развиваться и в дальнейшем, равно как и расширяться области их практического применения.

⇐ Предыдущая 62 63 64 65 666768 69 70 71 Следующая ⇒