Коррозия металлов и способы борьбы с коррозией

Схематически  этот вид разрушения показан на рис.7, а.

Анодные покрытия — это покрытия, выполненные из металла с меньшим электродным потенциалом, чем у защищаемого металла. Для железа, работающего в малокислых или нейтральных растворах, анодными покрытиями являются цинк, кадмий, алюминий. Защитные свойства анодных покрытий состоят не только в механической изоляции металла от коррозионной среды, но и в электрохимическом воздействии. В случае нарушения покрытия и образовании коррозионного элемента, защищаемый металл, являющийся катодом, не разрушается. Небольшие несплошности в анодных покрытиях не опасны (рис. 7, б).

Рис. 7. Схема  
коррозии при катодном (а) и анодном (б) защитном покрытии 

Металлические покрытия наносят электроосаждением, погружением в расплавленные  металлы, металлизацией напылением, химическим осаждением солей, диффузией  и т. д. В последнее время все большее распространение получает нанесение покрытий в вакууме. В этом случае покрытия получают испарением металлов в вакууме с последующей конденсацией паров на защищаемой поверхности. Этим способом производят алюминирование, кадмирование и цинкование в вакууме стальных деталей.

Неметаллические покрытия применяются в случае возникновения  химической реакции металла в  соответствующих средах. К ним, в  частности относят оксидные алюминиевые  покрытия, полученные в ходе специального электролитического процесса. Фосфатные покрытия применяются в большинстве случаев с дополнительными защитными средствами, как, например, красками, лаками и т. п. Фосфатирование стали состоит в погружении изделия в разбавленный раствор фосфорной кислоты и кислых фосфатов цинка или магния. В результате реакции образуется нерастворимый фосфат железа, который в ходе процесса плотно покрывает поверхность металла. К этой же группе относят керамические покрытия и стекловидные эмали. Эти покрытия достаточно стойкие к воздействию минеральных и органических кислот. Их недостатком является повышенная хрупкость и низкая стойкость в условиях резких перепадов температуры.

Органические  покрытия выполняются с помощью  разнообразных лакокрасочных материалов.

Знание механизма  коррозии позволило создать методы коррозионной защиты путем наложения на металл такого потенциала, при котором он становится термодинамически устойчивым. К таким методам относятся катодная защита и уменьшение агрессивности среды, окружающей металлоконструкцию.

Катодная зашита состоит в присоединении к защищаемой конструкции анода протектора с более отрицательным электрохимическим потенциалом. Протектор (от слова «protection» – защита) и служит таким анодом, препятствующим разрушению защищаемого сплава; сам протектор при коррозии постепенно разрушается.

Протектором может  являться любой металл, имеющий по отношению к данному сплаву более  отрицательный потенциал. Однако разница  в потенциалах не должна быть слишком  большой, чтобы при электрохимическом  процессе не происходило быстрого разрушения протектора.

Протекторы представляют собой обычно небольшие пластинки, присоединяемые к защищаемой детали заклепками или болтами. Катодную или  протекторную защиту широко используют при защите от морской и подземной  коррозии металлоконструкций, коммуникаций, трубопроводов, сосудов и т. д. В качестве анодов-протекторов для защиты стальных изделий обычно применяют сплавы магния или цинка. Защита может также осуществляться присоединением защищаемого металла к отрицательному полюсу постоянного тока. На рис. 8 приведены примеры катодной защиты.

Для уменьшения агрессивности окружающей среды  в нее вводят добавки, называемые ингибиторами коррозии, которые или способствуют пассивации металла, или значительно снижают скорость коррозии металлов. Условием использования ингибиторов является эксплуатация изделия в замкнутой среде постоянного состава.

Различают анодные  и катодные ингибиторы. В качестве анодных ингибиторов коррозии используют различные вещества, образующие нерастворимые  соединения на анодных участках. Одним из таких пассиваторов является хромпик K₂Сr₂О₇, вводимый в количестве 2–3 г/л раствора охлаждающей жидкости.

Рис. 8. Примеры катодной защиты стали: 
а) катод — сталь, анод — Zn или Mn;  
б) защита присоединением к источнику постоянного тока;  
в) протекторная защита корпуса корабля

Катодные ингибиторы тормозят катодный процесс. К их числу  относятся различные травильные присадки, добавляемые в количестве 1–2 % в кислоты для снятия окалины без разрушения основного металла.

Летучие ингибиторы такие, как нитрат натрия NaNO₂, применяют для пропитки бумаги, в которую заворачивают детали, подлежащие хранению или транспортировке. Испаряясь, они насыщают окружающее детали пространство и создают защитную газовую среду. Летучие ингибиторы характеризуются высокой эффективностью. Стальные изделия, завернутые в бумагу, обработанную NaNO₂ в условиях относительной влажности 85 %, не ржавеют в течение 5 лет. Преимуществом летучих ингибиторов является отказ от применения защитных покрытий, удобство расконсервации и постоянная готовность деталей к немедленному использованию без дополнительной обработки. 
 
 
 
 

Народнохозяйственное  значение борьбы с  коррозией.

Одним из основных факторов, определяющих долговечность машин и оборудования, является коррозия металлов. Ущерб, причиняемый коррозией, может быть прямым и косвенным.

Прямой  ущерб, включает в себя стоимость замены подвергшихся коррозии частей машин, трубопроводов, устройств. Для восстановления пораженных коррозией оборудования и конструкций ежегодно расходуется не менее 10% продукции мирового металлургического производства.

Косвенный ущерб от коррозии связан с простоем оборудования в результате аварий, ухудшением качества продукции, например в результате ее загрязнения, увеличением расхода топлива, материалов, энергии. Так, при выходе из строя химической аппаратуры не выпускается продукция, отказ в работе двигателей приводит к простою ценного оборудования, нарушение герметичности газо- и нефтепроводов делает возможным утечку ценного сырья. Если в результате коррозии водопроводной системы прекращается подача воды на завод, то ремонт водопровода будет стоить во много раз меньше, чем расходы, связанные с остановкой завода на несколько часов. В зависимости от страны и климатических условий суммарный ущерб, наносимый коррозией, достигает уровня 3–10 % валового продукта.

Проникновение в результате коррозии газа, нефти и других продуктов в окружающую среду приводит не только к материальным потерям, но и к угрозе жизнеобеспечения человека и природы. Если ущерб от замены и ремонта оборудования можно хотя бы рассчитать, то ущерб окружающей среде не поддается расчету. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список  используемой литературы: 

1. Основы технологии  важнейших отраслей промышленности. Под редакцией И. В. Ченцова.  Часть 1. Минск "Вышэйшая школа" 1989г.

2. Технология  важнейших отраслей промышленности. Под редакцией А. М. Гинберга и Б. А. Хохлова. Москва "Высшая школа" 1985г.

3. Товароведение  промышленного сырья и материалов. И. У. Акимов. Ташкент "Укитувчи" 1989г.

4. “Химия и научно-технический прогресс”. И.Н.Семенов, А.С.Максимов, А.А.Макареня. Москва “Просвещение” 1988г.

5. “Отчего и как разрушаются металлы”. С.А.Балезин. Москва “Просвещение” 1976 г.

6. “Основы общей химии”. Ю.Д.Третьяков, Ю.Г.Метлин. Москва “Просвещение” 1980 г.