К электрохимическим методам защиты металлов от коррозии относится воронение

    Защитой металлов от коррозии человечество начало заниматься очень давно — почти одновременно с началом применения металлов. Еще в V в. до н. э.

древнегреческий историк Геродот упоминал о применении олова для защиты железа от коррозии С древнейших времен стальные доспехи и оружие воинов подвергались полированию и воронению не только для улучшения внешнего вида, но и с целью защиты их от коррозии. Начало научного изучения коррозии было положено работами великого русского естествоиспытателя М. В.

Ломоносова, которому принадлежит открытие в 1748 г. закона сохранения массы. В 1773 г. опыты М. В. Ломоносова были повторены французским химиком. Д.. Лавуазье, который установил, что окисление металла есть соединение его с кислородом. Важное значение для развития теории коррозии имели работы Э. Холла (1819 г.) и Г. Дэви (1824 г.

), которые показали, что при отсутствии воздуха железо и медь не корродируют. [c.11]     Защитой металлов от коррозии человечество начало заниматься очень давно — почти одновременно с началом практического применения металлов. Еще в V веке до н.э. древнегреческий историк Геродот упоминает о применении олова для защиты железа от коррозии.

С древнейших времен стальные доспехи и оружие воинов подвергались полированию, воронению и отделке благородными металлами не только для улучшения внешнего вида, но и с целью защиты их от коррозии. [c.4]

    Такого превращения достигают при химическом или электрохимическом воздействии какого-либо реагента на металл.

Состав пленок, получаемых при такой обработке, различный чаще всего это окисные, фосфатные или хроматные пленки. Большинство пленок, получаемых на стали, алюминии и магнии химическим путем, самостоятельного значения для защиты металлов от коррозии не имеет.

Но применение их в качестве подслоя под лакокрасочные покрытия значительно увеличивает защитную способность последних. В некоторых случаях, например при воронении, окисные пленки при наличии на них слоя смазки могут оказывать защитное действие в слабоагрессивных средах. Окисные пленки на магнии используют для защиты изделий в межоперационный период, при кратковременном хранении и транспортировке. [c.180]

    Из теории роста защитных пленок на поверхности металла (см. гл. I, стр. 29) вытекает, что при высокотемпературном окислении металла скорость коррозии его быстро уменьшается во времени благодаря образованию пленки окислов весьма совершенной структуры.

Очевидно, что металл, на поверхности которого заранее образована окисная пленка, будет обладать меньшей скоростью коррозии в обычных условиях. Этот метод защиты металлов известен с давних пор.

Процессы образования защитных окисных пленок называются по-разному, в зависимости от метода, положенного в их основу газовое оксидирование, воронение, анодирование. Кроме окисных пленок, защитным действием обладают и другие поверхностные соединения, особенно фосфатные.

Процесс образования на поверхности стали, алюминия, цинка и других металлов пленки фосфатов называется фосфатированием. Этот процесс очень широко применяют в технике, используя фосфатные пленки в качестве подслоя под лакокрасочные покрытия. [c.160]

    В реставрационной практике для черных металлов широко применяют фосфатирование как один из надежных способов защиты поверхности металла.

Фосфатирование приводит к образованию на поверхности металла тонкой (5—50 мкм) мелкокристаллической пленки, состоящей из нерастворимых солей железа, марганца или цинка.

В зависимости от условий образования цвет фосфатных покрытий от серого до черного Фосфатный слой обладает хорошими изоляционными свойствами что препятствует возникновению на поверхности металла электрохими ческой коррозии.

Фосфатный слой имеет хорошее сцепление с поверх ностью металла, но является достаточно пористым, что позволяет нано сить на него защитные лаковые или восковые покрытия. Фосфатирование не нарушает отделку предмета — воронение, чернение, меднение, золочение при этой обработке сохраняются. [c.161]

    Оксидирование является старейшим и известнейшим видом массовой и экономичной защиты черных металлов от коррозии. Вместе с тем оксидные пленки на полированной поверхности имеют красивую декоративную внеш- ность, черный цвет с различными оттенками, чаще всего синевато-черным или фиолетово-черным, цвета воронова крыла, вследствие чего оксидирование стали часто называть воронением. [c.222]

    Метод оксидирования черных металлов, известный также под названием воронения, относится к самым старым способам защиты стали от коррозии. Процесс можно проводить химическим, термическим и электрохимическим способами. [c.166]

    Меры защиты от коррозии разнообразны покрытие поверхности металлов краской, эмалью, другими металлами, более корроЪионнб-устойчивыми (никелирование, хромирование, алитирование — покрытие алюминием) образование окисных пленок ( вороненая сталь) фосфатирование (покрытие нерастворимыми фосфатными пленками) соединение защищаемого металлического предмета с более активным металлом — протекторная защита присоединение к катоду источника постоянного электрического тока — электрохимическая защита. В этом случае металлическая конструкция получает отрицательный заряд и поэтому не отдает ионов металла. Коррозии препятствуют также специальные вещества — ингибиторы, вводимые в жидкую среду. Например, прибавление ингибиторов ПБ и ЧМ к кислоте в небольшом количестве (0,1—0,5%) замедляет коррозию железа в 10—100 и более раз. [c.84]

    Э. защищают металл от коррозии и придают ему красивый внешний вид. Изделия, покрытые Э., сочетают прочность металла с высокой химич. устойчивостью, твердостью и хорошими термич. и электрич. свойствами.

Эмалевые покрытия с успехом конкурируют с такими методами защиты металлов, как лужение, меднение, хромирование, никелирование, воронение и лакировка. Э. покрывают в основном черные металлы — чугун и сталь, однако в ряде случаев Э.

покрывают медные, алюминиевые и серебряные изделия, а также изделия из различных сплавов. Основными областями применения эмалированных металлов являются пищевая, химич., фармацевтич., электротехнпч. и строительная отрасли иром-сти.

В последнее время в новых областях техники (реактивные двигатели, аппараты для особо агрессивных сред) широко нрименяют жароупорные и высококоррозионно стойкие эмалевые покрытия. [c.499]

    Вопросами защиты от коррозии человек занимается почти с тех пор. как стал применять металл для практических целей. Древнегреческий историк Геродот (V век до п. э.) и древнеримский естествоиспытатель Кай Плипий Секунд Старший (I век н. э.) упоминают о применении олова для защиты железа от коррозии.

Алхимики в продолжение ряда веков делали тщетные попытки превращения неблагородных металлов в благородные, т. е. в металлы, отличительным свойством которых является их высокая химическая устойчивость.

С древнейших времен стальные доспехи и оружие подвергались полированию, воронению и насечке благородными металлами при этом стремились не только к улучшению внешнего вида, но и к предотвращению коррозии. Однако все это имеет еще очень малое отношение к научному исследованию явления коррозии.

Наука о коррозии металлов была вызвана к жизни значительно позднее назревшими потребностями широко развивающейся промышленности. [c.12]

    Для защиты используют также искусственно созданные пленки окислов на поверхности металла, т. е. продукты самой же коррозии. Известно, что в некоторых случаях металл, взаимодействуя с кислородом воздуха, образует на поверхности прочную окисную пленку, которая препятствует дальнейшему разрушению металла.

Поэтому путем так называемого оксидирования на поверхности многих металлов, особенно стали, сплавов магния и алюминия, создают искусственные пленки. Защитная пленка, получающаяся при оксидировании стальных изделий, состоит из магнитной окиси — Рвз04. Изделия при этом приобретают красивую черную с темно-синим оттенком окраску, напоминающую цвет воронового крыла.

Этот метод иногда называют воронением. [c.259]

    Как показали испытания, нитробензоаты защищают от атмосферной коррозии стали различных марок и стали, имеющие оксидные и фосфатные пленки, медь и медные сплавы, алюмивий и его сплавы, серебро, олово, свинец, оксидированный магний, молибден, индий, вороненый чугун, сталь с никелевым и хромовым покрытиями, а также цинковые и кадмиевые покрытия и другие металлы. Эти ингибиторы не оказывают отрицательного влияния на неметаллические материалы и лакокрасочные покрытия, что позволяет применять их для защиты сложных изделий. [c.11]

Электрохимическая коррозия. Случаи образования коррозионных гальванопар. Электродные процессы в различных средах » СтудИзба

Тысячелетия развития цивилизации были бы невозможны без металла, из которого изготавливались как наконечники стрел и копий доисторического периода, так и сложнейшие машины современности.

Целые эпохи носят «металлические» названия: бронзовый, медный, железный. Металлургические комбинаты работают круглосуточно для обеспечения промышленности необходимым количеством металлических заготовок.

Машиностроительные предприятия изготавливают из них огромный ассортимент изделий от труб, рельсов и листов, до иголок и булавок.

Коррозия металлов, особенно ее основная разновидность — электрохимическая, всегда создавала трудности эксплуатации любых металлических изделий, безвременно разрушая их.

Простейшие орудия труда (нож, топор, плуг) быстро приходили в негодность во влажной среде.

Потребовались многочисленные и длительные исследования химических процессов разрушения, прежде чем были найдены технические решения, приостанавливающие коррозию металлов.

Описание процесса

Электрохимическая коррозия — это процесс, который протекает при обязательном присутствии:

• электролита;
• металлов с низким и высоким окислительно-восстановительными потенциалами (электродные потенциалы).

Электролит образуют вода, конденсат, любые природные осадки. Наличие двух видов металла практически не бывает всегда, и обусловлено двумя факторами:

1. Неоднородностью изделия, то есть наличием инородных включений.
2. Непосредственным касанием изделий из различных металлов.

В электролите неоднородные металлы образуют короткозамкнутый гальванический элемент, называемый коррозионным. Такое сочетание приводит к растворению металла с более низким электродным потенциалом, что и называют электрохимической коррозией. Скорость этого процесса сильно зависит от наличия солей в растворе и его температуры.

Тест «Коррозия металлов»

• Тесты: « КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ»
• ВАРИАНТ 1.
• 1.Наиболее активно корродирует:
• 1) химически чистое железо; 2) железо в отсутствии влаги;
• 3) техническое железо во влажном воздухе; 4) техническое железо
• в растворе электролита.
• 2. В случае электрохимической коррозии находящихся в контакте металлов:
• 1) на катоде идёт окисление; 2) на аноде идёт восстановление; 3) более
• активный металл является анодом; 4) более активный металл является
• катодом.
• 3. В случае электрохимической коррозии находящихся в контакте металлов железа и меди в кислой среде:
• 1) на аноде идёт растворение железа; 2) на аноде идёт растворение
• меди; 3) на аноде идёт восстановление кислорода до гидроксид-ионов;
• 4) на аноде идёт восстановление катионов водорода до молекулярного
• водорода.
• 4. Для получения металлических покрытий железа используются металлы, которые по сравнению с железом :
• 1) более активны; 2) и более активные, и менее активные; 3) менее
• активные; 4) металлы не используются;
• 5) При подготовке воды, поступающей в котельные установки, её подвергают деаэрации для удаления из неё:
• 1)азота; 2) водорода; 3) кислорода; 4) аргона.
• ВАРИАНТ 2
• 1. Наиболее активно корродирует:
• 1)техническое железо; 2) химически чистое железо; 3) железо,
• покрытое слоем олова; 4) сплав железа с хромом и никелем.

2. . В случае электрохимической коррозии находящихся в контакте металлов

1. 1) на аноде идёт восстановление; 2) на катоде идёт окисление; 3) менее
2. активный металл является анодом; 4) менее активный металл является
3. катодом.
4. 3. В случае электрохимической коррозии находящихся в контакте металлов железа и меди в кислой среде:
5. 1) на катоде идёт растворение железа; 2) на катоде идёт восстановление катионов водорода до молекулярного водорода; 3) на катоде идёт восстановление кислорода до гидроксид-ионов; 4) на катоде идёт растворение меди.

  Способы быстрой очистки бронзовых изделий от налета

• 4. При лужении железа оно покрывается тонким слоем :
• 1) меди; 2) цинка; 3) олова; 4) никеля.
• 5. Ингибитором при хранении соляной кислоты служат производные:
• 1) анилина; 2) бутиламина; 3) аланина; 4) ванилина.
• ВАРИАНТ 3
• 1.Электрохимическую коррозию металлов вызывает:
• 1) контакт металла с кислородом; 2) контакт металла с оксидом серы;
• 3) контакт с другими металлами; 4) контакт металла с водой.
• 2. В случае электрохимической коррозии находящихся в контакте металлов:
• 1) на аноде идёт восстановление; 2) на катоде идёт восстановление;
• 3) более активный металл является катодом; 4) менее активный металл
• является анодом.
• 3. В случае электрохимической коррозии находящихся в контакте металлов железа и меди в щелочной или нейтральной среде:
• 1) на катоде идёт восстановление катионов водорода до молекулярного
• водорода; 2) на катоде идёт растворение железа; 3) на катоде идёт
• растворение меди; 4) на катоде идёт восстановление кислорода до
• гидроксид-ионов.
• 4. Для протекторной защиты стальных изделий используют протекторы:
• 1)Mg и Zn; 2) Al и Cu; 3) Ca и Sn; 4) Co Cr.
• 5. К электрохимическим методам защиты металлов от коррозии относятся:
• 1) никелирование; 2) шлифование; 3) воронение; 4)катодная защита.
• ВАРИАНТ 4
• 1.Химическую коррозию вызывают:
• 1) кислород; 2) все перечисленные вещества; 3) хлор; 4) оксиды серы.
• 2. В случае электрохимической коррозии находящихся в контакте металлов:

  Защита от ржавчины на металле в домашних условиях

1. 1) на аноде идёт окисление; 2) на катоде идёт окисление; 3) более актив-
2. ный металл является катодом; 4) менее активный металл является анодом.
3. 3. В случае электрохимической коррозии находящихся в контакте металлов железа и меди в щелочной или нейтральной среде
4. 1) на аноде идёт восстановление кислорода до гидроксид-ионов;
5. 2) на аноде идёт растворение меди; 3) на аноде идёт растворение
6. железа; 4) на аноде идёт восстановление катионов водорода до молеку-
7. лярного водорода.
8. 4. В качестве лигирующих добавок при получении нержавеющей сталей используют:
9. 1) Zn и Mn; 2) Ag и Au ; 3) Ni и Cu; 4) Cr и Ni
10. 5. Ингибитором при перевозке серной кислоты в железных цистернах служит
11. 1) азотная кислота; 2) уксусная кислота; 3) сернистая кислота;
12. 4) соляная кислота.
13. ОТВЕТЫ НА ТЕСТЫ КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ»

ОТВЕТЫ НА ТЕСТЫ КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ»

Основные объекты коррозии

Неоднородные металлические участки хаотично расположены на поверхности изделия и зависят от технологии и качества их изготовления, поэтому коррозионные разрушения чаще носят локальный характер. Кроме этого, локальность корродирования зависит от неоднородности:

• защитных оксидных пленок;
• электролита;
• влияния внешних факторов (нагрева, облучения);
• внутренних напряжений, вызывающих неравномерную деформацию.

Сварные и заклепочные соединения являются яркими представителями контакта инородных металлов, подвергающихся активной электрохимической коррозии. Сварка и заклепка — самые распространенные технологии в конструкции неразъемных соединений во всех ведущих отраслях промышленности и крупных трубопроводных системах:

• машиностроение;
• судостроение;
• нефтепроводы;
• газопроводы;
• водопроводы.

Наиболее значительные разрушения сварных швов и заклепочных соединений возникают в морской воде, присутствие соли в которой, значительно ускоряет процесс коррозии.

Катастрофическая ситуация сложилась в 1967 году с рудовозом «Анатина», когда морская вода от высоких штормовых волн попала в трюмы корабля.

Медные конструкции во внутренней отделке трюмов и стальной корпус способствовали созданию коррозионного элемента в электролите из морской воды.

Скоротечная электрохимическая коррозия вызвала размягчение корпуса судна и создание аварийной ситуации, вплоть до эвакуации команды.

Положительный эффект от электрохимической коррозии встречается очень редко. Например, при монтаже новых труб в системах горячего отопления жилых домов. Резьбовые соединения муфт начинают течь при первичном пуске до тех пор, пока продукты коррозии, состоящие из гидратированного железа, не заполнят микропоры в резьбе.

Вне зависимости от вида коррозии, химической или электрохимической, ее последствия одинаковые — разрушение изделий огромной стоимости. Причем помимо прямых потерь от пришедших в негодность материалов, существуют косвенные потери, связанные с утечками продуктов, простоями при замене негодных материалов и деталей, нарушении регламентов технологических процессов.

Отличия химической коррозии от электрохимической

Под процессом электрохимической коррозии понимают окислительно-восстановительную реакцию коррозионной среды за счет электронов металла, которые отнимаются у него под воздействием электрического потенциала, возникающего в электролите, коим является эта окислительная среда. Ионизация сопровождается разрушением той части, которая непосредственно контактирует со средой, а ржавчина, видимая невооруженным глазом, не что иное, как восстановленная коррозионная среда.

Если говорить о том, чем отличается коррозия химического плана от электрохимической, то здесь есть несколько принципиальных моментов:

1. Сущностью электрохимической коррозии является процесс, протекающий в электролите, и это главное.
2. В электрохимической обязательно присутствует электрический ток, чего нет при химическом окислении.
3. Электрохимическая коррозия характеризуется не одномоментным переходом частиц от металла к окислительному компоненту, а определяется величиной потенциала. То есть, чем потенциал выше, тем больше скорость движения частиц и быстрее восстановительный процесс коррозионной среды. При химическом же процессе разрушение вещества сопровождается одновременным восстановлением коррозионной среды.

Выделяют следующие виды электрохимической коррозии:

1. Межкристаллитная. Электрохимическое явление, когда у алюминия, никеля, иных элементов наблюдается разрушение зерна по его границе, и происходит это избирательно. В результате конструкция теряет свою прочность, ухудшаются свойства пластичности. Опасность в том, что этот электрохимический процесс визуально может быть незаметен.
2. Питтинговая. Проявляется как поражение точечных участков на таких элементах, как медь, ее сплавы и другие. Размер отдельных участков, где проявляется коррозия, обычно не превышает 1.5 миллиметров. Электрохимический питтинг бывает поверхностного типа, а также открытый и закрытый.
3. Щелевая. Опасный вид электрохимической коррозии, сопровождающийся быстрым усиленным разрушением областей, где есть микротрещины, зазоры либо щели. Коррозия может протекать при любом состоянии окружающей среды.

Современные методы борьбы

Многочисленные исследования и развитие технического прогресса привели к созданию целой системы методов и средств в борьбе с коррозией. Можно отметить три основных направления в защите от коррозии:

1. Конструктивные решения.
2. Активные методы.
3. Пассивные методы.

Конструктивные решения состоят в выборе материалов, которые минимально поддаются коррозии по своим физическим свойствам:

• нержавеющие стали;
• легированные стали;
• цветные металлы.

Активные методы борьбы подсказала сама электрохимическая коррозия. Постоянное напряжение прикладывают к защищаемой металлической конструкции так, чтобы повысить его электродный потенциал и замедлить процесс электрохимического растворения. Второй вариант активной защиты — жертвенный анод, который имеет низкий электродный потенциал, вследствие чего разрушается вместо защищаемого объекта.

Пассивные методы состоят в нанесении защитных покрытий. Технический прогресс в этой области начал развиваться с нанесения простейших лакокрасочных покрытий, предотвращающих попадания кислорода, влаги и конденсата на поверхность металлов. Затем появились гальванические покрытия на основе:

• цинка — цинкование;
• хрома — хромирование;
• никеля — никелирование.

Оцинкованное железо, никелированные и хромированные столовые приборы, консервные банки с продуктами служат многие годы, не поддаваясь электрохимической коррозии, сохраняя красивый внешний вид, предохраняя порчу продуктов.

Технический прогресс в развитии методов борьбы с коррозией

Так как коррозионные потери металла составляют астрономическую сумму, технический прогресс продолжает предлагать новые методы борьбы с ней, по мере развития научных исследований и совершенствования аппаратного обеспечения. К ним относятся:

• газотермическое напыление, образующее сверхтонкие защитные покрытия;
• термодиффузионные покрытия, создающие прочную поверхностную защиту;
• кадмирование, обеспечивающее защиту стали в морской воде.

Рост промышленного производства происходит с постоянным увеличением выпуска металлических изделий. Электрохимическая коррозия, вне зависимости от исторической эпохи, представляет постоянную угрозу огромному объему конструкций и ответственных сооружений. Поэтому создание новых методов и средств борьбы — одна из задач исследований технического прогресса.

Электрохимические способы защиты от коррозии

К электрохимическим способам защиты металлов от коррозии относятся протекторная и катодная защиты:

1) Протекторная защита.

По механизму защитного действия этот вариант аналогичен анодному покрытию. К защищаемой конструкции, находящейся в среде электролита, присоединяется более активный металл.

В образующейся гальванопаре, за счет коррозии более активного металла, происходит поляризация электронами защищаемой конструкции. В качестве металла-протектора применяются Мg, Zn, Аl и другие активные металлы или их сплавы.

Необходимым условием протекторной защиты является электропроводящий контакт конструкции с металлом-протектором.

• Химизм протекторной защиты железа цинком в нейтральной среде:
• Анодный процесс: Zn = Zn2+ + 2e.
• Катодный процесс: O2 + 2H2O + 4e =4ОH-.
• Суммарное уравнение: 2Zn + O2 +2H2O = 2Zn(ОH)2.
• 2) Катодная защита.

Сущность данного способа защиты от коррозии заключается в том, что защищаемый металл, находящийся в среде электролита, подключается к катоду(–) внешнего источника тока. В качестве анода можно использовать любой металлический лом.

В результате окислители окружающей среды восстанавливаются на защищаемом металле электронами от внешнего источника тока, а окисляется металлический лом.

Такой способ защиты чаще всего применяют для крупных конструкций, находящихся в среде электролита.

1. ТЕМА 5
2. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОТЕКАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССВ
3. ЛЕКЦИЯ № 12
4. «ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА»

Науку о взаимных превращениях различных видов энергии называют термодина­микой. Термодинамика устанавливает законы этих превращений, а также направление самопроизвольного протекания различных процессов.

1 Энергетика химических процессов.

Внутренняя энергия и энтальпия

Химические реакции сопровождаются выделением или поглощением тепла. Тепловой эффект реакции в основном определяется разницей между энергиями разрыва химических связей исходных веществ и образования связей в продуктах реакции.

В любом процессе соблюдается закон сохранения энергии. Теплота (Q), погло­щенная системой, идет на изменение её внутренней энергии(DU) и на совершение работы (А):

Q = ΔU + A.

Внутренняя энергия системы U – это общий запас энергии системы. Абсолютные значения внутренней энергии веществ неизвестны, так как нельзя привести систему в состояние, лишенное энергии, поэтому на практике пользуются её изменени­ем ΔU.

Внутренняя энергия является функцией состояния, то есть её изменение однозначно определяется начальным и конечным состоянием системы и не зависит от пути перехода, по которому протекает процесс.

Изменение внутренней энергии системы измеряют при постоянном давлении, то есть в изохорно-изотермическом процессе (v – const, T – const).

• ΔU = U2 — U1,
• где ΔU — измене­ние внутренней энергии системы,
• U2 – энергия продуктов реакции, U1 – энергия исходных веществ.

Теплота и работа функциями состояния не являются, т.к. они служат формами пе­редачи энергии и связаны с процессом, а не с состоянием системы.

Энтальпия (Н) применяется случае проведения процесса при постоянном давлении, то есть в изобарно-изотермических (p – const, T – const) и является функцией состояния. На практике пользуются также изменением энтальпии

ΔH = H2 — H1.

Стандартные условия: Т – 298 К, р– 1атм, n – 1моль, агрегатное состояние и кристаллическая модификация – наиболее устойчивые при стандартных условиях.

Стандартные условия для изменения энтальпии обозначаются . Для простых веществ в стандартных условиях условно приняли равным 0.

Примеры:

1) (Н2ОЖ) = -285,8 кДж/моль, т.е. при стандартных условия образование жидкой воды из простых веществ (Н2 и О2) сопровождается выделением 285,8 кДж энергии.

2) (Н2Г) = 0 кДж/моль.

В термодинамике в уравнениях химических реакций наряду с указанием теплового эффекта реакции, указываются агрегатные состояния веществ и допускаются дробные коэффициенты. В такой форме записи уравнения называются термохимическими.

Пример:

Н2(г) + ½ О2(г) = Н2О(ж), = -285,8 кДж/моль.

Электрохимическая защита

Электрохимическая защита – эффективный способ защиты готовых изделий от электрохимической коррозии.

В некоторых случаях невозможно возобновить лакокрасочное покрытие или же защитный оберточный материал, тогда целесообразно использовать электрохимическую защиту.

Покрытие  подземного трубопровода или же днища морского суда очень трудоемко и дорого возобновлять, иногда просто невозможно. Электрохимическая защита надежно защищает изделие от коррозии, предупреждая разрушение подземных трубопроводов, днищ судов, различных резервуаров и т.п.

Применяется электрохимическая защита в тех случаях, когда потенциал свободной коррозии находится в области интенсивного растворения основного металла либо перепассивации. Т.е. когда идет интенсивное разрушение металлоконструкции.

Суть электрохимической защиты

К готовому металлическому изделию извне подключается постоянный ток (источник постоянного тока или протектор).

Электрический ток на поверхности защищаемого изделия создает  катодную поляризацию электродов микрогальванических пар. Результатом этого является то, что анодные участки на поверхности металла стают  катодными.

А вследствии воздействия коррозионной среды идет разрушение не металла конструкции, а анода.

В зависимости от того, в какую сторону (положительную или отрицательную) смещается потенциал металла, электрохимическую защиту подразделяют на анодную и катодную.

Катодная защита от коррозии

Катодная электрохимическая  защита от коррозии применяется тогда, когда защищаемый металл не склонен к пассивации. Это один из основных видов защиты металлов от коррозии.

Суть катодной защиты состоит в приложении к изделию внешнего тока от отрицательного полюса, который поляризует катодные участки коррозионных элементов, приближая значение потенциала к анодным. Положительный полюс источника тока присоединяется к аноду.

  При этом коррозия защищаемой конструкции почти сводится к нулю. Анод же постепенно разрушается и его необходимо периодически менять.

Существует несколько вариантов катодной защиты: поляризация от внешнего источника электрического тока; уменьшение скорости протекания катодного процесса (например, деаэрация электролита); контакт с металлом, у которого потенциал свободной коррозии в данной среде более электроотрицательный (так называемая, протекторная защита).

Поляризация от внешнего источника электрического тока используется очень часто для защиты сооружений,  находящихся в почве, воде (днища судов и т.д.). Кроме того данный вид коррозионной защиты применяется для цинка, олова, алюминия и его сплавов, титана, меди и ее сплавов, свинца, а также высокохромистых, углеродистых, легированных (как низко так и высоколегированных) сталей.

Внешним источником тока служат станции катодной защиты, которые состоят из выпрямителя (преобразователь), токоподвода к защищаемому сооружению, анодных заземлителей, электрода сравнения и анодного кабеля.

Катодная защита применяется как самостоятельный, так и дополнительный вид коррозионной защиты.

Главным критерием, по которому можно судить о  эффективности катодной защиты, является защитный потенциал. Защитным называется потенциал, при котором скорость коррозии металла в определенных условиях окружающей среды принимает самое низкое (на сколько это возможно) значение.

В использовании катодной защиты есть свои недостатки. Одним из них является опасность перезащиты. Перезащита наблюдается при большом смещении потенциала защищаемого объекта в отрицательную сторону. При этом выделяется. В результате – разрушение защитных покрытий, водородное охрупчивание металла, коррозионное растрескивание.

Протекторная защита (применение протектора)

Разновидностью катодной защиты является протекторная. При  использовании протекторной защиты к защищаемому объекту подсоединяется металл  с более электроотрицательным потенциалом. При этом идет разрушение не конструкции, а протектора. Со временем протектор корродирует и его необходимо заменять  на новый.

Протекторная защита эффективна в случаях, когда между протектором и окружающей средой небольшое переходное сопротивление.

Каждый протектор имеет свой радиус защитного действия, который определяется максимально возможным расстоянием, на которое можно удалить протектор без потери защитного эффекта.  Применяется протекторная защита чаще всего тогда, когда невозможно или трудно и дорого подвести к конструкции ток.

Протекторы используются для защиты сооружений в нейтральных средах (морская или речная вода, воздух, почва и др.).

Для изготовления протекторов используют такие металлы: магний, цинк, железо, алюминий. Чистые металлы не выполняют в полной мере своих защитных функций, поэтому при изготовлении протекторов их  дополнительно легируют.

Железные протекторы изготавливаются из углеродистых сталей либо чистого железа.

Цинковые протекторы

Цинковые протекторы содержат около 0,001 – 0,005 %  свинца, меди и  железа, 0,1 – 0,5 % алюминия и 0,025 – 0,15 % кадмия. Цинковые проекторы применяют для защиты изделий от морской коррозии (в соленой воде). Если цинковый протектор эксплуатировать в слабосоленой, пресной воде либо почвах – он достаточно быстро  покрывается толстым слоем оксидов и гидроксидов.

Протектор магниевый

Сплавы для изготовления магниевых протекторов легируют 2 – 5 % цинка и 5 – 7 % алюминия. Количество в сплаве меди, свинца, железа, кремния, никеля не должно превышать десятых и сотых долей процента.

Протектор магниевый используют в слабосоленых, пресных водах, почвах. Протектор применяется с средах, где цинковые и алюминиевые протекторы малоэффективны. Важным аспектом является то, что протекторы из магния должны эксплуатироваться в среде с рН 9,5 – 10,5. Это объясняется высокой скоростью растворения магния и образованием на его поверхности труднорастворимых соединений.

Магниевый протектор опасен, т.к. является причиной водородного охрупчивания и коррозионного растрескивания  конструкций.

Алюминиевые протекторы

Алюминиевые протекторы содержат добавки, которые предотвращают образование окислов алюминия. В такие протекторы вводят до 8 % цинка, до 5 % магния и десятые-сотые доли кремния, кадмия, индия, таллия. Алюминиевые протекторы эксплуатируются в прибрежном шельфе и проточной морской воде.

Анодная защита от коррозии

Анодную электрохимическую защиту применяют для конструкций, изготовленных из титана, низколегированных нержавеющих, углеродистых сталей, железистых высоколегированных сплавов, разнородных пассивирующихся  металлов. Анодная защита применяется в хорошо электропроводных  коррозионных средах.

При анодной защите потенциал защищаемого металла смещается в более положительную сторону до достижения пассивного устойчивого состояния системы. Достоинствами  анодной электрохимической защиты является не только очень значительное замедление скорости коррозии, но и тот факт, что в производимый продукт и среду не попадают продукты коррозии.

Анодную защиту можно реализовать несколькими способами: сместив потенциал в положительную сторону при помощи источника внешнего электрического тока или введением в коррозионную среду окислителей (или элементов в сплав), которые   повышают эффективность катодного процесса на поверхности металла.

Анодная защита с применением окислителей по защитному механизму схожа с анодной поляризацией.

Если использовать пассивирующие ингибиторы с окисляющими свойствами, то защищаемая поверхность переходит в пассивное состояние под действием возникшего тока. К ним относятся бихроматы, нитраты и др. Но они достаточно сильно загрязняют окружающую технологическую среду.

• При введении в сплав добавок (в основном легирование  благородным металлом) реакция восстановления деполяризаторов, протекающая на катоде,  проходит с меньшим перенапряжением, чем на защищаемом металле.
• Если через защищаемую конструкцию пропустить электрический ток, происходит смещение потенциала в положительную сторону.
• Установка для анодной электрохимической защиты от коррозии состоит из источника внешнего тока, электрода сравнения, катода и самого защищаемого объекта.
• Для того, чтоб узнать, возможно ли для определенного объекта применить анодную электрохимическую защиту, снимают анодные поляризационные кривые, при помощи которых можно определить потенциал коррозии исследуемой конструкции в определенной коррозионной среде,  область устойчивой пассивности и плотность тока в этой области.
• Для изготовления катодов используются металлы малорастворимые, такие, как высоколегированные нержавеющие стали, тантал, никель, свинец, платина.
• Чтобы анодная электрохимическая защита в определенной среде была эффективна,  необходимо использовать легкопассивируемые металлы и сплавы, электрод сравнения и катод должны все время находится в растворе, качественно выполнены соединительные элементы.
• Для каждого случая анодной защиты схема расположения катодов проектируется индивидуально.
• Для того, чтоб анодная защита  была эффективной для определенного объекта, необходимо, чтоб он отвечал некоторым требованием:
• — все сварные швы должны быть выполнены качественно;
• — в технологической среде материал, из которого изготовлен защищаемый объект, должен переходить в пассивное состояние;
• — количество воздушных карманов и щелей должно быть минимальным;
• — на конструкции не должно присутствовать заклепочных соединений;
• — в защищаемом  устройстве электрод сравнения и катод должны всегда находиться в растворе.
• Для реализации анодной защиты в химической промышленности часто используют теплообменники и установки, имеющие цилиндрическую форму.
• Электрохимическая анодная защита  нержавеющих сталей  применима для  производственных хранилищ серной кислоты, растворов на основе аммиака, минеральных удобрений, а также всевозможных сборников, цистерн, мерников.
• Анодная защита может также применяться для предотвращения коррозионного разрушения ванн  химического никелирования, теплообменных установок в производстве искусственного волокна и серной кислоты.

Способы нанесения защитных покрытий

Одним из способов защиты металла от коррозии является создание на нём защитного покрытия. По используемому материалу защитные покрытия делятся на металлические, неметаллические и химические.
Первые два осуществляются путём погружения изделия в расплавленный металл, гальваническую ванну, простой окраской его или другими способами.

К химическим защитным способам защиты металла относятся: пассивирование, фосфатирование, оксидирование. В литературе выделяют также химическое окрашивание металла. Химическим способом можно наносить покрытия в жидкой, пастообразной или газообразной среде при различных темпера­турах.

Разнообразие методов покрытия видно из схемы классификации их, приведённой на рисунке.

• Рассмотрим более подробно наиболее удобные для «домашних» условий способы нанесения защитно — декоративных покрытий металла.
• Оксидирование стали и цветных металлов
• Оксидирование стали
• Оксидные пленки на железе и его сплавах могут быть получены термическим, химическим и электрохимическим способами.

Термический способ заключается в нагреве деталей на воздухе или в среде водяного пара. При этом на поверхности металла образуется пленка толщиной до 3 мкму которая в зависимости от состава металла и режима оксидирования имеет различную окраску.

Для получения на углеродистой стали защитно-деко­ративных пленок черного цвета погружают нагретые до 450-470°С детали в льняное масло, повторяя эту опера­цию несколько раз.
Пленки черного цвета получаются при обработке де­талей в смеси (расплаве, без добавления воды), состоящей из 4 частей едкого натра и 1 части нитрита натрия, при температуре 250-350° С.

Синяя окраска пленок получается при оксидировании в смеси, содержащей 55% нитрита натрия и 45% нитрата натрия.

Термический способ применяется для оксидирования инструмента и некоторых мелких деталей.

Для получения защитно-декоративных пленок наиболее широко используется химический способ оксидирования в щелочных и бесщелочных растворах.
В первом случае обработка стали производится в горячем концентрирован­ном растворе щелочи, содержащем окислители.

Образую­щаяся пленка состоит в основном из магнитной окиси железа Fe304.
Бесщелочной рабочий раствор содер­жит фосфорную кислоту и окислители — азотнокислые соли кальция, бария.

Формирующаяся в нем фосфатно-окисная пленка состоит из фосфатов, окиси железа и металла, азотнокислая соль которого добавляется к рас­твору. Толщина ее достигает 3—4 мкм.

Такие пленки от­личаются большей механической стойкостью и лучшей защитной способностью, чем оксидные слои, полученные в щелочных растворах.
Бесщелочное оксидирование ведут при более низкой температуре, что позволяет упростить конструкцию ванн.

Продолжительность процесса по сравнению со щелочным способом уменьшается в 2-3 раза. Оксидно-фосфатный слой может служить хорошим грунтом под лакокрасочные покрытия. Он используется также для декоративной от­делки и защиты от коррозии изделий из углеродистых и легированных сталей, а также из цинка и его сплавов.

Электрохимическое оксидирование производится об­работкой изделий на аноде в щелочном растворе. Процесс идет при более низкой температуре и требует меньшего расхода химикатов, чем при химическом оксидировании.

Пленки получаются черного цвета с синим оттенком, бо­лее стойкие против коррозии.

Для осуществления способа требуются дополнительные затраты на пи­тание ванн постоянным током и специальные подвесные приспособления для загрузки обрабатываемых деталей в ванну.

Оксидирование алюминия и его сплавов.

Наиболее простым и надежным способом защиты алю­миния и его сплавов от коррозии является оксидирование — процесс получения на поверхности металла оксидных пленок в результате химической или электрохимической обработки.

Химическое оксидирование используется для защиты изделий от коррозии и для получения грунта под лакокра­сочные покрытия. Толщина оксидных пленок, полученных химическим путем, составляет 0,5-3 мкм.

Пленки отличаются малой механической прочностью и поэтому неприменимы в тех случаях, когда требуется повышенная твердость или износостойкость.

К химическим способам относится обработка алюминия в слабощелочном растворе хроматов или в растворе, со­держащем наряду с хроматами фосфорную кислоту и соединения фтора, однако они легко исти­раются и разрушаются от действия горячей воды и горя­чего воздуха.

Большей механической прочностью характеризуются пленки, по­лученные в фосфорнокислом растворе. Толщина их достигает 3—4 мкм. Они окрашены в светло-зеленый цвет. Оксидно-фосфатные пленки являются хорошим грунтом для лакокрасочных покрытий, но и в отсутствии их защищают алюминий от коррозии.

Тонкие, но плотные пленки, характеризующиеся низ­ким электросопротивлением, получают обработкой алю­миния в растворе, содержащем хроматы и фториды в ма­лых концентрациях.
Преимуществом химических способов оксидирования алюминия являются малая продолжительность процесса, простота его выполнения, несложность оборудования, что положи­тельно сказывается на экономических показателях.

Электрохимическое оксидирование алюминия требует использо­вания источников тока для питания ванны, но даёт исключительно высокие качества получаемых оксидных пленок, по- этому наиболее распространено в производстве.

Фосфатирование стали и цветных металлов

Процесс фосфатирования заключается в образовании на поверхности металла пленки нерастворимых в воде фосфорнокислых солей марганца и железа или цинка и железа. Размеры деталей при фосфатировании меняются незначительно, так как наряду с ростом фосфатного слоя происходит уменьшение толщины ме­талла за счет его травления.

Фосфатный слой обладает рядом ценных свойств, ко­торые определяют область применения фосфатирования. Он устойчив в атмосферных условиях, в смазочных маслах и органических растворителях; разрушается в кислотах и щелочах.

Фосфатная пленка характеризуется высокой адгезионной способностью и высоким электросопротивле­нием. Ее недостатком является малая механическая проч­ность и эластичность и низкая стойкость против механи­ческого истирания.

Наиболее широко фосфатирование применяется для защиты изделий от коррозии. Защитные свойства фосфат­ных пленок на стали выше, чем пленок, полученных химическим оксидированием в щелочных растворах. Пропитка маслами, консистентными смазками или лаками значи­тельно повышает коррозионную стойкость.

Фосфатированию можно подвергать углеродистые и низколегированные стали, чугун, некоторые цветные и легкие металлы: алюминий, магний, цинк, кадмий. Высоколегированные стали фосфатируются с трудом и дают пленки более низкого качества.

Фосфатные пленки на алюминии и магнии являются менее надежной защитой этих металлов от коррозии, чем пленки, полученные анодным оксидированием.

В промышленности используется химическое и электрохимическое фосфатирование стали и цветных металлов.

Пассивация металла

Одним из эффективных методов защиты поверхности металла от воздействия коррозии является обработка поверхности с помощью специальных химических растворов. При их взаимодействии с металлом протекает химическая реакция, в результате которой на поверхности образуется нейтральное (пассивное) соединение способное противостоять протеканию коррозийных процессов.

Такая обработка называется пассивация металла. После завершения этого процесса на поверхности образуется оксидная плёнка. Она обладает химическими свойствами не вступать в реакцию окисления и тем самым предотвращает разрушение не только поверхностного слоя, но и всей детали. Наиболее распространён этот вид обработки для стали, алюминия, никеля, меди и их сплавов.

Для проведения пассивации применяют различные кислоты. Чаще всего создаётся раствор на основе азотной кислоты. Именно созданные соли на основе этой кислоты создают на поверхности стали защитную плёнку с высокими защитными характеристиками.
Технология проведения пассивации цветных металлов практически не отличается от технологии обработки стали.

Основным отличием является состав применяемых растворов. Например, для обработки алюминия, меди, никеля применяют хроматы калия и натрия или хромовый ангидрид. Ускорения процесса обработки осуществляется при добавлении в состав раствора различных солей и кислот.

Пассивация меди производится в растворах серной кислоты, обработка поверхности меди производится в растворе фосфорной кислоты, цинка и кадмия в растворах соляной и азотной кислоты.

Удаление пассивной пленки происходит при погружении пластинки в разбавленную кислоту или при соприкосновении с ней раствора соли менее электроотрицательного металла (медь, цинк, олово, висмут, свинец).

Важным моментом для получения качественной плёнки при пассивации является финишная обработка. Во всех случаях необходимо после извлечении детали из ванны с раствором качественно её промыть. Это необходимо для того, чтобы прекратить процесс пассивации. После тщательной промывки рекомендуется просушить готовую деталь.