Лекция 9 - Методы защиты металлов от коррозии.

План лекции:

1. Классификация методов защиты металлов.

2. Ингибирование, как способ снижения скорости коррозии. Катодные, анодные и органические ингибиторы.

3. Консервация металлоизделий.

В технике защита от коррозии осуществляется различными методами. Наиболее рациональный и надежный путь — это изготовление аппаратов, машин и т. д. из коррозионно-стойких как металлических, так и неметаллических материалов. Однако этот путь защиты от коррозии не всегда может быть использован в силу экономических, технических или технологических условий. В промышленности часто готовят изделия, аппараты, трубы из дешевых и доступных материалов, обладающих высокими технологическими и механическими свойствами, с последующей их защитой от коррозии.

Методы защиты от коррозии можно разделить на три группы:

– воздействие на металл;

– воздействие на агрессивную среду;

– комбинированные методы защиты.

К первой группе методов защиты относят:

а) легирование металлов — создание экранирующего поверхностного слоя, введение элементов, понижающих катодную или анодную активность сплава, введение элементов, предотвращающих структурную коррозию;

б) обработка поверхности металла — термическая и термохимическая обработка, вибрационная прокатка поверхности, химическое и электрохимическое напыление, механическая обработка (наклеп, ролики и т. д.), модифицирование ржавчины на поверхности;

в) нанесение защитных покрытий — постоянного, временного и периоди-ческого действия (смазка, воски);

г) подбор коррозионно-стойких материалов для условий эксплуатации конструкции;

д) рациональное конструирование — вывод отдельных узлов конструкции из агрессивных сред, исключение застойных зон агрессивных жидкостей;

е) электрохимическая защита.

Вторая группа методов защиты включает:

а) применение ингибиторов (замедлителей) коррозии;

б) герметизация конструкций (полная или частичная);

в) создание искусственных сред (обработка водных сред, применение нейтральных сред, осушка воздуха).

К третьей группе относят:

а) комплексное воздействие мер защиты на металл;

б) комплексное воздействие мер защиты на агрессивную среду;

в) комплексное воздействие на металл и агрессивную среду.

Уменьшить или полностью исключить коррозию металлической аппаратуры можно введением в агрессивную среду соединений, значительно снижающих коррозионный процесс. Такой способ снижения скорости коррозии называют ингибированием, а вводимые в среду вещества — ингибиторами, или замедлителями коррозии. Ингибирование применяют только в системах с постоянным объемом агрессивного раствора, например при защите резервуаров, цистерн, травильных ванн, паросиловых установок, при снятии накипи и т. д.

На эффективность действия ингибиторов коррозии влияют внешние и внутренние факторы коррозии. Среди них наиболее важные: рН среды (кислая, нейтральная, щелочная) и концентрация ингибитора.

Механизм действия замедлителей коррозии в большинстве случаев имеет электромеханический характер, т. е. одни вещества, вводимые в состав среды, замедляют анодный, а другие — катодный процесс или одновременно обе стадии процесса.

По характеру защитного действия применяемые ингибиторы подразделяются на катодные, анодные и органические.

К анодным замедлителям относятся вещества, обладающие окислительными свойствами (хроматы, дихроматы, нитриты и др.). Они образуют на анодной поверхности металла или сплава пассивные, чаще всего оксидные пленки толщиной ~0,01 мкм и уменьшают скорость его растворения. Уменьшение скорости коррозии достигается непосредственным торможением перехода металла в раствор или сокращением поверхности анода из-за образования защитных пленок.

К катодным замедлителям относятся вещества, способные тормозить отдельные стадии катодного процесса. Например, в процессах, идущих с кислородной деполяризацией, скорость коррозии уменьшается при снижении концентрации кислорода в растворе. Поэтому введение поглотителей кислорода в раствор (Nа₂SО₃) снижает скорость коррозии. Можно уменьшить коррозию, применяя катодные замедлители, сокращающие поверхность катодных участков. К ним относятся ZnSО₄, ZnCl₂ и др. Снижение коррозии при введении этих соединений объясняется образованием в щелочной среде нерастворимого соединения Zn(ОН)₂, которое, осаждаясь на стенках аппарата, изолирует поверхность катода от соприкосновения с раствором.

Снизить скорость катодного процесса, идущего с водородной деполяризацией, можно введением в агрессивную среду веществ, повышающих перенапряжение водорода на катоде. Такими веществами являются соединения тяжелых металлов (Аs₂О₃, Вi₂(SО₄)₃ и др.).

Анодные и катодные замедлители (как правило, неорганические соединения) снижают коррозию в нейтральных и щелочных средах, но не оказывают защитного действия в кислых средах.

Коррозия металлов в растворах кислот протекает с водородной деполя-ризацией. Для ее предотвращения применяются ингибиторы, повышающие пе-ренапряжение восстановления ионов водорода и реакции ионизации металла. Введение кислотных ингибиторов уменьшает скорость коррозии в этих средах в десятки и сотни раз.

К органическим замедлителям коррозии относятся органические коллоиды, поверхностно-активные вещества и другие соединения.

Органические ингибиторы адсорбируются на поверхности металла, причем не на всей поверхности, а лишь только на катодных, активных ее участках, тормозя разряд ионов водорода, а следовательно, и разрушение металла. Органические замедлители не адсорбируются окисленной поверхностью или продуктами коррозии, находящимися на ней, поэтому они будут разрушаться под действием агрессивной среды. Этим свойством органических замедлителей пользуются при кислотном травлении металлов, когда ржавчина и окалина растворяются без заметной коррозии металла.

Защитное действие органических замедлителей зависит не только от природы этих веществ, но и от температуры и концентрации их в агрессивной среде. С повышением температуры уменьшается адсорбция их поверхностью и резко снижается защитное действие. Концентрация ингибитора в растворе должна быть строго определенной.

В полиметаллических системах необходимо применять смеси ингибиторов, действие которых на металлоконструкции неодинаково. Возможно равнозначное действие отдельных ингибиторов, ослабление эффективности (антагонизм), увеличение эффективности (синергизм).

Наиболее полезен эффект синергизма, который приводит к достижению большего защитного эффекта.

Под консервацией понимают специальную защиту металлоизделий от коррозии в периоды их хранения в периоды их хранения или транспортировки. Это временные меры защиты от коррозии, так как средства защиты (консерванты) легко и просто удалить с поверхности металла в тот момент, когда изделие необходимо перевести в рабочее состояние.

Выделяют четыре группы средств консервации: масла и смазки; ингибиторы коррозии; осушители коррозии; инертные атмосферы. Часто для консервации используют рабочие масла с добавками присадок-ингибиторов (АКОР–1 или КП) в количестве 5-15 % от массы консервационной смеси.