Студопедия

КАТЕГОРИИ:



Мы поможем в написании ваших работ!

Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Мы поможем в написании ваших работ!

Защита металлов от коррозии





В соответствии с рассмотренными ранее механизмами коррозию металлов можно затормозить изменением потенциала металла, пасси­вацией металла, снижением концентрации окислителя, изоляцией по­верхности металла от окислителя, изменением состава металла и др. При разработке методов защиты от коррозии используют указанные способы снижения скорости коррозии, которые меняются в зависи­мости от характера коррозии и условий ее протекания. Выбор способа определяется его эффективностью, а также экономической целе­сообразностью. Все методы защиты условно делятся на следующее группы: а) легирование металлов; б) защитные покрытия (металличес­кие, неметаллические); в) электрохимическая защита; г) изменение свойств коррозионной среды; д) рациональное конструирование изделий

Легирование металлов.Это эффективный (хотя и дорогой) ме­тод повышения коррозионной стойкости металлов. При легировании в состав сплава вводят компоненты, вызывающие пассивность метал­ла. В качестве таких компонентов применяют хром, никель, вольф­рам и др.

Широкое применение нашло легирование для защиты от газовой коррозии. Введение некоторых добавок к сталям (титана, меди, хрома 'и никеля) приводит к тому, что при коррозии образуются плотные продукты реакции, предохраняющие сплав от дальнейшей коррозии. При этом используют сплавы, обладающие жаростойкостью и жаро­прочностью,

Жаростойкость — стойкость по отношению к газовой кор­розии при высоких температурах. Жаропрочность — свойства конструкционного материала сохранять высокую механическую прочность при значительном повышении температуры. Жаростой­кость обычно обеспечивается легированием металлов и сплавов, на­пример, стали хромом, алюминием и кремнием. Эти элементы при высоких температурах окисляются энергичнее, чем железо, и обра­зуют при этом плотные защитные пленки оксидов, например, SiCb, А12Оз и Сг203. Хром и кремний улучшают также жаропрочность ста­лей. Стали, легированные 4-9% хрома, молибденом или кремнием, применяют, например, в парогенераторе- и турбостроении. Сплав, содержащий 9 -12% хрома, применяют для изготовления лопаток га­зовых турбин, деталей реактивных двигателей, в производстве двига­телей внутреннего сгорания и т. п.



Сплавы Cr-Al-Fe обладают исключительно высокой жаростойко­стью. Например, сплав, содержащий 30% Сг, 5 % А1, 0,5% Si, устой­чив на воздухе до 1300 С. Эти сплавы используют, в частности, в ка­честве материала дня изготовления спиралей и деталей нагреватель­ных элементов печей сопротивления. К их недостаткам относятся низкая жаропрочность и склонность к хрупкости при комнатной тем­пературе после продолжительного нагрева на воздухе, вызываемая в известной степени образованием нитридов алюминия. По этой при­чине положение спиралей в печах должно быть фиксировано, а для беспрепятственного термического расширения и сжатия спирали

обычно гофрируют. Жаростойкость никеля еще больше повышается при добавлении хрома. Сплав, содержащий 20% Сг и 80% Ni, устой­чив на воздухе до 1150 С. Этот сплав — один из лучших жаростойких и жаропрочных сплавов.

Легирование также используется с целью снижения скорости электрохимической коррозии, особенно коррозии с выделением во­дорода. К коррозионностойким сплавам, например, относятся нержа­веющие стали, в которых легирующими компонентами служат хром, никель и другие металлы.

Защитные покрытия.Слои, искусственно создаваемые на по­верхности металлических изделий и сооружений для предохранения их от коррозии, называются защитными покрытиями. Если наряду с защитой от коррозии покрытие служит также для декоративных це­лей, его называют защитно-декоративным. Выбор вида покрытия за­висит от условий, в которых используется металл.

Металлические покрытия.Материалами для металлических защитных покрытий могут быть как чистые металлы (цинк, кадмий, алюминий, никель, медь, хром, серебро и др.), так и их сплавы (бронза, латунь и др.). По характеру поведения металлических по­крытий при коррозии их можно разделить на катодные н анодные. К катодным покрытиям относятся покрытия, потенциалы которых в данной среде имеют более положительное значение, чем потенциал основного металла. В качестве примеров катодных покрытий на ста­ли можно привести Си, Ni, Ag. При повреждении покрытия (или на­личии пор) возникает коррозионный элемент, в котором основной ма­териал в поре служит анодом и растворяется, а материал покрытия — ка­тодом, на котором выделяется водород или поглощается кислород (рис. 10.8, а). Следовательно, катодные покрытия могут защищать металл от коррозии лишь при отсутствии пор и повреждений покры­тия. Анодные покрытия имеют более отрицательный потенциал, чем потенциал основного металла. Примером анодного покрытия может служить цинк на стали. В этом случае основной металл будет катодом коррозионного элемента, поэтому он не корродирует. По­тенциалы металлов зависят от состава растворов, поэтому при изме­нении состава раствора может меняться и характер покрытия. Так, покрытие стали оловом в растворе H2SO4 — катодное, а в растворе органических кислот — анодное.

Для получения металлических защитных покрытий применяются различные способы: электрохимический (гальванические покрытия), погружение в расплавленный металл, металлизация, термодиффузионный и химический. Из расплава получают покрытие цинка (горячее цинкование) и олова (горячее лужение).

Металлизация — способ получения металлических защит­ных покрытий на различных сооружениях (мосты, детали судов, большие баки и др.); при этом способе расплавленный металл с по­мощью струи сжатого воздуха наносится на защищаемую поверх­ность. Этим методом можно получать слои почти любой толщины и с хорошим сцеплением с основным металлом. К преимуществам этого способа относится возможность нанесения покрытия на собранные конструкции. Иногда для повышения коррозионной стойкости поры покрытия заполняют термопластичными смолами.

Неметаллические защитные покрытия.Они могут быть как неорганическими, так и органическими. Защитное действие этих по­крытий сводится в основном к изоляции металла от окружающей среды. В качестве неорганических покрытий применяют неорганиче­ские эмали, оксиды металлов, соединения хрома, фосфора и др. К ор­ганическим относятся лакокрасочные покрытия, покрытия смолами, пластмассами, полимерными пленками, резиной.



Эмалированию подвергают черные и цветные металлы, ко­торые используют при производстве аппаратуры в фармацевтиче­ской, химической, пищевой отраслях промышленности, при произ­водстве изделий домашнего обихода.

Эмалирование также применяется для защиты от газовой корро­зии. Неорганические эмали по своему составу являются силикатами, т.е. соединениями кремния. К основным недостаткам таких покрытий относятся хрупкость и растрескивание при тепловых и механических ударах.

Некоторые защитные покрытия образуются непосредственно на поверхности металла. Образование на поверхности металлических изделий защитных оксидных пленок в технике называют оксиди­рованием. Некоторые процессы имеют специальные названия. Так, например, процессы нанесения на сталь оксидных пленок (иногда называют воронением, электрохимическое оксидирование алюминия — анодированием . Оксидные покрытия на стали можно получить при высокотемпературном окислении на воздухе или погружением в горячие концентрированные растворы ще­лочей, содержащих персульфаты, нитраты или хлораты металлов. В сухом воздухе оксидные пленки достаточно стойки; во влажной ат­мосфере, и особенно в воде, защитные свойства их невысоки. Защитные свойства оксидных пленок повышают пропиткой их маслом..

Лакокрасочные покрытия наиболее распространены и незаменимы. Лакокрасочное покрытие должно быть сплошным, бес­пористы, газо- и водонепроницаемым, химически стойким, эластич­ным, обладать высоким сцеплением с материалом, механической прочностью и твердостью. К некоторым покрытиям предъявляются специальные требования: повышенная стойкость при высоких темпе­ратурах, стойкость против кислот, щелочей, бензина и т. п. Лакокра­сочные покрытия делятся на две большие группы: лаки и краски (эмали). Краски (эмали) представляют собой смесь нерастворимых частиц пигмента (красителя), взвешенных в однородном органиче­ском связующем. Лаки обычно состоят из смеси смолы или высы­хающего масла с летучим растворителем. В процессе сушки проис­ходит полимеризация смолы или масла и испарение растворителя. Пигменты обычно представляют собой оксиды металлов, например ZnO, TiCb, СrОз, Ре2Оз или такие соединения, как ZnCrO4, PbS, Ваи т.п. Связующими могут быть растительные масла (льняное, древесное, ореховое, конопляное, подсолнечное, соевое и др.). Если требуется стойкость к кислотам, щелочам или к воздействию высо­ких температур и особенно для работы в условиях постоянного кон­такта с водой, в качестве связующих или их компонентов используют синтетические смолы.

Электрохимическая защита.Этот метод защиты основан на торможении анодных или катодных реакций коррозионного процесса. Электрохимическая защита осуществляется присоединением к защищаемой конструкции металла с более отрицательным значением электродного потенциала — протектора, а также катодной (катодная защита) или анодной (анодная защита) поляризацией за счет извне приложенного тока. Наиболее применима электрохимическая зашита в коррозионных средах с хорошей ионной электриче­ской проводимостью. Катодная поляризация (защита) используется для защиты от коррозии подземных трубопро­водов, кабелей. Катодную защиту применяют также к шлюзовым воротам, подвод­ным лодкам, водным резер­вуарам, буровым платфор­мам, морским трубопрово­дам и оборудованию хими­ческих заводов.

Сущность катодной за­щиты заключается в том, что защищаемое изделие подключается к отрицательному полюсу внешнего источника постоянного тока, поэтому оно становится катодом, а анодом служит вспомога­тельный, обычно стальной электрод. Вспомогательный электрод (анод) растворяется

М — пе,

а на защищаемом сооружении (катоде) выделяется водород

 

2О + Н2 +2OH .

При протекторной защите к изделию подсоединяют металл или сплав, потенциал которого значительно отрицательнее потенциала металла изделия. Такие металлы или сплавы называются протекторами. В качестве материала протекторов используют сплавы алюминия, магния и цинка.

 

Рисунок 15.5 - Катодная защита подземного трубопровода.

 

Изменение свойств коррозионной среды.Для снижения arpecсивности среды уменьшают концентрацию компонентов, опасных в коррозионном отношении. Например, в нейтральных средах коррозия обычно протекает с поглощением кислорода. Его удаляют деаэрацией (кипячение, барботаж инертного газа) или восстанавливают с помо­щью соответствующих восстановителей (сульфиты, гидразин и т. п.) Например, О2 + N2H4 = N2 + 2H2O. Агрессивность среды может уменьшаться также при снижении концентрации ионов Н+, т. е. по­вышении рН (подщелачивании). Для защиты от коррозии широко применяют ингибиторы.

Ингибитором называется вещество, при добавлении которого в небольших количествах в среду, где находится металл, значительно уменьшается скорость коррозии металла. Ингибиторы применяют главным образом в системах, работающих с постоянным или мало обновляемым объемом раствора, например в некоторых химических аппаратах, системах охлаждения, парогенераторах и т. п. Они приме­няются при транспортировке газа и нефти, для защиты от коррозии горюче-смазочными веществами, а также в органических средах, морской воде и т. д. Особенно большое применение находят замедли­тели в процессах травления металлов для удаления с поверхности окалины или ржавчины.

По механизму своего действия на процесс электрохимической коррозии ингибиторы целесообразно разделить на адсорбционные и пассивационные.

По составу различают ингибиторы органические и неорганические. По условиям, в которых они применяются, их можно разделить на ингибиторы для растворов и летучие ингибиторы, дающие защитные эффект в условиях атмосферной коррозии. Так как эффектив­ность действия ингибитора сильно зависит от рН сред, то можно раз­делить ингибиторы также на кислотные, щелочные и нейтральные.

Механизм действия значительного числа ингибиторов заключается в адсорбции ингибитора на коррозирующей поверхности и после­дующем торможении катодных или анодных процессов.

Адсорбционные ингибиторы уменьшают скорость коррозии за счет снижения интенсивности процесса или сокращения площади участков, лимитирующих процесс. К таким ингибиторам относятся органические вещества, содержащие N, P, S, О, Si, например, диэтиламин (СН3СН2) 2NH, уротропин N4(CH2)4, формальдегид СН2О, пи­ридин СбН5К и его производные.

В последние годы широко применяют летучие парофазные инги­биторы. Их используют для защиты машин, аппаратов и других ме­таллических изделий во время их эксплуатации в воздушной атмо­сфере, при перевозке и хранении. Летучие ингибиторы вводятся в контейнеры, в упаковочные материалы или помещаются в непосред­ственной близости от рабочего агрегата. Вследствие достаточно вы­сокого давления паров летучие ингибиторы достигают границы раз­дела металл — воздух и растворяются в пленке влаги, покрывающей металл. Далее они адсорбируются на поверхности металла. В качест­ве летучих ингибиторов используются обычно амины с небольшой молекулярной массой, в которые вводятся группы NОз или СОз, на­пример бензатриазол, карбонат этаноламина, некоторые органиче­ские нитраты.

Пассивационные ингибиторы вызывают образование на поверх­ности металла защитных пленок и пассивацию металла. К ним отно­сятся неорганические окислители, например NaN02, Na2Cr2C>7, Н2О2, и вещества, образующие с ионами корродирующего металла мало­растворимые соединения (полифосфаты, силикаты и карбонаты на­трия, соединения кальция, магния и др.). Некоторые органические со­единения, например бензоат натрия, облегчают адсорбцию кислорода и этим вызывают пассивацию металла.

Рациональное конструированиеизделий должно исключать на­личие или сокращать число и размеры особо опасных, с точки зрения коррозии, участков в изделиях или конструкциях (сварных швов, уз­ких щелей, контактов разнородных по электродным потенциалам ме­таллов и др.), а также предусматривать специальную защиту металла этих участков от коррозии.

Защита от коррозии блуждающими токами.Токи, ответвляю­щиеся от своего основного пути, называются блуждающими. Источ­никами блуждающих токов могут быть различные системы и устрой­ства, работающие на постоянном токе, например железнодорожные пути электропоездов, трамвайные линии, заземления постоянного то­ка, установки для электросварки, электролизные ванны, системы катодной защиты и т. д.

.Коррозию блуждающими токами может, например, вызвать уста­новленный на берегу дизель-генератор для сварки, соединенный за­земленными проводами постоянного тока с находящимся в ремонте кораблем. Серьезные разрушения металла корпуса корабля могут возникать под воздействием той части тока, которая возвращается от сварочных электродов к береговой установке через корпус корабля и воду. В этом случае предпочтительнее устанавливать генератор на борту корабля и питать его переменным током, так как утечка в землю последнего вызывает менее сильную коррозию.

При низких плотностях блуждающего тока коррозия вследствие работы локальных микроэлементов протекает одновременно с корро­зией блуждающими токами. При высоких плотностях тока в некото­рых средах может начаться выделение кислорода.

Борьба с коррозией блуждающими токами заключается, прежде всего в их уменьшении. для электрифицированных железных дорог, у которых рельсы служат обратными проводами, это достигается поддержанием в хорошем состоянии электрических контактов между рельсами и увеличением сопротивления между рельсами и почвой. Коррозия блуждающими токами прекращается при соединении ме­таллическим проводником с низким сопротивлением эксплуатируе­мой трубы с рельсами. Это называется дренажом.

Итак, к настоящему времени благодаря изучению механизма кор­розии разработаны разнообразные методы защиты от коррозии, вы­бор которых определяется природой защищаемого металла, парамет­рами коррозионной среды и экономическими соображениями.

 





Дата добавления: 2014-01-04; Просмотров: 1861; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



ПОИСК ПО САЙТУ:


Рекомендуемые страницы:

Читайте также:
studopedia.su - Студопедия (2013 - 2021) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление
Генерация страницы за: 0.005 сек.