Способы защиты металлов от коррозии.

Защитные мероприятия начинают на стадиях проектирования и производства изделий и продолжают в процессе их эксплуатации.

Способы защиты металлов от коррозии делятся на следующие группы:

I. Способы, основанные на изменении свойств металла. К ним относятся:

1. Легирование металлов.

2. Изоляция металлов путем нанесения защитных покрытий.

3. Электрохимическая защита.

II. Способы, основанные на изменении свойств агрессивной среды.

Рассмотрим все эти способы защиты металлов подробнее.

1. Легирование металлов – это введение в металл добавок других металлов, которые повышают его коррозионную устойчивость и увеличивают прочность защитных пленок. Легирующими добавками к железу служат Cr, Mo, Ni, Mn. Для повышения устойчивости металла из него также удаляют примеси, усиливающие коррозию.

2. Защитные покрытия делятся на металлические, неметаллические и химические.

Металлические покрытия делятся на анодные и катодные. Для получения анодного покрытия на защищаемый металл наносят слой более активного металла. Например, железо покрывают цинком, в этой паре цинк – анод, а железо – катод. Если цинковое покрытие не повреждено, то железо корродировать не может. При повреждении покрытия в среде электролита возникает МГЭ и начинается ЭХК. При этом будет разрушаться анод, т.е. само покрытие, но не защищаемый металл. Поэтому анодные покрытия применяются в случае большой вероятности их повреждения.

Схема работы МГЭ, возникающего в кислой среде при повреждении анодного покрытия:

Катодные покрытия делают из металла менее активного, чем защищаемый металл. Например, для катодного покрытия железа используют олово. При повреждении катодного покрытия в токопроводящей среде возникает МГЭ, в котором олово будет катодом, а железо – анодом, которое и будет подвергаться коррозии. Поэтому катодные покрытия применяются при небольшой вероятности их повреждения (например, для внутреннего покрытия консервных банок или для покрытия церковных куполов).

Схема работы МГЭ в кислой среде при нарушении катодного покрытия:

В нейтральной и щелочной средах ЭХК протекает аналогично с участием О₂ в роли деполяризатора (K: O₂ + 2H₂O + 4e → 4OH^-).

Неметаллические покрытия бывают органические и неорганические. К органическим относятся лаки, краски, битумы, полимеры, резины. К неорганическим относятся покрытия из эмалей и бетонов.

Химические покрытия – это коррозионно стойкие неметаллические пленки, которые получают химической обработкой поверхности металла. Они делятся на оксидные, фосфатные, хроматные, нитридные и др. Оксидные пленки получают взаимодействием поверхности металла с атомарным кислородом при высокой температуре или методом электролиза (анодированием).

Защитные покрытия образуются также в случае ингибиторной защиты. Она заключается в нанесении на поверхность металла ингибиторов, замедляющих скорость коррозии. Неорганические ингибиторы (Na₂CrO₄, NaNO₂, Na₂SiO₃) при взаимодействии с металлами образуют на их поверхности труднорастворимые защитные пленки. Органические ингибиторы (ароматические амины и спирты, многоатомные фенолы, тиомочевина, уротропин) образуют защитный слой в результате их химической адсорбции поверхностью металла.

3. К электрохимическим способам защиты относятся протекторная защита и электрозащита.

Протекторная защита заключается в том, что к защищаемому изделию присоединяют протектор, состоящий из более активного металла. Возникает накоротко замкнутый гальванический элемент, в котором изделие является катодом, а протектор – анодом. Поэтому разрушаться будет протектор. В качестве протекторов используют отходы цинкового производства и старые изделия из магниевых сплавов. Этим способом защищают гребные винты морских судов, подземные трубопроводы и сооружения.

Радиус действия протекторной защиты не более 50 м. Поэтому чаще используют электрозащиту, или метод внешнего потенциала. Электрозащита бывает катодной или анодной.

При катодной защите изделие подключают к катоду источника постоянного тока, а его анод подключают к вспомогательному электроду, например куску старого рельса, или замыкают на землю, например при защите газо- и нефтепроводов. В результате на защищаемом изделии возникает избыточный отрицательный заряд, оно становится катодом и не разрушается. Коррозии подвергается вспомогательный электрод, который выполняет роль анода. Радиус действия катодной защиты достигает 2 км.

При анодной защите защищаемое изделие подключают к аноду источника тока, а катод соединяют со вспомогательным электродом. При этом электродный потенциал защищаемого металла сдвигается в сторону более положительных значений, его коррозионная стойкость повышается. Анодная защита применяется для защиты аппаратуры из стали, титана или др. металлов.

II. ЭХК замедляют также уменьшением агрессивных свойств окружающей среды. Существует два способа:

1. Ингибиторная защита путем добавления ингибиторов в агрессивную среду.

2. Удаление из окружающей среды или снижение концентрации веществ, способствующих коррозии, например, снижение концентрации кислорода в воздухе или кислоты в растворе.