Материал: 3995

31

Методы защиты металлических поверхностей от коррозии

Защита металла сводится к повышению коррозионной стойкости металлов и снижению коррозионной активности окружающей среды.

Метод ингибирования основан на добавлении в коррозионную среду специальных веществ, замедляющих коррозию (ингибиторы). Ингибиторами могут быть органические (амины, аминокислоты, сульфокислоты) и неорганические соединения (хроматы, бихроматы, нитраты), которые адсорбируются на поверхности металла, образуя оксидную пленку, предохраняющую металл от дальнейшего растворения, либо взаимодействуют с ионами металлов и образуют трудно растворимые продукты коррозии - карбонаты, фосфаты, силикаты на анодных участках.

Неметаллические покрытия (краски, лаки, эмали, полимерные пленки) механически защищают металлическую поверхность от коррозии. Кроме этого, многие краски содержат ингибиторы коррозии и обладают большим защитным действием против разрушения.

Промышленное значение имеют масляные, спиртовые, асфальтовые лаки и нитролаки. Лаки обладают высокими защитными свойствами в условиях атмосферной коррозии. Коррозионная стойкость спиртовых лаков мала. Нитролаки весьма стойки во влажной атмосфере, но токсичны, взрывоопасны и горючи. Эмалевые лаки эластичны, прочны, обладают хорошей стойкостью в холодной и горячей воде, в растворах солей. Из полимерных материалов имеют применение полихлорвиниловые и фенолоальдегидные пластмассы.

Для сушильных камер имеется определенный набор лакокрасочных покрытий, устойчивых в атмосфере лесосушильных камер (табл. 11).

Таблица 11 Лакокрасочные покрытия, устойчивые в атмосфере лесосушильных камер

32

Оксидирование применяется для создания на поверхности металлических изделий защитных оксидных пленок.

Термический способ оксидирования стали при температуре 623…723 К называется воронением. Фосфатирование - это химический процесс, при котором на поверхности стали образуется пленка нерастворимых в воде фосфатных соединений марганца и железа. Эта пленка выдерживает температуру до 873 К и обладает электроизоляционными свойствами.

Для защиты от химической коррозии используют покрытие защищаемого металла металлическими покрытиями: хромом (термохромирование), алюминием (термоалютирование), кремнием (термосилицирование).

Для защиты от электрохимической коррозии используют гальванические покрытия, получаемые в процессе электролиза. Защищаемая металлическая поверхность выполняет роль катода. Она может покрываться за счет процесса восстановления хромом (хромирование), никелем (никелирование), железом (железнение), серебром (серебрение) и так далее. Этот процесс называют гальваностегией.

Протекторная защита заключается в том, что создается гальванический элемент из защищаемого металла и другого металла, обладающего более электроотрицательным потенциалом. Последний служит анодом и называется протектором. Протекторы должны располагаться на участках, наиболее подверженных коррозии. Для железных конструкций в качестве протектора применяют цинк, магниевые сплавы. Радиус действия протектора тем выше, чем больше электропроводимость агрессивной среды. Для морской воды он составляет З-5 м.

Электрозащита или катодная защита обеспечивается подключением защищаемой металлической конструкции к катоду внешнего источника постоянного тока. В качестве анода используется любой металлический лом, который подключают к положительному полюсу источника тока.

Для повышения коррозионной стойкости металлов используют метод легирования, при котором в состав сплава вводят металлы (хром, никель, титан, молибден, вольфрам), вызывающие пассивацию защищаемого металла. При химической коррозии в качестве легирующих агентов используют хром, алюминий, кремний. При электрохимической коррозии легирующими

33

металлами являются хром, вольфрам, никель титан, кобальт, молибден, ванадий и другие.

Реактивы и оборудование

1U -образная трубка.

2Набор электродов и пластин из различных видов стали.

3Вольтметр.

4Соединительные проводники.

5Набор растворов кислот и солей.

6Наждачная и фильтровальная бумага.

Экспериментальная часть Опыт 1. Защита стали и чугуна методом оксидирования

Для исследования коррозии стали и методов ее защиты от коррозии стальную пластину необходимо очистить наждачной бумагой и измерить электродный потенциал относительно электрода сравнения (каломельного электрода). Затем вытащить рабочий электрод из U-образной трубки, высушить фильтровальной бумагой и нагревать в пламени горелки до тех пор пока на ней не образуются тончайшие слои оксидов, о чем свидетельствуют цвета побежалости на поверхности пластин. Довести температуру рабочего электрода до комнатной и после этого измерить потенциал электрода, покрытого оксидными пленками. Замеры электродных потенциалов не оксидированной и оксидированной пластины производить через 5 минут после помещения электродов в раствор электролита, данные занести в табл. 12.

Таблица 12

Значения ЭДС коррозионного элемента

Сделайте вывод об изменении ЭДС коррозионного элемента и назовите причину этого изменения. Напишите схемы коррозионных гальванических элементов и объясните их работу.

34

Опыт 2 Коррозия металлических поверхностей в кислой среде Наиболее активно коррозия металлических поверхностей происходит в

кислой среде. Например, одним из окислительных агентов в лесосушильных камерах является уксусная кислота, которая реагирует с металлическим материалом камер.

Для проведения эксперимента поместить в U-образную трубку 10%-ный раствор уксусной кислоты в таком количестве, чтобы электроды были погружены в электролит на 2…3 см. Измерить электродный потенциал взятого металла через 1, 5, 10 и 20 минут. Полученные данные внести в табл. 13 и сделать вывод о том, что происходит с металлической поверхностью в результате работы микрогальванических пар.

Таблица 13 Электродный потенциал сталей, используемых в лесопромышленном

комплексе

Напишите схему работы коррозионных гальванических элементов. В лабораторной работе вместо стали в схеме можно использовать железо, которое является основным компонентом стали.

Вопросы для самоконтроля:

1.Каковы виды и механизм коррозии металлов?

2.Каковы основные методы защиты от коррозии?

3.В чем измеряется скорость коррозии?

4.В чем заключается метод оксидирования?

Лабораторная работа № 6 ПОЛУЧЕНИЕ И РАСЧЕТ ТОЛЩИНЫ ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО

ПОКРЫТИЯ

Цель работы:

1.Ознакомиться с методами нанесения и определение толщины гальванических покрытий.

2.Определить толщину гальванического покрытия гравиметрическим методом.

35

Теоретическая часть

Для защиты металлических изделий от коррозии, а также придания изделиям из металлических и неметаллических материалов защитнодекоративных или специальных (повышение твердости, износостойкости, антифрикционные свойства) свойств используют металлические покрытия.

В зависимости от способа нанесение металлических покрытий проводят различными способами: электроосаждением ионов металла из раствора электролита (гальванические), погружением защищаемого изделия в расплавленный металл (горячие), насыщением поверхностных слоев металла при высоких температурах (термодиффузионные), распылением расплавленного металла (металлизационные) или горячей прокаткой металла и слоя коррозионно-стойкого металла (плакировочные).

Независимо от способа нанесения, все металлические покрытия должны удовлетворять следующим основным требованиям: быть прочносцепленными с основой и не отслаиваться при любых условиях эксплуатации; быть плотными, мелкокристаллическими, обеспечивающими коррозионную стойкость изделия; иметь минимальную пористость; удовлетворять специальным требованиям к покрытию: твердости, износостойкости, удельному электросопротивлению, оптическим свойствам, антифрикционным свойствам и др.

По механизму защиты металла от коррозии металлические покрытия подразделяются на катодные и анодные. К катодным относятся покрытия, потенциалы которых в данной среде имеют более положительное значение, чем потенциал основного металла. Катодными покрытиями по отношению к стали являются медные, никелевые, золотые, серебряные, палладиевые и др. Анодные покрытия имеют потенциал более отрицательный, чем потенциал защищаемого металла (цинковое покрытие для стали).

Катодные покрытия надежно защищают от коррозии только при отсутствии в них пор, трещин и других дефектов, т.е. при условии их сплошности. При повреждении катодного покрытия возникает коррозионный элемент, в котором основной металл служит анодом и растворяется, а материал покрытия – катодом, на котором идет процесс или восстановления водорода, или ионизации кислорода (рис. 8).