Montagpena.ru

Строительство и Монтаж
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

12. 2. Способы защиты металлов от коррозии

12.2. Способы защиты металлов от коррозии

Все конструкционные и инструментальные материалы в большей или меньшей степени подвержены коррозионному действию внешней среды. Большая часть изделий в машиностроении изготовлена из сталей и чугунов, поэтому их защита от коррозии представляет наибольший интерес.

Существует много способов защиты металлов от коррозии. Выбор того или иного способа определяется конкретными условиями работы или хранения изделия. В настоящее время с целью увеличения срока службы изделий и обеспечения надёжности их работы применяют следующие способы защиты от коррозии: нанесение металлических и неметаллических покрытий, применение ингибиторов коррозии, химическая и электрическая защита.

Металлические покрытия широко применяются для защиты от коррозии деталей машин и приборов и различных металлоконструкций. При этом выбирают металл, обладающий достаточной стойкостью в данной среде. Нанесённые покрытия могут также повысить износостойкость отдельных деталей и изделия в целом.

Различают два типа металлических покрытий – анодное и катодное. При анодном покрытии изделие защищают металлом с большим отрицательным электродным потенциалом. Срок службы анодных покрытий возрастает при увеличении их толщины. Анодное покрытие защищает основной металл готовых изделий электрохимически. Для железоуглеродистых сплавов в качестве анодного покрытия может быть использован цинк или кадмий. Покрытие из цинка наносят также на медь, латунь, алюминий. Цинковые покрытия широко применяются для защиты листовой стали, а также водопроводных труб и различных резервуаров от действия воды и горячих жидкостей.

Катодные покрытия производят металлами, электродный потенциал которых в данном электролите выше потенциала основного металла. Катодные покрытия создают механическую защиту основного металла. Нарушение сплошности покрытия (например, механическое повреждение) влечёт за собой усиленную электрохимическую коррозию основного металла. Для сталей катодным покрытием может быть олово, медь, никель.

Металлические покрытия наносят различными способами. Наиболее часто применяют горячий метод, гальванизацию, металлизацию, а также напыление и плакирование.

При горячем методе изделие погружают в расплавленный металл, который смачивает его поверхность и покрывает тонким слоем. Затем изделие вынимают из ванны и охлаждают. Горячий способ применяют для нанесения тонкого слоя олова (лужение) или цинка (цинкование).

Лужение применяется в производстве белой жести, для покрытия внутренних поверхностей пищевых котлов и для других целей; цинкование – для проволоки, кровельного железа, труб.

Нанесение металлических покрытий гальваническим путём основано на физических законах о прохождении постоянного электрического тока через жидкую среду-электролит. При этом в качестве анода применяют металл, который необходимо нанести в качестве покрытия. Катодом служит изделие. При пропускании тока через электролит анод растворяется в электролите и наполняет его катионами, которые затем разряжаются на катоде (изделии). При гальванических покрытиях обеспечивается нанесение покрытия практически из любого металла на заготовки также из любого металла. Толщину гальванического покрытия можно регулировать в достаточно широких пределах.

Антикоррозионные покрытия могут наноситься путём распыления плазменной струёй расплавленного металла и нанесение его на защищаемую поверхность. Материалом покрытия могут быть металлы, оксиды, бороды, нитриды и другие соединения. Они могут применяться в виде проволоки, прутков или порошков. Аппараты для напыления называются металлизаторами. Преимуществами плазменного напыления является формование покрытий высокой плотности при хорошей сцепляемости с основанием.

Плакирование (термомеханическое покрытие) заключается в совместной горячей прокатке основного и защитного металлов. Сцепление между металлами осуществляется в результате диффузии под влиянием совместной деформации горячей заготовки. Защищаемый металл покрывают с одной стороны или с обеих сторон медью, медными сплавами, алюминием или нержавеющей сталью.

Читайте так же:
Правильный шестиугольник углы равны

Неметаллические покрытия выполняются из лаков, красок, эмалей, смазок, пластмасс и других органических и неорганических веществ.

Наиболее распространённым способом защиты металлоконструкций, машин и механизмов в различных агрессивных средах являются лакокрасочные покрытия. Эти покрытия имеют значительные преимущества перед металлическими. Они легко наносятся на изделие, хорошо закрывают поры, не влияют на свойства металла и являются сравнительно недорогими.

При правильном подборе лаков и красок и при соблюдении технологии их нанесения срок службы покрытий доходит до 5 лет.

Технологический процесс нанесения лакокрасочного покрытия включает подготовку поверхности, приготовление лакокрасочных материалов, нанесение покрытий и их сушку.

При длительном хранении и транспортировке металлические изделия покрывают специальными консервационными смазками и жирами. При необходимости смазки периодически обновляют.

Борьба с коррозией может вестись с использованием ингибиторов коррозии. Ингибиторами коррозии называют некоторые органические или неорганические соединения, которые вводят в небольших количествах в агрессивную среду, что способствует предотвращению или уменьшению скорости коррозии. Ингибиторы коррозии используют, например, для защиты различных трубопроводов, теплообменных аппаратов, нефтедобывающего и химического оборудования.

Химическая защита состоит в искусственном создании на поверхности изделия защитных оксидных или иных плёнок. Такие плёнки создаются при воздействии на металл сильных химических реагентов. Наведение оксидных плёнок называют оксидированием. Наиболее широко применяют оксидирование для защиты от коррозии алюминия, магния и их сплавов.

Кроме оксидных плёнок, на стальных изделиях наводят плёнки из фосфатов марганца и железа. Этот процесс называют фосфатированием. Получаемые при этом плёнки в сравнении с оксидными являются более прочными.

В отдельных случаях осуществляется электрохимическая защита металлов от коррозии при помощи протекторов. Протекторную защиту применяют для конструкций, соприкасающихся с электролитом. С этой целью к поверхности защищаемого изделия прикрепляют протекторы (пластины) из металла, имеющего в данный среде меньший электродный потенциал, чем потенциал основного металла. В результате образуется гальваническая пара, в которой анодом является протектор, а катодом – изделие. В таких условиях протектор будет постепенно разрушаться, защищая тем самым основной металл. После полного разрушения протектор заменяют.

Таким способом защищают, например, подводные части морских судов, прикрепляя к ним цинковые пластины. Катодную защиту применят также для подземных металлических сооружений (трубопроводов, кабелей и др.), которые присоединяют к отрицательному полюсу источника постоянного тока, а положительный полюс заземляют.

Следует заметить, что значительное повышение антикоррозионных свойств сталей достигается путём введения в их состав некоторых химических элементов. При оптимальном сочетании таких элементов, называемых легирующими, можно создать композиции, практически не корродирующие в данной среде. Так при введении в сталь 12% хрома достигается её антикоррозионность в атмосфере и других средах. Введение в сталь никеля повышает её кислотостойкость. Дополнительная присадка меди повышает антикоррозионность в кислых средах при повышенных температурах. Антикоррозионная защита металлов имеет большое народнохозяйственное значение, поскольку обуславливает надёжность и долговечность эксплуатации машин, механизмов, различных металлических сооружений (нефте- и газопроводов, железнодорожных мостов, опор линий электропередач и др.).

Вопросы для самопроверки

1. Назовите причины, вызывающие коррозию металлов. Приведите примеры вредного воздействия коррозии на элементы конструкций.
2. Поясните сущность химической и электрохимической коррозии металлов.
3. Назовите основные виды коррозионного разрушения металлов
4. Что является мерой коррозионной стойкости металлов?
5. Какие современные методы защиты металлов от коррозии вы знаете?
6. В чем сущность химической и электрохимической защиты металлов от коррозии.

Читайте так же:
Миксер для дрели насадка своими руками

Коррозия металлов и способы защиты от нее

Коррозионная стойкость металла зависит от его природы, характера среды и температуры.

  • Благородные металлы не подвергаются коррозии из-за химической инертности.
  • Металлы Al, Ti, Zn, Cr, Ni имеют плотные газонепроницаемые оксидные плёнки, которые препятствуют коррозии.
  • Металлы с рыхлой оксидной плёнкой – Fe, Cu и другие – коррозионно неустойчивы. Особенно сильно ржавеет железо.

Различают химическую и электрохимическую коррозию.

Химическая коррозия сопровождается химическими реакциями. Как правило, химическая коррозия металлов происходит при действии на металл сухих газов, её также называют газовой.

При химической коррозии также возможны процессы:

Fe + 2HCl → FeCl2 + H2

2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3

Как правило, такие процессы протекают в аппаратах химических производств.

Электрохимическая коррозия – это процесс разрушения металла, который сопровождается электрохимическими процессами. Как правило, электрохимическая коррозия протекает в присутствии воды и кислорода, либо в растворах электролитов.

В таких растворах на поверхности металла возникают процессы переноса электронов от металла к окислителю, которым является либо кислород, либо кислота, содержащаяся в растворе.

При этом электродами являются сам металл (например, железо) и содержащиеся в нем примеси (обычно менее активные металлы, например, олово).

В таком загрязнённом металле идёт перенос электронов от железа к олову, при этом железо (анод) растворяется, т.е. подвергается коррозии:

Fe –2e = Fe 2+

На поверхности олова (катод) идёт процесс восстановления водорода из воды или растворённого кислорода:

2H + + 2e → H2

O2 + 2H2O + 4e → 4OH –

Например, при контакте железа с оловом в растворе соляной кислоты происходят процессы:

Анод: Fe –2e → Fe 2+

Катод: 2H + + 2e → H2

Суммарная реакция: Fe + 2H + → H2 + Fe 2+

Если реакция проходит в атмосферных условиях в воде, в ней участвует кислород и происходят процессы:

Анод: Fe –2e → Fe 2+

Катод: O2 + 2H2O + 4e → 4OH –

Суммарная реакция:

Fe 2+ + 2OH Fe(OH)2

4Fe(OH)2 + O2+ 2H2O → 4Fe(OH)3

При этом образуется ржавчина.

Методы защиты от коррозии

Защитные покрытия

Защитные покрытия предотвращают контакт поверхности металла с окислителями.

  • Катодное покрытие – покрытие менее активным металлом (защищает металл только неповреждённое покрытие).
  • Покрытие краской, лаками, смазками.
  • Создание на поверхности некоторых металлов прочной оксидной плёнки химическим путём (анодирование алюминия, кипячение железа в фосфорной кислоте).

Создание сплавов, стойких к коррозии

Физические свойства сплавов могут существенно отличаться от свойств чистых металлов. Добавление некоторых металлов может приводить к повышению коррозионной стойкости сплава. Например, нержавеющая сталь, новые сплавы с большой коррозионной устойчивостью.

Изменение состава среды

Коррозия замедляется при добавлении в среду, окружающую металлическую конструкцию, ингибиторов коррозии. Ингибиторы коррозии — это вещества, подавляющие процессы коррозии.

Электрохимические методы защиты

Протекторная защита: при присоединении к металлической конструкции пластинок из более активного металла – протектора. В результате идёт разрушение протектора, а металлическая конструкция при этом не разрушается.

Защита металлов. Химия воздействия

Необходимость защиты металлов от коррозии возникла вместе с появлением первых металлических изделий.

В случае с металлами, говоря об их коррозии, имеют ввиду нежелательный процесс взаимодействия металла со средой. Физико-химическая сущность изменений, которые претерпевает металл при коррозии, является окисление металла.

Читайте так же:
Сборка карбюратора штиль 180

По механизму процесса различают химическую и электрохимическую коррозию металла.

Химическая коррозия – это разрушение металла окислением его в окружающей среде без возникновения электрического тока в системе. Большой вред наносит разновидность химической коррозии — газовая коррозия. Металл реагирует с определенными газами, содержащимися в воздухе — кислородом, диоксидом углерода, диоксидом серы или сероводородом, образуя на поверхности металла оксид. Когда металл коррозирует, на его поверхности появляются маленькие углубления, и прочность металла уменьшается.

Наибольший вред наносит электрохимическая коррозия. В этом случае наряду с химическими процессами происходят и электрические процессы. Электрохимическую коррозию вызывают главным образом примеси других металлов и неметаллических веществ или неоднородность поверхности. Согласно теории электрохимической коррозии, в этих случаях при контакте металла с электролитом (электролитом может быть влага, адсорбированная из воздуха) на его поверхности возникают гальванические микроэлементы. При этом металл с более отрицательным потенциалом разрушается. Его ионы переходят в раствор, а электроны переходят к менее активному металлу. На скорость коррозии влияет и характер электролита. Чем выше его кислотность (то есть меньше pH), тем быстрее происходит коррозия. Также коррозия растет при повышении температуры.

Ещё в древние времена для защиты меди применялось горячее лужение, растительные масла, коррозионностойкие сплавы (оловянная бронза, латунь), для защиты железных и стальных изделий — полирование, воронение, лужение.

Основные методы антикоррозионной защиты

В начале 19 века был открыт электрохимический метод антикоррозионной защиты с помощью протекторов. В середине 19 в. была установлена принципиальная возможность получения металлических покрытий электролитическим способом. Наиболее интенсивно антикоррозионная защита развивается в связи с изобретением нержавеющих сталей, новых коррозионностойких сплавов, полимерных покрытий и др.

Система антикоррозионной защиты определяется условиями эксплуатации и механизмом коррозии металлов (электрохимическим или химическим). Все методы антикоррозионной защиты можно разделить на 2 основные группы: электрохимические, оказывающие влияние на потенциал металла и механические, изолирующие металл от воздействия окружающей среды созданием защитной плёнки и покрытий.

Применение различных методов защиты металлов от коррозии позволяет в какой-то степени свести к минимуму потери металла от коррозии.
Электрохимические методы защиты применяют для предотвращения коррозии морских судов, подземных и гидротехнических сооружений, а также химической аппаратуры, работающей с агрессивными электропроводными средами. Путём катодной или анодной поляризации от постороннего источника тока или присоединением к защищаемой конструкции протекторов потенциал металла смещается до значений, при которых сильно замедляется или полностью прекращается его коррозия.

Антикоррозионные защитные покрытия

Для антикоррозионной защиты широко применяют защитные покрытия. Они делятся на металлические (чистые металлы и их сплавы) и неметаллические. В зависимости от потенциала металла покрытия могут быть анодными и катодными по отношению к защитному металлу.

Неметаллические защитные покрытия — лакокрасочные, пластмассовые, каучуковые.

Всё больше распространяются пластмассовые покрытия из полиэтилена, полиизобутилена, фторопласта, найлона, поливинилхлорида и др., обладающих высокой водо-, кислото- и щёлочестойкостью. Многие пластмассы используют как футеровочный материал для химических аппаратов и гальванических ванн (винипласт, фаолит и др.). Для защиты деталей радиоаппаратуры служат заливочные полимерные компаунды. Эффективно защищают от действия кислот и др. реагентов покрытия на основе каучука (гуммирование).

  • простота нанесения;
  • возможность получения покрытия любого цвета;
  • возможность обработки металлоконструкций больших габаритов и сложной конфигурации;
  • экономичность по сравнению с другими видами защитных покрытий
  • высокие защитные свойства;
  • возможность восстановления в процессе эксплуатации.
Читайте так же:
Устройство фрезерного станка по дереву

Наиболее часто антикоррозионная защита заключается в нанесении на поверхность защищаемых конструкций слоев защитных покрытий на основе органических и неорганических материалов, в частности, лакокрасочных материалов.

  • повышать сопротивляемость конструкции внешнему вредному воздействию;
  • должно подбираться с учетом специфики защищаемого материала;
  • должно обеспечивать изоляцию материала от негативной среды.

Выбор антикоррозионного покрытия и схемы антикоррозионной защиты металла (включая марку ЛКМ, количество наносимых слоёв и общую толщину покрытия) осуществляется с учётом характеристики среды эксплуатации металлической конструкции, а также с учётом условий при нанесении антикоррозионного покрытия.

Лакокрасочные материалы для антикоррозионной защиты металлоконструкций
Существуют различные антикоррозийные материалы и покрытия, применение которых зависит от агрессивности окружающей среды и особенностей эксплуатации.

Одними из наиболее распространенных лакокрасочных материалов используемых для антикоррозионной защиты металлоконструкций являются материалы на основе эпоксидных смол.

Практически всегда эпоксидные лакокрасочные материалы двухупаковочные. Основой эпоксидных лакокрасочных материалов служат эпоксидные смолы, которые представляют собой линейные простые полиэфиры, молекулярные цепи которых имеют реакционно-способные эпоксидные группы на обеих концах и вторичные гидроксильные группы, расположенные вдоль всей цепи.

Образование пространственных полимеров (отверждение смол) происходит в результате сшивки линейных молекул при взаимодействии их с органическими азотосодержащими соединениями (отвердителями). В процессе реакции происходит отверждение смолы и превращение ее в нерастворимое, неплавкое соединение трехмерного строения без выделения побочных продуктов реакции, поэтому почти не происходит усадки покрытия.

Перспективные разработки — лакокрасочные материалы без растворителей
Одним из наиболее перспективных лакокрасочных материалов являются материалы, не содержащие растворителей. Их получают на основе жидких эпоксидных смол. Для снижения вязкости в них вводят активные разбавители, которые придают лакокрасочному материалу малярные свойства без использования летучих растворителей. Особенно важно использовать лакокрасочные материалы без растворителей при окрашивании различных цистерн и других замкнутых объемов. Это позволяет резко снизить токсичность, пожаро- и взрывоопасность окрашивания.

Эпоксидные материалы для наружной и внутренней защиты магистральных трубопроводов
Основное достоинство покрытий на основе эпоксидных смол — сочетание хороших физико-механических и электроизоляционных свойств. Покрытия на основе эпоксидных смол обладают хорошей адгезией к металлу, дереву и другим материалам, высокой твердостью и химической стойкостью, отличной водостойкостью; они устойчивы к воздействию нефти и нефтепродуктов и многих растворителей.

Хорошая стойкость к щелочам и кислотам, алифатическим и ароматическим углеводородам, маслам, топливу, воде позволяют использовать эпоксидные материалы для наружной и внутренней защиты магистральных трубопроводов. Используя их можно получить покрытия с одинаково хорошей твердостью, эластичностью и ударной прочностью.

Поэтому антикоррозионные покрытия на основе эпоксидных смол с каждым годом становятся всё более востребованными в самых разных отраслях промышленности.

4. Методы защиты от коррозии

Для ослабления коррозионного процесса требуется повлиять либо на сам металл, либо на коррозионную среду. Выделяют основные направления для борьбы с коррозией:

1) легирование металла, либо замена его другим, более коррозионностойким;

2) защитные покрытия (металлические и неметаллические) органического или неорганического происхождения;

3) электрохимическая защита, различают катодную, анодную и протекторную как вариант катодной защиты.

Например, при атмосферной коррозии применяют покрытия органического и неорганического происхождения; от подземной коррозии эффективна электрохимическая защита;

4) введение ингибиторов (веществ, замедляющих скорость реакции).

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Читайте также

2. Классификация процессов коррозии металлов

2. Классификация процессов коррозии металлов Классифицировать коррозию принято по механизму, условиям протекания процесса и характеру разрушения. По механизму протекания коррозионные процессы, согласно ГОСТ 5272-68, подразделяются на два типа: электрохимические и

Читайте так же:
Прибор для прослушки на расстоянии

3. Физико-химические методы анализа состава сплавов

3. Физико-химические методы анализа состава сплавов Различают термический и рентгеноструктурный анализ.Физико-химический анализ – область химии, изучающая посредством сочетания физических и геометрических методов превращения, происходящие в равновесных

1. Основные кинетические характеристики и методы их расчетов

1. Основные кинетические характеристики и методы их расчетов i0 – ток обмена – кинетическая характеристика равновесия между электродом и раствором при равновесном значении электродного потенциала. Токи обмена относят к 1 см2 поверхности раздела электрод-раствор.?–

Глава XI Проблемы защиты от радиоактивных излучений

Глава XI Проблемы защиты от радиоактивных излучений Проблемы защиты от радиоактивных излучений возникают на различных ступенях использования атомной энергии:— на низшей ступени, к которой относится, например, добыча урана, являющегося основным видом ядерного

КОСВЕННЫЕ МЕТОДЫ ПОИСКА ТЕМНОЙ МАТЕРИИ

КОСВЕННЫЕ МЕТОДЫ ПОИСКА ТЕМНОЙ МАТЕРИИ Эксперименты на БАКе и наземных криогенных детекторах или на ксеноне и аргоне — два способа определить природу темной материи. Третий и последний способ — определить ее путем непрямых наблюдений темной материи в небе и на

Протяженность и длительность. Методы измерений

Протяженность и длительность. Методы измерений Математика – мощный и универсальный метод познания природы, образец для других наук. Рене Декарт «Начала философии» Чтобы прийти к замечательным выводам, ставшими впоследствии законами механики, Галилей, Ньютон и многие

НЕКОТОРЫЕ МЕТОДЫ РАЗДЕЛЕНИЯ

НЕКОТОРЫЕ МЕТОДЫ РАЗДЕЛЕНИЯ ГАЗОВАЯ ДИФФУЗИЯ9.14. Еще в 1896 г. лорд Рэлей показал, что смесь двух газов различных атомных весов может быть частично разделена, если заставить смесь диффундировать через пористую перегородку в вакуум. Молекулы легкого газа благодаря большей

ДРУГИЕ МЕТОДЫ РАЗДЕЛЕНИЯ ИЗОТОПОВ

ДРУГИЕ МЕТОДЫ РАЗДЕЛЕНИЯ ИЗОТОПОВ 9.31. В дополнение к методам разделения изотопов, описанным выше, было испытано также несколько других. Метод ионной подвижности, как указывает название, основан на следующем факте.В растворе электролита два иона, химически тождественные,

Приложение 1. Методы наблюдения быстрых частиц при ядерных реакциях

Приложение 1. Методы наблюдения быстрых частиц при ядерных реакциях В главе I указывалось на значение ионизации в изучении радиоактивности и упоминалось об электроскопе. В настоящем приложении мы кратко остановимся на одном, уже не применяющемся методе, имеющем, как и

7. Методы, которые есть и которые будут

7. Методы, которые есть и которые будут Богат приборный арсенал современной науки о звездах. И все-таки астрономы недовольны. А чем? Не у них ли лучшая техника современности и заинтересованность сильнейших умов планеты? Не у них ли обсерватории старые и новые? Да еще в

3. Снова методы, инструменты, люди — все вместе

3. Снова методы, инструменты, люди — все вместе Первый телескоп, как известно, появился у Галилея. Правда, кое-кто из святых отцов считал безобидный инструмент «бесовским снарядом» и в доказательство приводил слепоту старого ученого как наказание божие. Однако и слепой,

5.2. Методы изучения метеоров и характеристики метеоров

5.2. Методы изучения метеоров и характеристики метеоров Основные сведения о метеороидном веществе получают с помощью методов, основанных на астрономических наблюдениях. Другим источником сведений о метеороидном веществе являются метеориты — остатки крупных метеорных

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector