Защита от коррозии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Защита от коррозии является одной из важнейших проблем, имеющей большое значение для народного хозяйства.

Коррозия является физико-химическим процессом, защита же от коррозии металлов -- проблема химии в чистом виде.

Термин коррозия происходит от латинского слова corrodere, что означает разъедать, разрушать.

Большинство металлов (кроме золота, серебра, платины, меди) встречаются в природе в ионном состоянии: оксиды, сульфиды, карбонаты и так далее и называются обычно рудами. Ионное состояние более выгодно, оно характеризуется меньшей внутренней энергией. Это заметно при получении металлов из руд и их коррозии. Поглощенная энергия при восстановлении металла из соединений свидетельствует о том, что свободный металл обладает более высокой энергией, чем металлическое соединение. Это приводит к тому, что металл, находящийся в контакте с коррозионно-активной средой стремится перейти в энергетически выгодное состояние с меньшим запасом энергии. Первопричиной коррозии металла является термодинамическая неустойчивость металлов в заданной среде.

Электрохимическая коррозия - это разрушение металла в результате взаимодействия с раствором электролита, при котором окислительный и восстановительный процессы протекают не в одном акте и на разных участках металла - анодном и катодном.

Электрохимическая коррозия сопровождается протеканием электрического тока. К этому виду коррозии относятся атмосферная, подземная, морская и др.

Этому виду коррозии наиболее подвержены металлы вследствие их высоких электрической проводимости и химической активности. Окисление металла преимущественно обусловлено восстановлением ионов водорода или молекул воды (водородная деполяризация), а также взаимодействием с растворенным в среде кислородом воздуха (кислородная деполяризация).

Электролиты - это химические соединения, которые в растворе полностью или частично диссоциируют на катионы и анионы( NaCl = Na+ + Сl-). Наличие положительно и отрицательно заряженных ионов придает растворам электролитов электропроводность. Диссоциация может происходить только в растворителях, молекулы которых полярны, например в воде. Молекулы воды являются диполями и электростатически взаимодействуют с ионами растворенною вещества, образуя гидратированные катионы и анионы. При гидратации иона выделяется энергия гидратации. При погружении металла в раствор электролита его поверхность заряжается. Если энергия гидратации ионов металла больше энергии химической связи атомов в решетке металла, то ионы металла переходят в раствор, а на поверхности металла остается эквивалентное количество электронов. Поверхность металла заряжается отрицательно и к ней притягиваются положительно заряженные ионы из раствора. Если энергии химической связи атомов в решетке металла больше энергии гидратации ионов, то катионы раствора могут забирать электроны с поверхности металла. Поверхность металла заряжается положительно и к ней притягиваются отрицательно заряженные ионы из раствора. В результате на границе раздела металл-электролит образуется двойной электрический слой (ДЭС), который характеризуется электродным потенциалом.

Электродный потенциал - разность потенциалов в ДЭС между металлом и раствором. С течением времени процессы перехода ионов металла в раствор и адсорбции ионов раствора на поверхности уравновешиваются и значение электродного потенциала металла становится постоянным. Чем отрицательнее потенциал металла, тем выше его восстановительные свойства и склонность к коррозии - см. таблица 1. Металлы, имеющие потенциал меньше чем водород, будут окисляться водородом и кислородом. Металлы, у которых потенциал больше, чем у водорода, но меньше чем у кислорода, будут окисляться только кислородом. Те металлы, у которых потенциал больше, чем у кислорода, корродировать не будут (Au, Pt).

Механизм электрохимической коррозии. Электрохимическая коррозия возникает в результате работы множества короткозамкнутых гальванических элементов, образующихся вследствие химической и энергетической неоднородности металла (сплава). Наличие электронной проводимости у металла и ионной у раствора электролита позволяет анодным и катодным процессам протекать на различных участках поверхности металла. Между анодом и катодом протекает электрический ток - образуется замкнутый гальванический элемент.

Химическая коррозия

Механизм химической коррозии сводится к реактивной диффузии атомов или ионов металла сквозь постепенно утолщающуюся пленку продуктов коррозии (например, окалины) и встречной диффузии атомов или ионов кислорода. Большинство металлов при взаимодействии с кислородом или другими окислителями покрывается плёнкой окисла или другого соединения. Первой стадией взаимодействия металлов с коррозионной средой является адсорбция окислителя на поверхности металла. Связь между металлом и окислителем обычно имеет химическую природу, т.е. протекает реакция хемосорбции:

Me(T) + O2(г) = Me(T)/2O(адс)

Me(T)/2О (адс) - это символ означает поверхность Me, покрытую слоем адсорбированного кислорода. Связь, возникающая между кислородом и поверхностными атомами Me, имеет чисто ионный характер: Me отдаёт атому кислорода два электрона

При наличии химического сродства между металлом и окислителем (термодинамической стабильности окисла) адсорбированная плёнка быстро переходит в состояние оксидной плёнки в результате протекания химической реакции:

Таким образом, при химическом взаимодействии окислительный компонент внешней среды, отнимая у металла валентные электроны, одновременно вступает с ним в химическое соединение - продукт коррозии, который в большинстве случаев образует на поверхности корродирующего металла плёнку. Образование на металле пленки продуктов коррозии протекает с самоторможением, если плёнка обладает защитными свойствами.

Методы защиты металлов от коррозии

Легирование

В настоящее время создано большое число нержавеющих сталей путем присадок к железу никеля, хрома, кобальта и др. Оказалось, что при использовании легирующих добавок коррозионная стойкость меняется скачкообразно. Установлено правило, названное правилом Таммана, согласно которому резкое повышение устойчивости к коррозии железа наблюдается при введении легирующей добавки в количестве 1/8 атомной доли, то есть один атом легирующей добавки приходится на восемь атомов железа. Считается, что при таком соотношении атомов происходит их упорядоченное расположение в кристаллической решетке твердого раствора, что и затрудняет коррозию.

Защитные пленки

лака, краски, эмали, других металлов. Лаки и краски обладают низкой газо- и паропроницаемостью, водоотталкивающими свойствами, поэтому они препятствуют доступу к поверхности металла воды, кислорода и содержащихся в атмосфере агрессивных компонентов. Покрытие поверхности металла лакокрасочным слоем не исключает коррозию, а служит для нее лишь преградой, а значит, лишь тормозит процесс коррозии.

Грунтовки и фосфатирование

Часто под лакокрасочный слой наносят грунтовки. Пигменты, входящие в ее состав, также должны обладать ингибиторными свойствами. Проходя через слой грунтовки, вода растворяет некоторое количество пигмента и становится менее коррозионноактивной. Среди пигментов, рекомендуемых для грунтов, наиболее эффективным признан свинцовый сурик Pb3O4-.

Вместо грунтовки иногда проводят фосфатирование поверхности металла. Для этого на чистую поверхность кистью или распылителем наносят растворы ортофосфатов железа (III), марганца (II) или цинка (II), содержащих и саму ортофосфорную кислоту H3PO4. В заводских условиях фосфатирование ведут при 99-970 С в течение 30-90 минут. В образование фосфатного покрытия вносят вклад металл, растворяющийся в фосфатирующейся смеси, и оставшиеся на его поверхности оксиды.

наиболее распространенным препаратом является “мажеф” -- смесь дигидрофосфатов марганца Mn(H2PO4)2, железа Fe(H2PO4)2 и свободной фосфорной кислоты. Название препарата состоит из первых букв компонентов смеси.

Электрохимическая защита

металл защита коррозия легирование

В производственных условиях используют также электрохимический способ -- обработку изделий переменным током в растворе фосфата цинка. Преимущественно их используют как основу под окраску, обеспечивающую хорошее сцепление краски с металлом.

Силикатные покрытия

Для защиты металлов от коррозии используют стекловидные и фарфоровые эмали. Эмали обладают высокими защитными свойствами, которые обусловлены их непроницаемостью для воды и воздуха (газов) даже при длительном контакте. Их важным качеством является высокая стойкость при повышенных температурах. К основным недостаткам эмалевых покрытий относят чувствительность к механическим и термическим ударам.

Цементные покрытия

Для защиты чугунных и стальных водяных труб от коррозии используют цементные покрытия. Недостаток-- высокая чувствительность к механическим ударам.

Покрытие металлами

Широко распространенным способом защиты металлов от коррозии является покрытие их слоем других металлов. Покрывающие металлы сами корродируют с малой скоростью, так как покрываются плотной оксидной пленкой. Покрывающий слой наносят различными методами:

горячее покрытие -- кратковременное погружение в ванну с расплавленным

Ингибиторы

Применение ингибиторов -- один из самых эффективных способов борьбы с коррозией металлов в различных агрессивных средах.

Наиболее часто применяются следующие ингибиторы: нитрит натрия, добавляемый, например, к холодильным соляным растворам, фосфаты и силикаты натрия, бихромат натрия, различные органические амины, сульфоокись бензила, крахмал, танин и т. п

Размещено на Allbest.ru