Электрохимическая защита металлов от коррозии

Размещено на http://www.allbest.ru

Реферат по

Материаловедению и защите от коррозии по теме

«Электрохимическая защита металлов от коррозии»

Выполнил: Феоктистов А.В.

Группа: С-35(Н-36)

Проверил: Кулюшина Надежда Викторовна

РХТУ им. Д.И.Менделеева

Москва. 2013 год.

Электрохимическая защита

Антикоррозионная защита -- нанесение на поверхность защищаемых конструкций слоев защитных покрытий на основе органических и неорганических материалов, в частности, лакокрасочных материалов, металлов и сплавов. Незащищенная сталь, находясь в воздушной среде или почве, подвергается воздействию коррозии, что может привести к её разрушению. Потери металла от коррозии могут составлять до 10% годового производства стали. Различают два вида потерь: прямые и косвенные. Прямые потери - это безвозвратные потери металла, стоимость замены оборудования, металлоконструкций, расходы на антикоррозионную защиту. Косвенные - простои оборудования, снижение мощности, снижение качества продукции, расход металла на утолщение стенок. Во избежание коррозионного разрушения стальные конструкции часто защищают таким образом, чтобы они могли выдерживать коррозионные напряжения на протяжении срока службы, оговоренного техническими условиями. Существуют различные методы защиты от коррозии, которые зависят от особенностей материала, который необходимо защищать и особенностей его эксплуатации, а также и от агрессивности окружающей среды. Наиболее часто антикоррозионная защита заключается в нанесении на поверхность защищаемых конструкций слоев защитных покрытий на основе органических и неорганических материалов , в частности, лакокрасочных материалов или металлов.

Электрохимическая защита (катодная защита) - эффективный способ защиты готовых изделий от электрохимической коррозии, основанный на наложении отрицательного потенциала на защищаемую деталь. В некоторых случаях невозможно возобновить лакокрасочное покрытие или же защитный оберточный материал, тогда целесообразно использовать электрохимическую защиту. Покрытие подземного трубопровода или же днища морского суда очень трудоемко и дорого возобновлять, иногда просто невозможно. Электрохимическая защита надежно защищает изделие от коррозии, предупреждая разрушение подземных трубопроводов, днищ судов, различных резервуаров и т.п.

Применяется электрохимическая защита в тех случаях, когда потенциал свободной коррозии находится в области интенсивного растворения основного металла либо перепассивации. Т.е. когда идет интенсивное разрушение металлоконструкции.

Суть электрохимической защиты

К готовому металлическому изделию из вне подключается постоянный ток (источник постоянного тока или протектор). Электрический ток на поверхности защищаемого изделия создает катодную поляризацию электродов микрогальванических пар. Результатом этого является то, что анодные участки на поверхности металла стают катодными. А вследствие воздействия коррозионной среды идет разрушение не металла конструкции, а анода.

В зависимости от того, в какую сторону (положительную или отрицательную) смещается потенциал металла, электрохимическую защиту подразделяют на анодную и катодную.

Принцип действия

Принцип действия электрохимической защиты заключается в катодной поляризации металлической конструкции до уровня “защитного” потенциала, под которым понимается потенциал наиболее анодных участков. При этом на защищаемой поверхности будут протекать только катодные процессы. Механизм электрохимической защиты может быть упрощенно представлен следующим образом.

Металл, погруженный в электролит, представляет собой многоэлектронную систему, состоящую из множества пространственно разделенных и электрически замкнутых между собой анодных и катодных участков (рис.,а). Это объясняется тем, что металл имеет электрохимическую гетерогенную структуру, обусловленную химической природой металла, состоянием его поверхности, различными внешними воздействиями. Схематически эту поверхность можно представить (рис.,б) в виде одного общего анода и одного общего катода, соединенных электрически. Коррозия происходит вследствие ионизации металла на анодном участке.

Если к погруженному в электролит металлу присоединить другой металл с более отрицательным потенциалом, чем потенциал анодной реакции, то вследствие катодной поляризации потенциалы анодных и катодных участков защищаемого металла выравниваются и металл становится общим катодом. В этой новой гальванической паре растворяется присоединенный металл с низким электродным потенциалом, т.е. новый анод; при этом исключаются условия для перехода ионов защищаемого металла в раствор и коррозионный процесс прекращается (рис.,в). Эта принципиальная схема катодной защиты с расходуемыми анодами.

Электрический ток, необходимый для защиты, может быть получен не только от работы гальванической пары, но и от внешнего источника тока. Защищаемая металлоконструкция присоединяется в этом случае к отрицательному полюсу источника постоянного тока, а к положительному полюсу присоединяется анод, изготовленный, как правило, из малорастворимого материала (рис.). Такая защита называется катодной защитой наложенным током.

А - анодные участки; К - катодные участки; ИП - источник постоянного тока

При использовании электрохимической катодной защиты двух указанных видов (с расходуемыми анодами и наложенным током) достигается эффективная защита, как от общей коррозии, так и специфических видов коррозионных разрушений (коррозионное растрескивание, контактная, питтинговая, межкристаллитная, селективная и др.). электрохимический защита магниевый протектор

Критерием электрохимической защиты является потенциал металла или величина смещения от его стационарного значения. Эти величины позволяют судить о скорости коррозии и степени защиты. Существуют минимальные и максимальные критерии защиты. Под минимальными понимают минимально допустимые значения потенциала или смещения потенциала, при которых коррозия прекращается или уменьшается до допустимых пределов. Максимальные критерии защиты вводятся для того, чтобы избежать водородного охрупчивания высокопрочных металлов, перезащиты алюминиевых сплавов, разрушения лакокрасочных покрытий при выделении газообразного водорода и других негативных последствий.

Протекторная защита (применение протектора)

Разновидностью катодной защиты является протекторная. При использовании протекторной защиты к защищаемому объекту подсоединяется металл с более электроотрицательным потенциалом. При этом идет разрушение не конструкции, а протектора. Со временем протектор коррозирует и его необходимо заменять на новый.

Протекторная защита эффективна в случаях, когда между протектором и окружающей средой небольшое переходное сопротивление.

Каждый протектор имеет свой радиус защитного действия, который определяется максимально возможным расстоянием, на которое можно удалить протектор без потери защитного эффекта. Применяется протекторная защита чаще всего тогда, когда невозможно или трудно и дорого подвести к конструкции ток.

Протекторы используются для защиты сооружений в нейтральных средах (морская или речная вода, воздух, почва и др.).

Для изготовления протекторов используют такие металлы: магний, цинк, железо, алюминий. Чистые металлы не выполняют в полной мере своих защитных функций, поэтому при изготовлении протекторов их дополнительно легируют.

Железные протекторы изготавливаются из углеродистых сталей либо чистого железа.

Цинковые протекторы

Цинковые протекторы содержат около 0,001 - 0,005 % свинца, меди и железа, 0,1 - 0,5 % алюминия и 0,025 - 0,15 % кадмия. Цинковые проекторы применяют для защиты изделий от морской коррозии (в соленой воде). Если цинковый протектор эксплуатировать в слабосоленой, пресной воде либо почвах - он достаточно быстро покрывается толстым слоем оксидов и гидроксидов.

Протектор магниевый

Сплавы для изготовления магниевых протекторов легируют 2 - 5 % цинка и 5 - 7 % алюминия. Количество в сплаве меди, свинца, железа, кремния, никеля не должно превышать десятых и сотых долей процента.

Протектор магниевый используют в слабосоленых, пресных водах, почвах. Протектор применяется с средах, где цинковые и алюминиевые протекторы малоэффективны. Важным аспектом является то, что протекторы из магния должны эксплуатироваться в среде с рН 9,5 - 10,5. Это объясняется высокой скоростью растворения магния и образованием на его поверхности труднорастворимых соединений.

Магниевый протектор опасен, т.к. является причиной водородного охрупчивания и коррозионного растрескивания конструкций.

Алюминиевые протекторы

Алюминиевые протекторы содержат добавки, которые предотвращают образование окислов алюминия. В такие протекторы вводят до 8 % цинка, до 5 % магния и десятые-сотые доли кремния, кадмия, индия, таллия. Алюминиевые протекторы эксплуатируются в прибрежном шельфе и проточной морской воде.

Анодная защита от коррозии

Анодную электрохимическую защиту применяют для конструкций, изготовленных из титана, низколегированных нержавеющих, углеродистых сталей, железистых высоколегированных сплавов, разнородных пассивирующихся металлов. Анодная защита применяется в хорошо электропроводных коррозионных средах.

При анодной защите потенциал защищаемого металла смещается в более положительную сторону до достижения пассивного устойчивого состояния системы. Достоинствами анодной электрохимической защиты является не только очень значительное замедление скорости коррозии, но и тот факт, что в производимый продукт и среду не попадают продукты коррозии.

Анодную защиту можно реализовать несколькими способами: сместив потенциал в положительную сторону при помощи источника внешнего электрического тока или введением в коррозионную среду окислителей (или элементов в сплав), которые повышают эффективность катодного процесса на поверхности металла.

Анодная защита с применением окислителей по защитному механизму схожа с анодной поляризацией.

Если использовать пассивирующие ингибиторы с окисляющими свойствами, то защищаемая поверхность переходит в пассивное состояние под действием возникшего тока. К ним относятся бихроматы, нитраты и др. Но они достаточно сильно загрязняют окружающую технологическую среду.

При введении в сплав добавок (в основном легирование благородным металлом) реакция восстановления деполяризаторов, протекающая на катоде, проходит с меньшим перенапряжением, чем на защищаемом металле.

Если через защищаемую конструкцию пропустить электрический ток, происходит смещение потенциала в положительную сторону.

Установка для анодной электрохимической защиты от коррозии состоит из источника внешнего тока, электрода сравнения, катода и самого защищаемого объекта.

Для того, чтоб узнать, возможно ли для определенного объекта применить анодную электрохимическую защиту, снимают анодные поляризационные кривые, при помощи которых можно определить потенциал коррозии исследуемой конструкции в определенной коррозионной среде, область устойчивой пассивности и плотность тока в этой области.

Для изготовления катодов используются металлы малорастворимые, такие, как высоколегированные нержавеющие стали, тантал, никель, свинец, платина.

Чтобы анодная электрохимическая защита в определенной среде была эффективна, необходимо использовать легкопассивируемые металлы и сплавы, электрод сравнения и катод должны все время находится в растворе, качественно выполнены соединительные элементы.

Для каждого случая анодной защиты схема расположения катодов проектируется индивидуально.

Для того, чтоб анодная защита была эффективной для определенного объекта, необходимо, чтоб он отвечал некоторым требованием:

- все сварные швы должны быть выполнены качественно;

- в технологической среде материал, из которого изготовлен защищаемый объект, должен переходить в пассивное состояние;

- количество воздушных карманов и щелей должно быть минимальным;

- на конструкции не должно присутствовать заклепочных соединений;

- в защищаемом устройстве электрод сравнения и катод должны всегда находиться в растворе.

Для реализации анодной защиты в химической промышленности часто используют теплообменники и установки, имеющие цилиндрическую форму.

Электрохимическая анодная защита нержавеющих сталей применима для производственных хранилищ серной кислоты, растворов на основе аммиака, минеральных удобрений, а также всевозможных сборников, цистерн, мерников.

Анодная защита может также применяться для предотвращения коррозионного разрушения ванн химического никелирования, теплообменных установок в производстве искусственного волокна и серной кислоты.

Размещено на Allbest.ru