Захист металів від корозії

Захист металів від корроіі складається з комплексу заходів щодо збільшення працездатності і надійності машин в даному середовищі. Частина заходів закладається в процесі проектування, частина – в процесі виготовлення машин або конструкцій, а інші – в процесі експлуатації. Вибір матеріалів для виробів, створення раціональних конструкцій повинно забезпечувати корозійну стійкість. Залежно від способу захисту металів від корозії розрізняють такі методи захисту: підвищення хімічної стійкості металу (легування металів); ізоляція поверхні металу від агресивного середовища (нанесення металічних або неметалічних покриттів); зміна властивостей агресивного середовища; електрохімічний та хімічний захист.

Легування металів. Для поліпшення властивостей металів і забезпечення їхньої корозійної стійкості до складу сплавів вводять різні речовини (легуючі добавки). Корозійну стійкість сталі можна підвищити введенням хрому, нікелю, молібдену, вольфраму. Поверхневе легування – насичення поверхні сплаву металом чи неметалом, що утворює міцний оксидний шар (алітування, хромування, силіціювання тощо).

Електрохімічні методи захисту. Суть методів полягає в тому, що металеву конструкцію, яку захищають від корозії, використовують, як катод. Розрізняють катодний і протекторний методи захисту.

Катодний захист – метод електрохімічного захисту металевих споруд від морської й підземної корозії, оснований на катодній поляризації металу, яка здійснюється зовнішнім джерелом струму. Катодний захист полягає в приєднанні об’єкта (металоконструкції) до негативного полюса зовнішнього джерела постійного струму, що дає змогу перетворити металоконструкцію в катод, і тим самим захистити метал від корозійного руйнування. Коли катодний захист здійснюється за допомогою джерела постійного зовнішнього струму, то як допоміжний електрод (анод) використовують нерозчинні матеріали (графіт, вугілля) або брухт (рейки, труби тощо).

Протекторний захист: метал, що захищають, приводять у контакт із іншим металом, який має більш електронегативне значення електродного потенціалу. В утвореній гальванопарі приєднаний метал є анодом, який руйнується, а металева конструкція (катод) не кородує (рис. 23). Приєднаний анод є протектором. В якості протектору використовують магній, цинк, алюміній, кадмій. Проте алюміній дуже схильний до пасивації, магній – навпаки, дуже сильно витрачається, кадмій – токсичний. Найоптимальнішим металом, який виконує роль аноду, за співвідношенням ціна/ефективність є цинк.

Рис. 23. Протекторний захист залізної конструкції

Ізоляція поверхні металу від агресивного середовища. Захисні плівки на поверхні металів можна створювати: перетворенням поверхневого шару металу на його важкорозчинні хімічні сполуки (оксидні, фосфатні, боратні, змішані) шляхом обробки хімічними реагентами (наприклад, хімічне оксидування сталі); електрохімічним утворенням поверхневих оксидних плівок (наприклад, анодне оксидування алюмінію).

Ефективного захисту металів від корозії досягають нанесенням на їх поверхню металічних плівок. Для цього використовують гальванічні процеси, гарячі методи нанесення покриттів, методи напилення у вакуумі, термодифузійні методи тощо. Дуже важливо, щоб поверхня покриття була суцільною, інакше на місцях тріщин і зломів починається інтенсивна корозія більш активного металу (анода). За характером поведінки під час корозії металічні плівки поділяють на катодні й анодні:

– якщо електродний потенціал металу покриття більший, ніж потенціал основного (матричного) металу, то покриття називають катодним (наприклад, мідь, нікель, срібло відносно заліза);

– якщо електродний потенціал металу покриття менший потенціалу основного металу, то покриття називають анодним (наприклад, цинк, алюміній відносно заліза). Близько 50 % світового виробництва цинку витрачається на оцинковування сталі.

Найбільш доступним і ефективним засобом запобігання корозії металоконструкцій є лакофарбові та полімерні покриття. На їх долю припадає 80-85 % всього захисту.

Надійний протикорозійний захист металу забезпечується комбінованими покриттями, які включають шар цинку чи цинкалюмінієвого сплаву, ґрунтовку (переважно на основі епоксидних смол) і один-два завершальних шарів органічного покриття. Такі комбіновані металополімерні покриття набули значного поширення в усіх промислово-розвинутих країнах при виробництві захищеного листового металу для облицювання стін, накриття дахів, для корпусів транспортних засобів та інших металоконструкцій.

Зміна корозійного середовища. Зменшення швидкості корозії досягають усуненням або зниженням концентрації агресивних реагентів у навколишньому середовищі, а також введенням речовин, які значно сповільнюють корозію – інгібіторів. Їх поділяють на неорганічні та органічні, оскільки механізм дії та галузі застосування різні. Гальмівна дія неорганічних інгібіторів зумовлена окисненням поверхні металу з переведенням її у пасивний стан (нітрити, хромати) або утворення плівки важкорозчинних сполук із металом (фосфати, борати, силікати). Органічні інгібітори – це поверхнево-активні речовини, які адсорбуються на поверхні металів і значно гальмують електрохімічні корозійні процеси. До них належать органічні сполуки, що містять Нітроген, Сульфур, Оксиген у вигляді функціональних груп.