Глава 12 Электрохимическая защита

Скорость электрохимической коррозии можно значительно уменьшить, если металлическую конструкцию подвергнуть поляризации. Этот метод получил название электрохимической защиты. В зависимости от вида поляризации различают катодную и анодную защиту.

12.1 Катодная защита

Катодная защита – наиболее распространенный вид электрохимической защиты. Ее используют для борьбы с коррозией таких металлов как сталь, медь, латунь, алюминий, в условиях несильно агрессивных сред. Она эффективна для предотвращения коррозионного растрескивания, межкристаллитной коррозии, обесцинкования латуней, питтинга сталей в почве и морской воде. Наибольшее применение катодная защита получила для борьбы с коррозией подземных сооружений (трубопроводов, газопроводов, кабельных установок), металлических конструкций в морской и речной воде.

Катодную поляризацию можно осуществлять путем присоединения защищаемой конструкции к отрицательному полюсу внешнего источника тока. Схема катодной защиты представлена на рис. 12.1. Отрицательный полюс внешнего источника тока 4 присоединен к защищаемой металлической конструкции 1, а положительный полюс к вспомогательному электроду 2, работающему как анод. В процессе защиты анод активно разрушается и подлежит периодическому восстановлению. В качестве материала анода применяют чугун, сталь, уголь, графит, металлический лом (старые трубы, рельсы и др.). Так как эффективное сопротивление прохождению электрического тока оказывает только тот слой почвы, который находится в непосредственной близости от анода, то его обычно помещают в так называемую засыпку 3 – толстый слой кокса, в который добавляют 3-4 части (по массе) гипса и 1 часть поваренной соли. Засыпка имеет высокую электропроводность, благодаря чему снижается переходное сопротивление почва – анод.

Рис. 12.1 – Схема катодной защиты внешним током

Для защиты сооружений в воде аноды устанавливают на дне рек, озер, морей. В этом случае засыпка не требуется.

Накладываемое для защиты напряжение выбирают из необходимости обеспечения защитной плотности тока определенной величины. В грунте это напряжение должно быть больше, чем в среде с малым сопротивлением. Чем выше скорость коррозии, тем больше защитная плотность тока. Однако превышение оптимальной величины защитной плотности тока нежелательно, так как может привести к некоторому снижению катодной защиты (эффект ''перезащиты'').

Катодную защиту внешним током широко применяют как дополнительное средство защиты к изоляционному покрытию. При этом изоляционное покрытие не обязательно должно быть беспористым, так как защитный ток в основном протекает по обнаженным участкам металла, которые и нуждаются в защите.

Катодная защита внешним током нецелесообразна в условиях атмосферной коррозии, в парообразной среде, в органических растворителях, так как в этом случае коррозионная среда не обладает достаточной электропроводностью.

12.2 Протекторная защита

Схема протекторной защиты трубопровода показана на рис. 12.2.

Рис. 12.2 – Схема протекторной защиты трубопровода

К защищаемой конструкции 2 присоединен более отрицательный металл – протектор 3, который, растворяясь в окружающей среде, посылает электроны конструкции 2 и катодно заполяризовывает ее. После полного растворения протектора или потери контакта его с защищаемой конструкцией протектор необходимо возобновлять.

В качестве протектора чаще всего используют магний, цинк и их сплавы. Алюминий применяют реже, так как он быстро покрывается очень плотной оксидной пленкой. Протектор работает эффективно, если переходное сопротивление между ним и окружающей средой невелико. В процессе работы протектор, например цинковый, может покрываться слоем нерастворимых продуктов коррозии, которые изолируют его от окружающей среды и резко увеличивают переходное сопротивление. Для борьбы с этим протектор помещают в наполнитель 4 – смесь солей, которая создает вокруг него определенную среду, облегчающую растворение продуктов коррозии.

Действие протектора ограничивается определенным расстоянием. Чем больше электропроводность среды, тем больше радиус действия протектора. Так при защите стали в морской воде радиус действия цинкового протектора 4 м, а в 3%-ном растворе NaCl – 6 м.

Протекторную защиту целесообразно использовать в тех случаях, когда получение электроэнергии извне связано с трудностями ее подвода.

Как и в случае катодной защиты внешним током, эффективность протекторной защиты возрастает при ее совместном использовании с защитными покрытиями. Так нанесение битумного покрытия на трубопроводы уменьшает число анодов и увеличивает протяженность участка трубопровода, защищаемого одним анодом. Так магниевым анодом можно защитить 30 м незащищенного трубопровода, а битумированного – до 8 км.