3.3 Способы защиты металлов от коррозии

Для защиты металлов от коррозии применяются следующие методы:

1) создание изолирующих покрытий на поверхности металла, которые предотвращают его контакт со средой;

2) методы «катодной» защиты;

3) методы воздействия на среду.

1) Защита металлов от коррозии с помощью изолирующих покрытий

Изоляция поверхности металла от окружающей среды с целью предот­вращения возникновения гальванических элементов, а, следовательно, и коррозии является одним из самых распространённых методов защиты.

Главными требованиями к защитным покрытиям являются их сплош­ность (непроницаемость для воды), хорошая адгезия (прилипаемость) к по­верхности металла, достаточная прочность и эластичность, долговечность. -

Неметаллические защитные покрытия

Неметаллические защитные покрытия могут быть как неорганическо­го, так и органического происхождения. В качестве неорганических покры­тий применяют неорганические эмали на основе оксидов металлов, фос­фатные покрытия, керамику.

Некоторые защитные покрытия образуются непосредственно на поверх­ности металла при его термообработке и представляют собой защитные ок­сидные пленки. Процесс образования таких пленок называют оксидированием. Подобные процессы могут иметь собственные названия: например, образова­ние оксидных пленок на поверхности стали называют воронением, электрохи­мическое оксидирование алюминия - анодированием. Защитные свойства ок­сидных пленок иногда повышают их пропиткой маслами.

При подготовке стальных поверхностей к окраске (восстановительный ремонт, реставрация и т.п.) в сочетании с предварительной механической очи­сткой поверхности от ржавчины часто применяют обработку поверхности ортофосфорной кислотой (входит в состав различных «преобразователей ржав­чины»). Состав ржавчины можно описать примерной формулой xFeO • yFe₂О₃•zH₂О. При обработке ортофосфорной кислотой смесь гидроксидов железа, а также поверхностный слой атомов металлического железа превращается в смесь нерастворимых в воде фосфатов: Fe₃(PО₄)₂ и FePО₄, об­разующих сплошную, хорошо сцепляющуюся с металлом, непроницаемую для воды и избытка кислоты плёнку на поверхности. Таким образом, рыхлая остаточная ржавчина преобразуется в плотную защитную плёнку.

К органическим покрытиям относят лакокрасочные покрытия. Они широко применяются для защиты металлов от разрушения, выполняя также и декоративную функцию. Кроме лакокрасочных защитные антикоррози­онные органические покрытия создают из битума, смол, загущённых масел, каучуков и т.д.

Металлические покрытия

Для металлических покрытий используют различные металлы, такие как цинк, никель, хром, медь, серебро, олово, золото и др. К преимущест­вам металлических покрытий относятся возможность создания тонких прочных покрытий с хорошей адгезией покрытия к металлу, сходные ко­эффициенты температурного расширения металлов, пластичность и т.д.

Основное защитное действие металлических покрытий заключается в их непроницаемости для воды, а следовательно, в предотвращении образо­вания гальванических элементов.

Все металлические покрытия по возможностям дальнейшей защиты металла после их частичного разрушения подразделяют на катодные и анодные покрытия.

Катодное покрытие - это покрытие из металла, потенциал которого имеет большее значение, чем потенциал защищаемого металла. Катодными покрытиями, например, для железа являются покрытия из олова (Sn), нике­ля (Ni), меди (Сu), серебра (Ag), свинца (Рb).

Рассмотрим в качестве примера белую жесть (лужёное железо, т.е. же­лезо, покрытое оловом) (рис.15)

Рисунок 15 - Коррозия лужёного железа в воде, содержащей растворённый кислород

При повреждении покрытия и при наличии электролита возникает гальванический элемент, в котором железо (Е°_Fe/Fe2+= - 0,44 В) будет вы­полнять функцию анода, а олово (Е° _Sn/Sn²⁺ = - 0,14 В) будет катодом.

Электродные процессы при коррозии в нейтральной среде

Анод: Fe│Fe° - 2 ё → Fe²⁺

Катод: Sn│О₂ +2Н₂О + 4 ё → 4(ОН)^-

Разрушается, окисляясь, железо. Следовательно, катодное покрытие может защищать металл от коррозии только при отсутствии повреждений. В отсутствие повреждений и при достаточной толщине, катодные покрытия являются очень долговечными.

Анодное покрытие - это покрытие металлом, потенциал которого име­ет меньшее значение, чем потенциал защищаемого металла. Поэтому в случае повреждения покрытие станет функционировать как анод (поэтому и называется анодным) и разрушаться. Защищаемый металл будет катодом, на его поверхности происходит процесс восстановления, характер которого зависит от состава среды.

Рассмотрим коррозию оцинкованного железа в кислой среде (рис.16). При нарушении целостности такого покрытия окисляется цинк (Е°_{Zn/ Zn2+} = - 0,76 В), а на железе (Е°_Fe/Fe2+ = - 0,44 В) протекает процесс восстановления ионов водорода.

Рисунок 16 - Коррозия оцинкованного железа в кислой среде

Запишем процессы на аноде и на катоде:

Анод: Zn│Zn° - 2 ё →Zn²⁺

Катод: Fe│2Н⁺+ 2ё → Н₂

Таким образом, даже после частичного нарушения анодные покрытия продолжают защищать металл от коррозии. Только после разрушения зна­чительных площадей покрытия начнётся коррозия защищаемого металла. Такие покрытия более эффективны, чем катодные или лакокрасочные, но иногда (при малой толщине покрытия) бывают недолговечными.