1 Теоретическая часть

Большое разнообразие методов зашиты металлов от электрохи-мической коррозии можно подразделить на следующие виды:

1) защитные покрытия на органической основе (лакокрасочные, полимерные (высокомолекулярные), смазки;

2) защитные покрытия на неорганической основе (оксидные, фосфатные, хроматные и др.);

3) металлические защитные покрытия (цинком, оловом, медью, никелем, хромом, плакирующими сплавами и т.д.);

4) обработка коррозионной среды, понижающая сё коррозионную активность (например, уменьшение содержания растворенного кисло-рода, повышение рН раствора и др.);

5) электрохимическая защита (катодная и анодная, защита от блуждающих токов, протекторная защита);

6) применение конструкционных металлических материалов повышенной коррозионной стойкости;

7) рациональное конструирование и эксплуатация металлических сооружений и деталей;

8) использование ингибиторов коррозии металлов − веществ, снижающих скорость коррозионного разрушения металлических материалов при добавлении их в коррозионную среду (анодные и катодные, ингибиторы для кислых и нейтральных сред, летучие ингибиторы коррозии).

Исходя из механизма защитного действия методы защиты металлов от электрохимической коррозии можно разделить на следующие.

1. Методы, тормозящие преимущественно катодный процесс. Сюда относятся применение катодных ингибиторов, уменьшение концентра-ции катодных деполяризаторов в растворе, а также снижение активных катодных включений в сплаве и применение катодной электрохими-ческой защиты.

2. Методы, тормозящие преимущественно анодный процесс, на-пример, применение анодных ингибиторов или пассиваторов, увеличе-ние способности сплава к пассивированию путем введения в сплав легко пассивирующихся компонентов или катодноэффективных компо-нентов, смещающих электрохимический потенциал сплава в положи-тельную сторону, а также применение анодной электрохимической защиты.

Наиболее эффективным методом зашиты металлов от коррозии обычно является метод, который преимущественно тормозит основную контролирующую стадию данного электрохимического коррозионного процесса. При параллельном применении нескольких методов защиты металлов от коррозии, как правило, легче достичь более полной защи-ты, если все эти методы действуют на основную контролирующую стадию электрохимического процесса. Например, при уменьшении коррозии металла добавлением анодных ингибиторов усиление эффекта зашиты будет достигаться также введением катодных присадок в сплав или дополнительной анодной поляризацией.

1.1 Металлические коррозионностойкие покрытия

Одним из распространенных способов защиты металлов от корро-зии являются металлические покрытия. Они делятся на анодные и ка-тодные.

К анодным покрытиям относятся покрытия металлами, например, цинком, кадмием, имеющими потенциал более электроотрицательный, чем потенциал основного металла. В этом случае, например сталь, защищается от коррозии не только механически, но и электрохимически, так как, являясь анодом, покрытие корродирует, анодно поляризуется и тем защищает открытые участки стали.

При наличии пор или царапин в защитном покрытии в результате работы коррозионной гальванопары во влажном воздухе разрушается более активный металл.

Например, при защите стали цинковым покрытием в агрессивной среде (влажном воздухе) начинает работать электрохимический элемент

(−) Zn | H₂O, O₂ | Fe (+)

Цинк как более активный металл взаимодействует с кислородом воздуха (при наличии на поверхности металла плёнки воды) через ряд стадий:

анодный процесс: Zn + mH₂O → Zn²⁺ ·mH₂O + 2е

катодный процесс: O₂ + 2Н₂О + 4е → 4ОН^-

вторичный процесс: Zn²⁺ + 2OH^- → Zn(OH)₂

При этом основной металл (сталь) не разрушается.

К катодным покрытиям относятся покрытия металлами, напри-мер, свинцом, оловом, никелем, медью, имеющими более электропо-ложительный потенциал, чем основной металл. В этом случае разру-шение, например, стали, покрытой никелем, будет происходить только при нарушении покрытия или его пористости из-за возникновения кор-розионного гальванического элемента (во влажном воздухе):

(−)Fe | H₂O, O₂ |Ni (+)

Работа коррозионной гальванопары протекает по следующей схеме: анодный процесс: Fe + mH₂0 → Fe²⁺ ∙mH₂O + 2е

катодный процесс: О₂ + 2Н₂О + 4е → 4ОН^-

вторичный процесс: Fe²⁺ + 2ОН^- → Fe(OH)₂

В присутствии воды и кислорода происходит окисление соедине-ния железа (II) в соединение Fe (III)

4Fe(OH) ₂ + О₂ + 2Н₂О → 4Fe(OH)₃

2Fe(OH)₃ + mH₂0 → Fe₂O₃(3+m)H₂O (ржавчина)

При нарушении целостности покрытия происходит разрушение основного металла.

Покрытия одних металлов другими осуществляют различными способами: горячим, диффузионным, методом плакирования, электро-химическим (гальваническим), химическим и другими методами.

Горячий способ, самый старый и распространенный в технике, за-ключается в погружении изделий в расплавленный металл. При этом поверхность металла покрываемой детали сплавляется с металлом покрытия, образуя металлическую плёнку с промежуточными слоями. Например, при горячем цинковании возникают промежуточные слои: FeZn₁₃, FeZn₁₀, FeZn₇, твердый α-раствор цинка в железе.

Горячий способ покрытия цинком позволяет защитить изделия и конструкции на длительный срок эксплуатации в агрессивной атмосфе-ре, например, при защите опор высоковольтных электропередач, обо-рудования в шахтах и т.п.

Практическое применение находят горячие покрытия цинком (Zn), оловом (Sn). свинцом (РЬ), а также их сплавами.

Основными недостатками способа являются неравномерность толщины покрытия и большой расход металлов покрытия.

Диффузионный метод нанесения покрытий отличается от горячего способа тем, что покрываемые детали загружают в порошкообразный металл покрытия при высокой температуре (несколько ниже его темпе-ратуры плавления). При этом происходит диффузия металла покрытия в металл основы. Этот метод применяют при хромировании, силицировании и алюминировании стальных деталей для зашиты их от коррозии при высоких температурах.

Плакирование (механотермический метод) применяется для изго-товления различных полуфабрикатов (листов, ленты). С этой целью листы из основного металла и металла покрытия прокатывают между горячими валками под определенным давлением. В результате получа-ют биметалл; сталь−латунь, сталь−нержавеющая сталь, алюминий− алюминиевые сплавы и др.

Большое распространение для получения металлических покры-тий имеет электрохимический метод.