Защита от коррозии

Коррозией называют самопроизвольное разрушение металличе­ских материалов вследствие физико-химического взаимодействия их с окружающей средой. Коррозионный процесс протекает на гра­нице двух фаз, т. е. является гетерогенным процессом взаимодей­ствия жидкой или газообразной среды с металлом.

Ниже будет рассмотрена коррозия электрохимического типа в условиях естественной атмосферы воздуха. В этих условиях на металлах в большинстве случаев образуются электролиты, т. с. проводящие электрический ток жидкие среды.

У границы раздела двух взаимодействующих фаз — металла и электролита (воды, водного раствора солей, кислот и др.) возникает разность электрических потенциалов. Электродвижущую силу эле­мента, составленного из исследуемого электрода (например, металла в электролите) в сопоставлении с э. д. с. электрода, потенциал которого условно принят за 0 (стандартный водородный потен­циал), называют электродным потенциалом металла. Так, обрати­мый электродный потенциал железа V(Fe) = -0,440 В, а цинка V(Zn) = -0,761 В.

Электрохимическое растворение металла — сложный процесс, состоящий из трех основных частей:

a) анодного процесса — образования гидратированных ионов корродирующего металла Me в электролите и некомпенсированных электронов е на анодных А участках по реакции

б) катодного процесса — ассимиляции электронов какими-либо ионами или молекулами электролита (D-деполяризаторами), способными к восстановлению на катодных участках по реакции

D + пе= [D . ne]

в) процесса протекания электронов по металлу от анодных участков к катодным в соответствующего перемещения анионов (А(-)) и катионов (K(+)) в растворе.

По границе раздела двух фаз, на которой возникает разность электрических потенциалов, наблюдается локализация анодных и катодных участков. Основными причинами возникновения электро­химической неоднородности поверхности раздела металл—электро­лит являются наличие разнородных атомов в твердом растворе металла, выход дислокаций на поверхность его, микровключения, макро- и микропоры в окисной пленке на поверхности металла, неравномерное распределение на его поверхности вторичных про­дуктов коррозии, неоднородность электролита и др.

Механические воздействия часто приводят к сдвигу электродного потенциала в сторону отрицательных значений и в связи с этим к усилению коррозии металла. Сдвиг потенциала может быть вызван как процессом деформации, так и деформированным состоянием металла.

Степень неоднородности (гетерогенности) этой поверхности ха­рактеризуется разностью электродных потенциалов анодных (с бо­лее отрицательным потенциалом V(A)) и катодных (с более положи­тельным электродным потенциалом V(K)) участков

Вторая особенность электрохимического коррозионного про­цесса — реализация материального эффекта на анодных участках поверхности корродирующего металла.

Таким образом, электрохимическая коррозия металлов представляет собой результат работы большого числа коррозионных гальванических элементов на корродирующей поверхности металла, соприкасающейся с электролитом. Это приводит к неравномерному или местному коррозионному разрушению.

Наиболее распространенные виды электрохимической коррозии - мокрая и влажная атмосферная коррозия. Коррозия первого типа протекает при наличии на поверхности металла видимой пленки влаги; коррозия второго типа — в случае тончайшей, невидимой пленки влаги, которая образу­ется в результате капиллярной, адсорбционной или химической ее конденсации.

На скорость атмосферной коррозии металлов оказывает влияние ряд факторов. Влажность воздуха — один из главных. По дости­жении некоторой влажности воздуха скорость коррозии резко увеличивается. Так, критическая влажность для чистой поверх­ности железа в чистом воздухе составляет 100%, а для поверхности, слегка предварительно прокорродировавшей в воде,— 65%.

Очень сильно влияют на скорость атмосферной коррозии металла примеси, находящиеся в воздухе: газы (SO2, H2S и др.), твердые частицы солей, угля, песка.

Скорость атмосферной коррозии увеличивается с увеличением продолжительности пребывания влажной пленки на поверхности металла и уменьшается с повышением температуры окружающего воздуха.

Для защиты поверхности тонких стальных полос от коррозии применяют металлические покрытия. Их можно разделить на два вида: катодные и анодные. Для катодных покрытий используют металлы с более положительным потенциалом, чем сталь (например, Cu, Ni, Cr). В этом случае в местах обнажения основного ме­талла создается такое направление гидратированных ионов, при котором усиливается его коррозия (рис. 3,а). Следовательно, не­обходимо, чтобы в катодных покрытиях было минимальное количество пор и чтобы эти поры, если они все-таки имеются, обладали возможно меньшими размерами. Это затрудняло бы проникновение воды к основному металлу.

В случае анодных покрытий (к ним, в частности, относятся цин­ковые) происходит электрохимическая защита стали. Процесс развивается следующим образом.

Анодная реакция ионизации цинка

Zn + mН2О = Zn(3+) x mH3O + 2е

и катодная реакция ассимиляции электронов

О2 + 4е + 2Н2О = 4ОН(-)

являются первичными процессами электрохимической коррозии, а их продукты (Zn(2+) x mH2O и ОН(-)) — первичными продуктами коррозии. Эти продукты коррозии при определенных значениях среды (например, в водном растворе NaCl) образуют трудно раство­римый гидрат окисла

Zn(2+) x тН2О + 2ОН(-) = тH2О + Zn(ОН)2 (осадок)

— вторичный продукт коррозии.

Пленка вторичных трудно растворимых продуктов коррозии перекрывает оголенный от покрытия участок (в результате — царапин, образование сквозного отверстия, после пайки и др.), защищая поверхность стали.

Для определения степени протекторной защиты на стальной пруток, покрытый цинком, и без него навивали стальную проволоку без покрытия. Продолжительность испытания составляла 1 месяц. Условия — крыша городского дома (лето А и зима Б) и железно­дорожный тоннель (лето В):

Испытания позволили установить, что защитный эффект цинка обнаруживается на расстоянии нескольких миллиметров; в холод­ное время года этот эффект проявляется слабее, чем в теплое время.

Аналогичный результат получен и при более продолжительных испытаниях тем же методом. Установлено, в частности, что потери массы стальной не защищенной проволоки диаметром 0,5 мм, на­витой на оцинкованный цилиндр, составили за 6 месяцев 8-11 мг, а навитой на неоцинкованный цилиндр (в обоих случаях диаметром 18 мм) достигли за тот же период 351—378 мг. Расчет показал, что 1 г цинка предотвращает потери из-за коррозии 10 г стали в год. Полная защита оголенных кромок оцинкованных листов благодаря анодному характеру покрытия поверхности обеспечивается при толщине до 1,6 мм.

Цинковое покрытие анодно по отношению к стали практически во всех коррозионных средах. Характерно, что скорость коррозии цинковых покрытий практически не меняется за весь срок их службы. Это позволяет довольно точно рассчитывать время до их разрушения.

Скорость коррозии цинка в 10-30 раз меньше, чем скорость коррозии стали.

Коррозия оцинкованных листов в зимний период заметно больше, чем летом. Объясняется это главным образом тем, что зимой в воздухе относительно больше СО2, SO2, чем летом, а также боль­шей влажностью зимнего воздуха.

Минимальная скорость коррозии цинка наблю­дается в слабощелочных средах: если рН ниже 5 или выше 12, на­ступает сильная коррозия.

Наибольшей стойкостью к коррозии обладают промежуточные слои цинкового покрытия, т. е. Fe—Zn слой, обогащенный железом, и слой, обогащенный цинком.

Исследованием, выполненным в течение 80 дней на образцах оцинкованной листовой стали, подвергавшейся коррозии в атмосфере городской местности, установлено следующее. Наибольшей корро­зионной стойкостью обладает сталь, оцинкованная электролитным цинком, не содержащим примесей. При повышенном содержании в цинке алюминия, свинца (более 0,25—0,35%) и олова коррозион­ная стойкость цинкового покрытия понижается.

Рекомендуем посетить http://www.newmet.ru/