главная > справочник > химическая энциклопедия:

Защита от коррозии

Защита от коррозии конструкционных материалов в агрессивных средах основана на: 1) повышении коррозионной стойкости самого материала; 2) снижении агрессивности среды; 3) предотвращении контакта материала со средой с помощью изолирующего покрытия; 4) регулировании электродного потенциала защищаемого изделия в данной среде.

Методы повышения коррозионной стойкости. Из всех конструкц. материалов наиб. стойкостью к коррозии характеризуются пластмассы. керамика. стекло, резина. асбест и бетон. Однако по мн. др. эксплуатац. свойствам эти материалы не могут конкурировать с металлами. Обладающие высокой стойкостью благородные металлы слишком дороги для использования в качестве осн. конструкц. материалов совр. техники. Наиб. доступный металл - железо. обладает требуемым комплексом физ. свойств, но низкой стойкостью к коррозии. Для повышения последней без ухудшения мех. характеристик Fe легируют др. металлами. например, хромом. При легировании значит. кол-вом хрома, а иногда и никелем получают нержавеющие стали. Наиб. стойкостью к равномерной коррозии обладают аустенитные стали, если имеются условия для поддержания их в пассивном состоянии (см. Пассивность металлов). Аустенитные стали устойчивы к воздействию воздуха. растворов азотной и мн. орг. кислот, серной кислоты в некотором интервале концентраций. сернистой кислоты и щелочей. Однако в др. средах они подвержены питтинговой, щелевой и межкристаллитной коррозии. а также коррозионному растрескиванию. Важными коррозионностойкими материалами являются также Ni, Al, Cu, Ti и сплавы на их основе. Никель устойчив к воздействию горячих и холодных щелочей. разбавленных неокисляющих орг. и неорг. кислот, а также воздушной атмосферы. Легирование медью повышает его стойкость к коррозии в восстановит. средах, а также к питтинговой коррозии в морской воде. Легирование хромом повышает сопротивление воздействию окислит. сред, а молибденом -восстановительных; одновременное легирование хромом и молибденом - воздействию тех и других сред. Алюминий обладает хорошей стойкостью к коррозии в атм. условиях, в растворах уксусной и азотной кислот, парах S, SО₂ и др. Легируют Аl небольшими кол-вами др. металлов, главным образом для улучшения его мех. характеристик. Медь устойчива к воздействию воздуха. морской и пресной (горячей и холодной) воды, деаэрир. растворов неокисляющих кислот. Сплавы Сu с Аl (алюминиевая бронза) и Ni (купроникель) используют для изготовления конденсаторных труб, а алюминиевую бронзу - также для корпусов насосов и корабельных гребных винтов. Титан и его сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью в морской воде. воздухе, загрязненном пром. выбросами, в ряде агрессивных хим. сред (см. также Коррозионностойкие материалы). В практике защита от коррозияшироко применяют поверхностное легирование недорогих сплавов, имеющих хорошие мех. характеристики. Поверхностный слой обычной стали можно превратить в сплав с высокой коррозионной стойкостью путем нагрева в порошкообразной шихте, содержащей Zn (диффузионное цинкование), Аl (алитирование) или Сr (хромирование), иногда со спец. активирующими добавками. Можно также плакировать дешевый малостойкий материал тонким слоем более коррозионностойкого, например, путем совместной горячей прокатки двух листов до нужной толщины образующегося "биметалла". Поверхность изделий модифицируют путем нанесения тонких покрытий из др. металлов или сплавов, преим. для защиты от атм. коррозии. Состав и способ нанесения покрытий м. б. различными. На стальной прокат покрытия из Zn, Al и их сплавов чаще всего наносят методом напыления: металл покрытия в виде проволоки или порошка плавится в электрич. дуге или пламени, распыляется газовой струей и осаждается на подготовленную поверхность. Хорошей адгезией и равномерной толщиной отличаются покрытия, образуемые окунанием защищаемых изделий в ванну расплавленного Zn или Аl. Электрохим. методы нанесения широко используют в тех случаях, когда необходимо покрытие очень малой и контролируемой толщины, а изделие не должно сильно нагреваться. Так наносят Cr, Ni, Sn, Zn, Cd и др. (см. Гальванотехника). Хромовые покрытия декоративны и благодаря высокой способности хрома пассивироваться могут обладать высокой защитной способностью, но, как правило, содержат трещины и потому чаще их наносят поверх никелевых покрытий.

Методы снижения коррозионной активности среды. Наиб. распространенные агрессивные среды - вода, водные растворы кислот и щелочей. атмосфера, почва. Агрессивность водных сред зависит от растворенных в них О₂ и СО₂, удаление которых является одним из методов борьбы с коррозией железа, стали, меди, латуни. цинка. свинца. Физ. удаление О₂ и СО₂ достигается нагревом воды при пониж. давлении или продувкой инертным газом. химическое - пропусканием через слой железных или стальных стружек, обработкой восстановителем (сульфатом натрия, гидразином). В энергетике и некоторых отраслях техники воду освобождают также от стимуляторов локальной коррозии, например, хлоридов. Эффективно снижают агрессивность водных сред небольшие добавки (редко более 1%) ингибиторов коррозии, защитное действие которых обусловлено образованием прочно связанных с поверхностью нерастворимых продуктов коррозии. Обычно применяют анодные ингибиторы гидроксид, карбонат, силикат, борат, фосфаты, нитрит и бензоат натрия и катодные (сульфаты цинка. бикарбонат натрия и некоторые др.). Анодные ингибиторы в недостаточной концентрации вызывают питтинговую коррозию. Они более эффективны в смеси с катодными ингибиторами, причем совместное действие часто превосходит сумму отдельных эффектов. В кислых средах используют специфические, главным образом орг. ингибиторы. Особый класс составляют ингибиторы-пассиваторы, переводящие металл в пассивное состояние посредством смещения его электродного потенциала в более положит. область. Это окислители, чаще пероксидного типа, а также соед. благородных металлов, обменное осаждение которых на защищаемом металле способствует достижению потенциала пассивации. Агрессивность атмосферы сильно зависит от ее влажности и от того, является ли район промышленным, сельским, морским и т. п. (см. Атмосферная коррозия). Для любого металла в зависимости от гигроскопичности продуктов его коррозии и пылевых частиц, попадающих на поверхность, имеется некоторая критич. относит влажность, ниже которой он не подвергается атм. коррозии; для Fe, Cu, Ni, Zn она находится в пределах от 50 до 70%. Поэтому в открытой атмосфере целесообразна периодич. очистка пов-сти изделия от гигроскопич. загрязнений. Гигроскопичность продуктов коррозии стали уменьшают легированием медью в небольших кол-вах. Для изделий, имеющих историч. ценность, температуру их хранения иногда искусственно поддерживают несколько выше точки росы. В полостях и упаковках ценных изделий пониж. относит. влажность поддерживают с помощью поглотителей влаги. Весьма эффективны также летучие ингибиторы коррозии, например, карбонат или нитрат циклогексиламина, которые, медленно испаряясь, осаждаются на защищаемой пов-сти с образованием независимой адсорбц. пленки. Однако, защищая сталь, такие ингибиторы могут усиливать коррозию др. металлов. Поэтому для защиты от коррозия изделий, включающих разл. металлы, необходимы спец. составы. Распространены упаковочные материалы (бумага, картон, пленка), содержащие подходящий ингибитор коррозии. Агрессивность пром. атмосферы определяется в осн. продуктами сгорания топлив и др. выбросами (SO₂, CO₂, H₂S, NO₂, NH₃, сажа, взвеси солей). Из них главным стимулятором коррозии является SO₂, превращающийся на пов-сти металла во влажной атмосфере в серную кислоту. В закрытых объемах стимуляторами коррозии оказываются пары орг. кислот (муравьиной, уксусной, пропионовой), выделяющиеся из некоторых сортов древесины, пластмасс, клеев, красок. Единственный путь снижения агрессивности пром. атмосферы - устранение выбросов, в помещениях кондиционирование и фильтрация поступающего воздуха. Коррозионная агрессивность почвы определяется содержанием в ней О₂, влажностью, электрич. проводимостью, рН (см. Подземная коррозия). В кислых почвах куски извести вблизи зарытого в почву металла могут долго создавать рН, достаточный для поддержания металла в пассивном состоянии.

Защитные изолирующие покрытия. Из орг. изолирующих покрытий для защиты от атм. коррозии широко используют лакокрасочные, для подземных конструкций - толстые покрытия из кам.-уг. пека, битумов, полиэтилена, сочетаемые с катодной электрохим. защитой. Для улучшения адгезии производится подготовка пов-сти под покрытие: тщательная (мех. или хим.) очистка от грязи и продуктов коррозии, специальная хим. или электрохим. обработка (фосфатирование, хроматирование, анодирование). Сплошность повышают использованием многослойных (обычно трехслойных) покрытий. От первого (грунтовочного) слоя требуется макс. адгезия к металлу и хорошие защитные характеристики, достигаемые введением пигментов с ингибирующими свойствами (свинцовый сурик, хромат цинка.. Конечная толщина покрытия обычно не превышает 0,75 мм. Применение вместо натуральных масел совр. синтетич. материалов позволяет увеличить срок службы покрытия в 3-5 раз. Некоторые пластмассы. например, эпоксидные и полиуретановые смолы, надежно защищают металл в виде тонких покрытий; другие (поливинилхлорид, полиэфиры, некоторые фторзамещенные полиолефины, полиэтилен) используются в виде относительно толстых покрытий. Толстые и особенно армированные покрытия можно рассматривать как коррозионностойкую футеровку. Среди неорг. защитных покрытий важными являются стекловидные эмали, используемые преим. для защиты чугунных и стальных изделий (резервуары, ванны, бытовая техника) от воздействия атмосферы, воды и др сред. Внутр. поверхность стальных трубопроводов, резервуаров для горячей и холодной воды, емкостей для хранения нефти и некоторых продуктов хим. промышленности можно защищать дешевыми покрытиями из цемента. Особый класс составляют т. наз. конверсионные защитные покрытия, которые состоят из стойких соед. на основе самого покрываемого металла (фосфатных, хроматных, оксидных), получаемых путем его хим. или электрохим. обработки. Их используют преим. как основу под лакокрасочные покрытия.

Электрохимическая защита основана на характерной зависимости скорости коррозионных процессов от электродного потенциала металла. Катодную защиту широко используют для снижения скорости коррозии подземных сооружений (трубопроводов, кабелей связи, свайных и стальных фундаментов), корпусов морских судов, эстакад, морских буровых скважин. Обычно катодная защита применяется в нейтральных средах, когда коррозия протекает с кислородной деполяризацией, и, следовательно, в условиях повыш. катодной поляризуемости металла. Существуют два варианта катодной защиты. В первом варианте требуемое смещение электродного потенциала достигается путем катодной поляризации с помощью внеш. источника тока и вспомогат. инертных анодов (защита с наложенным током); во втором - посредством контакта его с массивными электродами из более электроотрицат. металла, которые, анодно растворяясь, обеспечивают протекание катодного тока к защищаемой конструкции (гальванич. защита). В качестве "жертвенных" анодов используют сплавы. Первый вариант применяют для защиты протяженных конструкций, обычно в комбинации с изолирующими покрытиями, в средах как с низким, так и с высоким электрич. сопротивлением. Преимущество его - в легкости регулирования защитного тока и поддержании защитного потенциала даже в условиях изменения изолирующих свойств покрытия во времени. Однако при использовании катодной защиты с наложенным током др. металлич. конструкция, расположенная вблизи защищаемой, может служить проводником и подвергаться усиленной коррозии. Гальванич. вариант катодной защиты обычно применяют для защиты от коррозия небольших конструкций с хорошим покрытием и низким потреблением тока или для локальной защиты. Обычно при этом не наблюдается коррозия соседних металлич. конструкций. Анодная защита, используемая в кислых средах, применима к металлам и сплавам, способным пассивироваться и оставаться пассивными в сравнительно широком интервале значений их потенциалов (большинство переходных металлов и сплавов на их основе, включая нержавеющие и углеродистые стали). Металл пассивируется и поддерживается в пассивном состоянии путем поляризации его внеш. анодным током. Ввиду малой величины тока его проникающая способность высока и защите поддаются даже отдаленные от катода участки пов-сти. Чаще, однако, этот метод используют для защиты емкостей, содержащих агрессивные хим. продукты. См. также Электрохимическая защита. Лит.: Тодт Ф., Коррозия и защита от коррозии. Коррозия металлов и сплавов. Методы зашиты от коррозии, пер. с нем., М. Л., 1966; Плудек В., Зашита от коррозии на стадии проектирования, пер. с англ., М., 1980. © Я. М. Колотыркин.