Коррозия металлов и методы их зашиты

Коррозия металлов представляет собой их разрушение под влиянием различных химических реагентов среды, в которой они находятся. В месте разрушения металла коррозией образуется рыхлый продукт — гидрат оксида железа Fe(OH)3, который называют ржавчиной. Коррозия наиболее опасна во влажной атмосфере и в водных растворах электролитов.

Очень чистые металлы с трудом поддаются коррозии и медленно растворяются в кислотах. Двухфазные сплавы корродируют гораздо быстрее однофазных. Многие металлы сами по себе хорошо сопротивляются коррозии, но очень быстро корродируют при контакте с другими металлами. Так, например, чистое железо в контакте с медью очень часто разрушается. Возможен и противоположный вариант: например, контакт железа с цинком защищает железо от коррозии. Следует отметить, что из двух металлов, находящихся в контакте, один всегда защищается другим.

Коррозия быстрее развивается по напряженным местам металлических изделий, и всякое механическое повреждение поверхности вызывает ее усиление. Коррозия может быть представлена как электрохимический процесс. Согласно этой теории, взаимодействие двух различных металлов в электролите устанавливается по электрохимическому ряду напряжений, приведенному в табл. 12.2.

Таблица 12.2

Электрохимический ряд напряжений различных металлов

Элемент

Нормальный потенциал по отношению к водороду

Элемент

Нормальный потенциал по отношению к водороду

Си

+0,34

Cd

-0,40

Sb

+0,20

Fe

-0,44

н2

0,00

Cr

-0,51

РЬ

-0,13

Zn

-0,76

Sn

-0,14

Mn

-1,10

Ni

-0,23

A1

-1,30

Со

-0,27

Mg

-1,55

В металлических сплавах, состоящих из различных фаз, между последними возникают гальванические токи. В результате разрушается более электроотрицательная фаза. Например, если взять железо и цинк, то цинк по отношению к железу имеет более отрицательный потенциал и будет разрушаться, предохраняя железо от ржавления.

Защита металла от коррозии. В настоящее время применяются следующие способы защиты металлов от коррозии.

Защита легированием — введение в металл легирующих элементов, повышающих сопротивление сплава коррозии (например, никеля и хрома в нержавеющие кислотоупорные стали, меди — в строительные стали). Существует много разновидностей стали с различным содержанием Ni, Мо, Си и Ti, обладающих повышенной стойкостью в агрессивных средах.

Защита оксидными пленками — оксидирование и фосфа- тирование, которые производятся путем кипячения изделий в специальных составах (селитры, едкого натра и перекиси марганца или фосфорной кислоты и ее железных и марганцевых солей). Образующиеся пленки темного цвета обладают хорошей коррозионной устойчивостью.

Защита металла покрытием пленкой из другого металла имеет следующие разновидности:

  • ? катодное покрытие — покрытие металлом, который является более электроположительным (менее активным), чем основной металл изделия (в этом случае пленка является только механической защитой);
  • ? анодное покрытие — покрытие основного металла металлом с более отрицательным электродным потенциалом. В этом случае пленка является электрохимической защитой.

Защита лакокрасочными и полимерными покрытиями. Наиболее простым и распространенным методом защиты металлических конструкций от коррозии является покрытие их слоем лака или краски. В последнее время для защиты металлов от коррозии широкое применение получили методы нанесения полимерных пленок. Для этих целей используют большое количество смешанных составов на основе поливинилхлоридных, полиуретановых, фенолоформальдегидных, каучуковых, эпоксидных, а также кремнийорганических соединений. За рубежом применяют нанесение защитных пленок на прокатные строительные профили.

При нанесении защитных покрытий необходимо предварительно подготовить поверхность (очистить от продуктов коррозии). Для этого применяют механические (пескоструйные, щеточные, водоструйные и термические аппараты) и химические (обезжиривание, травление, кислотная очистка, фосфа- тирование) методы очистки.

К химическим методам относится использование модификаторов ржавчины, основанных на применении ортофосфор- ной кислоты (Н3Р04), реже щавелевой, винной, которые при взаимодействии с продуктами коррозии образуют труднорастворимые комплексные соединения. В состав модификатора вводят ингибиторы (замедлители) коррозии на основе лигнина (он связывает ионы железа и его оксидные формы и задерживает коррозию, особенно в кислых средах), а также четвертичные аммониевые соединения и другие органические соединения, которые, адсорбируясь на поверхности металла, тормозят коррозию.

При изготовлении железобетонных конструкций в зависимости от вида бетона и вяжущего необходимо предусматривать определенные методы защиты от коррозии арматуры и закладных деталей. Гипсовые и другие серосодержащие вяжущие вызывают коррозию арматуры и практически для изготовления железобетонных изделий не применяются. Для характеристики агрессивности сред по отношению к бетонам принято определять концентрацию водородных ионов, т.е. pH. В кислых средах с pH < 4,3 коррозия идет очень быстро. В слабокислых и слабоосновных средах с pH от 4,4 до 10 скорость коррозии меньше и почти не зависит от pH. В щелочных растворах с pH >10 коррозия протекает медленно и она зависит от pH. Так, при pH 12 коррозия в два раза меньше, чем при pH 10.

Проведенные многочисленные исследования показывают, что pH поровой жидкости портландцемента составляет

11,25...11,80, шлакопортландцемента — 10,4...10,8. Таким образом, pH поровой жидкости портландцемента не вызывает коррозии и плотный бетон является хорошей защитой арматуры от коррозии. Однако арматура в легких и пористых бетонах при работе во влажных и агрессивных средах требует антикоррозионной защиты.

Для защиты арматуры от коррозии ее покрывают защитными пленками: цементно-казеиновыми обмазками, жидким стеклом, керамическими эмалями. Для защиты более ответственных элементов, закладных деталей применяют цинкование. К органическим защитным пленкам относятся битумные, битумоцементные и другие покрытия на основе искусственных полимеров, смол, латексов (например, цементно-поливинил- ацетатная, цементно-полистирольная и др.).

Основными методами нанесения антикоррозионного покрытия являются окунание, полив, обрызгивание. В последнее время предложен метод окраски в электрическом поле, в котором частицы покрытия ионизируются и притягиваются к отдельному электроду — арматуре.

Методы оценки коррозии металлов. Существуют качественные и количественные методы оценки коррозии.

Качественная оценка — визуальный контроль характера продуктов коррозии, прочности их сцепления с металлом.

Количественная оценка выражается в оценке скорости коррозии Vm (весовой показатель), которая может быть выражена через потерю массы Ат единицей поверхности (S) за единицу времени (т):

Более удобным показателем оценки коррозии, учитывающим плотность материала, является глубинный показатель П:

где р — плотность металла, г/см3.

Для стали П = 8,76 мм/год.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >