DataLife Engine > Версия для печати > Методи захисту від корозії металів і сплавів

МЕТОДИ ЗАХИСТУ ВІД КОРОЗІЇ МЕТАЛІВ І СПЛАВІВ

Основним умовою противокоррозийной захисту металів і сплавів є зменшення швидкості корозії. Зменшити швидкість корозії можна, використовуючи різні методи захисту металевих конструкцій від корозії. Основними з них є:

1 Захисні покриття.

2 Обробка корозійного середовища з метою зниження корозійної активності (особливо при постійних обсягах корозійних середовищ).

3 Електрохімічна захист.

4 Розробка і виробництво нових конструкційних матеріалів підвищеної корозійної стійкості.

5 Перехід у ряді конструкцій від металевих до хімічно стійким матеріалам (пластичні високомолекулярні матеріали, скло, кераміка та ін.)

6 Раціональне конструювання та експлуатація металевих споруд і деталей.

1. Захисні покриття

Захисне покриття повинне бути суцільним, рівномірно розподіленим по всій поверхні, непроникним для навколишнього середовища, мати високу адгезію (міцність зчеплення) до металу, бути твердим і зносостійким. Коефіцієнт теплового розширення повинен бути близьким до коефіцієнта теплового розширення металу захищається вироби.

Класифікація захисних покриттів представлена вЂ‹вЂ‹на рис. 43

Захисні покриття

В

В

Неметалічні Металеві

покриття покриття

Неорганічні Органічні Катодні Анодні

Неорганічні емалі, оксиди металів, сполуки хрому, фосфору та ін

Лакофарбові

покриття, покриття

смолами, покриття

пластмасами,

покриття полімерними

плівками, гумою

Малюнок 43 - Схема класифікації захисних покриттів

1.1 Металеві покриття

Нанесення захисних металевих покриттів - один з найпоширеніших методів боротьби з корозією. Ці покриття не тільки захищають від корозії, але й надають їх поверхні ряд цінних фізико-механічних властивостей: твердість, зносостійкість, електропровідність, паяемости, відбивну здатність, забезпечують виробам декоративну обробку і т.д.

За способом захисної дії металеві покриття ділять на катодні і анодні.

Катодні покриття мають більш позитивний, а анодні - більш електронегативний електродні потенціали в порівнянні з потенціалом металу, на який вони нанесені. Так, наприклад, мідь, нікель, срібло, золото, обложені на сталь, є катодними покриттями, а цинк і кадмій по відношенню до цієї ж сталі - анодними покриттями.

Необхідно відзначити, що вид покриття залежить не тільки від природи металів, а й від складу корозійного середовища. Олово по відношенню до заліза в розчинах неорганічних кислот і солей г...рає роль катодного покриття, а в ряді органічних кислот (харчових консервах) служить анодом. У звичайних умовах катодні покриття захищають метал вироби механічно, ізолюючи його від навколишнього середовища. Основна вимога до катодних покриттів - безпориста. У Інакше при зануренні виробу в електроліт або при конденсації на його поверхні тонкої плівки вологи оголені (в порах або тріщинах) ділянки основного металу стають анодами, а поверхня покриття катодом. У місцях несплошностей почнеться корозія основного металу, яка може поширюватися під покриття (рис. 44 а).

Малюнок 11 Схема корозії заліза з пористим катодним (а) і анодним (б) покриттям

Анодні покриття захищають метал вироби не тільки механічно, але головним чином електрохімічно. У утворився гальванічному елементі метал покриття стає анодом і піддається корозії, а оголені (в порах) ділянки основного металу виконують роль катодів і не руйнуються, поки зберігається електричний контакт покриття з захищається металом і через систему проходить достатній струм (рис. 4 б). Тому ступінь пористості анодних покриттів на відміну від катодних не грає суттєвої ролі.

В окремих випадках електрохімічний захист може мати місце при нанесенні катодних покриттів. Це відбувається, якщо метал покриття по відношенню до виробу є ефективним катодом, а основний метал схильний до пасивації. Виникаюча анодна поляризація пасивує незахищені (в порах) ділянки основного металу і утрудняє їх руйнування. Такий вид анодної електрохімічного захисту проявляється для мідних покриттів на сталях 12х13 і 12Х18Н9Т в розчинах сірчаної кислоти.

Основний метод нанесення захисних металевих покриттів - гальванічний. Застосовують також Термодифузійний і механотерміческій методи, металлизацию розпиленням і зануренням у расплав.Разберем кожен з методів більш докладно.

1.2 Гальванічні покриття.

Гальванічний метод осадження захисних металевих покриттів отримав дуже широке поширення в промисловості. У порівнянні з іншими способами нанесення металопокриттів він має ряд серйозних переваг: високу економічність (Захист металу від корозії досягається вельми тонкими покриттями), можливість отримання покриттів одного і того ж металу з різними механічними властивостями, легку керованість процесу (регулювання товщини і властивостей металевих опадів шляхом зміни складу електроліту і режиму електролізу), можливість отримання сплавів різноманітного складу без застосування високих температур, хороше зчеплення з основним металом та ін

Недолік гальванічного методу - нерівномірність товщини покриття на виробах складного профілю.

Електрохімічне осадження металів проводять в гальванічній ванні постійного струму (рис 45). Покривається металом виріб завішують на катод. Як анодів використовують пластини з осідає, металу (розчинні аноди) або з матеріалу, нерозчинного в електроліті (нерозчинні аноди).

Обов'язк...овий компонент електроліту - іон металу, осаждающийся на катоді. До складу електроліту можуть також входити речовини, що підвищують його електропровідність, регулюючі протікання анодного процесу, забезпечують сталість рН, поверхнево-активні речовини, що підвищують поляризацію катодного процесу, блискоутворюючі і вирівнюючі добавки та ін

Малюнок 5 Гальванічна ванна для електроосадження металів:

1 - корпус; 2 - Вентиляційний кожух, 3 - змійовик для обігріву; 4 - ізолятори; 5 - анодні штанги; 6 - катодні штанги; 7 - барботер для перемішування стиснутим повітрям

Залежно від того, в якому вигляді іон розряджаються металу знаходиться в розчині, всі електроліти діляться на комплексні та прості. Розряд комплексних іонів на катоді відбувається при більш високому перенапруженні, ніж розряд простих іонів. Тому опади, отримані з комплексних електролітів, більш дрібнозернистого і рівномірні по товщині. Однак у цих електролітів нижче вихід металу по струму і більш низькі робочі щільності струму, тобто по продуктивності вони поступаються простим електролітам, в яких іон металу знаходиться у вигляді простих гідратованих іонів.

Розподіл струму по поверхні виробу в гальванічній ванні ніколи не буває рівномірним. Це призводить до різної швидкості осадження, а отже, і товщині покриття на окремих ділянках катода. Особливо сильний розкид по товщині спостерігається на виробах складного профілю, що негативно позначається на захисних властивостях покриття. Рівномірність товщини осаждаемого покриття покращується з збільшенням електропровідності електроліту, зростанням поляризації з зростанням щільності струму, зменшенням виходу металу по струму при підвищенні щільності струму, збільшенні відстані між катодом і анодом.

Здатність гальванічної ванни давати рівномірні по товщині покриття на рельєфній поверхні називається розсіює здатністю. Найбільшою розсіює здатністю володіють комплексні електроліти.

Для захисту виробів від корозії використовують гальванічне осадження багатьох металів: цинку, кадмію, нікелю, хрому, олова, свинцю, золота, срібла та ін Застосовують також електролітичні сплави, наприклад Cu - Zn, Cu - Sn, Sn - Bi і багатошарові покриття.

Найбільш ефективно (електрохімічно і механічно) захищають чорні метали від корозії анодні покриття цинком і кадмієм.

Цинкові покриття застосовуються для захисту від корозії деталей машин, трубопроводів, сталевих листів. Цинк - дешевий і доступний метал. Він захищає основне виріб механічним і електрохімічним способами, так як при наявності пір або оголених місць відбувається руйнування цинку, а сталева основа не кородує.

Покриття з цинку займають домінуюче положення. За допомогою цинку захищають від корозії приблизно 20% всіх сталевих деталей, і близько 50% виробленого у світі цинку витрачається на гальванічні покриття.

В останні роки набули розвиток роботи по створенню захисних гальванічних покриттів... із сплавів на основі цинку: Zn - Ni (8 - 12% Ni), Zn - Fe, Zn - Co (0,6 - 0,8% Co). При цьому вдається підвищити корозійну стійкість покриття в 2-3 рази.

Цинкування проводять в кислих, ціанідних і цінкатних електролітах. Осадження цинку відбувається з високим виходом по струму. Цинкові покриття відрізняються високою ступенем чистоти, хімічною стійкістю і хорошими механічними властивостями.

Застосування ціанідних електролітів забезпечує отримання більш дрібнозернистих покриттів. Їх використовують для обробки деталей складної форми. Однак ці електроліти екологічно небезпечні. У деяких випадках ціанідні електроліти замінюють на лужні цінкатние.

Все більша поширення набувають цинкові комбіновані електрохімічні покриття (КЕП). З сульфатного електроліту отримують КЕП з включеннями корунду до 0,4 - 0,5 мас. %. З цінкатного електроліту з порошком карбонільного нікелю отримують КЕП з вмістом нікелю 6 - 12 мас. %. На основі цинку отримують також покриття з частками полімерів - капрону і поліаміду, вміст яких в КЕП 0,9 - 3,1 мас. %. Ці покриття в 1,5 рази більш стійкі до впливу кислот, ніж чисті цинкові покриття.

Кадмій має ближчий потенціал до заліза, ніж цинк. Характер захисту кадмієм залежить від корозійного середовища. У вологому атмосфері у присутності хлор-іонів потенціал кадмію стає ЕЛЕКТРОНЕГАТИВНІСТЬ потенціалу заліза, і кадмій електрохімічно захищає метал від корозії.

Необхідно враховувати високу токсичність і дефіцитність кадмію. Тому його застосовують тільки для захисту особливо важливих деталей.

Для цинкування і кадмирования запропоновані електроліти, в яких метали знаходяться в вигляді простих солей або у вигляді комплексних сполук. Найбільше застосування отримали сульфатні електроліти. Їх склад, г/л:

Цинкування

Кадміювання

Zn SO 4 - 200 - 250

Cd SO 4 - 40 - 60

Na 2 SO 4 - 50 - 100

(NH 4 ) 2 SO 4 - 240 - 250

Al 2 (SO 4 ) 3 - 20 - 30

Препарат ОС-20 - 0,7 - 1,2

Декстрин - 8 - 10

Диспергатор НФ - 50 - 100

рН = 3,5 4,5

Уротропин - 15 - 20

катодна щільність струму для цинкування 100 - 400 А/м 2 . Температура електроліту для обох процесів - 15 - 30 Вє С.

Дуже поширені нікелеві покриття. Їх широко застосовують для захисту виробів від корозії і для декоративного оздоблення в машинобудуванні, приладобудуванні, автомобілебудівної, медичної, електронної промисловості,... при виготовленні предметів побутового вжитку. Нікелеві покриття вельми стійки в атмосфері, розчинах лугів і деяких органічних кислот, що обумовлено сильно вираженою здатністю нікелю до пасивації в цих середовищах.

Нікель в парі з залізом є катодом, так як має більш електропозитивний потенціал, ніж залізо. Нікель може захищати сталь тільки механічним шляхом, отже, покриття не повинно мати пір і повинно мати велику товщину - 20 - 25 мкм. Існують кілька різновидів нікелевих покриттів. p> Нікелювання матове - нанесення на поверхню металевих деталей матового шару нікелю. Основним компонентом електролітів для отримання матових опадів нікелю є сульфат нікелю. У розчин вводять також сульфат натрію або магнію для отримання пластичних і полірованих покриттів, а також борну кислоту для підтримки стійкого значення рН.

Блискуче нікелювання використовують для захисно-декоративної обробки поверхні. Блискучий нікель можна наносити на деталі зі складним профілем, він володіє зниженою корозійною стійкістю в порівнянні з матовими покриттями.

Нікелювання чорне - електролітичне нанесення на поверхню металевих виробів шару нікелю чорного кольору. Таке покриття використовують як з захисно-декоративної метою, так і для зменшення коефіцієнта відбиття світла. Воно знайшло застосування в оптичній промисловості і в деяких галузях машинобудування. У чорного нікелю низькі показники корозійної стійкості, пластичності і міцності зчеплення з поверхнею. Тому застосовують попереднє Олов'янування або осадження матового нікелю. Якщо застосувати попереднє цинкування, а потім осадити чорний нікель, то покриття набувають таку ж корозійну стійкість, як якщо б вони були покриті тільки цинком. Часто чорний нікель наносять на вироби з міді або латуні.

Застосовують також хімічний спосіб нанесення нікелю на поверхню металевих виробів. Хімічно відновлений нікель відрізняється підвищеною корозійною стійкістю і твердістю. Він дозволяє отримувати рівномірні по товщині опади, що відрізняються високими декоративними властивостями і малою пористістю.

Удосконалення процесів нікелювання йде по шляху створення нових електролітів і сплавів на основі нікелю. Розроблено нові метансульфонової розчини, з яких отримують пластичні нікелеві покриття з низькими внутрішніми напруженнями.

Багатошарові у два-три шари нікелеві покриття володіють більшою корозійну стійкість, ніж одношарові. Перший шар нікелю осаджують з простого нікелевого електроліту, а 2-й шар з електроліту, що містить сірку, у складі органічних добавок. Потенціал нікелю, що містить сірку має більш негативне значення, ніж потенціал нікелю без включень сірки. Тому другий шар електрохімічно захищає від корозії перший шар нікелю. Таким чином забезпечується більш високий захист основного виробу.

Використовують також двошарове покриття, зване В«сил-нікельВ». Воно складається з першого блискучого шару нікелю. Другий шар отримують з електроліту, що містить у вигляді сус...пензії каолін. У ході електролізу каолін осідає разом з нікелем і включається в осад.

Покриття з сплавів Ni - W використовуються при виготовленні пуансонів штампів для виробництва телевізійних трубок. Удосконалюються процеси співосадження Ni з фторопластом та MoS 2 . Введення в матрицю покриття алмазних та інших неметалевих складових дозволяє істотно підвищити твердість і зносостійкість нікелевих покриттів.

Використання багатошарових нікелевих покриттів забезпечує значну економію нікелю та підвищує їх експлуатаційні властивості.

Хромові покриття широко застосовують для захисту від корозії і механічного зносу різних машин і апаратів.

Хромові покриття бувають захисно-декоративні та функціональні. Хром по відношенню до сталі є катодом, і при їх контакті руйнуватися буде сталь. Тому хромові покриття на сталі повинні бути суцільними і безпориста.

Сталеві вироби можуть бути захищені від корозії в атмосферних умовах одношаровим хромовим покриттям товщиною не менше 40 мкм.

Для деталей з міді та мідних сплавів осаджують хром по нікелевому подслое. Деталі з цинкових, алюмінієвих, магнієвих сплавів покривають хромом після нанесення багатошарового покриття.

Основними компонентами електролітів для хромування є оксид хрому (VI) CrO 3 і сірчана кислота. У водному розчині сполуки Cr (VI) утворюють суміш, складається з кислот H 2 Cr 2 O 7 і H 2 CrO 4 . У розчині ці кислоти знаходяться в динамічній рівновазі:

2H 2 Cr O 4 Г› H 2 Cr 2 O 7 + H 2 O

При електролізі на катоді одночасно відбувається відновлення Cr +2 до Cr +3 і до металевого хрому, а також розряд іонів водню. Вихід по струму хрому не перевищує 15 - 25%. Хромування - дуже складний процес. Хром виділяється на катоді тільки при дуже високих щільності струму (1000 - 3000 А/м 2 ). Причому для кожної температури мається мінімум щільності струму, нижче якого хром не осідають.

Змінюючи режим електролізу можна отримати блискучі, матові (сірі) або В«молочніВ» опади хрому. Блискучі опади мають найбільш високу твердість, хороше зчеплення з основним металом і найменшу крихкість. Матово-сірі опади відрізняються високою крихкістю. Покриття В«молочнимВ» хромом мають високу твердість, пластичність, значно меншу пористість і більш високу захисну здатність.

Сталеві деталі приладів і машин, що працюють в жорстких умовах експлуатації, покривають двома шарами хрому: нижній - молочний і верхній - блискучий. Це забезпечує хороший захист від корозії і високу зносостійкість при необхідних декоративних якостях.

Хромування чорне застосовується для захисно-декоративної обробки деталей, поверхня яких поряд з корозійну стійкість повинна мати низький коефіцієнт відбиття світла. У порівнянні з іншими по...криттями чорного кольору чорне хромове покриття відрізняється підвищеною корозійною стійкістю. Наносять чорний хром по подслое молочного або блискучого хрому або нікелю. Чорні хромові покриття складаються на 75% з металевого хрому і на 25% з оксидів хрому.

Традиційні процеси отримання хромових покриттів з розчинів, містять сполуки Cr (VI), екологічно небезпечні. ГДК для Cr (VI) одно 0,02 мг/л, а для Cr (III) - 0,07 мг/л. У зв'язку з цим відпрацьовані гальваностоків проходять складну систему очищення. Спочатку з'єднання Cr (VI) відновлюють до Cr (III). Якщо процес відновлення проводять хімічним шляхом, то застосовують гідросульфіт натрію - Na HS O 3 . Для повного відновлення сполук Cr (VI) потрібно 5-7-кратний надлишок гідросульфіта і рН = 2 - 2,5. У процесі очищення частина Na HSO 3 розкладається з виділенням SO 2 , що призводить до додаткового забруднення атмосфери. Заключна стадія очищення полягає в подщелачіваніі розчину до рН = 8,0-8,5 і осадженні Сг (ОН) 3 разом з іншими домішками в осад.

З метою поліпшення екологічної ситуації дуже привабливо виглядає ідея отримання опадів хрому з електролітів, що містять сполуки Сr (III). На цьому шляху виникають труднощі, пов'язані з низьким рН гідратоутворення Сr (ОН) з, інертністю аквакомплексів Сr (Н 2 О) 6 3 + , утворенням міцних внутріорбітальной комплексів і складною конструкцією електролізера.

Розроблені електроліти на основі сполук Сr (III) не дозволяли отримати товсті шари. При досягненні товщини в кілька мікрон виділення хрому припиняється. Введення в розчин слабких лігандів, таких, як мурашина або малонова кислоти, а також ряду добавок дозволяє отримувати товсті опади хрому (До 100-200 мкм). Використання нових електролітів дало можливість проводити осадження хрому з виходами за струмом до 25-45% і швидкістю 0,8-1,6 мкм/хв поза залежно від часу.

У процесі електролізу розчинів, що містять іони Сr 3 + , з'єднання Сr (VI) надають шкідливий вплив. Це вимагає ускладнення конструкції електролізера і поділу діафрагмою або мембраною анодного і катодного простору, так як шестивалентного іони хрому (Сr 6 + ) в основному утворюються в результаті хімічного взаємодії з озоном, що виділяється на аноді. Застосування нових оксидних матеріалів, що мають високе перенапруження для реакції утворення сполук Сr (VI), дозволило різко знизити вихід по струму Сr б + і уникнути конструктивного ускладнення електролізера.

Таким чином, відкриваються перспективи для промислового освоєння нових передових технологій нанесення захисних хромових покриттів.

Олов'яні покриття застосовують головним чином
для захисту від корозії в розчинах органічних кислот і солей, що містяться в харчових продуктах, а також від атмосферної корозії в приладобудуванні, де поряд із захисними властивостями необхідно забезпечити
паяе...мости вироби.

Олово в контакті зі сталлю є катодом, так як його потенціал має більш позитивне значення по відношенню до заліза. Однак у середовищі органічних кислот олово утворює комплексні з'єднання, і потенціал його стає більш електронегативним.

У цих середовищах олово виступає як анод.

Близько 50% видобутого олова витрачається на виготовлення білої жерсті. З метою підвищення корозійної стійкості виробляють оплавлення олов'яних покриттів. Блискуче Олов'янування - це нанесення на поверхню металевих виробів блискучого шару олова. За пористості і корозійної стійкості вони не відрізняються від матових покриттів, але володіють підвищеною твердістю.

Для Олов'янування застосовують кислі та лужні електроліти. Кислі електроліти прості за складом і працюють при кімнатній температурі. Вони застосовуються для покриття деталей простої конфігурації. Склад кислого електроліту для покриття оловом, г/л: Sn SO 4 - 20-25; H 2 SO 4 - 50-100; препарат ОС- 20 - 2-5. Температура 15-30 В° С, щільність струму-100-200 А/м 2 . p> Для покриття оловом складних деталей застосовують лужний електроліт складу, г/л: Na 2 Sn (OH) 6 - 45-90; NaOH св o < sub> б - 7-17; CH 3 COONa - 15. Температура 60-80 В° С, щільність струму - 50-200 А/м 2 . p> Свинець стійкий в середовищі сірчаної кислоти та її сполук. Свинець, як і олово, не може захищати сталеві вироби електрохімічно. Тому застосовують свинцеві безпористі покриття великої товщини (до 300 мкм), які механічно захищають деталі з чорних металів у середовищах, що містять сірчану і хромові кислоти та їх солі. Необхідно враховувати високу токсичність свинцю. p> Для покриття виробів свинцем у промисловості застосовують борфтористоводородной або фенолсульфоновие електроліти. Опади хорошого якості отримують тільки в присутності органічних добавок. Склад електролітів, г/л:

борфтористоводородной

Фенолсульфоновий

Pb (BF 4 ) 2 - 125-200

Рb (НІС 6 Н 4 SОз) 2 - 170-180

HBF 4 - 40-600

АЛЕ З б Н 4 S0з Н своб -20-25

Клей столярний - 0,5-1,0

Клей столярний - 0,4-0,5

Електроліз проводять при температурі 15-30 В° С і щільності струму 50-200 А/м 2

1.3 Термодифузійний метод покриття

Термодифузійний метод був розроблений в 1938 році Н.А. Ізгаришевим і Е.С. Саркісова і отримав практичне застосування. Сутність методу полягає в поверхневому насиченні... основного металу атомами легуючого компонента в результаті дифузії його при високих температурах. Тим самим вдається значно знизити витрату легуючого металу.

Для створення термодіффузіонного покриття повинні існувати наступні необхідні умови:

- можливість утворення твердого розчину основного металу з металом покриття;

- атомний радіус металу покриття не повинен перевищувати атомний радіус основного металу, що забезпечує свободу переміщення атомів вглиб кристалічної решітки.

Термодифузійний покриття на залозі можуть створювати метали: Сu, Аu, Zn, Ti, Al, Si, Cr, Mo і т.д. З них найбільше застосування в промисловості знайшли покриття:

- алюмінієм - термоалітірованіе;

- хромом - термохромірованіе;

- кремнієм - термосіліцірованіе.

Термодифузійний покриття розглянуті раніше (див. частина 1, гл. I, п. 8).

Зовнішня оболонка - термомеханічний спосіб. Зовнішня оболонка є найбільш досконалим методом захисту малостійких металів сплавами або металами, що володіють підвищеною корозійною стійкістю.

Спосіб плакирования полягає в тому, що на матрицю основного металу накладають з обох сторін листи іншого металу, потім весь пакет піддають гарячої прокатки. В результаті термодифузії на межі розділу металів отримують міцне багатошарове виріб.

Для плакирования застосовують метали та сплави, що володіють хорошою сваріваємостью: вуглецеві і кислотостійкі сталі, дюралюмінію, сплави міді.

В якості захисного покриття для плакирования використовують алюміній, тантал, молібден, титан, нікель, нержавіючі сталі.

Товщина плакуючого шару коливається від 3 до 40% від товщини захищається металу. Плакованих сталь можна піддавати всім видам механічної обробки, в тому числі штампуванні і зварюванні.

Металургійна промисловість випускає вуглецеву сталь в вигляді листів марок Ст. З, 10, 15К, 20К і ін, плакованих хромисті, хромонікелеві та іншими високолегованої сталі (08Х17Т, 08X13, 10Х17Н13М2Т, 15X25T, 12Х18Н10Т та ін) різної товщини. Відомі також сплави, плаковані міддю, сріблом, алюмінієм. У електрохімічної промисловості знайшли широке застосування біаноди - Плаковані електроди, основу яких складає титан або тантал, а захисний шар складається з платини, родію, іридію.

Метод плакирования дозволяє економити дорогі метали або високолеговані сплави і знаходить широке застосування в промисловості.

1.4 Гарячий метод, або метод занурення в розплавлений метал

Це найстаріший і найбільш простий спосіб нанесення металу на сталеві листи, дріт і готові вироби. В«ГарячіВ» покриття утворюються при зануренні металу, що захищає в розплав металу, використовуваного для покриття. У Як останніх застосовують метали, що мають невисоку температуру плавлення: цинк (T пл = 419 В° С), олово (t пл = 232 В° С), свинець (t пл = 327 В° С), алюміній (t пл = 658 В° С...).

Перед нанесенням на метал покриття його обробляють флюсом, складається з 52-56% хлориду амонію, 5-6% гліцерину і інше - хлорид покривається металу. Флюс захищає розплав від окислення і, крім того, видаляє з поверхні оксидні і сольові плівки. До числа недоліків цього способу відносяться порівняно велика витрата наноситься металу, нерівномірність покриття по товщині і неможливість нанесення металу на різьблення, у вузькі отвори і т.д.

Гаряче лудіння використовують у харчовій промисловості. Гаряче цинкування застосовують для захисту готових виробів від корозії в атмосфері і в воді.

У хімічному машинобудуванні використовують нанесення на залізо або сталь алюмінію. Алюмінієві покриття отримують у ваннах з розплавленим алюмінієм, нагрітим до 780-800 В° С, занурюючи деталі на 40-50 хв.

Велике застосування знайшов спосіб гарячого Свинцювання. Гарячі свинцеві покриття застосовують для захисту мішалок, кранів, різної арматури. При товщині покриття в кілька міліметрів на залозі отримують щільний безпориста шар свинцю.

Для захисту особливо відповідальних апаратів або при роботі з дуже агресивними середовищами застосовують гомогенне Свинцювання. За цим способом свинець наноситься на попередньо луджену поверхню конструкції, що захищається у вигляді крапель розплаву, які, змочуючи деталь і розтікаючись по поверхні, утворюють гомогенне покриття. Наприклад, ємності, вкриті методом гомогенного Свинцювання, застосовуються для зберігання і транспортування брому.

1.5 Металізація напиленням

Суть методу полягає в нанесенні розплавленого металу на поверхню захищається вироби за допомогою струменя стиснутого повітря або інертного газу. Частинки розплавленого металу, рухаючись з великою швидкістю, вдаряються про поверхню основного металу і зчіплюються з нею, утворюючи металеве покриття. Метал надходить у розпилювач у вигляді дроту і розплавляється або в газовому полум'я, або в електричній дузі, що створюється між двома електродами. Дріт подається спеціальним механізмом з швидкістю до 2,5 м/хв.

Покриття наносять з метою захисту виробів від корозійного впливу середовища, для відновлення зношених тертьових поверхонь, для надання виробам жаростійкості. Металізацією можна покривати великі складної форми конструкції в зібраному вигляді. На рис. 46 наведена схема пристрою електрометаллізатора дротяного типу. Кінці проволоки, за якими про ходить електричний струм, виходячи з наконечника (4), зустрічаються, і виникає вольтова дуга, під дією якої кінці дротів розплавляються. Струмінь стисненого повітря через сопло (5) розпорошує розплавлений метал.

Малюнок Схема пристрою електрометаллізатора:

1 - Дріт; 2 - корпус апарату; 3 - механізм для протягування дроту; 4 - наконечник; 5 - повітряне сопло; 6 - електрична дуга; 7 - металізуюча деталь.

Замість двох дротів можна взяти три і подавати на них струм від трифазного ...джерела струму. У цьому випадку утворюється поєднання електричних дуг, що горять між кінцями різних дротів. Такий метализаційні апарат застосовують звичайно для отримання псевдосплавів (штучних сплавів заліза з міддю, цинком, алюмінієм і т.д.). Отримані таким чином псевдосплави мають дуже високими антифрикційними властивостями.

При газовій металізації відбувається більш дрібне і рівномірне розпорошення металу. При електричній металізації через неможливість однакового оплавлення кінців дроту в напиленням шарі виявляють частинки різних розмірів - від 10 мкм до 100 мкм. Така неоднорідність часток по розмірами погіршує фізико-механічні властивості металізованих покриттів.

Основний метал деталі в процесі металізації нагрівається вельми незначно, тому він не зазнає структурних змін, і його втомна міць не знижується.

Отримуване покриття має лускату структуру і високу пористість. При металізації витрачається велика кількість металу на чад і розпорошення, покриття має пористу структуру, нерівномірну товщину і низьку адгезію до металу. Товщина одержуваного шару зазвичай дорівнює 0,5-0,7 мкм. p> Метод напилення застосовується в промисловості для захисту великогабаритних конструкцій у зібраному вигляді, наприклад, газгольдерів, резервуарів і т.д. У хімічному машинобудуванні він не знайшов широкого застосування внаслідок недоліків, зазначених вище. Відомо тільки застосування алюмінієвих покриттів, отриманих подібним способом, для захисту від корозії устаткування заводів, переробних сірчисті нафти, вулканізаційних котлів і подібних апаратів.

1.2 Неметалічні покр итія

1.2.1 Неорганічні покриття

Більшість металів окислюється киснем воздyxa з утворенням поверхневих оксидних плівок. Однак ці плівки чинності незначної товщини не забезпечують надійного захисту від корозії. Особливо слабкі в цьому відношенні природні плівки на залозі. p> Тим часом в результаті визначеної хімічної або електрохімічної обробки можна створити на поверхні металу штучні плівки, які володіли б значно більш високу корозійну стійкість, ніж основний метал, і захищали б його від руйнування.

Існують різні методи отримання таких неметалевих плівок, що відрізняються хімічним складом. Найбільш поширені оксидні і фосфатні плівки, хоча за захисними властивостями вони поступаються металевим покриттям. Процес виготовлення оксидних покриттів на металі отримав назву оксидування, а фосфатних - фосфатування.

Оксидування. Основне призначення цього процесу - захист чорних і кольорових металів від атмосферної корозії.

Сучасний метод оксидування - хімічна та електрохімічна обробка деталей в лужних розчинах.

Електрохімічне оксидування ведуть в розчині 4% їдкого натру при 65-120 В° С і анодної щільності струму від 2,5 до 10 А/дм 2 . Тривалість анодної обробки не перевищує 60 хвилин. p> Якісне покриття складається з магнітного окислу заліза, получающейся в резул...ьтаті послідовних перетворень:

Fe в†’ Na 2 Fe 0 2 в†’ Na 2 Fe 2 0 4 в†’ Fe 3 O 4

Оксидування чорних металів носить також назву В«воронінняВ». Його здійснюють на розчині складу, г/л: Na OH - 600-700; Na NO 2 - 200-250; Na NO 3 - 50-100. Температура - 135-145 В° С, час 30-90 хв. У процесі відбувається розчинення заліза з утворенням сполук Na 2 FeO 2 і Na 2 Fe 2 0 4 , з яких утворюється поверхнева плівка оксиду заліза

Na 2 Fe 0 2 + Na 2 Fe 2 0 4 + 2H 2 O = Fe 3 O 4 + 4 Na OH

Оксидна плівка на маловуглецевої сталі має глибокий чорний колір, а на високовуглецевих сталях - чорний з сіруватим відтінком. Для підвищення антикорозійних властивостей оксидоване виріб занурюють на 2-3 хв в гарячий 2-3% розчин мила, а потім на 5-10 хв - у мінеральне трансформаторне або машинне масло при температурі 105-120 В° С. Після цієї операції поверхню покриття стає блискучою, з рівномірною чорною забарвленням. Можливо оксидування і магнієвих сплавів - в хромово-кислих електролітах з подальшим нанесенням лакофарбових покриттів. Товщина оксидних плівок становить 0,8-1,5 мкм.

Протикорозійні властивості поверхневої плівки оксидів невисокі, тому область застосування цього методу обмежена. Основне призначення його - декоративна обробка. Майже всі стрілецьку зброю і ряд точних приладів піддають воронінню, в результаті чого вироби набувають красивий чорний колір. Вороніння використовують і в тому випадку, коли необхідно зберегти вихідні розміри виробу, так як оксидна плівка складає всього 1,0-1,5 мікрона.

Анодування. Особливо широко застосовується оксидування алюмінію і його сплавів. Це найбільш простий і надійний метод захисту їх від корозійного руйнування.

Процес утворення оксидних плівок на поверхні алюмінію називають анодуванням.

У звичайних умовах на поверхні алюмінію присутній тонка плівка оксидів Al 2 O 3 або Al 2 O 3 В· NН 2 Про , яка не може захистити його від корозії. Під впливом навколишнього середовища алюміній покривається шаром пухких білих продуктів корозії. Процес штучного утворення товстих оксидних плівок може бути проведено хімічним і електрохімічним способами.

Плівки, які утворюються при анодної обробці алюмінію, володіють достатньою товщиною і рядом цінних властивостей. Вони захищають метал від корозії і є хорошим подслоем під лакофарбові покриття. Анодні плівки на алюмінії володіють великим опором до стирання, мають високу омічний опір і добре фарбуються, що дозволяє надати виробам з анодованого алюмінію гарний вигляд. Для анодного окислення використовують два типу електролітів.

У розчинах... слабких кислот (борна, винна, лимонна) і їх солей оксидна плівка не розчиняється. У цьому випадку отримують безпористі, щільні, що не проводять електричний струм покриття товщиною до 1 мкм. Такі плівки використовують в якості електроізоляційних покриттів у виробництві конденсаторів.

Електроліти другого типу містять розчини сірчаної, хромової і щавлевої кислот, в яких відбувається часткове розчинення оксидної плівки алюмінію. У цих електролітах отримують пористі плівки товщиною від 1 до 50 мкм. p> На практиці анодування алюмінію і його сплавів проводять у розчинах сірчаної кислоти концентрацією 180-200 г/л, хромового ангідриду (3%) і щавлевої кислоти (3-10%) з щільністю струму 80-200 А/м 2 , при напрузі до 24В протягом 15-60 хв. Катоди виконуються зі свинцю або сталі марки 12Х18Н9Т. p> Для підвищення захисних властивостей виріб після оксидування обробляють парою або гарячою водою і далі в гарячих розчинах хроматів і бихроматов. При обробці парою в порах плівки утворюється гідроксид алюмінію, а в хромових розчинах - більш стійкі сполуки типу (АlО) 2 СRO 4 .

Оксид утворюється на поверхні алюмінію в результаті анодного окислення

2А1 + ДТ 2 О = А1 2 Про 3 + 6Н + + 6 е

Він складається з двох шарів: щільного бар'єрного шару завтовшки 0,01-0,1 мкм, розташованого безпосередньо на поверхні металу, та зовнішнього пористого шару завтовшки до 200-400 мкм.

Хімічне оксидування алюмінію і його сплавів здійснюють у лужних хромистих розчинах складу, г/л: Na 2 Cr O 4 - 15; Na OH - 2,5 і Na 2 CO 3 - 50 при температурі 90-95 В° С протягом 5-10 хв. Утворюються плівки товщиною 3-4 мкм з невисокими механічними та діелектричні властивості. Процес простий, швидкий і не вимагає спеціального обладнання.

1.2.2 Фосфатирование

Технологія процесу фосфатування проста. Фосфатовані застосовують для чорних і кольорових металів, і воно полягає в обробці металевих деталей (наприклад сталевих) в гарячому розчині фосфорно-кислих солей деяких металів, головним чином марганцю, заліза, цинку. При цьому на поверхні виробу утворюється пориста плівка, що складається з важкорозчинних фосфатів цих металів. Завдяки великій пористості плівка добре утримує масло, фарбу і служить відмінним грунтом під лакофарбове покриття. Сама фосфатна плівка не володіє високими антикорозійними властивостями і використовується в якості захисної в поєднанні з лакофарбовими покриттями або після просочення її маслом. У цьому випадку вона надійно захищає сталь від корозії. Іноді застосовують обробку фосфатованої вироби в 7-9% розчині біхромату натрію, який заповнює пори і пасивує нефосфатірованние ділянки поверхні металу.

Зазвичай фосфатовані проводять при температурі 96-98 В° С зануренням сталевих виробів у розчин, що містить 20-35 грама/л препа...рату В«МажефВ». У його складу входять фосфати марганцю і заліза-Мn (Н 2 РВ 4 ) 2 , МпНРO 4 , Fe (H 2 PO 4 ) 2 . Використовують також розчин на основі дігидрофосфата цинку Zn (H 2 P0 4 ) 2 . Тривалість фосфатування 0,5-2 ч.

Заснований метод на властивостях солей фосфорної кислоти. Фосфорна кислота - Н 3 РВ 4 - може утворювати три види солей:

1) однозаміщені - Дигідрофосфат Ме (Н 2 РВ 4 ) 2 ;

2) двохзаміщені-гідрофосфат Ме Н РВ 4 ;

3) тризаміщені - фосфати Ме 3 (РО 4 ) 2 (Де Me - двовалентний метал). p> У воді розчиняються тільки фосфати амонію і лужних металів. Дво-та тризаміщені фосфати заліза, марганцю і цинку малорастворіми. Отже, якщо створити умови для їх утворення, то вони будуть залишатися на поверхні металу.

При взаємодії металу з фосфорною кислотою спочатку утворюються дигідрофосфат:

Me + 2Н 3 РВ 4 = Ме (Н 2 РО) 2 + Н 2

При зниженні концентрації фосфорної кислоти отримують вторинні і третинні солі:

Ме (Н 2 РВ 4 ) 2 Г› Ме НРО 4 + Н 3 РВ 4 ;

3 Ме (Н 2 РВ 4 ) 2 Г› Ме 3 (РО 4 ) 2 + 4Н 3 РВ 4

В освіті фосфатної плівки беруть участь продукти взаємодії фосфорної кислоти з металом і речовини, що входять до складу розчину для фосфатирования.

Передбачається, що освіті фосфатної плівки передують реакції іонізації заліза на анодних ділянках:

Fc Г› Fe 2 + + 2е

і виділення водню на катодних ділянках

2Н + + 2е Г› Н 2 в†‘

Залізо, що переходить у розчин, пов'язує фосфорну кислоту, і рівновагу реакцій зміщується вправо. Випадають в осад ді-і трифосфати кристалізуються на поверхні сталевого вироби, утворюючи щільну кристалічну плівку.

Фосфатирование закінчується після того, як вся поверхня вкриється суцільною плівкою і виділення водню припиниться. Фосфатовані використовують для виробів, які експлуатують в морській воді, в тропічних районах. Недоліком фосфатних плівок є низька міцність і еластичність. Вони мають короткий термін експлуатації. br/>

1.2.3 Пасивування

Для захисту від корозії застосовують метод пасивування - обробка металу в розчинах хроматів або нітратів.

Для пасивування оцинкованих виробів застосовують розчин: 8-10 мл/л H 2 SO 4 і Na 2 Cr 2 07.2 H 2 0 - 200 г/л. Час обробки 5-30 с. Від часу обробки залежить забарвлення пл...івки. При витримці 5 з колір плівки райдужний із зеленуватим відтінком, а маса плівки складає 0,9-1,2 г/м 2 . При подальшому збільшенні часу колір змінюється від жовтого до коричневого.

Для пасивування алюмінію використовують розчин біхромату калію (200 г/л) і 2 мл/л НF. p> Пасивація міді в хроматних розчинах дає особливо хороші результати при захисті виробів, що стикаються з парами SO 2 і розчинами нейтральних солей. Сталеві деталі можна обробляти в 60-90% розчині нітриту натрію. У результаті вони не іржавіють протягом двох років.

1.2.1 Емалі

Емаль являє собою склоподібну масу, одержувану сплавлением шихти (пісок, крейда, глина, польовий пшат тощо) і плавнів (бура, сода, поташ, фтористі солі та ін.) Крім стеклообразующих речовин, в шихту вводять оксиди хрому, титану, цинку, підвищують жаростійкість, зчіплюваність з металом і надають емалі потрібне забарвлення.

Висока хімічна стійкість емалей обумовлена вЂ‹вЂ‹присутністю бури і кремнезему; термостійкість забезпечується близькістю температурних коефіцієнтів лінійного розширення покриття і металу.

Найбільш жаростійкі емалі (так звані керамічні) витримують температуру 1100 Вє С, а в окремих випадках до 1400 Вє С.

Емалеві покриття стійки до мінеральних і органічних кислот, солям, газовим середах, але руйнуються гарячими розчинами концентрованих лугів, плавикової кислоти і поруч фтористих сполук.

емалевий суспензію наносять на очищену поверхню виробу зануренням в розплав або пульверизацією зі спеціального пістолета, після чого обпалюють до спікання в полум'яної або муфельній печі при температурі 880 - 1050 Вє С

1.2.2 Органічні покриття

Лакофарбові покриття. Захист металів лакофарбовими покриттями - найбільш старий і один з найпоширеніших способів захисту від корозії.

Основними достоїнствами лакофарбових покриттів

є:

1) порівняльна дешевизна;

2) відносна простота нанесення;

3) легкість відновлення зруйнованого покриття;

4) сполучуваність з іншими способами захисту, наприклад протекторної захистом, фосфатними і оксідниміпокритіямі;

5) можливість отримання покриттів будь-якого кольору, що володіють поряд із захисними властивостями красивим зовнішнім виглядом.

При відповідному підборі матеріалів і способу нанесення ці покриття забезпечують досить надійний захист металевих конструкцій від корозії в атмосфері і ряді корозійних середовищ (забарвлення річкових і морських суден, водонапірних баків та ін)

До недоліків лакофарбових покриттів слід віднести малу термостійкість (гранична температура найбільш термостійких фарб +150 - 200 Вє С), порівняно невисоку механічну міцність, недостатню стійкість у водному середовищі.

Щорічно більше 80% металовиробів, які у народному господарстві, піддають фарбуванню. У 1999 р виробництво лакофарбових матеріалів досягло 26,7 млн. т. Це свідчит...ь про величезні масштаби коштів, залучених у сферу виробництва цього виду протикорозійного захисту.

Ефективність застосування лакофарбових покриттів доцільна при умови довговічності експлуатації не більше 10 років і швидкості корозії металу до 0,05 мм/рік. Якщо потрібно підвищення довговічності або швидкість корозії металу становить 0,5-1,0 мм/рік, то слід застосовувати комбіновані покриття. Наприклад, цинкові плюс лакофарбове покриття. Таке покриття дозволяє збільшити термін захисту до 30 років.

Захисні дії лакофарбового покриття полягають у створенні на поверхні металевого виробу суцільної плівки, яка перешкоджає агресивного впливу навколишнього середовища і оберігає метал від руйнування.

Компонентами лакофарбових матеріалів служать плівкотвірні речовини, розчинники, пластифікатори, пігменти, наповнювачі, каталізатори (сикативи).

Лаки - це колоїдні розчини олій, що висихають або смол в органічних розчинниках. Захисне тверде покриття утворюється внаслідок випаровування розчинника або полімеризації масла або смоли при нагріванні або під дією каталізатора.

Фарби представляють собою суспензію мінеральних пігментів у пленкообразователе.

Емалі - це розчин лаку, в який введені подрібнені пігменти.

Пленкообразователи - це природні масла, природні або штучні смоли. Масла за своїм складом є складні ефіри, тобто є продуктом взаємодії кислот і спиртів. В основу класифікації масел покладена їх здатність до висихання.

Найбільш поширений масляний пленкообразователь - оліфа. Натуральну оліфу отримують з висихають рослинних масел, оброблених при 300 В° С з метою часткової полімеризації. На повітрі оліфа окислюється і полімеризується до твердого стану.

Розчинники плівкоутворюючих речовин надають лакофарбовим покриттях таку в'язкість, при якій вони легко наносяться на поверхню. У Надалі розчинники випаровуються. Розчинниками можуть бути: спирти, ацетон, бензин, скипидар, толуол, ксилол, етилацетат та ін

Пластифікатори або пом'якшувачі - це речовини, що підвищують еластичність плівок після висихання. До них відносяться касторове масло, каучуки, дибутилфталат, трикрезилфосфат, ефіри адипінової кислоти.

Кількість пластифікаторів, що вводяться в суміш, становить 20-75% від маси пленкообразователя.

Фарби та пігменти вводять до складу лакофарбових композицій для додання їм певного кольору. Фарби розчиняються в розчинниках, а пігменти перебувають у них у нерозчинному дрібнодисперсному стані. Розмір частинок від 0,5 до 5 мкм. В якості пігментів використовують охру, сурик свинцевий, хром свинцевий, цинкові білила, порошки металів. Пігменти підвищують твердість, атмосферну і хімічну стійкість, зносостійкість і т.д.

Малюнок Будова лакофарбової плівки:

1 - пленкообразователь; 2 - наповнювач; 3 - пігмент, 4 - метал

Наповнювачі - це інертні речовини, які вводять в лаки і фарби для зниження витрати ...пігментів, а також для поліпшення антикорозійних властивостей плівки. До них відносяться крейда, тальк, каолін, азбестовий пил та ін

Наповнювачі утворюють міцну основу всієї плівки. Частинки наповнювача розподіляються в плівці між частинками пігменту і заповнюють наявні в ній проміжки. Завдяки цьому плівка набуває підвищену вологостійкість та антикорозійні властивості. Схема будови лакофарбової плівки представлена вЂ‹вЂ‹на рис.

Сикативи або каталізатори являють собою магнієві і кобальтові солі жирних органічних кислот. Їх вводять до складу композицій для прискорення висихання масляних плівок.

Успішна протикорозійний захист лакофарбовими матеріалами в значній мірі залежить від дотримання технології одержання покриттів. Основними факторами, що впливають на термін служби покриття, є:

1) спосіб підготовки поверхні;

2) методи нанесення і затвердіння лакофарбового покриття;

3) товщина комплексного покриття.

Для оцінки впливу підготовки поверхні можна навести такий приклад. Термін служби покриття емаллю МЛ-12 (3 шари), нанесеної по грунтовці ГФ-12 при піскоструминної обробці поверхні - 7 років, при абразивній обробці - 9 років, при знежирюванні - 3 роки, при фосфатування з активатором - 12 років. Активатор сприяє формуванню на поверхні малопорістое дрібнокристалічного фосфатного шару з гарну адгезію до металу. Розмір кристалів 5-20 мкм. p> Метод нанесення також впливає на термін служби покриття. Так, термін служби покриття алкідною емаллю ПОМ 15 (жовтої) при нанесенні в електрополе - 12 років, пневмораспиленіем - 11 років, безповітряним розпиленням - 10 років, струменевим обливом - 9 років, зануренням - 8 років. Різницю в термінах служби покриттів пояснюють різною структурою сформованих покриттів. Більш дрібні і щільноупаковані структури утворюються при нанесенні покриттів методом електростатичного розпилення.

Існують суперечливі думки з питання вибору товщини захисного лакофарбового покриття. За деякими даними захисні властивості покриття пропорційні його товщині, за іншими - підвищення товщини не завжди призводить до збільшення його довговічності. Тому в кожному окремому випадку підбирається оптимальна товщина лакофарбового покриття.

Вибір лакофарбового покриття визначається умовами його експлуатації. Для захисту апаратів від впливу кислот, лугів, розчинників і агресивних газів готують лакофарбові покриття на основі фенолоформальдегідних, поліхлорвінілових, епоксидних і фторорганічних полімерів.

Лакофарбові покриття на основі епоксидних сполук стійкі в розчинах Na OH (до 25%) при нагріванні до 125 В° С, в соляній (до 25%), сірчаної (до 70%), фосфорної та азотної кислотах. Вони еластичні, волого-і атмосферостійкі в середовищах, що містять CI 2 , HC1, хлороформ. Володіють високими електроізоляційними і механічними властивостями.

Лаки і фарби на основі поліхлорвінілу стійкі до азотної, соляної, сірчаної, оцтової та інших кислот, лу...гів і олив. Вони добре зарекомендували себе в атмосферах, що містять SO 2 , SO 3 , N 2 O 3 , NH 3 , HC1. Їх використовують для захисту гальванічних ванн, апаратів хімводоочищення та ін

Поліуретанові лаки і фарби застосовують для захисту виробів з магнієвих і алюмінієвих сплавів. Вони стійкі в атмосфері нафтопродуктів. p> Термостійкі покриття отримують на основі кремнійорганічних сполук. Вони можуть довгостроково працювати при температурі до 300 В° С, короткочасно витримують 500-800 В° С. Такі фарби і емалі використовують для фарбування холодильного та сушильних установок, теплообмінників і ін

Таблиця - Розподіл основних видів лакофарбових покриттів

Тип лакофарбового матеріалу

США

Європа

Японія

Загальний обсяг виробництва, млн т

6,4

7,9

2,0

Частка в загальному обсязі,%

ВСО

2,7

15,0

1,4

Водні

Порошкові

5,2

12,3

3,6

Органоразбавляємиє

Вимоги з екології створюють найбільші складності при розробці прогресивного асортименту лакофарбових матеріалів. За даними зарубіжних фірм газові викиди, що включають розчинники, складають 100-185 г/м 2 , що фарбується. У 1991 р. на автомобільних виробництвах Європи цей показник становив 90 г/м 2 . У 1993 р. він знизився до 50 г/м 2 . Цьому сприяло створення нових прогресивних лакофарбових матеріалів, що відповідають сучасним екологічним вимогам: з високим сухим залишком (ВСО), водорозчинні та порошкові. У табл. показана загальна тенденція до переходу на використання екологічно сприятливих лакофарбових матеріалів в трьох основних регіонах світу.

Матеріали з високим сухим залишком (ВСО) дозволяють скоротити на 30% споживання органічних розчинників, знизити в середньому на 20-30% витрати лакофарбових матеріалів, а також збільшити в 1,5-2 рази термін служби покриття. У країнах СНД ці матеріали знаходяться на стадії промислового впровадження: поліефір-меламиновая емаль ПЕ-1282 (вміст нелетких сполук - 65%, режим сушіння - 30 ...хвилин при 130 В° С); епоксіперхлорвініловая емаль ЕП-2154 (Відповідно - 50% і 3-5 годин при 20 В° С); епоксидна грунт-емаль ЕП-5227. p> Водорозчинні лакофарбові матеріали займають одне з провідних місць в асортименті продукції, що відповідає сучасним екологічним вимогам. Водні матеріали застосовуються в основному при фарбуванні виробів методом електроосадження. Для цієї мети використовуються водорозчинні лакофарбові матеріали на основі плівкоутворювачів-електролітів. Для електроосадження використовують грунтовки В-КЧ-0207, В-КФ-093, ЗЕП-0190, емалі В-ФО-11990, МС-278, В-ЕП-2100. p> Порошкові фарби - новий вид сучасних лакофарбових матеріалів. Їх застосування дозволяє практично виключити небезпеку забруднення навколишнього середовища, знизити пожежо-і вибухобезпечність при роботі. В даний час ведуться роботи, спрямовані на удосконалення і здешевлення цього виду покриттів. Новим класом сучасних лакофарбових матеріалів є модифікатори іржі.

Ефективність грунтовок-модифікаторів визначається не тільки природою плівкоутворювача, але і наявністю спеціальних добавок, що забезпечують просочення іржі і максимальну стабілізацію продуктів корозії. Промисловість випускає грунтовки-модифікатори на основі водорозбавляються плівкоутворювачів (ВА-ВА-0112, ВД-ВА-01 ГІСІ, ВД-К4-0184, ВД-К4-0251) і епоксидні модифікатори (ЕП-0180, ЕП-0199 і ЕП-0191).

Одним з напрямків підвищення захисних властивостей покриттів є спрямована модифікація серійних лакофарбових матеріалів. В якості модифікаторів можуть бути використані різні поверхнево-активні речовини, випускаються промисловістю. Захисні властивості таких покриттів обумовлені утворенням на поверхні комплексів, що забезпечують пасивність металу.

Сповільнити протікання анодного корозійного процесу можна і введенням в лакофарбову композицію інгібіторів корозії. До них відносяться хромати, фосфати металів, азотовмісні і сілаксановие з'єднання. Ефект дії таких сполук пов'язаний з розчиненням інгібітора в дифундує воді із зовнішнього середовища і подальшої адсорбцією його іонів або молекул на активних центрах металу.

Покриття смолами і пластмасами

Пластмаси і смоли мають високу корозійну стійкість під багатьох агресивних середовищах, у тому числі у воді та ряді кислот і лугів. Тому покриття з цих матеріалів застосовують для захисту металу від корозії. Їх наносять пошарово в рідкому стані (нагрітому або розчиненому) полум'яним напиленням або футерівкою листовим матеріалом.

Частіше за інших використовують фенол-формальдегідні, епоксидні, кремнійорганічні смоли, асфальтобітумної покриття.

Лаки на основі фенол-формальдегідних смол, відомі під загальною назвою бакелітових, стійки по відношенню до більшості агресивних середовищ, за винятком окислювачів, лугів і деяких органічних сполук. Їх досить широко використовують у хімічній промисловості. Лак готують розчиненням резольной смоли в спирті. Зазвичай наносять 4-5 шарів лаку, причому кожен шар ...сушать при температурі до 160-170 В° С. Недолік бакелітового лаку -Крихкість. p> Значний інтерес представляють лаки і композиції на основі епоксидних смол, які успішно застосовують для захисту від корозії ємностей, трубопроводів, цистерн і різних деталей хімічної апаратури.

Епоксидні смоли - продукти поліконденсації багатоатомних фенолів і сполук з епоксігідрогруппой (наприклад, епіхлоргідрином). Вони стійкі до лугів, ряду розчинників (бензин, ацетон), нестійкі до сильних окислителям. Епоксидні смоли мають хорошу адгезію з поверхнею металу. Високої хімічної і термічної стійкістю мають кремнійорганічні (силіконові) смоли. Це органічні сполуки, в ланцюгах яких кисень частково заміщений кремнієм. Силіконова плівка, нанесена на який-небудь матеріал, робить його поверхню водовідштовхувальним. Лаки, приготовані на основі кремнійорганічних сполук, можуть тривалий час піддаватися дії температури понад 200 В° С, не змінюючи зовнішнього вигляду і не стаючи крихкими. Особливо цінні в цьому відношенні фенілселікони. Змішуючи їх з оксидами титану, можна отримати покриття, стійке до нагрівання до 600 В° С. Силіконові покриття характеризуються високими діелектричними властивостями.

Для захисту металевих споруд від підземної корозії широко застосовують бітумно-пекові композиції. Їх висока хімічна стійкість пов'язана з присутністю у складі високомолекулярних сполук, насилу вступають у взаємодія з більшістю агресивних середовищ.

Футеровка сталевий апаратури листами пластмас досить добре захищає від корозії в кислотах, лугах і інших агресивних рідинах. Найбільш стійким пластиком, не руйнується навіть у розчинах царської горілки, плавикової кислоти, органічних розчинниках, є фторопласт (тефлон). Проте його міцність відносно невелика. В якості футерувального матеріалу використовують також фаоліт, винипласт, поліізобутілен, поліетилен та ін

1.2.3 Гумування

Захист від корозії хімічних апаратів, трубопроводів, ємностей для перевезення і зберігання хімічних продуктів гумою або ебонітом називається гумуванні ем. Апарати, піддаються струсів, ударів, різких коливань температур, гумуючого м'якими гумами, що містять від 2 до 4% сірки, а апарати, що працюють при постійній температурі і не піддаються механічним впливам, - твердими гумами (ебонітом). Застосовують і комбіновані футерування з гуми і ебоніту.

Нанесення покриттів проводиться шляхом облицювання поверхні виробів сирої гумової сумішшю, яку накочують валиками, а потім вулканізіруют. Для гуммирования найчастіше застосовуються гуми і ебоніту, одержувані на основі натурального, бутадієн - стирольного, бутадієн - нітрильного, бутил - каучуку, хлоропренових і фторовмісних каучуків (див. частину 4, гл. V, п. 1.2). Такі покриття стійкі до хлороводневої, фтороводородной, оцтової, лимонної кислот будь концентрації до температури 65 Вє С, до лугів, нейтральним розчинів солей, до 50% сірчаної та 75% фосфорної кислотам, але вони руйнуються си...льними окислювачами (Азотної, концентрованої сірчаної кислотами). p> Покриття мастилами і пастами. Захисні мастила і пасти мають ряд переваг перед іншими покриттями. Вони легко наносяться на поверхню виробів, легко видаляються з неї і є недорогими. Застосовують ці покриття для запобігання металевих виробів при зберіганні в закритих приміщеннях і на відкритих майданчиках, а деякі мастила оберігають вироби і у вологій атмосфері при наявності в ній CO 2 , SO 2 та інших газів.

Механізм захисної дії мастил полягає у створенні на поверхні виробу тонкого захисного шару, що перешкоджає проникненню агресивного середовища до поверхні металу.

Рідкі мастила отримують на основі мінеральних масел (авіаційного, трансформаторного, машинного і інших) з введенням до їх складу інших добавок (парафін, мила жирних кислот, нітрату натрію тощо) Наприклад, мастило К-17 містить дев'ять компонентів, кожен з яких виконує певні функції

Захисні пасти отримують з суспензій мінерального воску (церезину), парафіну, каучуку, поліізобутилену в уайт-спірит. Їх наносять на вироби тампоном, розпиленням. Для запобігання поверхні виробу від цвілі до складу паст вводять фунгіциди.

2. Обрабокі корозійного середовища

У промислових умовах експлуатації в ряді випадків зменшення втрат від корозії може бути досягнуто за допомогою зміни складу агресивного середовища. Використовують два прийоми:

1) видалення з агресивного середовища речовин, що викликають корозію металів;

2) введення в агресивне середовище спеціальних речовин, які викликають значне зниження швидкості корозійного процесу. Такі речовини називаються сповільнювачами або інгібіторами корозії.

2.1 Зниження агресивності корозійного середовища

Значна зміна складу корозійного середовища може бути досягнуто одним з перерахованих способів:

а) видаленням кисню за допомогою деаерації розчину, насичення його азотом або додавання в нього поглиначів кисню;

б) видаленням кислот шляхом нейтралізації розчину гашеним вапном або їдким натром;

в) видаленням солей з води, що йде на харчування парових котлів, шляхом обробки її іонообмінними смолами;

г) вакуумированием. p> У разі металів, пасивуються в даному середовищі, присутність в ній кисню або інших окислювачів сприяє процесу пасивації і веде до гальмуванню корозії. У всіх інших випадках окислювачі стимулюють корозію металів. Залізо в аерованих водних розчинах кородує з кисневою деполяризацією:

4Fe + 6Н 2 Про + ЗО 2 = 4Fe (OH) 3.

Для зниження концентрації розчиненого кисню додають гідразин або сульфіт натрію. Між гидразином і розчиненим киснем йде реакція

N 2 H 4 + О 2 = N 2 + 2Н 2 Про

Надлишок гідразину розкладається на аміак і азот

3N 2 H 4 = N 2 + 4NH 3

Присутність у воді аміаку веде до збільшення лужності і тому має позитивний ефект.

Застосування сульфіту натрію менш ефективно, ніж гідразину, тому що збільшує вміст солей у воді:

Na 2 SO 3 + 1/2O 2 = Na 2 SO 4

Обробка водних розчинів гашеним вапном широко застосовується в промисловості. Таким чином регулюють рН розчинів, а також знижують вміст у них солей. При подщелачіваніі розчинів утворюються гідроксиди металів, які мають більш низьку розчинність, ніж відповідні солі. Частина гідроксидів випадає в осад, і вміст іонів металів в розчині знижується.

Для глибокого очищення води з метою запобігання утворення накипу в парових котлах проводять іонообмінну обробку. Як правило, застосовують серію іонообмінних апаратів. Спочатку використовують катіонообмінні смоли і воду очищають від катіонів металу. На наступних стадіях проводять аніонообмінної очищення і звільняються від аніонів сильних і слабких кислот.

2.2 Інгібіторна захист

Інгібіторами корозії (ІК) називають хімічні сполуки, які, будучи присутнім в корозійної системі в достатній концентрації, зменшують швидкість корозії без значної зміни концентрації будь-якого корозійного реагенту. Інгібіторами корозії можуть бути і композиції хімічних сполук. Зміст інгібіторів у корозійної середовищі має бути невеликим.

Захист інгібіторами застосовують в системах з постійним або мало обновлюваним об'ємом корозійного середовища, наприклад, в резервуарах, цистернах, парових котлах, системах охолодження, деяких хімічних апаратах, травильних ваннах для зняття окалини, а також при зберіганні і транспортуванні металевих виробів.

Ефективність інгібіторів оцінюється ступенем захисту Z,%, і коефіцієнтом гальмування Оі (інгібіторний ефект) і визначається за формулами

де К 1 і До 2 [г/(м 2 В· год)] - швидкість розчинення металу в середовищі без інгібітора і з інгібітором відповідно; i 1 і i 2 [А/см] - щільність струму корозії металу в середовищі без інгібітора і з інгібітором відповідно. При повному захисті коефіцієнт Z дорівнює 100%. Коефіцієнт гальмування показує, у скільки разів зменшується швидкість корозії в результаті дії інгібітора

;

Z і Оі ув'язані між собою:

Інгібітори поділяються:

а) за механізмом своєї дії - на катодні, анодні і змішані;

б) за хімічною природою - на неорганічні, органічні і летючі;

в) за сферою свого впливу - в кислому, лужному і нейтральному середовищі.

Дія інгібіторів обумовлено зміною стану поверхні металу внаслідок адсорбції інгібітора чи освіти з катіонами металу важкорозчинних сполук. Захисні... шари, створювані інгібіторами, завжди тонше нанесених покрить.

Інгібітори можуть діяти двома шляхами: зменшувати площу активної поверхні або змінювати енергію активації корозійного процесу.

В результаті адсорбції інгібітора відбувається зміна структури подвійного електричного шару. Екранування частини поверхні (О?) суцільний плівкою інгібітора виключає її з корозійного процесу, який протікає на поверхні, рівної (1 - О?).

Катодні і анодні інгібітори уповільнюють відповідні електродні реакції, змішані інгібітори змінюють швидкість обох реакцій. Адсорбція і формування на металі захисних шарів обумовлені зарядом частинок інгібітора і здатністю утворювати з поверхнею хімічні зв'язки.

Катодні інгібітори уповільнюють катодні реакції або активне розчинення металу. Для запобігання локальної корозії більш ефективні аніонні інгібітори. Часто для кращого захисту металів використовують композиції інгібіторів з різними добавками.

Неорганічні інгібітори. Здатністю уповільнювати корозію металів в агресивних середовищах володіють багато неорганічні речовини. Інгібуючу дію цих сполук обумовлюється присутністю в них катіонів (Са 2 + , Zn 2 + , Ni 2 + , As 3 + , Bi 3 + , Sb 3 + ) або аніонів (Cr 2 O 4 2 - , Cr 2 O 7 2 - , NO 2 - , SiO 3 2 - , РO 4 3 - ).

Неорганічні катодні інгібітори зменшують швидкість корозії внаслідок зниження ефективності катодного процесу або скорочення площі катодів.

Зниження ефективності катодного процесу може бути досягнуто: а) при корозії з кисневою деполяризацією - зменшенням вмісту кисню в рідкій корозійної середовищі, б) при корозії з водневою деполяризацією - підвищенням перенапруги реакції виділення водню.

Зменшення вмісту розчиненого у корозійної середовищі кисню гальмує реакцію його відновлення, а отже, і швидкість корозії.

Перенапруження водню може бути підвищений при введенні в корозійну середу солей деяких важких металів - As Cl 3 , Bi 2 (SO 4 ) 3 . Відбувається контактна осадження цих металів, що ускладнює реакцію виділення водню і тим самим - процес корозії, так як він протікає з водневою деполяризацією. На рис. 48 показано вплив слабкий добавки As 2 O 3 (0.045% в перерахунку на миш'як) на швидкість корозії вуглецевої сталі в сірчаної кислоти.

Скорочення площі катодів досягається додаванням екранують катодних інгібіторів, які утворюють на мікрокатодах нерозчинні з'єднання, відкладаються у вигляді ізолюючого захисного шару. Для заліза в водному середовищі такими сполуками можуть бути Zn SO 4 , Zn CI 2 , а частіше Са (НСО 3 ) 2 .

Бікарбонат кальцію Са (НСО 3 ) 2 - найдешевший катодний екрануючий інгібітор, який застосовується для захисту сталі в системах водопостачання. Бікарбонат кальцію в підлуженою середовищі утворює нерозчинні з'єднання СаСО 3 , осаждающиеся на поверхні, ізолюючи її від електроліту. Цим пояснюється менша корозія сталі в жорсткій воді по порівняно з пом'якшеної.

Малюнок - Залежність швидкості корозії сталі в розчинах H 2 SO 4 :

1 - H 2 SO 4 ; 2 - H 2 SO 4 + As 3 + (0,045%)

Катодні інгібітори по захисній дії менш ефективні, ніж анодні. Однак вони абсолютно безпечні, оскільки не викликають посилення корозії при їх недостатньому вмісті.

Анодні неорганічні інгібітори утворюють на поверхні металу тонкі (~ 0,01 мкм) плівки, які гальмують перехід металу в розчин. До групі анодних сповільнювачів корозії відносяться хімічні сполуки - плівкоутворювачі і окислювачі, часто звані пасиваторами.

катодного-анодні неорганічні інгібітори, наприклад KJ, КВг в розчинах кислот, гальмують в рівній мірі анодний і катодний процеси за рахунок утворення на поверхні металу хемосорбціонних шару.

Плівкоутворюючі інгібітори захищають метал, створюючи на його поверхні фазові або адсорбційні плівки. У їх число входять деякі з'єднання з лужними властивостями: фосфати; поліфосфати; силікати; борати і ін

Їх інгібуючу дію проявляється тільки при наявності розчиненого кисню, який і грає роль пасиватора. Не будучи окислювачами, ці речовини лише сприяють адсорбції кисню на поверхні металу. Крім того, вони гальмують анодний процес розчинення через утворення захисних плівок, що представляють собою важкорозчинні продукти взаємодії інгібітора з іонами переходить у розчин металу. Так, наприклад, фосфати, адсорбируясь на поверхні сталі, утворюють з іонами заліза екранують плівки, які з суміші Оі В· Fe 2 Про 3 і FePO 4 В· 2H 2 O. Для більшого захисного ефекту фосфати часто використовуються в суміші з поліфосфатами.

Найчастіше в якості Пасиватор використовують неорганічні окислювачі: хромати, нітрити, молібдати, вольфрамати. Легко відновлюючись на катодних поверхнях, вони ведуть себе як деполяризатори, викликаючи появу на анодних ділянках густин струму, що перевищують величини, необхідні для їх пасивації. При цьому стаціонарний потенціал ушляхетнюється на кілька десятих вольта, а швидкість анодного переходу в розчин іонів корродирующего металу різко знижується.

Пасиватор гальмують анодний реакцію розчинення металу завдяки утворення на його поверхні оксидів

Me + nн 2 Про в†’ Ме Про n + 2nН + + 2nе

Ця реакція може протікати тільки на металах, схильних до пасивації.

Анодні інгібітори корозії відносяться до категорії небезпечних, так як за певних умов вони з сповільнюв...ачів корозії перетворюються на її стимулятори. Це найчастіше відбувається, коли корозійний процес протікає з катодним контролем, і з тих чи інших причин не забезпечується пасивація анодних ділянок. У даному випадку сильні окислювачі, що є хорошими деполяризаторами, легко відновлюємо на катодних ділянках і збільшують швидкість корозії. Для того щоб цього не сталося, щільність корозійного струму повинна бути вище тієї, при якій досягається повна пасивація анодних ділянок. Тому концентрація інгібітора (пасиватора) не повинна бути нижче певної величини, інакше пасивація може не наступити або буде неповною.

Неповна пасивація також дуже небезпечна, оскільки призводить до скорочення анодної поверхні, збільшення швидкості і глибини руйнування металу на локалізованих ділянках, тобто появі точкової корозії.

Мінімальна концентрація Cr O 4 2 - , NO 2 2 - , Mo O 4 2 - , використовуваних як інгібіторів корозії сталі, приблизно дорівнює 10 -4 -10 -3 моль/л. При підвищенні температури середовища або наявності в ній активаторів, наприклад хлор-іонів, необхідне збільшення концентрації інгібітора.

Анодні сповільнювачі неокислювального типу (фосфати, силікати і ін), додані в незначній кількості, також викликають більш глибоку місцеву корозію через сильний збільшення співвідношення катодного площі до анодної.

Таким чином, для забезпечення ефективного захисту необхідно підтримувати концентрацію анодного інгібітора вище граничного значення в усіх ділянках захищається вироби (наприклад, в різьбових з'єднаннях, щілинах та інших важкодоступних місцях).

Анодні інгібітори дуже чутливі і до рН середовища.

Застосування анодних інгібіторів різноманітно.

Хромати і біхромати натрію і калію використовуються як інгібітори корозії заліза, оцинкованої сталі, міді, латуні та алюмінію в промислових водних системах. У разі заліза дію хроматів описують реакціями:

2Fe + 2Na 2 Cr0 4 + 2Н 2 О = Сг 2 Про 3 + Fe 2 O 3 + 4Na OH,

6 Fe 3 O 4 + 2 Na 2 Cr0 4 + 2H 2 O = Сг 2 Про 3 + 9 Fe 2 O 3 + 4 Na OH

Оксидна плівка складається з 25% Сг 2 Про 3 і 75 % Fe 2 O 3 . p> Нітрити застосовуються в якості інгібіторів корозії багатьох металів (крім цинку і міді) при рН більше 5. Вони дешеві і ефективні в разі присутності іржі.

Захисна дія нітритів полягає в освіті поверхневої оксидної плівки за рівнянням

2 Fe + Na NO 2 + 2H 2 O = Fe 2 O 3 + Na OH + NH 3

Силікати відносяться до інгібіторів змішаної дії, зменшуючи швидкос...ті як катодного, так і анодної реакцій.

Загальна формула силікатів - xSi O 2 В· Me 2 O. Дія силікатів (рис. 49) складається в нейтралізації розчиненого у воді вуглекислого газу і в утворенні захисної плівки на поверхні металу.

Малюнок - Залежність швидкості корозії сталі в нейтральних водних розчинах від концентрації Na 2 Si O 3

Плівка не має постійного складу. За структурою вона нагадує гель кремнієвої кислоти, в якій адсорбуються сполуки заліза і солі жорсткості. Її товщина зазвичай дорівнює в‰€ 0,002 мм. p> Поліфосфати - розчинні у воді сполуки метафосфатов загальної формули (Ме Р Про 3 ) n . Захисна дія поліфосфатів складається в освіті непроникною захисної плівки на поверхні металу. У водних розчинах відбувається повільний гідроліз поліфосфатів, в результаті утворюються ортофосфати:

У присутності Са 2 + і Fe 3 + на поверхні утворюється непроникна захисна плівка:

Найбільше поширення в промисловості отримав гексаметафосфат натрію. Фосфати та поліфосфати знаходять застосування в якості сповільнювачів корозії сталі у воді і холодильних рассолах. Великий ефект досягається при спільному використанні фосфатів і хроматів.

2.2.1 Органічні інгібітори.

Багато органічні сполуки здатні уповільнити корозію металу. Органічні сполуки - це інгібітори змішаної дії, тобто вони впливають на швидкість як катодного, так і анодної реакцій. Значне вплив на розвиток теорії інгібуючої дії спеціальних добавок надали дослідження О.М. Фрумкіна і його співробітників. Сучасні уявлення електрохімічної кінетики дозволяють у ряді випадків передбачити напрям течії тієї чи іншої реакції при введенні в електроліт спеціальних добавок. Вдалося пояснити основні закономірності, що спостерігаються при використанні в Як інгібіторів галоїдних іонів, органічних катіонів і з'єднань молекулярного типу. Експериментальні дані показали, що багато хімічних з'єднання адсорбуються на поверхні металу відповідно до ізотермами Ленгмюра або Тьомкіна. p> Органічні інгібітори адсорбуються тільки на поверхні металу. Продукти корозії їх не адсорбують. Тому ці інгібітори застосовують при кислотному травленні металів для очищення останніх від іржі, окалини, накипу. Органічними інгібіторами корозії найчастіше бувають аліфатичні і ароматичні сполуки, що мають у своєму складі атоми азоту, сірки і кисню.

Аміни застосовують як інгібітори корозії заліза в кислотах і водних середовищах.

тіолами (меркаптани), а також органічні сульфіди і дисульфіди виявляють більш сильне інгібуючу дію в порівнянні з амінами. Основні представники цього класу-тіосечовина, бензотриазол, аліфатичні меркаптани, дібензілсульфоксід.

Органічні кислоти та їх солі застосовують як інгібітори корозії заліза в кислотах, маслах і електролітах, а... також як інгібітори процесу наводороживания. Наявність в органічних кислотах аміно-і гідроксильних груп покращує їх захисні властивості. Серед цієї групи особливо виділяють бензоат натрію.

Спирти, особливо багатоосновні, - ефективні інгібітори корозії. У водних системах охолодження-етиленгліколь носно 2 -СН 2 ОН, в морський і річковий воді - глюконат натрію NaOOC (CHO-Н) 4 СН 2 ВІН.

Надзвичайно широко застосування інгібіторів в промисловості. У лужних середовищах інгібітори використовуються при обробці амфотерних металів, захист випарного обладнання, в миючих складах, для зменшення саморозряду лужних джерел струму.

В останні роки з'явилися нові сумішеві інгібітори для захисту сталевої арматури в залізобетоні. Ці сполуки - лігносульфонати, таніни, аміноспирти - здатні утворювати з катіонами заліза важкорозчинні комплекси. Серед них особливу увагу заслуговують таніни, завдяки їх позитивному впливу на бетон і здатності взаємодіяти з прокорродіровавшіх сталлю. Новий клас інгібіторів - це мігруючі інгібітори. Вони мають здатність дифундувати через шар бетону і адсорбуватися на поверхні сталевої арматури, сповільнюючи її корозію. Вперше мігруючі інгібітори - MCI 2000 і 2200 - були застосовані американською фірмою Cortec Corporation. В даний час з'явилися вітчизняні розробки - інгібітор ІФХАН-16.

З інгібіторів для нейтральних середовищ слід виділити групу інгібіторів для систем охолодження та водопостачання. Чільне місце тут займають поліфосфати, полікарбоксільние амінокислоти, так звані комплексони - ЕДТА, НТА та ін; та їх фосфорсодержащие аналоги - ОЕДФ, НТФ, ФБТК. Комплексони захищають метали тільки в жорстких водах, де вони утворюють сполуки з катіонами Са 2 + і Mg 2 + .

У м'яких водах хороші результати отримані з солями вищих карбоксилатів, на основі яких створені інгібітори ІФХАН-31 і -34. Вони надійно захищають охолоджуючі системи, які з різних конструкційних матеріалів (Fe, Сu, Al, Zn та їх сплави). p> Летючі інгібітори є сучасним засобом захисту від атмосферної корозії металевих напівфабрикатів і готових виробів на час їх зберігання і транспортування. Принцип дії летючих інгібіторів корозії полягає в утворенні парів, які дифундують через шар повітря до поверхні металу і захищають її.

Летючі інгібітори корозії раніше використовувалися переважно для захисту військової техніки та енергетичного обладнання. В останні роки до відомим летючим інгібіторів НДА, КЦА, Г-2, ІФХАН-1, ВНХ-Л-20, ІФХАН-100, ВНХЛ-49 додався ряд нових - ІФХАН-8А, -112, -118 і ВНХ-ЛФ-408. Встановлено здатність кращих летючих інгібіторів захищати метал від корозії тривалий час (більш 3 місяців) навіть після видалення їх з пакувального простору - ефект післядії.

На практиці набули застосування пасивуючі розчини ІФ-ХАН-39А і ІФХАН-33-ЛГ, які застосовують для захисту оксидованою і фосфатированной стали натомість їх пром...аслювання. Вони просочують пористі покриття і після сушіння надають йому антикорозійну стійкість. В останні роки чільне місце зайняли інгібовані воскові склади. Об'єднуючи в собі корисні якості тонкоплівкових покриттів і масел, вони формують на поверхні металів тонкі пластичні плівки. Наявність в них інгібіторів в сукупності з гидрофобностью воску забезпечує сильний ефект антикорозійного післядії. В даний час провідну роль в практиці протикорозійного захисту грають плівкотвірні інгібовані нафтові склади. Широку популярність здобули Мовіль, Мовітін, ІФХАН-29А, НГ-216, Оремін, ІФХАН-ЗОА і-30Т. p> Корозійна активність нафти коливається в дуже широких межах. Це обумовлено різним вмістом в ній коррозіонноактівних домішок і сірководню. У нафти може міститися також неемульгованих вода і вода в вигляді стійкої емульсії. Концентрація солей у воді може досягати 10%. Небезпека корозії устаткування зберігається на всіх стадіях - при видобутку, транспортуванні, зберіганні та переробці нафти. Тому одні й ті ж типи інгібіторів використовуються як на стадії видобутку, так і на стадії переробки нафти. Інгібітори, які додають в нафту, адсорбуються на поверхні металу полярної групою таким чином, що вуглеводнева ланцюг виявляється на зовнішній стороні плівки, що утворилася, викликаючи гідрофобізацію поверхні. До неї приєднується масло або інші вуглеводні, завдяки чому на поверхні металу виникає подвійна плівка, що перешкоджає протіканню корозії. Добрими захисними властивостями володіють сполуки, в молекулу яких входять кисень і довга вуглеводнева ланцюг з більш ніж десятьма атомами вуглецю. Широке застосування в нафтовидобутку отримала технологія розосередженого інгібування, суть якого полягає у наближенні точок його подачі до найбільш корозійно-небезпечним ділянкам. Крім вітчизняного інгібітора Олазоль-Т2П, застосовують імпортні продукти Корексіт-6350 (Налко-Ексен), ІСА-148 (Серво).

Проблема внутрішньої корозії газопроводів є однією з найважливіших проблем у газовій промисловості. Майже всі родовища містять в складі газу велика кількість СO 2 (до 20 об.%), а в деяких випадках і сірководень (до 25 об.%). Захист інгібіторами внутрішньої поверхні трубопроводів є одним з дієвих методів протикорозійного захисту.

Інгібітор корозії - антівспеніватель ІФХАНГАЗ-1 отримав широке застосування в газовій промисловості. У результаті взаємодії інгібітора з сірководнем на поверхні металу виникає міцне з'єднання, яке ускладнює перебіг електрохімічних реакцій.

Спільно з французькою фірмою Сека розроблені інгібітори корозії серії СЕКАНГАЗ (Секангаз 9, 9Б і 10)

Їх основу складають похідні жирних амінів. Ці речовини являють собою полярні молекули, що адсорбуються на поверхні металу. Жирна ліпофільна ланцюжок утримує масляний шар, який перешкоджає контакту води з металом. Спільно з німецькими фірмами БАСФ і ХЕХСТ створені інгібітори Сепакор 5478 і Додіг 4482-1. Інгібітор Сепакор 5478 рекомендований для безперер...вної закачування в пласт. Витрата інгібітора становить 14 л на 1 млн м 3 газу. Інгібітор подається в свердловину у вигляді 16% розчину в метанолі. У результаті випробувань показано, що загальна швидкість корозії склала 0,005 мм/рік, а ступінь захисту від охрупчивания досягла 98%. Аналогічні результати отримані і для інгібітора Додіг 481. Його термостабільність дорівнює 200 В° С, і він рекомендований для технологій, які передбачають як безперервну, так і періодичну закачування в свердловини і наземні трубопроводи.

3. Електрохімічний захист

Швидкість електрохімічної корозії можна значно зменшити, якщо металеву конструкцію піддати поляризації. Цей метод отримав назва електрохімічного захисту, Залежно від виду поляризації розрізняють катодний і анодний захист.

На рис. 50 наведена схема, пояснює зниження швидкості розчинення металу при різних способах його електрохімічного захисту.

Малюнок Способи зниження швидкості розчинення металів при електрохімічному захисту

електрохімічний захист застосовують у тому випадку, якщо потенціал вільної корозії П† кор конструкційного матеріалу розташовується в області активного розчинення П† 1 або перепассіваціі П† 2 , тобто матеріал розчиняється з високою швидкістю.

При катодного захисту зниження швидкості розчинення металу відбувається внаслідок зміщення потенціалу в область значень, отрицательнее П† кор . Наприклад, якщо потенціал вільної корозії П† 1 металу розташовується в області активного розчинення (швидкість розчинення i 1 ), то зсув потенціалу в негативну сторону до значення П† 3 призводить до зниження швидкості розчинення до величини i 3 , виявляється нижче i 1 . Аналогічне зниження швидкості розчинення металу відбувається і у випадку, коли потенціал вільної корозії П† 2 металу розташовується в області перепассіваціі. При зміщенні потенціалу в негативну сторону до величини П† 4 швидкість розчинення знижується до i 4 . Різниця полягає в тому, що в першому випадку зниження швидкості розчинення металу досягнуто без зміни характеру його розчинення - метал залишився в активному стані. У другому випадку швидкість розчинення знизилася внаслідок переходу металу з активного в пасивний стан.

При анодної захисту потенціал конструкції, що захищається зміщують в область позитивніше П† кор . При цьому відбувається перехід металу з активного в пасивний стан. Так, якщо потенціал вільної корозії П† 1 металу розташовується в активній області
і відповідна йому швидкість розчинення дорівнює i 1 , то при його зміщенні в позитивну сторону до значення П† 4 швидкість розчинення знижується до величини i 4 .

3.1 Катодний захист

Катодна захист ...- найбільш поширений вид електрохімічної захисту. Вона застосовується в тих випадках, коли метал не схильний до пасивації, то тобто має протяжненную область активного розчинення, вузьку пасивну область, високі значення струму пасивації (i п ) і потенціалу пасивації (П† п ).

катодних поляризацію можна здійснювати шляхом приєднання конструкції, що захищається до негативного полюса зовнішнього джерела струму або до металу, що має більше електронегативний електродний потенціал. В останньому випадку немає потреби в зовнішньому джерелі струму, так як утворюється гальванічний елемент з тим же напрямком струму, т. е. захищається деталь стає катодом, а більш електронегативний метал, званий протектором, - анодом.

Катодний захист зовнішнім струмом. Катодний захист з використанням поляризації від зовнішнього джерела струму застосовують для захисту обладнання з вуглецевих, низько-і високолегованих і високохромистих сталей, олова, цинку, мідних і мідно-нікелевих сплавів, алюмінію і його сплавів, свинцю, титану і його сплавів. Як правило, це підземні споруди (трубопроводи і кабелі різних призначень, фундаменти, бурове устаткування), обладнання, експлуатується в контакті з морською водою (корпуси суден, металеві частини берегових споруд, морських бурових платформ), внутрішні поверхні апаратів і резервуарів хімічної промисловості. Часто катодний захист застосовують одночасно з нанесенням захисних покриттів. Зменшення швидкості саморастворенія металу при його зовнішній поляризації називають захисним ефектом.

Основним критерієм катодного захисту є захисний потенціал. Захисним потенціал му називається потенціал, при якому швидкість розчинення металу приймає гранично низьке значення, допустимого для даних умов експлуатації. Характеристикою катодного захисту є величина захисного ефекту Z, %: br/>

де K 0 [г/(м 2 В· год)] - швидкість корозії металу без захисту, До 1 [г/(м 2 В· год)] - швидкість корозії металу в умовах електрохімічного захисту. Коефіцієнт захисної дії До 3 [г/А] визначають за формулою

До 3 = (Dm 0 - Dm i )/i K ,

де Dm o і Dm i - втрати маси металу відповідно без катодного захисту і при її застосуванні, г/м 2 ; i до [А/м 2 ] - щільність катодного струму.

Схема катодного захисту представлена вЂ‹вЂ‹на рис. 51. Негативний полюс зовнішнього джерела струму 4 приєднаний до захищається металевої конструкції 1, а позитивний полюс - до допоміжного електроду 2, що працює як анод. У процесі захисту анод активно руйнується і підлягає періодичному відновленню.

В В

Малюнок - Схема катодного захисту зовнішнім струмом

Малюнок - Схема катодного захисту плавильного котла: 1 - котел; 2 - джерело стру...му; 3-анод

В якості матеріалу анода застосовують чавун, сталь, вугілля, графіт, металевий брухт (старі труби, рейки та ін.) Оскільки ефективне опір проходженню електричного струму надає тільки той шар грунту, який знаходиться в безпосередній близькості від анода, то його зазвичай поміщають в так звану засипку 3 - товстий шар коксу, в який додають 3-4 частини (За масою) гіпсу і 1 частина кухонної солі. Засипка має високу електропровідність, завдяки чому знижується перехідний опір грунт-анод.

Джерелами зовнішнього струму при катодного захисту служать станції катодного захисту, обов'язковими елементами яких є: перетворювач (Випрямляч), що виробляє струм; токоподвод до конструкції, що захищається, електрод порівняння, анодні заземлювачі, анодний кабель.

Станції катодного захисту бувають регульовані і нерегульовані. Нерегульовані станції катодного захисту застосовуються в тому випадку, коли зміни опору в ланцюзі струму практично відсутні. Зазначені станції працюють у режимі підтримки постійного потенціалу або струму і застосовуються для захисту резервуарів, сховищ, високовольтних кабелів у сталевий броні, трубопроводів та ін

Регульовані станції катодного захисту застосовуються за наявності в системі блукаючих струмів (близькість електрифікованого транспорту), періодичних змін опору розтікання струму (сезонні коливання температури і вологості грунтів), технологічних коливань (зміна рівня розчину і швидкості течії рідини). Регульованим параметром може служити струм або потенціал. Частота розташування станцій катодного захисту по довжині захищається об'єкта визначається електропровідністю експлуатаційної середовища. Чим вона вища, тим на більшій відстані один від одного будуть розташовуватися катодні станції.

Для захисту споруд у воді аноди встановлюють на дні річок, озер, морів. У цьому випадку засипка не потрібно. p> катодного захисту заводської апаратури (холодильників, теплообмінників, конденсаторів і ін), що піддається впливу агресивного середовища, здійснюють шляхом під'єднання до негативного полюса зовнішнього джерела струму і занурення анода в цю середу.

катодний захист зовнішнім струмом застосовують як додатковий засіб до ізоляційного покриття. При цьому ізоляційне покриття може мати ушкодження. Захисний струм протікає в основному по голих ділянках металу, які і потребують захисту.

Застосовують катодний захист зовнішнім струмом і до конструкцій, які мають значні пошкодження, що дозволяє призупинити подальше поширення корозії.

Використання катодного захисту пов'язане з небезпекою так званої перезахист. У цьому випадку внаслідок занадто сильного зсуву потенціалу конструкції, що захищається в негативну сторону може різко зрости швидкість виділення водню. Результатом цього є водневе охрупчивание або корозійне розтріскування матеріалів і руйнування захисних покриттів.

Катодний захист зовнішнім струмом недоцільна в умо...вах атмосферної корозії, в пароподібній середовищі, в органічних розчинниках, так як в цьому випадку корозійна середу не володіє достатньою електропровідністю. p> Протекторний захист. Протекторна захист є різновидом катодного захисту. Схема протекторного захисту трубопроводу показана на рис. 53. До конструкції, що захищається 2 приєднують більш електронегативний метал - протектор 3, який, розчиняючись у навколишньому середовищі, захищає від руйнування основну конструкцію.

Після повного розчинення протектора або втрати контакту його з захищається конструкцією протектор необхідно замінити.

Малюнок - Схема протекторного захисту трубопроводу

Протектор працює ефективно, якщо перехідний опір між ним і навколишнім середовищем невелика. У процесі роботи протектор, наприклад цинковий, може покриватися шаром нерозчинних продуктів корозії, які ізолюють його від навколишнього середовища і різко збільшують перехідний опір. Для боротьби з цим протектор поміщають у наповнювач 4 - суміш солей, яка створює навколо нього певне середовище, що полегшує розчинення продуктів корозії і підвищує ефективність і стабільність роботи протектора в грунті 1. p> Дія протектора обмежується певним відстанню. Максимально можливе видалення протектора від конструкції, що захищається називається радіусом дії протектора. Він залежить від ряду факторів, найважливішими з яких є електропровідність середовища, різниця потенціалів між протектором і захищається конструкцією, поляризаційні характеристики. З збільшенням електропровідності середовища захисну дію протектора поширюється на більшу відстань. Так, радіус дії цинкового протектора при захисті сталі в дистильованої воді дорівнює 0,1 см, морській воді 4 м, в 3% розчині Na Cl - 6 м

протекторний захист в порівнянні з катодного захистом зовнішнім струмом доцільно використовувати в тих випадках, коли отримання енергії ззовні пов'язано з труднощами або якщо споруда спеціальних електроліній економічно невигідно.

В даний час протекторний захист застосовують для боротьби з корозією металевих конструкцій в морській і річковій воді, грунті та інших нейтральних середовищах. Використання протекторного захисту в кислих середовищах обмежується високою швидкістю саморастворенія протектора. ---

В якості протекторів можна застосовувати метали: Al, Fe, Mg, Zn. Однак використовувати чисті метали як протекторів не завжди доцільно. Так, наприклад, чистий цинк розчиняється нерівномірно через грубозернистою дендритной структури, поверхню чистого алюмінію покривається щільною оксидною плівкою, магній має високу швидкість власного корозії. Для додання протекторам необхідних експлуатаційних властивостей до їх складу вводять легуючі елементи.

До складу цинкових протекторів вводять Cd (0,025-0,15%) і А1 (0,1-0,5%). Зміст таких домішок, як Fe, Cu, Pb, намагаються підтримувати на рівні не більше 0,001-0,005%. До складу алюмінієвих протекторів вводять добавки, запобігают...ь утворенню оксидних шарів на їх поверхні - Zn (до 8%), Mg (до 5%), а також Cd, In, Gl, Hg, Tl, Mn, Si (від сотих до десятих часток відсотка), що сприяють необхідному зміни параметрів решітки. Магнієві протекторні сплави в якості легуючих добавок містять Al (5-7%) і Zn (2-5%); зміст таких домішок, як Fe, Ni, Cu, Pb, Si підтримують на рівні десятих або сотих часток відсотка. Залізо в як протекторного матеріалу використовують або в чистому вигляді (Fe-армко), або у вигляді вуглецевих сталей.

Цинкові протектори застосовують для захисту обладнання, експлуатується в морській воді (морських суден, трубопроводів, прибережних споруд). Застосування їх у слабосоленої, прісній воді і грунтах обмежено внаслідок утворення на їх поверхні шарів гідроксиду Zn (OH) 2 або оксиду цинку Zn O.

Алюмінієві протектори застосовують для захисту споруд, що експлуатуються в проточній морській воді, а також для захисту портових споруд і конструкцій, що розташовуються в прибережному шельфі.

Магнієві протектори переважно застосовують для захисту невеликих споруд в слабоелектропроводних середовищах, де ефективність дії алюмінієвих і цинкових протекторів низька, - грунтах, прісних або слабосолених водах. Однак через високій швидкості власного розчинення і схильності до утворення на поверхні важкорозчинних сполук область експлуатації магнієвих протекторів обмежується середовищами з рН = 9,5 - 10,5. При захисті магнієвими протекторами закритих систем, наприклад резервуарів, необхідно враховувати можливість освіти гримучого газу внаслідок виділення водню в катодного реакції, протікає на поверхні магнієвого сплаву. Використання магнієвих протекторів пов'язане також з небезпекою розвитку водневої крихкості і корозійного розтріскування обладнання.

Як і у випадку катодного захисту зовнішнім струмом, ефективність протекторного захисту зростає при її спільному використанні з захисними покриттями. Так, нанесення бітумного покриття на трубопроводи значно покращує розподіл захисного струму, зменшує число анодів і збільшує протяжність ділянки трубопроводу, що захищається за допомогою одного протектора. Якщо одним магнієвим анодом можна забезпечити захист непокритого трубопроводу довжиною всього 30 м, то захист покритого бітумом трубопроводу діє на довжину до 8 км.

3.2 Анодна захист

Анодну захист застосовують при експлуатації обладнання в добре електропровідних середовищах і виготовленого з легко пасивуються матеріалів - вуглецевих, низьколегованих нержавіючих сталей, титану, високолегованих сплавів на основі заліза. Анодна захист перспективна в разі обладнання, виготовленого з різнорідних пасивуються матеріалів, наприклад нержавіючих сталей різного складу, зварних з'єднань.

Анодна захист здійснюється приєднанням захищається металевої конструкції до позитивного полюса зовнішнього джерела постійного струму або до металу з більш позитивним потенціалом (катодний протектор).

При цьом...у потенціал металу, що захищає зміщується в позитивну сторону до досягнення сталого пасивного стану (рис. 50).

У результаті відбувається не лише суттєве (в тисячі разів) зниження швидкості корозії металу, але і запобігання потрапляння продуктів його розчинення в вироблений продукт.

Катоди, використовувані при анодному захисті від зовнішнього джерела струму, повинні мати високу стійкість у корозійної середовищі. Вибір матеріалу катода визначається характеристиками середовища. Використовують такі матеріали, як Pt, Ta, Pb, Ni, платинованим латунь, високолеговані нержавіючі сталі та ін Схема розташування катодів проектується індивідуально для кожного конкретного випадку захисту.

В якості катодного проектора можна використовувати такі матеріали, як вуглець, діоксид марганцю, магнетит, діоксид свинцю, що мають вельми позитивний потенціал.

Анодна захист від зовнішнього джерела заснована на пропущенні струму через об'єкт, що захищається і на зміщенні потенціалу корозії в бік більш позитивних значень.

Установка для анодного захисту складається з об'єкта захисту, катода, електрода порівняння та джерела електричного струму.

Основною умовою можливості застосування анодного захисту є наявність протяжної області стійкої пасивності металу при щільності струму розчинення металу не більше (1,5 - 6,0) В· 10 -1 А/м 2 .

Основним критерієм, що характеризує стан поверхні металу, є електродний потенціал. Зазвичай можливість застосування анодного захисту для конкретного металу або сплаву визначають методом зняття анодних поляризаційних кривих. При цьому отримують такі дані:

а) потенціал корозії металу в досліджуваному розчині;

б) протяжність області стійкої пасивності;

в) щільність струму в області стійкої пасивності.

Ефективність захисту визначають як відношення швидкості корозії без захисту до швидкості корозії під захистом.

Як правило, параметри анодного захисту, отримані в лабораторних і виробничих умовах, добре узгоджуються між собою. Залежно від конкретних умов експлуатації область захисних потенціалів при анодному захисті лежить на 0,3-1,5 У позитивніше потенціалу вільної корозії, а швидкість розчинення металів при цьому може зменшитися в тисячі разів.

Істотним обмеженням застосування анодного захисту є ймовірність виникнення локальних видів корозії в області пасивного стану металу. Для запобігання цього явища на підставі попередніх досліджень рекомендують таке значення захисного потенціалу, при якому локальні види корозії не виникають або в розчин вводять інгібуючі добавки. Наприклад, анодна захист стали 12X18Н10Т в розчинах хлоридів у присутності іонів N0 3 - запобігає утворенню питтингов і знижує швидкість розчинення сталі в 2000 разів. У ряді випадків внаслідок підвищеної небезпеки виникнення локальних корозійних процесів застосування анодного захисту неефективно. Різке зростан...ня струму пасивації металів із збільшенням температури агресивних середовищ обмежує застосування анодного захисту в умовах підвищених температур.

При стаціонарному режимі роботи установки величина струму поляризації, необхідного для підтримки стійкого пасивного стану, постійно змінюється внаслідок зміни експлуатаційних параметрів корозійного середовища (температури, хімічного складу, умов перемішування, швидкості руху розчину та ін.) Підтримувати потенціал металоконструкції в заданих межах можна шляхом постійній чи періодичній поляризації. У випадку періодичної поляризації включення і виключення струму виробляють або при досягненні певного значення потенціалу, або при його відхиленні на певну величину. В обох випадках параметри анодного захисту визначають досвідченим способом у лабораторних умовах.

Для успішного застосування анодного захисту об'єкт повинен відповідати наступним вимогам:

а) матеріал апарата повинен пасивуватися в технологічній середовищі;

б) конструкція апарату не повинна мати заклепок, кількість щілин і повітряних кишень має бути мінімальним, зварювання повинна бути якісною;

в) катод і електрод порівняння в захищається пристрої повинні постійно перебувати в розчині.

У хімічній промисловості для анодного захисту найбільш придатні апарати циліндричної форми, а також теплообмінники. В даний час анодна захист нержавіючих сталей застосовується для мірників, збірників, цистерн, сховищ у виробництві сірчаної кислоти, мінеральних добрив, аміачних розчинів. Описані випадки застосування анодного захисту теплообмінної апаратури в виробництвах сірчаної кислоти і штучного волокна, а також ванн для хімічного нікелювання.

Метод анодного захисту має відносно обмежене застосування, так як пасивація ефективна в основному в окисних середовищах при відсутності активних депассівірующіх іонів, наприклад іонів хлору для заліза і нержавіючих сталей. Крім того, анодна захист потенційно небезпечна: у разі перерви подачі струму можливо активування металу та його інтенсивне анодное розчинення. Тому анодна захист вимагає наявності ретельної системи контролю.

На відміну від катодного захисту швидкість корозії при анодному захисті ніколи не зменшується до нуля, хоча може бути і дуже слабкий. Зате захисна щільність струму тут значно нижче, а споживання електроенергії невелика.

Інша гідність анодного захисту - висока рассеивающая здатність, тобто можливість захисту на більш віддаленому від катода відстані і в електрично екранованих ділянках.

3.3 Киснева захист

Киснева захист є різновидом електрохімічної захисту, при якій зсув потенціалу захищається металоконструкції в позитивну сторону здійснюється шляхом насичення корозійного середовища киснем. У результаті цього швидкість катодного процесу настільки зростає, що стає можливим переклад стали з активного в пасивний стан.

Малюнок-Залежність швидкос...ті корозії низьколегованої сталі в воді при температурі 300 В° С від концентрації кисню у воді

Оскільки величина критичного струму пасивації сплавів Fe-Cr, до яких відносяться і стали, істотно залежить від вмісту в них хрому, її ефективність зростає із збільшенням концентрації хрому в сплаві. Киснева захист застосовується при корозії теплоенергетичного обладнання, експлуатується у воді при високих параметрах (високі температура і тиск). На рис. представлена вЂ‹вЂ‹залежність швидкості корозії низьколегованої сталі від концентрації кисню в високотемпературної воді. Як видно, збільшення концентрації розчиненого у воді кисню призводить до первісним зростанню швидкості корозії, подальшому се зниження і подальшої стаціонарності. Низькі стаціонарні швидкості розчинення сталі (у 10-30 разів нижче мають місце без захисту) досягаються при вмісті кисню у воді ~ 1,8 г/л. Киснева захист металів знайшла застосування в атомній енергетиці. br/>

4. Розробка і виробництво нових конструкційних матеріалів підвищеної корозійної стійкості

Поліпшення антикорозійних властивостей самих металевих матеріалів здійснюється:

1) усуненням з металів і сплавів домішок, що прискорюють корозійні процеси;

2) легуванням.

Чисті метали і сплави, тобто металеві конструкційні матеріали, практично Бездомішкові, суворо відповідають заданому поведінці. Оскільки в них немає відхилень від стехіометрії в складі і структурі, то немає відхилень і в поведінці.

Для найбільш відповідальних конструкцій та апаратів налагоджено промисловий випуск металів і сплавів, що володіють високою чистотою і вживаних в ракетобудуванні, ядерної техніці і т.д.

Домішки в металах і сплавах утворюють дефекти в кристалах. Через дефекти запас енергії реальних кристалів вище, ніж ідеальних, що обумовлює більш реакційну здатність перших.

В умовах газової корозії домішки впливають не тільки на жароміцність, а й жаростійкість. Технічні стали діляться на сталі звичайної якості і якісні. Якісні сталі мають вузькі межі з утримання домішок (сірки, фосфору, неметалевих включень та ін) за кількістю та макро-і мікроструктури. Наприклад, наявність у сталі сірки призводить до того, що при 1000 - 1200 Вє С в місцях її скупчення виникають надриви і тріщини. Розчинений у сталі або міді водень робить метал більш крихким. Фосфор, утворюючи фосфіди заліза (Легкоплавкіевтектики), робить шкідливий вплив на властивості сталі. p> При електрохімічної корозії металів і сплавів наявність домішок призводить до утворення мікрогальванічних елементів з основним металом і збільшенню швидкості корозії. При значному накопиченні домішок може протікати і контактна корозія. Тому підвищення чистоти конструкційних матеріалів веде до зниження корозійних втрат.

Легування металів і сплавів підвищує їх корозійну стійкість. Сильно підвищується корозійна стійкість заліза при введенні більше 12% хрому, марганцю в магнієві сплави, нікелю ...в залізні сплави, міді в нікелеві сплави і т.д.

Для жаростійких сплавів на основі заліза основними легуючими компонентами є хром, кремній і алюміній.

Під дією високих температур кремній, алюміній і хром утворюють тугоплавкі оксиди. Так, температура плавлення Al 2 O 3 і Cr 2 O 3 становить 2320 і 2500 Вє С відповідно. При легуванні стали хромом, алюмінієм і кремнієм на поверхні утворюються окалиностійкі плівки (Cr Fe) 2 O 3 , (Al Fe) 2 O 3 або (Si Fe) 2 O 3 . Залізо на повітрі легко окислюється при 500 Вє С і вище. Для нізкохромістой сталі з вмістом 5-8% хрому окаліностойкость (жаростійкість) підвищується до 700 - 750 Вє С; введення в сталь 15-18% хрому підвищує жаростійкість до 950 - 1000 Вє С, а при 25% хрому - до 1100 Вє С.

Як метод захисту від електрохімічної корозії з трьох контролюючих факторів корозії по Н.Д.Томашову - анодного і катодного гальмування і омічного опору - легування в основному впливає на перші два чинники.

Ефективність катодного і анодного процесів можна знизити:

а) підвищенням термодинамічної стійкості сплаву, вводячи в сплав (твердий розчин) значна кількість (за правилом Таммана) більш благородного компонента (Легування стали нікелем, нікелю міддю, міді золотом та ін);

б) підвищення здібності переходу анодної фази в пасивний стан (створення хромистих сталей, легування нікелю хромом, тобто отримання ніхромов і ніконелей);

в) введенням в дуже невеликій кількості активних катодів, що сприяють катодному процесу (з кисневою деполяризацією), самопассівірованію металу (легування хромистих і хромонікелевих сплавів малою кількістю платини для підвищення стійкості до атмосферної корозії, сирого чавуну міддю для підвищення стійкості до азотної кислоти і т.д.);

г) якщо для неокисному середовищ підвищувати перенапруження виділення водню (легування стали миш'яком, сурмою або вісмутом, цинку кадмієм і т.д.).

При кислотної корозії у відновних середовищах, коли відсутня можливість пасивування, вельми корисні методи а) і г). У окислювальних середовищах застосовні всі методи зниження активності анодного процесу, крім р).

Принципи легування і створення сплавів підвищеної корозійної стійкості більш детально розглядалися в попередніх розділах.

5. Перехід у ряді конструкцій від металевих до хімічно стійким неметалевим матеріалами

Додатковим резервом для організації протикорозійного захисту є неметалеві матеріали. Зі скла, кераміки, ситалів, вініпласту, фаоліта, графіту та інших неметалічних матеріалів можуть бути виготовлені окремі апарати або деталі до них. Їх відмітною особливістю є висока корозійна стійкість в багатьох агресивних середовищах. Детально неметалеві матеріали розглянуті в чолі V, частина 4

6. Раціональне конструювання т...а експлуатація металевих споруд і деталей

При проектуванні хімічного виробництва, як правило, приділяють основну увагу аналізу характеру агресивного середовища і умов протікання процесу. Керуючись цими даними, вибирають матеріал, що володіє достатнім хімічним опором. Однак конструкційний матеріал, найбільш стійкий в даної корозійної середовищі, далеко не у всіх випадках дозволяє запобігати небезпека швидкого корозійного руйнування. Тому настільки ж пильної уваги заслуговує раціональне конструювання окремих вузлів і апаратів. Невдале конструювання в багатьох випадках може з'явитися причиною освіти застійних зон, зазорів, концентрації напружень та інших явищ, сприяють виникненню і протіканню корозії.

Разом з тим вже на стадії проектування можна передбачити такі конструктивні рішення окремих вузлів апарату, які значно знизять або усунуть можливість виникнення процесу корозії.

При конструюванні обладнання слід звертати увагу на характер обробки поверхні металу, контакт з'єднувальних елементів з різних матеріалів, режим розподілу потоків теплоносія, наявність щілин і зазорів, можливість утворення застійних зон.

Гладка поверхню металу має менше дефектів у вигляді подряпин, нерівностей і т.д. На шорсткою поверхні легше скупчуються бруд, пил та інші речовини. Це особливо характерно для виробництва добрив, солей. Металеве обладнання та конструкції з шорсткою поверхнею в цьому випадку покриваються різними речовинами. Якщо ці речовини гігроскопічні, то вони прилипають до поверхні металу, створюються місцеві осередки з високою концентрацією електроліту, що сприяє посиленню корозії.

Якщо в конструйованому апараті є деталі, виконані з різних металевих матеріалів, то виникає небезпека появи контактної корозії. У цьому випадку ще на стадії проектування обов'язково повинні бути вжиті заходи щодо запобігання або ослаблення цього явища. Зазвичай застосовують один з двох можливих прийомів.

Контактуючі деталі з різнорідних металів виготовляють з різною величиною поверхні. При цьому деталь з найменшою поверхнею повинна бути виконана з більш благородного металу (втулки вентилів, поршневі кільця насосів і т.д.).

Якщо такий спосіб виявляється неможливим, то деталі з різних матеріалів ізолюють один від одного. Особливу увагу при цьому слід приділити властивостям прокладочного матеріалу. Він повинен бути інертним по відношенню до робочого середовища, мати високу зносостійкість. Деякі ізоляційні матеріали (повсть, азбест, деревина) можуть вбирати і утримувати вологу і, таким чином, бути вогнищами посилення корозії. Деякі полімерні матеріали, піддаючись з часом старіння, при зіткненні з водою можуть виділяти коррозіонноактівние агенти, що прискорюють руйнування металів. Тому ізоляційні матеріали часто просочують дьогтем або бітумом, а вживані полімерні матеріали піддають спеціальним дослідженням з метою визначення небезпеки виділення агресивних агентів.

Багато процеси протік...ають при підвищених температурах. Поверхня металу, дотична з теплоносіями, піддається додатковому корозійного впливу. Чим вище температура, тим інтенсивніше відбувається руйнування металу. Наприклад, теплообмінники є одним з найменш стійких видів устаткування. У 92% випадків причиною відмови в роботі теплообмінників є корозія тепловіддаючих поверхонь.

При проектуванні апаратів слід передбачити рівномірне розподілення теплового потоку, виключити можливість локального перегріву. У багатьох промислових апаратах, в яких протікають високотемпературні процеси, такі заходи передбачені. Наприклад, у виробництві аміаку між каталізаторної коробкою, в якій здійснюється реакція при температурі 350-420 Вє С, і корпусом апарата передбачений канал, усередині якої циркулює холодний газ. Таким конструктивним прийомом оберігають стінки апарату від перегріву. p> Якщо в хімічному процесі використовують реактори з сорочкою, то всередині реактора повинна бути встановлена вЂ‹вЂ‹мішалка для забезпечення рівномірного переміщення рідини повз теплопередающей поверхні.

Змійовики, кип'ятильники та інше обладнання для нагріву технологічних середовищ повинні бути занурені в рідину.

Для теплообмінного обладнання найбільш поширеними є локальні види корозії, такі, як виразкова, щілинна, межкристаллитная.

При проектуванні конструкцій повинні бути позначені місця і способи зварювання. При зварювання металів в зоні шва і околошовной зоні створюються великі розтягують напруги. У зонах, розташованих уздовж шва, де метал нагрівається вище критичних температур, змінюється структура металу. Це може призвести до розтріскування металу.

При конструюванні зварних вузлів і деталей слід передбачити ряд заходів: уникати скупчення швів, виключити точкове зварювання, при якій особливо велика концентрація напружень, застосовувати місцевий отжиг і т.д.

Скупчення вологи в різних елементах конструкції сприяє розвитку корозії. Тому при створенні різних конструкцій передбачають можливість провітрювання порожнин, наявність дренажних отворів та ін Дуже небезпечними в корозійному відношенні зонами в апаратурі є зазори і щілини. У них може відбуватися концентрування робочого розчину, порушується аерація, що неминуче призведе до розвитку місцевої корозії. З цієї точки зору небезпечні переривчасті, зварні шви, в яких внаслідок нещільного прилягання матеріалу один до одного утворюються щілини і зазори, які є причиною виникнення щілинної корозії.

Освіта застійних зон рідини в апаратах і трубопроводах сильно збільшує можливість виникнення корозії за рахунок утворення мікропара нерівномірної аерації. Цьому сприяє і відкладення різних опадів у застійної зоні. На виробі не повинне бути різних поглиблень, канавок і пазів, в яких може накопичуватися волога. Елементи конструкції повинні бути по можливості обтічними, це полегшує випаровування вологи.

У раціонально сконструйованих вузлах усунуто можливість скупчування вологи і про...дуктів корозії, передбачена можливість видалення осаду.

Існують і інші вимоги до конструювання, що забезпечують створення виробів, в найменшій мірі схильних до небезпеки розвитку корозії. До них відносяться: вимоги до загальної компонуванні і розташуванню елементів, облік можливості нанесення та відновлення різних покриттів в процесі експлуатації і при ремонті, врахування особливостей експлуатації виробів та ін