les23 (Лекции по Химии 1 курс 1 семестр Ланская И.И. (2017))

ЛЕКЦИЯ 23ЗАЩИТА МЕТАЛЛОВ ОТ КОРРОЗИИПлан лекции1. Классификация методов защиты по характеру воздействия.Классификация методов по характеру воздействия:Методы защиты от коррозииВоздействие наконструкцию (учетконструктивныхфакторов)Воздействие наматериал (усилениекорроз.стойкостиматериалов)Воздействие насредуНеметаллическиематериалы:пластмассы,Полимеры, керамикиЛегированиеЗащитные покрытияСмазкиЭлектрохимическаязащитаИнертные и защитныеатмосферы:Уменьшениеагрессивных выбросовВведение ингибиторовОбескислороживаниеОсушение атмосферыадсорбентамиУстранение опасныхконтактов, их изоляцияПроветривание, дренажМинимум канавок, пазов,углубленийОбтекаемая формаУменьшениеповерхности(уголки, швеллеры)Сварка, а не болты илизаклепкиУчет напряжений наконструкциюЛегирование металловВведение в состав материала компонентов, вызывающих улучшениемеханических, физико-химических характеристик, возможна пассивацияметалла.Жаростойкость – стойкость по отношению к высокотемпературной(газовой, химической) коррозии, достигается легированием стали Cr, Al, Si.На поверхности образуются плотные защитные пленки оксидов.Жаропрочность – свойство материала сохранять высокую механическуюпрочность при высоких Т, достигается легированием стали Mo,Mn, Ni.Нелегированные стали сохраняют свойства – до 400оС;Низколегированные - до 600оС;Высоколегированные (аустенитные) – до 700оС .Сплавы Сr-Al-Fе –сихромаль, высокая жаростойкость – до 1300С.Нихромы: 80% Ni и 20% Cr ; 65% Ni + 20% Cr + 15% Fe - до 1150СНо! V, Mo, W образуют легкоплавкие и летучие оксиды, ускоряютокисление стали при высоких Т.Легирование – дорогостоящий метод.Защитные покрытия – металлические, неметаллические.Неметаллические – органические (силиконовые лаки и др.)неорганические(эмали, металлокерамические, керамические)Керметы:Ni-Al2O3 - до 1800СNi-MgO - до 1800СЗащитные покрытияНеметаллические покрытияИх защитная функция- изолирующая, предотвращение доступаокислителя к поверхности материала. Основное требование – сплошность, отсутствие пор, эластичность.Неорганические – неорганические эмали, оксиды металлов, соединенияхрома, фосфора;Органические–лакокрасочныепокрытия,покрытиесмолами,пластмассами, полимерными пленками, резиной.Керамические покрытия:SiO2 - до 1700СCr2O3 - до 1900СAl2O3 - до 2000СTiO2 - до 2100СZrO2 - до 2700СThO2 - до 3300С.Металлические покрытия (катодные и анодные).Материалы для М покрытий – чистые металлы Cr, Ni, Zn, Cd, Al, Cu, , Ag ит.д.; сплавы (бронза, латунь и др.)Катодные покрытия - потенциалы которых в данной среде болееположительные, чем потенциал основного металла, напр.

Ni, Cu, Sn на Fe.Анодные покрытия - потенциалы которых в данной среде болееотрицательные, чем потенциал основного металла, напр. Zn, Cr, Al настали .Пример. Рассмотрим процессы, протекающие на Fe c покрытиями из Sn иZn в проводящей среде при рН=3 и доступе воздуха.1) луженое железо Sn/Fe (пищевые емкости, консервные банки и др.а)Сравниваем стандартные потенциалы основного металла и покрытия:Е0 Sn2+/Sn = - 0,136 BE0 Fe2+/Fe = - 0,440 B  покрытие катодное.б) Определяем равновесные потенциалы окислителей взаданной среде (рН=3)EO2 OH ≈ 1,23 – 0,059рН ≈ 1,05ВEH H2 ≈ – 0,059рН ≈-0,18Вв) Сравниваем значения потенциалов окислителей иметалла-анода, делаем вывод о возможности данного процессакоррозии2 случая:1.

Покрытие не нарушено.- 0,136 < 1,05  возможна коррозия с поглощением кислорода- 0,136 > -0,18 не возможна коррозия с выделением водорода(A) Sn → Sn2+ + 2e(К) O2 + 2H2O + 4 e → 4OH2. Покрытие нарушено.- 0,44 < 1,05  возможна коррозия с поглощением кислорода- 0,44 < -0,18 возможна коррозия с выделением водорода(A) Fe → Fe2+ + 2e(К) 2H+ + 2 e → H2O2 + 4H+ + 4 e → 2H2OПри повреждении катодного покрытия возникает коррозионный ГЭ, вкотором основной материал – анод растворяется, а на материалепокрытия – катоде выделяется водород или поглощается кислород.2) оцинкованное железо Zn/Fe (пищевые емкости, консервные банки и др.а)Сравниваем стандартные потенциалы основного металла и покрытия:Е0 Zn2+/Zn = - 0,763 BE0 Fe2+/Fe = - 0,440 B  покрытие анодное.б) Определяем равновесные потенциалы окислителей взаданной среде (рН=3)EO2 OH ≈ 1,23 – 0,059рН ≈ 1,05 ВEH H2 ≈ – 0,059рН ≈ -0,18В.в) Сравниваем значения потенциалов окислителей иметалла-анода, делаем вывод о возможности данногопроцесса коррозии2 случая:1.

Покрытие не нарушено.- 0,763 < 1,05  возможна коррозия с поглощением кислорода- 0,763 < -0,18  возможна коррозия с выделением водорода(A) Zn → Zn2+ + 2e(К) O2 + 2H2O + 4 e → 4OH2H+ + 2 e → H22. Покрытие нарушено.- 0,763 < 1,05  возможна коррозия с поглощением кислорода- 0,763 < -0,18 возможна коррозия с выделением водорода(A) Zn → Zn2+ + 2e(К) 2H+ + 2 e → H2O2 + 4H+ + 4 e → 2H2OКак видно, процессы при нарушении анодного покрытия не меняются.При повреждении анодного покрытия возникает коррозионный ГЭ, вкотором основной материал -катод → не растворяется, на нем выделяетсяводород или поглощается кислород, а материал покрытия – анод,разрушается.ВЫВОДКатодные покрытия (например, Pb,Cu,Ni) настализащищают изделия в основном механически  основноетребование – сплошность, отсутствие пор, эластичность.Анодные покрытия (например, Al, Zn ,Cd) на стализащищают изделие не только механически, но главнымобразом электрохимически, участвуя в анодном процессе.Электрохимическая защита от коррозии(защита внешним потенциалом)Если на изделие извне наложить более отрицательный потенциал, чеманод коррозионной пары, то анод растворяться не будет.Два метода:1.Протекторнаязащита:кизделию,подвергающемусяэлектрохимической коррозии, подсоединяют протектор- металл с болееотрицательным значением электродного потенциала, чем металлизделия.Материалы протекторов - Al, Mg и Zn в виде пластин, брусков и др.,которые непосредственно прикрепляются к защищаемому изделию.В коррозионной среде протектор - анод, разрушается,изделие - катод, остается неизменным.ПРИМЕР:протектор Al → Al3+ + 3e или Mg → Mg2+ + 2e,на стальном:2Н2О + 2е → Н2 + 2ОНизделииO2 + 4H+ + 4 e → 2H2OНапример, бронзовый подшипник (Sn/Cu) и шейка вала гребного винта (Fe)корабля создают коррозионную пару, в которой разрушается поверхностьстального вала, что очень опасно (потеря винта).

Если в непосредственнойблизости прикрепить к корпусу цинковую пластину, то она будетрастворяться и держать под отрицательным потенциалом возникшуюкоррозионную пару, запрещая ее работу.2. Катодная защита - от внешнего потенциала,то есть от внешнего источника постоянного тока. Конструкцию(изделие) подключают к отрицательному полюсу – это катод,анод (жертвенный анод) –разрушается-,вспомогательный (обычно стальной) электрод (например, отработанныйрельс).Катодная поляризация используется для защиты подземных трубопроводов,кабелей, шлюзовых ворот, подводных лодок, водных резервуаров, морскихтубопроводов и оборудования химических заводов, корпусов автомобилей.Катодная защита внешним потенциалом.–E,EВAЕвнешEкор243EКiкор- коррозионный ток без защиты;4'1iкорiвнешi2-3 – коррозионный ток при катодной защите потенциалом Евнеш3-4 –ток от внешнего источникаiвнеш- ток от внешнего источника при Евнеш= ЕА, iкор=0Анодная защита - наложение на конструкцию положительногопотенциала и перевод ее в пассивное состояние.

Требует строгогоконтроля потенциала, что трудно осуществимо на практике.Электрозащита от коррозии применяется при работе гидростанций, морскихпортовых устройств и т. д.Изменение свойств коррозионной среды(основной метод в теплоэнергетике)1)Уменьшение концентрации коррозионно опасныхкомпонентов: O2, Cl2, СО2, кислот.2)Введение ингибиторов - специальных добавок, замедляющих коррозию.3)Уменьшение выбросов в атмосферу(NOx, SO2);осушение воздуха при хранении;уменьшение концентрации кислорода О2:- деаэрация (кипячение),- барботаж неактивного газа (N2),- восстановление с помощью сульфитов, гидразина и др.O2 + N2H4 = N2 + 2H2O2Na2SO3 + O2 = 2Na2SO4.4)Уменьшение концентрации растворенного СО2:(СО2 + Н2О↔Н2СО3↔Н+ +НСО3-↔ 2Н+ +СО32-)NH3 + H2CO3 = NH4НСО3.5) Снижение концентрации ионов Н+ (гидразин-аммиачный режим ТЭС,рН=9-9,2); (нейтральный режим АЭС).6)Снижение общего содержания солей (различные методы водоочистки).7) Замена более агрессивных ионов (Cl-) менее агрессивными (SO4-).Ингибиторы – вещества-замедлители коррозии.