Общая химия. Теория и задачи под ред. Н. В. Коровина и Н. В. Кулешова (1154110), страница 69
Текст из файла (страница 69)
ТЕОРИЯ И ЗАДАЧИдля декоративных целей, его называют защитнодекоративным.Выбор вида покрытия зависит от условий, в которыхиспользуется металл.Металлические покрытия. Материалами для металлических защитных покрытий могут быть как чистые металлы (цинк, кадмий, алюминий, никель, медь, хром, серебро и др.), так и их сплавы (бронза, латунь и др.).
Похарактеру поведения металлических покрытий при коррозии их можно разделить на катодные и анодные. К ка2тодным покрытиям относятся покрытия, потенциалыкоторых в данной среде имеют более положительное значение, чем потенциал основного металла. В качестве примеров катодных покрытий на стали можно привести Сu,Ni. При повреждении покрытия (или наличии пор) возникает коррозионный элемент, в котором основной материал в поре служит анодом и растворяется, а материалпокрытия — катодом, на котором выделяется водород илипоглощается кислород. Примером катодного покрытиядля стали может служить также олово — луженое железо, из которого изготавливают многие изделия, включаяпищевые емкости.
Стандартный потенциал олова состав2ляет Е° = –0,136 В, а потенциал стали (железа) EFe21 /Fe 31 20,44 В. Железо имеет более отрицательный потенциал,и при нарушении сплошности оловянного покрытия стальное изделие начнет корродировать. Если оловянное покрытие сплошное, то в нейтральной среде (рН 7) на воздухе( pO2 1 1) коррозия олова:Sn – 2е ® Sn2+может протекать только с поглощением кислорода.Равновесный потенциал восстановления кислорода взаданных условиях, в соответствии с уравнением (7.16)составляет EO2/OH1 2 0,813 В, т. е. является более положительным, чем потенциал олова.
Коррозия с выделениемводорода невозможна, так как равновесный потенциалвосстановления водорода в этих условиях, в соответствиис уравнением (7.13), составляет EH1 /H2 2 30,414 В, т. е. является более, отрицательным, чем потенциал олова.ГЛАВА 8. КОРРОЗИЯ И ЗАЩИТА МЕТАЛЛОВ447При нарушении же сплошности покрытия растворяется железо:Fe – 2e ® Fе2+,а на катодных участках выделяется водород и поглощается кислород. Следовательно, катодные покрытия могутзащищать металл от коррозии лишь при отсутствии пор иповреждений покрытия.Анодные покрытия имеют более отрицательный потенциал, чем потенциал основного металла.
Примером анодного покрытия может служить цинк на стали. В этом случае основной металл будет катодом коррозионного элемента, поэтому он не корродирует. Потенциалы металловзависят от состава растворов, поэтому при изменении состава раствора может меняться и характер покрытия.
Так,покрытие стали оловом в растворе Н2SО4 — катодное, а врастворе органических кислот — анодное.Для получения металлических защитных покрытийприменяются различные способы: электрохимический(гальванические покрытия), погружение в расплавленныйметалл, металлизация, термодиффузионный и химический. Из расплава получают покрытие цинка (горячее цинкование) и олова (горячее лужение).Неметаллические защитные покрытия. Они могут бытькак неорганическими, так и органическими. Защитноедействие этих покрытий сводится в основном к изоляцииметалла от окружающей среды.
В качестве неорганических покрытий применяют неорганические эмали, оксиды металлов, соединения хрома, фосфора и др. К органическим относятся лакокрасочные покрытия, покрытия смолами, пластмассами, полимерными пленками, резиной.ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ЗАЩИТАЭтот метод защиты основан на торможении анодныхили катодных реакций коррозионного процесса.Электрохимическая защита может осуществлятьсядвумя способами:а) присоединением к защищаемой конструкции металла с более отрицательным значением электродного потенциала — протектора;448ОБЩАЯ ХИМИЯ. ТЕОРИЯ И ЗАДАЧИб) катодной ли анодной поляризацией за счет извнеприложенного тока.Особенно применима электрохимическая защита в коррозионных средах с хорошей ионной электрической проводимостью. Катодная поляризация используется для защиты от коррозии подземных трубопроводов, кабелей.Катодную защиту применяют также к шлюзовым воротам, подводным лодкам, водным резервуарам, морскимтрубопроводам и оборудованию химических заводов.При протекторной защите к изделию подсоединяетсяметалл или сплав, потенциал которого значительно отрицательнее потенциала изделия.
В коррозионной среде металл протектора растворяется. В качестве протекторовобычно используют Al, Mg,Zn и сплавы на их основе ввиде пластин, брусков, непосредственно прикрепляютсяк защищаемому Мизделию.В коррозионной среде протектор — анод разрушается, аизделие — катод остаетсянеизменным, на нем идет восстановление окислителя. Так,при использовании Mgпротектора (рис. 8.9) на нем идетпроцесс анодного окисления:Рис. 8.9Катодная протекторная защитаMg – 2е ® Mg2+,а на защищаемом стальном (Fe) изделии в почве (рН 7)протекает катодное восстановление окислителя:2Н2О + 2е ® Н2 + 2ОН–.Сущность катодной поляризации заключается в том,что защищаемое изделие подключается к отрицательному полюсу внешнего источника постоянного тока, поэтому оно становится катодом, а анодом служит вспомогательный, обычно стальной электрод.
Вспомогательныйэлектрод (анод) растворяетсяМ – nе ® Мn+,449ГЛАВА 8. КОРРОЗИЯ И ЗАЩИТА МЕТАЛЛОВа на защищаемом сооружении (катоде) выделяется водород:2Н2О + 2е ® Н2 + 2ОН– (рН ³ 7);2Н+ + 2е ® Н2 (рН < 7).Внешний ток прилагают к корродирующему металлу,на поверхности которого действуют локальные элементы(рис. 8.10).Ток течет от вспомогательного анода к катодным ианодным участкам коррозионных элементов и возвращается в источник тока. Как только поляризация катодныхучастков внешним током достигает потенциала анода навсей поверхности металла, устанавливается одинаковыйпотенциал, и локальный ток больше не течет.
Таким образом, пока к металлу приложен внешний ток, он не будет корродировать. Соответствующая коррозионная диаграмма представлена на рисунке 8.11, где Iвнеш — внешнийток, необходимый для полной защиты.Если поляризация металла реально выше потенциалаанода ЕА, то скорость коррозии остается равной нулю. Суммарный ток на анодных участках течет из электролита вметалл, вследствие чего ионы металла не могут перейти враствор. Приложение тока выше требуемого не дает положительных результатов, а, наоборот, может повредитьметалл или покрытие. Поэтому на практике применяюттоки, близкие к теоретическим.Рис. 8.10Рис.
8.11Катодная защита —наложение внешнего токаКоррозионная диаграмма, иллюстрирующая принцип катодной защиты450ОБЩАЯ ХИМИЯ. ТЕОРИЯ И ЗАДАЧИЕсли приложенный ток ниже требуемого, частичнаязащита все же осуществляется. Например, если при наложении тока 2–4 (рис. 8.11) потенциал коррозии сместится до значения 2, то коррозионный ток уменьшится до 2–3.Общий ток при этом (коррозионный и внешний) равен 2–4.При увеличении внешнего тока 2–4 потенциал 2 смещается в более отрицательную область, а коррозионный ток 2–3увеличивается. Наконец, когда точка 2 совпадает с ЕА,коррозионный ток 2–3 становится равным нули, а приложенный ток достигает значения Iвнеш.Разработана также защита металла от коррозии нало2жением анодной поляризации.
При анодной защите защищаемый металл при растворении покрывается пассивнойпленкой, например2Сr + 3Н2О – 6е ® Сr2О3 + 6Н+.Этот метод применим лишь к металлам и сплавам, способным легко пассивироваться при смещении их потенциала в положительную сторону. Анодную защиту применяют, например, для предотвращения коррозии нержавеющих сталей при контакте с серной кислотой.ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ КОРРОЗИОННОЙ СРЕДЫДля снижения агрессивности среды уменьшают концентрацию компонентов, опасных в коррозионном отношении.Например, в нейтральных средах коррозия обычно протекает с поглощением кислорода. Его удаляют деаэрацией(кипячение, барботаж инертного газа) или восстанавливают с помощью соответствующих восстановителей (сульфиты, гидразин и т. п.), например О2 + N2Н4 = N2 + 2Н2О.Агрессивность среды может уменьшаться также при снижении концентрации ионов Н+, т.
е. повышении рН (подщелачивании). Для защиты от коррозии широко применяют ингибиторы.Ингибитором называется вещество, при добавлении которого в среду, где находится металл, значительно уменьшается скорость коррозии металла. Ингибиторы применяют главным образом в системах, работающих с постоянным или мало обновляемым объемом раствора, напримерв некоторых химических аппаратах, системах охлаждеГЛАВА 8.
КОРРОЗИЯ И ЗАЩИТА МЕТАЛЛОВ451ния, парогенераторах и т. п. Особенно большое применение находят замедлители в процессах травления металлов для удаления с поверхности окалины или ржавчины.По механизму своего действия на процесс электрохимической коррозии ингибиторы целесообразно разделитьна анодные, катодные и экранирующие, т. е. изолирующие активную поверхность металла.РАЦИОНАЛЬНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ ИЗДЕЛИЙОно должно исключать наличие или сокращать числои размеры особо опасных с точки зрения коррозии участков в изделиях или конструкциях (сварных швов, узкихщелей, контактов разнородных по электродным потенциалам металлов и др.), а также предусматривать специальную защиту металла этих участков от коррозии.Защита от коррозии блуждающими токами.
Токи, ответвляющиеся от своего основного пути, называются блуждающими. Источниками блуждающих токов могут бытьразличные системы и устройства, работающие на постоянном токе, например железнодорожные пути электропоездов, заземления постоянного тока, установки для электросварки, электролизные ванны, системы катодной защиты и т. д.Коррозия металлов под влиянием электрического токаот внешнего источника называется электрокоррозией.В качестве примера рассмотрим электрокоррозию подземного трубопровода во влажной почве. Схема возникновения блуждающего тока от трамвайной линии, где стальные рельсы используются для возвращения тока к генераторной станции, показана на рисунке 8.12.
Вследствиеплохого контакта между рельсами и недостаточной изоляции рельсов от земли часть возвращающегося тока ответвляется во влажную почву, особенно при наличии здесьпутей с низким электросопротивлением, таких как подземные трубопроводы для газа или воды.Главный поток электронов, посылаемых генераторомпостоянного тока (Г), поступает на рельсы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
