Курс общей химии. Мингулина, Масленникова, Коровин_1990 -446с (996867), страница 58
Текст из файла (страница 58)
Выбор способа определяется его эффективностью, а также экномической целесообразностью. Все методы защиты условно делятся на следующие группы: а) легнрование металлов; б) защитные покрытия (металлические, неметаллические); в) электрохимическая защита; г) изменение свойств коррозионной среды; д) рациональное конструирование изделий. Легирование металлов — эффективный (хотя и дорогой) метод повышения коррозионной стойкости металлов. При легировании в состав сплава вводят компоненты, вызывающие пассивацию металла. В качестве таких компонентов применяют хром, никель, вольфрам и др.
Широкое применение нашло легнрование для защиты от газовой коррозии. При этом используют сплавы, обладающие жаростойкостью и жаропрочностью. Жаростойкость — стойкость по отношению к газовой коррозии при высоких температурах. Жаропрочность — свойства конструкционного материала сохранять высокую механическую прочность при значительном повышении температуры. Жаростойкость обычно обеспечивается легированием металлов и сплавов, например стали хромом, алюминием и кремнием. Эти элементы при высоких температурах окисляются энергичнее, чем железо, и образуют при этом плотные защитные пленки оксидов. Хром и кремний улучшают также жаропрочность сталей.
Стали, легированные 4 — 9 ~4 хрома, молибденом или кремнием, применяют, например, в парогенераторо- и турбостроении. Сплав, содержащий 9 — 129оо хрома, применяют для изготовления лопаток газовых турбин, деталей реактивных двигателей, в производстве двигателей внутреннего сгорания и т.
п. Сплавы Сг — А! — Ре обладают исключительно высокой жаростойкостью. Например, сплав, содержащий 30 ~г' Сг, 5 Я А1, 0,5 уь 31, устойчив на воздухе до 1300'С. Эти сплавы используют, в частности, в качестве материала для изготовления спиралей и деталей нагревательных элементов печей сопротивления.
К их недостаткам относятся низкая жаропрочность и склонность к хрупкости при комнатной температуре после продолжительного нагрева на воздухе, вызываемая в известной степени образованием нитридов алюминия. По этой причине положение спиралей в печах должно быть фиксировано, а для беспрепятственного термического расширения и сжатия спирали обычно гофрируют. Жаростойкость никеля еще больше повышается при добавлении хрома.
Сплав 20 ~4 Сг и 80 о' КВ устойчив на воздухе до 1!50 'С. Этот сплав — один из лучших жаростойких и жаропрочных сплавов. Защитные покрытия. Слои, искусственно создаваемые на поверхности металлических изделий и сооружений для предохранения их от коррозии, называются защитными покрытиями. Если наряду с зашитой от коррозии покрытие служит также для декоративных целей, его называют защитно-декоративным.
Выбор вида покрытия зависит от условий, в которых используется металл. 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.). По характеру поведения металлических покрытий при коррозии их можно разделить на катодные и анодные. К катодным покрытиям относятся покрытия, потенциалы которых в данной среде имеют более положительное значение, чем потенциал основного металла. В качестве примеров катодных покрытий на стали можно привести Сц, М, Ап.
При повреждении покрытия (или наличии пор) возникает коррозионный элемент, в котором основной материал в поре служит анодом и растворяется, а материал покрытия — катодом, на котором выделяется 235 водород илн поглощается кислород (рис. ЧП!.2). Следовательно, катодные покрытия могут защищать металл от коррозии лишь при отсутствии пор н повреждений 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 (рис. ЧП1.3). Потенциалы металлов зависят от состава растворов, поэтому при изменении состава раствора может меняться и характер покрытия.
Так, покрытие стали оловом в растворе На$04 — катодное, а в растворе органических кислот — анодное. Для получения металлических защитных покрытий применяются различные способы: электрохимический (гальванические покрытия), погружение в расплавленный металл, металлизация, термодиффузионный н химический (см. $ Ч!!1.1).
Из расплава получают покрытие цинка (горячее цинкование) и олова (горячее лужение). М е т а л л и з а ц и я — способ получения металлических защитных покрытий на различных сооружениях (мосты, детали судов, большие баки и др.); при этом способе расплавленный металл с помощью струи сжатого воздуха наносится на защищаемую поверхность. Этим методом можно получить слои почти любой толщины н с хорошим сцеплением с основным металлом. К преимуществам этого способа относится возможность нанесения покрытия на собранные конструкции. Иногда для повышения коррозионной стойкости поры покрытия заполняют термопластичными смолами.
При те р м од и ф ф уз ион н о м способе нанесения покрытия изделие помещают в смесь, содержащую порошок металла покрытия. При повышенной температуре происходит диффузия наносимого металла в основной металл. Таким путем получают покрытия алюминием (алитирование) и цинком. Иногда покрытия наносят при реакциях в газовой фазе. Например, при пропускании парообразного СгС4 над поверхностью стали при 1000 'С образуется поверхностный сплав Сг — ге, содержащий до / г г е а Рис. Ч!!!.2. Схема коррозии металла в кислом растворе при нарушении католного покрытия: 4 — раствор, 3 — покрытие; 3— освоена» металл, 4 — пора Рис Ч! !!.3 Схема коррозии металла в кислом растворе при нарушении анолного покрытия: 4 — раствор, 3 — покрытие; 3 —.
основная металл, 4 — пора 2зб ЗО ~4 Сг: ЗСгС1и+2Ге= 2РеС1з+ЗСг. Подобные поверхностные сплавы железа с кремнием, содержащие до 19 о/рЗ(, могут быть получены при взаимодействии железа с З(С!, при 800— 900 'С. Термодиффузионный способ широко используется для получения жаростойких покрытий алюминием (алитирование), кремнием (силицирование), хромом (хромирование), титаном (титанирование). Жаростойкие покрытия позволяют сочетать высокую жаропрочность основного материала с высокой жаростойкостью поверхностного слоя.
Х и м и ч е с к и й способ получения металлических покрытий заключается в восстановлении соединений металла с помощью водорода, гидразина и других восстановителей (см. $ ЧИ.!). Неметаллические защитные покрытия могут быть как неорганическими, так и органическими. Защитное действие этих покрытий сводится в основном к изоляции металла 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.
Эмалированию подвергаются черные и цветные металлы, которые используют при производстве аппаратуры в фармацевтической, химической, пищевой отраслях промышленности, при производстве изделий домашнего обихода. Неорганические эмали по своему составу являются силикатами, т. е. соединениями кремния. Основными недостатками покрытий является хрупкость и растрескивание при тепловых и механических ударах. Эмалирование также применяется для защиты от газовой коррозии. Ряд покрытий, получаемых химической обработкой металла, включает защитные покрытия, образующие непосредственно на поверхности металла.
Образование на поверхности металлических изделий защитных оксидных пленок в технике называют оксидированием. Некоторые процессы имеют специальные названия. Так, например, процессы нанесения на сталь оксидных пленок иногда называют воронгиием, а электрохимическое оксидирование алюминия — анодированием.
Оксидные покрытия на стали можно получить при высокотемпературном окислении на воздухе или погружении в горячие концентрированные растворы щелочей, содержащих персульфаты, нитраты или хлораты металлов. В сухом воздухе оксидные пленки достаточно стойки; во влажной атмосфере, и особенно в воде, защитные свойства их крайне невысоки. Защитные свойства оксидных пленок повышают пропиткой их маслом.
Фосфатные покрытия на стали получают из растворов ортофосфорной кислоты и ортофосфатов марганца или цинка (например, ХпНРО4+ НЗРО4). При реакции образуется пористый кристаллический фосфат металла, хорошо сцепленный с поверхностью стали. Сами по себе фосфатные покрытия не обеспечи- 237 вают достаточной загциты от коррозии. Их используют в основном в качестве подложки под краску, что повышает сцепление лакокрасочного покрытия со сталью и уменьшает коррозию в местах царапин. Защитные свойства фосфатиой пленки, полученной на металле, значительно повышаются после покрытия ее (или пропитки) лаком, маслом, воском.
Лакокрасочные покрытия наиболее распространены и незаменимы. Лакокрасочное покрытие должно быть сплошным, беспористым, газо- и водонепроницаемым, химически стойким, эластичным, обладать высоким сцеплением с материалом, механической прочностью и твердостью. К некоторым покрытиям предьявляются специальные требования: повышенная стойкость при высоких температурах, стойкость против кислот, щелочей, бензина и т. п.
Лакокрасочные покрытия делятся на две большие группы: лаки и краски (эмали). Краски (эмали) представляют собой смесь нерастворимых частиц пигмента (красителя), взвешенных в однородном органическом связующем. Лаки обычно состоят из смеси смолы или высыхающего масла с летучим растворителем. В процессе сушки происходит полимеризация смолы или масла и испарение растворителя. Пигменты обычно состоят из оксидов металлов, например ХпО, Т(Оь Сг20з, ГезОз, или таких соединений, как ХпСгОь РЬЯНО,, ВаЯО, и т. п. Связующими могут быть растительные масла (льняное, древесное, ореховое, конопляное, подсолнечное, соевое и др.). Если требуется стойкость к кислотам, щелочам или к воздействию высоких температур и особенно для работы в условиях постоянного контакта с водой, в качестве связующих или их компонентов используют синтетические смолы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
