Электрохимические методы защиты металлов от коррозии
ние потенциала в катодную
сторону происходит тем медленнее, чем меньше [pic]. Чем ближе был потенциал
к величине [pic], тем медленнее он смещается в отрицательную сторону (в
направлении [pic]) при выключении тока. Например, для хрома в 0,1н.
растворе H2SO4 при 750 С, если выключение тока произошло при [pic]=0,35 в,
активация наступит через 2 ч; выключение тока при [pic]=0,6 в вызывает
активацию через 5 ч; выключение же при [pic]=1,05в увеличивает срок начала
активации более чем до 127 ч. Столь большое время, необходимое для
депассивации, позволяет делать значительные перерывы в подаче тока. Тогда
одной и той же установкой можно обслужить несколько объектов.
Зависимость времени запассивации от потенциала включения легко
объяснима при помощи концепции фазового окисла (образуется более толстый
слой окисла, растворение которого требует больше времени). Труднее
объяснить это явление десорбцией пассивирующего кислорода. Конечно, с
ростом положительного значения потенциала прочность связи в адсорбционном
слое должна увеличиваться. Но при включении тока разряд двойного слоя
происходит сравнительно быстро, хотя адсорбционный слой, возможно,
сохраняется долго.
3. Если область пассивного состояния ([pic]) мала, то необходимо
применение потенциостата, поддерживающего заданную величину потенциала
(относительно некоторого электрода сравнения) в узких границах.
Потенциостат должен быть способен давать большую силу тока.
В настоящее время уже имеется ряд установок для анодной защиты,
осуществленных в промышленном масштабе. Защищаются изделия и из обычной
углеродистой стали. При анодной защите не только увеличивается срок службы
аппаратуры, но также уменьшается загрязнение агрессивной среды продуктами
коррозии. Например, в олеуме углеродистая сталь корродирует очень медленно
и в этом смысле не нуждается в защите. Но в сосудах для хранения этого
продукта происходит загрязнение его железом. Так, без анодной защиты в
одной из промышленных установок содержание железа в олеуме составляло ?
0,12 %. После наложения защиты концентрация железа снизилась до ? 0,004 %,
что соответствует его содержанию в исходном продукте. Загрязнение продуктов
химической промышленности примесями соединений металлов, являющееся
следствием коррозии аппаратуры, во многих случаях весьма нежелательно и
даже недопустимо.
Однако, использование анодной защиты связано со значительными
трудностями. В то время как катодная защита может употребляться для защиты
многих металлов, погруженных в любую электропроводящую среду, например
твердую или жидкую, анодная защита применяется только для защиты целых
секций химических установок, которые изготовлены из металла, способного
пассивироваться в рабочей среде. Именно это и ограничивает ее применение.
Кроме того, анодная защита потенциально опасна, поскольку при перерывах
подачи тока без немедленного восстановления защиты на рассматриваемом
участке начнется очень быстрое растворение, так как разрыв в пленке
образует путь с низким сопротивлением в условиях анодной поляризации
металла.
Использование анодной защиты требует тщательного проектирования
химической установки. Последняя должна иметь такую систему контроля, чтобы
любая потеря защиты немедленно привлекала внимание оператора. Для этого
может быть достаточным только локальное повышение анодного тока, однако в
наихудшем случае может потребоваться немедленное опорожнение всей
установки.
Анодная защита не обеспечивает стойкости в присутствии агрессивных
ионов. Так, хлоридные ионы разрушают пассивную пленку, а потому их
концентрация должна поддерживаться низкой, за исключением защиты титана,
который может пассивироваться в хлористоводородной кислоте. В условиях
анодной защиты имеет место хорошая рассеивающая способность электролитов и
поэтому для поддержания ее установленной защиты требуется сравнительно
небольшое количество электродов. Однако при проектировании установок
анодной защиты следует учитывать, что в условиях, предшествующих
пассивации, рассеивающая способность хуже.
Анодная защита потребляет очень мало энергии и может применяться для
защиты обычных конструкционных металлов, способных пассивироваться,
например углеродистой и нержавеющей стали, во многих средах. Эта защита
легко подвергается контролю и измерениям и не требует дорогостоящей
обработки поверхности металла, так как использует самопроизвольный эффект
реакции между стенками емкостей и их содержимым. Способ изящен, и его
применение, по-видимому, будет расширяться, как только будут преодолены
сложности измерения и контроля.
Покрытия, как метод защиты металлов от коррозии.
Защита металлов, основанная на изменение их свойств, осуществляется
или специальной обработкой их поверхности, или легированием. Обработка
поверхности металла с целью уменьшения коррозии проводится одним из
следующих способов: покрытием металла поверхностными пассивирующими
пленками из его трудно растворимых соединений (окислы, фосфаты, сульфаты,
вольфраматы или их комбинации), созданием защитных слоев из смазок,
битумов, красок, эмалей и т.п. и нанесением покрытий из других металлов,
более стойких в данных конкретных условиях, чем защищаемый металл (лужение,
цинкование, меднение, никелирование, хромирование, свинцование, родирование
и т.д.).
Защитное действие большинства поверхностных пленок можно отнести за
счет вызванной ими механической изоляции металла от окружающей среды. По
теории локальных элементов, их эффект следует рассматривать как результат
увеличения электрического сопротивления (рис. 8).
[pic]
Рис. 7. Коррозионная диаграмма, показывающая, что уменьшение скорости
коррозии при нанесении поверхностных защитных слоёв может быть объяснено
как увеличением омического сопротивления (а), так и повышением частных
коррозионных реакций (б).
Повышение устойчивости железных и стальных изделий при покрытии их
поверхности осадками других металлов обусловлено и механической изоляцией
поверхности, и изменением ее электрохимических свойств. При этом может
наблюдаться или смещение обратимого потенциала анодной реакции в сторону
более положительных значений (покрытия медью, никелем, родием), или
увеличение поляризации катодной реакции – повышение водородного
перенапряжения (цинк, олово, свинец). Как следует из диаграмм (рис.8), все
эти изменения уменьшают скорость коррозии.
Обработку поверхности металлов применяют для предохранения машин,
оборудования, аппаратов и предметов домашнего обихода при временной защите
в условиях транспортировки, хранения и консервации (смазка, пассивирующие
пленки) и для более длительной защиты при их эксплуатации (лаки, краски,
эмали, металлические покрытия). Общим недостатком этих металлов является
то, что при удалении (например, вследствие износа или повреждения)
поверхностного слоя скорость коррозии на поврежденном месте резко
возрастает, а повторное нанесение защитного покрытия не всегда бывает
возможно.
В этом отношении легирование является значительно более эффективным
(хотя и более дорогим) методом повышения коррозионной стойкости металлов.
Примером повышения коррозийной стойкости металла легированием являются
сплавы меди с золотом. Для надежной защиты меди необходимо добавлять к ней
значительное количество золота (не менее 52,2 ат.%). Атомы золота
механически защищают атомы меди от их взаимодействия с окружающей средой.
Несравненно меньше количество легирующих компонентов требуется для
повышения устойчивости металла, если эти компоненты способны образовывать с
кислородом защитные пассивирующие пленки. Так, введение хрома в количестве
нескольких процентов резко увеличивает коррозионную стойкость сталей.
Теоретический и практический интерес представляет повышение коррозионной
стойкости легированием катодными добавками (Томашов). Для выяснения
принципов, на которых основан этот метод, можно, следуя Колотыркину,
рассмотреть потенциостатические кривые. В отсутствие внешнего поляризующего
тока металл находится при стационарном потенциале [pic](рис. 9), лежащим в
области его активного растворения (до легирования). Скорость коррозии
определяется при этом пересечением кривых [pic] и соответствует току [pic].
При введении в исходный металл небольшого количества палладия (или другого
металла с низким перенапряжением водорода) поляризационная кривая выделения
водорода будет отвечать прямой [pic], которая пересечет анодную кривую уже
в области пассивного состояния. В результате этого стационарный потенциал
сместится в положительную сторону до некоторого значения [pic], а скорость
коррозии снизится до величины [pic], отвечающей скорости растворения
металла в пассивном состоянии. Таким образом, снижение скорости коррозии
достигается за счет уменьшения торможений катодного процесса. Такой
механизм защиты возможен лишь в том случае, если обратимый потенциал
водородного электрода в данных условиях положительнее, чем Фладе –
потенциал, и если точка пересечения катодной и анодной поляризационных
кривых лежит в области пассивного состояния металла (рис.9).
[pic]
Рис. 8. Поляризационная диаграмма, показывающая возможность защиты
пассивирующегося металла от коррозии при увеличении скорости катодного
процесса.
Ингибиторы.
Скорость коррозии можно снизить также изменением свойств коррозионной
среды. Это достигается или соответствующей обработкой среды, в результате
которой уменьшается ее агрессивность, или введением в коррозионную среду
небольших добавок специальных веществ, так называемых замедлителей или
ингибиторов коррозии.
Обработка среды включает в себя все способы, уменьшающие концентрацию
ее компонентов, особенно опасных в коррозионном отношении. Так, например, в
нейтральных солевых средах и пресной воде одним из самых агрессивных
компонентов является кислород. Его удаляют деаэрацией (
| |  скачать работу |
Электрохимические методы защиты металлов от коррозии |
