Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Целенаправленно используя сведения о механизмах и видах коррозии, можно выработать различные возможности защиты от коррозии. Сначала защищаемая деталь может поляризоваться в коррозионной окружающей среде таким образом, чтобы предупреждать протекание коррозии. Покрытия и наслоения на детали могут благодаря герметической изоляции поверхности от коррозионной среды препятствовать коррозии на граничных поверхностях.
Покрытия, являющиеся по отношению к основному материалу анодами, могут также благодаря катодной поляризации основы защищать основной материал. Наконец, благодаря правильному выбору материала и конструктивным мерам могут быть устранены важные причины образования коррозии различных видов.
Поляризация
Если в гальваническом элементе из Zn в ZnSO4 и Cu в CuSO4 электроды замкнуты металлическим проводником, то между ними будет протекать электрический ток. Соответственно прохождению тока уменьшается напряжение между электродами. При этом Cu-катод поляризуется в катодном направлении, т.е. к более отрицательным значениям потенциала, Zn-анод в анодном направлении, т.е. к более положительным значениям потенциала (рис. 14.1.25). Потенциалы электродов и их отличие сближаются, друг от друга будут определяться сопротивлением электролита Re. Устанавливаемому потенциалу коррозии UК соответствует максимальный ток Imax.
Потеря материала на Zn-аноде рассчитывается по закону Фарадея.
При поляризации Cu-катода под действием внешнего тока потенциал его достигает значения потенциала Zn, между обоими электродами уже не может протекать ток. Если катод под действием внешнего тока не поляризуется до потенциала анода, то сохраняется некоторый ток, например при поляризации до е остаточный коррозионный ток составляет ab (рис. 14.1.26).
Если предположить, что на основном материале из неблагородного металла имеется поверхностный слой из благородного металла, то возникает локальная коррозия по рис. 14.1.16, а. Если для этого локального коррозионного элемента применить катодную защиту, то это означает, что ток от внешнего источника постоянного тока будет протекать через анод, электролит и локальный элемент, поляризуя последним катоды. Коррозия тогда прекращается, если катодные области поляризованы внешним током до потенциала анода в открытом электрическом контуре (рис. 14.1.27).
На практике ток для поляризации регулируется так, что он поддерживает потенциал коррозии системы вблизи потенциала анода локального элемента. Избыточное компенсирование коррозионного тока может также привести к повреждениям.
Вместо внешнего источника тока для поляризации может использоваться также применяемый при катодной защите от скорости анод (из менее благородного материала, чем защищаемый), который вследствие своего анодного растворения обеспечивает поляризационный ток, необходимый для защиты. Такие аноды из Al, Mg или Zn, применяемые при катодной защите от коррозии, используются для защиты судовых корпусов, баков и трубопроводов. Проведение катодной защиты действием внешнего катодного тока и с помощью анодов показано на примере защиты бака или трубопровода (рис. 14.1.28).
Если рассматривать диаграмму Пурбэ, то можно понять, что при защите металлов следует учитывать также создание условий для образования пассивных слоев. При таких условиях протекание анодного тока связано с большими кинетическими затруднениями из-за пассивации анода локального коррозионного элемента. Из диаграммы Пурбэ четко видно, что благодаря как анодной, так и катодной поляризации, например в случае железа, металл из области коррозии может быть перемещен в область пассивности или иммунитета.
Покрытия и пленки
Необходимо различать пленки, которые препятствуют реакции на фазовой границе, герметично закрывая поверхность, и слои с катодной защитой в листах повреждений основного металла, являющиеся анодом по отношению к металлу.
Среди слоев, которые осуществляют антикоррозионную защиту путем полностью изолирующего покрытия, самыми важными являются органические покрытия. Хорошее сцепление таких покрытий часто обеспечивается соответствующей подготовкой основы, например фосфатированием. Для защиты чрезвычайно важно, чтобы слои были без пор и царапин. Именно в порах и при отделении пленок, как, например, при покрытии лаком и при снижении значения pH электролита, может происходить сильное локальное коррозионное воздействие.
Эмалирование является неорганическим — неметаллическим покрытием, которое действует в принципе таким же же образом, как и органические слои, которые полностью изолируют металлы от коррозионной среды. Среди металлических покрытий нужно различать слои с более и с менее благородным потенциалом, чем основной металл. Металлическое покрытие, имеющее более благородный потенциал, чем основной металл, может оказывать защитное действие лишь тогда, когда оно совершенно плотное. К таким покрытиям относятся, например, Cu, Ni и Sn на стали. При повреждении таких покрытий в случае со сталью она становится анодом и растворяется под слоем металлопокрытия, являющимся катодом (рис. 14.1.29).
Защитное действие и значение потенциала коррозии системы в значительной степени зависят от коррозионных условий. Так, например, электролитически луженая упаковочная жесть должна быть тщательно промаслена для того, чтобы препятствовать атмосферной коррозии стали под очень тонким и поэтому имеющим поры слоем олова.
Металлопокрытие с менее благородным потенциалом, чем основной материал, является анодом и защищает, расходуясь при повреждениях, расположенный под ним основной материал (см. рис. 14.1.29).
Для защиты стали в качестве эффективного антикоррозионного слоя применяется преимущественно цинк. При более высокой температуре он теряет свое защитное действие из-за смещения его потенциала в положительную сторону. В воде с наличием кислорода при температуре свыше 60 °C из пористого изолирующего гидроксида цинка на поверхности образуется полупроводниковое соединение — оксид цинка. Благодаря этому возникает кислородный электрод, потенциал которого выше потенциала железа. При повреждениях слоя находящийся под ним материал становится анодом и локально растворяется. Поэтому оцинкованная жесть не может применяться в воде с содержанием кислорода с температурой выше 60 °C.
Меры при конструировании
При конструировании различных устройств исходят из того, что благодаря правильному выбору конструкции исключаются возможные формы образования коррозионных элементов. Сюда относятся неподходящие соединения двух материалов в ведущем узле, трещины и усадочные раковины, а также области на детали, подвергнутые холодной деформации в весьма различающейся степени. Кроме того, нужно принимать во внимание форму конструкции или детали, чтобы не иметь препятствий нанесению слоев для защиты от коррозии.
Если в компоненте соединения нельзя избежать соединения драгоценных и недрагоценных металлов, то следует обратить внимание на то, что металлическая проводящая связь между компонентами должна быть исключена путем изоляции (рис. 14.1.30). Если в системе трубопровода используются различные материалы, то необходимо учесть, что в направлении потока благородный материал следует за неблагородным (см. рис. 14.1.30). Если стальная труба следует за алюминиевой, то отделение принесенного алюминия вызывает на поверхности стали защитный слой, причем алюминий становится анодом. Если в противоположном случае Fe-ионы отлагаются на Al, это ведет к четко выраженной локальной коррозии, так как под железом алюминий расходуется.
У сварных конструкций следует обратить внимание на то, чтобы между деталями не возникали щели. В принципе сваренные в стык детали считаются более надежными, чем конструкции с угловыми швами (рис. 14.1.31).
Непрерывные сварки в любом случае предпочитаются сваркам с перерывами (рис. 14.1.32). При V-образных швах выгодно установить на сторону коррозионной среды угловую часть, а не широкую опорную (рис. 14.1.33).
При высоких требованиях к коррозионной устойчивости в строительстве установок считается предпочтительным более дорогостоящее бесщелевое сваривание труб по сравнению с обычным соединением.
Если в конструкциях нельзя избежать усадочных раковин, то в любом случае на самых низких местах надо предусмотреть отверстия для безупречного дренажа. Само собой разумеется, при расположении профилей нужно принять во внимание, что в них не должна накапливаться жидкость (рис. 14.1.35).
