Защита металлов от коррозии.

Самым оптимальным решением проблемы защиты металлов от коррозии была бы полная замена металлов, подверженных коррозии, на коррозионно-устойчивые металлы, сплавы, полимерные материалы. Но они или дороги, или по своим физико-механическим свойствам не удовлетворяют всем требованиям промышленности. Поэтому, не смотря на широкое применение полимерных материалов, основными конструкционными материалами являются металлы. Методы защиты от коррозии основаны на следующих принципах:

Изоляция металла от воздействия внешней агрессивной среды.

Это осуществляется за счет следующих мероприятий:

- покрытия металла поверхностными пассивирующими пленками.

- создание защитных покрытий.

- нанесение покрытий из других металлов.

По способу защитного действия и электрохимическим свойствам покрытия металлами делятся на катодные и анодные.

Анодное покрытие – электронный потенциал металл анодного покрытия в данной среде меньше потенциала защищаемого металла. В качестве анодного покрытия для стали используют цинк, кадмий и др. При нарушении целостности покрытия разрушается само покрытие.

Анодные покрытия защищаю главным образом электрохимически, поэтому степень пористости анодного покрытия не играет существенного значения пример растворения цинкового покрытия на железе.

Катодное покрытие –электронный потенциал металлопокрытия _кп больше потенциала защищаемого металла _ме (_ме < _кп).

К катодным покрытиям относятся лужение, меднение, никелирование и др.

При катодном покрытии металл предохраняется до тех пор, пока не нарушена сплошность покрытия, а при её нарушении основной металл разрушается более интенсивно, чем без защиты, при этом создаётся благоприятные условия для язвенной коррозии. На практике чаще применяются катодные покрытия, т.к. во многих агрессивных средах они имеют значительно меньшую скорость собственной коррозии, чем анодные покрытия.

Катодная защита осуществляется с помощью внешнего источника постоянного тока; эта защита основана на использовании основных законов процесса электролиза: защищаемая деталь подключается к отрицательному полюсу источника тока, становится катодом, анодом служит или растворимый, или нерастворимый электрод. Применение растворимого анода (чугун, сталь и др.) приводит к окислению его. При использовании нерастворимого анода на нем протекает процесс окисления воды.

Для катодной защиты корпуса корабля применение растворимых анодов не эффективно, так как процесс их замены - громоздкая и дорогая операция. Поэтому в судостроении применяются нерастворимые аноды, имеющие титановое основание, платиновую фольгу, и экран из стеклопластика.

Снижение агрессивности среды за счет введения ингибиторов, т.е. веществ, замедляющих, тормозящих катодный и анодный процессы.

В качестве ингибиторов коррозии применяются неорганические вещества, тормозящее действие которых, как полагают, связано с окислением" поверхности металла (нитраты, хроматы) или с образованием пленки нерастворимого соединения металла с данным ионом и, возможно, кислородом (фосфаты, гидрофосфаты). Неорганические ингибиторы тормозят преимущественно анодную реакцию.

В качестве ингибиторов широко применяются также органические вещества, содержащие амино-, тио-, карбоксо-гругшы и некоторые другие. Защитное действие органических ингибиторов связано с их адсорбцией на поверхности металла: В результате адсорбции наблюдается торможение анодного и катодного процессов и снижение скорости коррозии.

-покрытие металлами + окраска;

-окраска + катодная защита;

-окраска + протекторная защита;

-окраска с введением в краситель ингибитора.

Суммарный эффект комбинированной защиты часто выше арифметической суммы эффектов отдельных способов.

 

Ход работы:

Опыт № 1. Коррозия при контакте двух различных металлов.

Положить в стаканчик кусочек цинка и налить 0,01 н раствора серной кислоты. Пойдет ли данная реакция? Дайте пояснения. Опустите в тот же стаканчик защищенную медную проволоку, в начале не касаясь цинка, а затем создавая контакт двух различных металлов. Что наблюдаете? Объясните происходящее явление. Напишите уравнение происходящих процессов.

 

 

Опыт № 2. Коррозия с образованием микрогальванопар.

Добавьте в стаканчик с 0,01н раствором серной кислоты и цинком от опыта №1 несколько капель медного купороса. Что наблюдаете? Почему скорость выделения водорода возросла?

Опишите происходящее соответствующими химическими реакциями.

 

 

Опыт № 3. Активирующее действие ионов.

В пробирку налейте 2мл сульфата меди (П), столько же серной кислоты (разбавленной). Разлейте содержимое, хорошо перемешав в 2 пробирки. Опустите по кусочку алюминия в каждую из них. Какие реакции возможны при контакте этих двух веществ? Напишите их. В одну из пробирок добавьте концентрированного раствора поваренной соли. Усилилось ли выделение водорода? Почему? Напишите уравнения происходящих процессов.

 

 

Опыт № 4. Коррозия в результате различного доступа кислорода.

На зачищенную, промытую и вытертую стальную пластинку поместите каплю реактива, состоящего из разбавленного раствора хлорида натрия, к которому добавлена красная кровяная соль и фенолфталеин. Наблюдайте появление синего осадка в центре капли и розового окрашивания по окружности. Объясните результат опыта. Напишите соответствующие химические реакции.

 

Опыт № 5. Электрохимическая защита (протекторная).

В стаканчик с разбавленной уксусной кислотой поместить кусочек гранулированного свинца. Добавить несколько капель иодида калия. Появление желто-золотистого окрашивания (PbJ₂) говорит о присутствии ионов Pb²⁺ в растворе. В другой стаканчик поместить гранулы Zn и Pb в контакте друг с другом. Осторожно, не нарушая контакта, налить в стаканчик раствор уксусной кислоты и добавить несколько капель иодида калия. Объясните отсутствие желто-золотистого окрашивания. Напишите уравнения происходящих процессов.

 

Опыт № 6. Анодное и катодное покрытия.

В пробирку налейте по 1 мл растворов хлорида натрия и красной кровяной соли. Содержимое разлейте на две части. Зачистите 2 стальных пера около расщелины и вставьте в одно из них кусочек олова, а в другое - кусочек цинка. Опустите перья в пробирки. В каком случае железо быстрее подвергается коррозии? Почему? Объясните написанием химических реакций.

 

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1.Составить схему коррозийного элемента и написать уравнения реакции, протекающих при наличии повреждений свинцовой оболочки стального кабеля подводной линии связи.

Стандартные электродные потенциалы железа и свинца
Fe2+ + 2e ---> Fe, E0=-0,44 В
Pb2+ + 2e ---> Pb, E0=-0,13 В
свинец (будет катодом (Ек > Еа) .

А: Fe -2e = Fe2+
К: 2H2O + O2 + 4e = 4 OH-

 

2. Для защиты контактов из серебра и других чувствительных к сероводороду материалов применяют гальванические покрытия из золота. Какие процессы будут протекать на серебряных контактах плат при нарушении сплошности покрытия из золота во влажной атмосфере?

Ag/Ag= 0.8В

Au/Au= 1.5В

В возникшем гальваническом элементе протекают реакции:

Анод: Ag°-1еAg

Катод: О₂+2Н₂О+4е4ОН

4Ag+ О₂+2Н₂О =4AgOH

3. Какие покрытия на металлах относятся к неметаллическим неорганическим?

АЗОТИРОВАНИЕ – насыщение поверхностного слоя металла азотом. Например, если железо при температуре 600^оС обработать аммиаком, то образуется плёнка нитрида железа Fe₄N.

ФОСФАТИРОВАНИЕ – обработка поверхности железа раствором кислых солей ортофосфорной кислоты: «Мажеф»+H₃PO₄. Состав «Мажеф»: Fe(H₂PO₄)₂*Mn(H₂PO₄)₂. Температура раствора - 90^оС. При этом образуется солевая плёнка, состоящая из ортофосфатов Fe₃(PO₄)*Mn₃(PO₄)₂, которая пропитывается жировой смазкой.

КОРБОНИЗАЦИЯ – насыщение поверхностей слоя углеродистых сталей атомами углерода. При этом образуется цементный слой, содержащий карбид железа Fe₃C.

БОРИРОВАНИЕ - насыщение поверхностей металла атомами бора с образованием боридов типа FeB.

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ОКСИДИРОВАНИЕ (АНОДИРОВАНИЕ) осуществляется путём анодной поляризации стали в щелочах, а алюминия и тантала в кислых растворах. При электрохимическом оксидировании изделие из металла в гальванической ванне является анодом. Анодные оксидные плёнки отличаются от химических оксидных плёнок большей механической прочностью и твёрдостью. Анодированием можно получать плёнки Al₂O₂ толщиной до 200 мкм.

 

4. Какие вещества называют ингибиторами коррозии?

Ингибиторами (отрицательными катализаторами) называют вещества, которые вызывают уменьшение или полное подавление процессов коррозии металлов.

В качестве ингибиторов коррозии применяются неорганические вещества, тормозящее действие которых, как полагают, связано с окислением" поверхности металла (нитраты, хроматы) или с образованием пленки нерастворимого соединения металла с данным ионом и, возможно, кислородом (фосфаты, гидрофосфаты). Неорганические ингибиторы тормозят преимущественно анодную реакцию.

В качестве ингибиторов широко применяются также органические вещества, содержащие амино-, тио-, карбоксо-группы и некоторые другие. Защитное действие органических ингибиторов связано с их адсорбцией на поверхности металла: В результате адсорбции наблюдается торможение анодного и катодного процессов и снижение скорости коррозии. Необходимо отметить, что наиболее эффективны комбинированные методы защиты. Такие методы сочетают в себе одновременное применение различных способов защиты:

-покрытие металлами + окраска;

-окраска + катодная защита;

-окраска + протекторная защита;

-окраска с введением в краситель ингибитора.

Суммарный эффект комбинированной защиты часто выше арифметической суммы эффектов отдельных способов.

 

 

5. Приведите примеры использования контактных и летучих ингибиторов атмосферной коррозии.

Контактные ингибиторы : наносятся на всю защищаемую поверхность

(K₂Cr₂O₇

Летучие ингибиторы: вносят в упакованное пространство или в замкнутый объём(НДА- нитрит дипиклогексиламиных аминов ,CHNHHNO, ИФХАИ – производная низкомолекулярных аминов). Эти ингибиторы могут применяться в виде растворов в органических растворителях, вводятся в масла и смазки.

 

6. Можно ли использовать смесь нитрата натрия со щёлочью для защиты внутренних поверхностей трубопроводных систем парогенераторов?

Нет. Так как Na(NO) атмосферный ингибитор и у него контакта с окружающей средой.