Коррозия металлов. Методы защиты

11

коррозионной стойкости металлов широко используются различные покрытия.

Предназначение защитного покрытия создание барьерного слоя,

препятствующего проникновению коррозионной среды к поверхности металла.

Материал покрытия прежде всего должен обладать высокой химической

устойчивостью, сла бой проницаемостью для воды, газов, агрессивных ионов

(Cl, SO42), хорошей адгезией к металлу, механической прочностью и др.

Покрытия делятся на две группы: металлические и неметаллические.

Неметаллические покрытия в свою очередь бывают неорганические

(оксидные, солевые, силикатные, асбоцементные и др.) и органические

(лакокрасочные, битумные, резиновые, полимерные). Металлические покрытия

бывают анодными и катодными. Анодное	металлическое покрытие имеет
место в случае нанесения на защищаемый металл другого металла с более
отрицательным электродным потенциалом,	например железо (0,44 В), покрытое

цинком (0,76 В). Катодное металлическое покрытие на защищаемый металл наносят другой металл с более положительным электродным потенциалом, например железо (0,44 В), покрытое медью (+0,345 В). Если нарушается целостность защитного металлического покрытия в процессе эксплуатации, начинают работать гальванопары. В случае анодного покрытия разрушается металл покрытия (анод), защищаемый металл (катод) остается без изменения. В случае катодного покрытия разрушается защищаемый металл

(анод, т.к. его электродный потенциал отрицательнее потенциала покрытия),

металл покрытия (катод) не изменяется.

Для повышения защитного эффекта часто используют системы из нескольких покрытий: фосфатное покрытие перед нанесением лакокрасочного,

цинковое покрытие с последующим фосфатированием и нанесением лака,

многослойные металлические покрытия, лакокрасочные покрытия с наполнителем из металлического порошка и др.

Скорость коррозии можно уменьшить также изменением свойств коррозионной среды, в результате которой уменьшается ее агрессивность,

или введением в коррозионную среду небольших добавок замедлителей коррозии ингибиторов. Обработка среды заключается в уменьшении

12

влажности и запыленности воздуха производственного помещения,

деаэрировании (уменьшении концентрации кислорода) жидких сред и т. д.

Ингибиторы коррозии в зависимости от условий их применения делят на летучие и жидкостные, которые в свою очередь бывают кислотные, щелочные и нейтральные (замедляющие скорость коррозии соответственно в кислых,

щелочных или нейтральных средах). Ингибиторы широко используются для защиты от разрушений внешних и внутренних поверхностей труб и аппаратов, в

циркуляционных охладительных системах, коммуникационных системах, в

различных емкостях для хранения жидких продуктов и др. Их большое преимущество состоит в том, что они пригодны при защите уже пораженных коррозией систем без замены материала или конструкции. Механизм действия ингибиторов обусловлен их адсорбцией на границе раздела «металл – коррозионная среда». Защитное действие ингибитора тем больше, чем больше размер ингибирующей молекулы. Кроме того, защитный эффект наступает при более низких концентрациях, если молекулы ингибитора полярны, чем в случае неполярных молекул. Здесь при растворении ингибитора образуются положительно заряженные ионы. При растворении металла его положительно заряженные ионы переходят в раствор, а на поверхности металла скапливается избыток отрицательных зарядов. Отрицательно заряженная поверхность металла притягивает положительные ионы ингибитора, которые, адсорбируясь,

блокируют дальнейшее его растворение. В настоящее время в качестве ингибиторов используются глицерин (СН2ОНСНОН СН2ОН), ацетальдегид

(СН3СОН), анилин (С6Н6NН2), уротропин и многие другие.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

1. Анодные и катодные металлические покрытия

Взять две пробирки с 3 %ным раствором хлорида натрия. В одну из про бирок опустить образец оцинкованного железа, в другую луженого железа, предварительно сделав на поверхности образцов глубокие царапины острым предметом. Добавить в каждую пробирку по несколько капель раствора

K3 [Fe(CN)6] (раствор красной кровяной соли – реактив на ионы двухвалентного железа). Через несколько минут наблюдать, в какой из пробирок раствор вблизи

13

царапины окрашивается в синий цвет образуется нерастворимый в воде осадок

так называемой т у р н б у л е в о й с и н и	Fe3 [Fe(CN)6 ]2 :
3Fe+2 + 2[Fe(CN)6 ]3 =	Fe3 [Fe(CN)6 ]2 ↓

Объяснить наблюдаемое. Составить схемы действия гальванопар. Железо какой пластинки быстрее подвергается коррозии?

2. Действие ингибиторов

Налить в три пробирки до 1/3 объема 1 н раствор соляной кислоты. В одну пробирку поместить кусочек цинка, в другую железные стружки, в третью кусочек алюминия. Если реакция протекает медленно (очень слабое газовыделение), нагрейте пробирку на спиртовке. Когда выделение водорода станет интенсивным, добавить в каждую пробирку несколько кристаллов уротропина. Что наблюдается? Во всех ли случаях уротропин является эффективным ингибитором? Объяснить наблюдаемое.

3. Фосфатирование стали (тонкослойное неорганическое покрытие)

3 %ный раствор для фосфатирования нагревают до 9598 °С. Педваритель но подготовленные стальные образцы 2 шт (зачищенные наждачной бумагой и обезжиренные) погружают в раствор на 3035 мин. Затем выгружают образцы, промывают водой и высушивают фильтровальной бумагой.

Раствор для фосфатирования представляет собой смесь фосфатов железа, марганца и фосфорного ангидрида. При растворении фосфатов в горячей воде

происходит их диссоциация (М металл):
М(Н2РО4)2 → М+2 + 2НРО4־	+ 2Н+
↓ ↑
2Н+ +	2РО־4

Погружение в этот раствор железных или чугунных изделий сопровождается окислением металла и образованием на его поверхности слоя двух или трехзамещенных нерастворимых фосфатов:

Fe+2	+	HPO4	2	→		FeHPO4 ↓
Mn+2	+	HPO42			→	MnHPO4 ↓
Fe+3	+	PO43		→	FePO4 ↓
Mn+3	+	PO43		→	MnPO4 ↓

Один образец с покрытием смазывают маслом и тщательно протирают. Затем проводят оценку защитных свойств полученного покрытия капельным методом, для этого используем 0,1 н раствор медного купороса. Кладем три стальные пластинки на ровную поверхность: непокрытый образец, фосфатированный образец, фосфатированный образец с последующим промасливанием. На каждый из них аккуратно нанести по одной капле указанного раствора, зафиксировать время до появления розовой окрасти под сферой капли. Объяснить результаты исследования. Оценить на качественном уровне защитные свойства полученных покрытий.

14

4. Протекторная защита

(Определение радиуса действия цинкового протектора в растворах NaCl)

Стальной стержень с протектором, предварительно зачистив наждачной

бумагой, промытый водой и	высушенный фильтровальной бумагой, поместить
в стеклянную ванну на подставки. В ванну вливаем необходимый объем (≈ 0,5
л) 0,1 %-го раствора хлорида натрия, в который добавлен 1 мл 10 %-го рас
твора красной кровяной соли	и оставляем на 10 мин. При помощи линейки
определяем расстояние от места контакта		протектора со сталью до первого
синего пятна на стальном	стержне.	Появление пятна указывает на

взаимодействие двухвалентного железа с красной кровяной солью с образованием турнбулевой сини. Вылить раствор из ванны, промыть стальной стержень и высушить его фильтровальной бумагой. Ванну и подставки тоже промыть водой.

Определить радиус действия протектора аналогично вышеприведенной методике в растворах хлорида натрия следующих концентраций: 0,5 %; 1,0 %; 2,0 %. Результаты оформить следующим образом:

№ п/п			Среда		Радиус действия протектора, см
1	Водопродовная вода
2	0,1	% раствор		NaCl
3	0,5	%	раствор	NaCl
4	2,0	%	раствор	NaCl

Сделать выводы из результатов эксперимента. Построить график зависимости «радиус действия протектора концентрация раствора».

ЗА Д А Ч И

1.Железное изделие покрыли кадмием. Какое это покрытие анодное или катодное?

Почему? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов при нарушении кадмиевого покрытия во влажном воздухе и в соляной кислоте.

2.Что такое фосфатирование?

3.В чем отличие электрохимических методов защиты от коррозии от защиты металлов с помощью покрытий?

4.Почему медь (как протектор) не защищает железо, а цинк предохраняет от коррозионного разрушения?

5.В чем сущность ингибиторного действия некоторых веществ?

6.В чем различие между катализаторами и ингибиторами?

7.В чем различие меду катодной и анодной электрохимическими методами защиты?

8.Катодная и протекторная защита одно и то же?

9.В чем принципиальная разница между анодным и катодным металлическими покрытиями?

15

10. Какова необходимость в применении различных методов защиты металлов от коррозии и разработке новых?