Шкала коррозионной стойкости металлов по гост 5272-50

Группа стойкости	Скорость коррозии, мм/год	Балл стойкости
Совершенно стойкий	Менее 0,001	1
Весьма стойкий	От 0,001 до 0,01	2 или 3
Стойкий	От 0,01 до 0,1	4 или 5
Относительно стойкий	От 0,1 до 1	6 или 7
Малостойкий	От 1 до 10	8 или 9
Нестойкий	Свыше 10	10

В) электрохимический (токовый) показатель (i_a) отражает суммарную силу тока всех коррозионных пар и выражается в А/см².

Для определения скорости коррозии используют весовые, объёмные и физические методы.

Весовой метод основан на определении потерь металла, объёмный на измерении объёма поглощенного кислорода (кислородная поляризация) или выделении водорода (водородная деполяризация), физический – на измерении величины коррозионного тока (I_a) или плотности тока (i_a).

Последний метод является наиболее объективным показателем скорости коррозии, так как величина плотности тока по законам Фарадея связана с массой растворившегося на аноде вещества и временем:

∆m = k·I_a·t,

где k – электрохимический эквивалент;

k = (М_эк)/(n·F),

где М_эк – молярная масса эквивалентов, г, n – валентность, F – число Фарадея = 26,8 А·ч.

Пересчёт скорости коррозии от весового показателя в глубинный и токовый и обратно проводится по формулам (1) – (3):

К_в = (∆m·10^4)/S·t, г/м²·ч; (1)

П = (8,76·∆m·10^4)/ρ·S·t = (8.76/ρ)·К_в, мм/год; (2)

I_a = (∆m·n·F)/S·t·М_эк = (26,8·n·К_в)/(М_эк·10^4), А/см². (3)

Защита металлов от коррозии

С учётом характера металла, условий его эксплуатации и экономических показателей применяют самые разнообразные методы защиты от коррозии. Основные из них:

1) защитные поверхностные покрытия;

2) дезактивирующая обработка среды, снижающая её агрессивность;

3) антикоррозионное легирование металла;

4) электрохимические методы защиты (протекторная защита и электрозащита).

Рассмотрим эти способы.

Защитные поверхностные покрытия могут быть металлическими, неметаллическими и химическими. Назначение покрытий – изолировать металл от окружающей среды и тем самым предотвратить контакт с агрессивными компонентами среды.

В зависимости от роли покрытия в гальванопаре с защищаемым металлом они подразделяются на анодные и катодные.

Если потенциал покрытия более отрицателен, чем потенциал основного металла, то покрытие будет анодным (это покрытие более активным металлом).

Если потенциал основного металла меньше потенциала покрытия, то покрытие будет катодным (это покрытие менее активным металлом).

При нарушении герметичности анодного покрытия окисляется металл покрытия, тем самым защищая от коррозии основной металл (рис. 3, а). Катодное же покрытие выполняет защитную функцию только до тех пор, пока целостность покрытия не нарушена. Будучи нарушенным, катодное покрытие ускоряет коррозию основного металла (рис. 3, б).

Примером анодного покрытия может служить оцинкованное железо. При повреждении покрытие корродирует:

A(-) Zn | H₂O,O₂ | Fe (+) K, pH = 7

A(-): Zn-2e^- = Zn²⁺,

K(+): O₂ + 2H₂O + 4e^- = 4OH^-.

Примером катодного покрытия может служить луженое железо. Если герметичность нарушена, то разрушается основной материал – железо:

A(-) Fe | H₂O,O₂ | Sn (+) K, pH = 7

A(-): Fe-2e^- = Fe2+,

K(+): O₂ + 2H₂O + 4e^- = 4OH^-.

а б

Рис. 3. Схема коррозии оцинкованного (а) и луженого железа (б)

Неметаллические покрытия могут быть органические (лаки, краски, резина, битум, асфальт, полимерные плёнки, смазочные минеральные масла) и неорганические (стеклоэмали, металлокерамические покрытия).

Химические покрытия получают путём определенной химической обработки защищаемого металла. В результате такой обработки на металле возникают защитные плёнки, представляющие собой соединения данного металла. По своему химическому составу они подразделяются на оксидные, фосфатные, хроматные, сульфидные и др. Наиболее распространено оксидирование поверхности. Различают химическое и электрохимическое оксидирование. Химическое оксидирование проводят в присутствии окислителей NaNO₂, MnO₂, K₂CrO₄, K₂Cr₂O₇ и др. Толщина оксидной плёнки незначительна. Более эффективно электрохимическое оксидирование (анодирование). Суть способа: обрабатываемое изделие делают анодом электролизной ванны специального состава. Под воздействием внешнего электрического тока металл анодно окисляется. Продукты такого окисления образуют на поверхности металла сплошную и очень плотную оксидную плёнку, обладающую электроизоляционными свойствами.

Так анодирование алюминия в H₂SO₄ можно представить следующей схемой электролиза H₂SO₄ с растворимым анодом:

H₂SO₄

↓

K(-) ← 2H⁺ + SO₄^2- → (+) A (Al)

H₂O = H⁺ + OH^-

2H⁺ + 2e^- = H₂↑ Al – 3e= Al ³⁺

или 2H₂0 – 4e^- = O₂+4H⁺

Al+2H₂O – 3e^- = O=Al-OH + 3H⁺

Дезактивирующая обработка агрессивной среды заключается:

а) в деаэрации, цель которой – удаление из электролита растворённого кислорода;

б) нейтрализации, цель которой – установление оптимального pH среды;

в) применении ингибиторов – специальных веществ, присутствие которых даже в малых количествах замедляет коррозию. Широко используются органические ингибиторы (тиомочевина, уротропин). Это ингибиторы кислотной коррозии. Они адсорбируются на металле, но не адсорбируются соединениями. Химические соединения металла (оксиды) остаются незащищёнными и растворяются в кислоте, содержащей ингибитор.

Изменение состава сплава заключается в преднамеренном удалении из металла (сплава) примесей, ускоряющих коррозионный процесс, или во введении в сплав новых компонентов, сильно повышающих коррозионную стойкость (легирующие добавки).

Примеры легирующих добавок:

Cr – в железо, Mn – в магниевые сплавы, Cu – в никелевые сплавы, Ni – в сплавы железа.

Электрохимические методы защиты заключаются в поддержании такого энергетического состояния металла, при котором его окисление термодинамически невозможно или сильно заторможено.

Суть электрозащиты сводится к постоянной катодной поляризации изделия, осуществляемой от внешнего источника электрической энергии. Изделию, служащему катодом, сообщается настолько отрицательный потенциал, что окисление металла становится термодинамически невозможным.

В качестве анода используют металлолом, который анодно окисляется, предотвращая коррозию защищаемого изделия (рис. 4).

Электродные процессы:

Анод (+) Fe-2e^-=Fe²⁺

(лом).

Катод (-) 2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-

(сооружение).

Таким образом, в нейтральной среде идёт электролиз воды с растворимым анодом (металлолом).

Рис. 4. Схема электрозащиты

Протекторная защита заключается в катодной поляризации защищаемого изделия, вызванной его контактом с более активным металлом, служащим анодом в макрогальванопаре. Анод (протектор) в процессе работы гальванического элемента разрушается, предохраняя изделие от коррозии.

Например, для стального изделия протектором может служить искусственно присоединённый цинк .

A (-) Zn | H⁺ | Fe (+) K

Кислая среда

A (-) : Zn – 2e^- = Zn²⁺

K (+) : 2H⁺ + 2e^- = H₂↑

Так как в обоих случаях защита от коррозии достигается тем, что защищаемая конструкция оказывается катодом и подвергается катодной поляризации, то эти способы защиты называются также катодной или электронной защитой.