Теоретические основы электрохимической коррозии (стр. 5 из 5)
Методы защиты, связанные с изменением свойств корродирующего металла, осуществляются специальной обработкой его поверхности или при помощи легирования.
Обработка поверхности металла для уменьшения коррозии проводится следующими способами: покрытием металла поверхностными пассивирующими пленками из его труднорастворимых соединений (окислы, фосфаты, сульфаты, вольфраматы или их комбинации), созданием защитных слоев из смазок, битумов, красок, эмалей. и нанесением покрытий из других металлов, более стойких в данных конкретных условиях, чем защищаемый металл (лужение, цинкование, меднение, никелирование, хромирование, свинцевание, родирование).
Защитное действие большинства поверхностных пленок можно отнести за счет вызванной ими механической изоляции металла от окружающей среды.
Повышение устойчивости железных и стальных изделий при покрытии их поверхности осадками других металлов обусловлено механической изоляцией поверхности и изменением ее электрохимических свойств. При этом может наблюдаться 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).
Обработка поверхности металлов используется 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 методов является то, что при удалении (например, вследствие износа или повреждения) поверхностного слоя скорость коррозии резко возрастает и необходимо повторное нанесение защитного покрытия.
В этом отношении легирование является значительно более эффективным (хотя обычно более дорогим) методом повышения коррозионной стойкости металлов.
Примером повышения коррозионной стойкости металла легированием являются сплавы меди с золотом. Для надежной защиты меди необходимо добавлять к ней значительное количество золота. Атомы золота механически защищают атомы меди от их взаимодействия с окружающей средой. Несравненно меньшее 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.
Скорость коррозии можно снизить изменением свойства коррозионной среды. Это достигается 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, которые уменьшают 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 (кипячение, дистилляция, барботаж инертного газа) или связывают при помощи соответствующих реагентов (сульфиты, гидразин и т. п.). Уменьшение концентрации кислорода должно почти линейно снижать предельный ток его восстановления, а следовательно, и скорость коррозии металла. Агрессивность среды может уменьшаться также при ее подщелачивании, снижении общего содержания солей и замене агрессивных ионов на менее агрессивные. При противокоррозионной водоподготовке широко применяется очистка воды ионообменными смолами.
Ингибиторы коррозии в зависимости от условий их применения разделяются на жидкофазные и парофазные или летучие. Жидкофазные ингибиторы разделяются на ингибиторы коррозии в нейтральных, щелочных и кислых средах. В качестве ингибиторов для нейтральных растворов чаще всего применяются неорганические вещества анионного типа. Их тормозящее действие связано, по-видимому, с окислением поверхности металла (нитриты, хроматы) или с образованием пленки труднорастворимого соединения между металлом, данным анионом, и, возможно, кислородом (фосфаты, гидрофосфаты). Исключение представляют в этом отношении соли бензойной кислоты, ингибирующий эффект которых связан, главным образом, с адсорбционными явлениями. Все ингибиторы для нейтральных сред тормозят преимущественно анодную реакцию, смещая стационарный потенциал в положительную сторону.
В качестве ингибиторов кислотной коррозии применяются почти исключительно органические вещества, содержащие азот, серу или кислород в виде амино-, имино-, тиогрупп, а также в виде карбоксильных, карбонильных и некоторых других групп. Согласно наиболее распространенному мнению действие ингибиторов кислотной коррозии связано с их адсорбцией на границе раздела металл - кислота. В результате адсорбции ингибиторов наблюдается торможение катодного и анодного процессов, что снижает скорость коррозии. В связи с преобладающим адсорбционным эффектом органических ингибиторов кислотной коррозии особое значение для понимания механизма их действия и для рационального подхода к созданию новых ингибиторов приобретает величина заряда поверхности корродирующего металла, то есть величина его φ-потенциала. Применение φ-шкалы потенциалов позволяет использовать данные электрокапиллярных измерений на ртути в растворах, содержащих органические соединения, для оценки их эффективности в качестве ингибиторов при кислотной коррозии железа и других металлов. Значение φ-потенциала корродирующего металла позволяет не только предсказать, какие вещества могут быть ингибиторами, но и рассчитывать коэффициенты торможения. Экспериментальные значения коэффициентов торможения кислотной коррозии железа в присутствии различных количеств диэтиламина, сопоставленные с расчетной прямой, приведены на рисунке 7. Расчетная прямая вычерчена по уравнению 19.
lg ϒ = constS + constσ + βσ lg c, (19)
где constS— величина постоянная для любого члена гомологических рядов аминов и пиридинов, а cconstσи βσ найдены из электрокапиллярных измерений на ртути .
Рисунок 7 - Сопоставление опытных и расчетных (прямая линия) коэффициентов торможения кислотной коррозии железа при введении различных количеств диэтиланилина:
● — опытные данные; ○ — расчетные данные
Действие большинства ингибиторов кислотной коррозии может усилиться при одновременном введении добавок поверхностно - активных анионов: галогенидов, сульфидов и роданидов.
Парофазные ингибиторы применяются для защиты машин, аппаратов и других металлических изделий во время их эксплуатации в воздушной атмосфере, при транспортировке и хранении. Парофазные ингибиторы вводятся в контейнеры, в упаковочные материалы или помещаются в непосредственной близости от работающего агрегата. Благодаря достаточно высокой упругости паров летучие ингибиторы достигают границы раздела металл - воздух и растворяются в пленке влаги, покрывающей металл. Далее они адсорбируются из раствора на поверхности металла. Тормозящие эффекты в этом случае подобны тем, какие наблюдаются при применении жидкофазных ингибиторов. В качестве парофазных ингибиторов используются обычно амины с небольшим молекулярным весом, в которые вводятся соответствующие группы, например NO2или СО2. В связи с особенностями использования парофазных ингибиторов к ним предъявляются повышенные требования в отношении токсичности.
Для предохранения металлов от коррозии применяются комбинированные методы - методы, сочетающие в себе два или несколько различных способов защиты. Так, для увеличения сохранности подземных трубопроводов, кроме механических средств защиты (обмотка изоляционными материалами, покрытие битумными композициями), одновременно применяется катодная защита, предохраняющая металл от коррозии в местах нарушений сплошности покровного изоляционного слоя.
Точно так же при покраске металлических изделий в состав красителей, как одного из ингредиентов, вводят ингибиторы коррозии, что, кроме механической, обеспечивает также и электрохимическую защиту металлов.
Наложение катодной поляризации повышает тормозящий эффект ингибиторов в нейтральных и кислых средах. В первом случае увеличение эффективности защиты связано главным образом с подщелачиванием раствора вблизи поверхности металла, благодаря чему облегчается образование труднорастворимых соединений. В кислых средах повышение эффективности защиты является результатом увеличения адсорбируемости органических катионов при смещении потенциала металла в отрицательную сторону, то есть увеличении его отрицательного заряда. Некоторые органические вещества, не влияющие на процесс коррозии железа в нейтральных средах, становятся эффективными ингибиторами при наложении катодной поляризации.
Результативный эффект комбинированной защиты обычно выше суммарного эффекта соответствующих индивидуальных методов [1,4-6].
Заключение
Ежегодно от 5 до 20% выплавляемого количества черных металлов разрушается в результате коррозии. Однако как бы велики не были прямые потери от коррозии, они не могут дать правильного представления о фактических убытках, причиняемых этим процессом. Даже небольшое разрушение металла при коррозии какого-либо химического аппарата может вывести его из строя, вызвать нарушение технологического режима, остановку процесса, потерю времени, материалов. Эти потери значительно превосходят убытки, связанные со стоимостью разрушенного металла. Так, например, относительно невысокая стоимость разрушенного участка подземного свинцового кабеля не идет ни в какое сравнение с затратами на работы по обнаружению места повреждения, по удалению почвы и по его ремонту. Ущерб, причиняемый коррозией металлов, трудно переоценить. Естественно поэтому, что изучение коррозии и разработка методов защиты металлов от нее представляют несомненный теоретический интерес и имеют большое народнохозяйственное значение.
В ходе курсовой работы была дана общая характеристика и классификация процессов коррозии, выявлены условия возникновения коррозиционного процесса, изучины основы кинетической теории коррозии и ее приложение к коррозии идеально чистых металлов, коррозия технических металлов и методы защиты металлов от коррозии.
Список использованных источников
1. Антропов Л.И. Теоретическая электрохимия: Учебн. для высш. шк. – М.: Высшая школа, 1965. – 511с.
2. Киреев В.А. Курс физической химии: Учебн. для высш. шк. – М.: Химия, 1975. - 776 с.
3. Улиг Г.Г. Коррозия и борьба с ней: Учебн. пособие / Г.Г. Улиг, Р.У. Реви – Л.: Химия, 1989. – 344 с.
4. Войтович В.А. Биологическая коррозия: Учебн. пособие / В.А Войтович, Л.Н. Мокеева – М.: Знание, 1980. – 245 с.
5. Никифоров В.М. Технология металлов и конструкционные материалы: Учебн. для высш. шк. – М.: Высшая школа, 1980. – 450 с.
6. Андреев И.Н. Коррозия металлов и их защита: Учебн. пособие – Казань: Татарское книжноеиздательство, 1979. – 26 с.