Защита от химической и электрохимической коррозии
Больше всего металлы боятся коррозии. Она способна привести в негодность самые прочные конструкции. Огромные мосты, линии электропередач, километровые трубопроводы становятся беспомощными перед разрушающим процессом. Чтобы повреждения не допустить, металл защищают. Но важно понимать, что бывает несколько видов окисления. Электрохимическая коррозия, химическая или газовая – все они похожи по следствиям, но эффективными методами защиты от каждого вида будут свои индивидуальные мероприятия, зависящие от многих факторов.
Коррозия электрохимического плана наиболее часто поражает металлы. Это связано с тем, что они, как правило, неустойчивы термодинамически в среде, которая их окружает, а последняя чаще представляет обычный электролит, то есть проводник. Поэтому за счет металла коррозионная среда стремится к восстановлению путем переноса частиц через электрический ток.
Оглавление
Суть, причины и признаки химической коррозии
Для возникновения химической коррозии нужно не так уж много: металл и соответствующая коррозионная среда. Причины большой вероятности появления окисления – это неустойчивое термодинамическое состояние металла и стремление его перейти к более устойчивому состоянию. Словесной формулой это можно выразить следующим образом:
Исходный металл + среда окислительного характера = протеканию реакции = результату в виде ржавчины.
Основной признак химической коррозии – окислительная среда – не является электролитом как при электрохимической, то есть окислительно-восстановительные процессы имеют чисто химический подтекст. Химическая коррозия бывает двух видов:
- та, которая протекает в газовой среде, когда температура вокруг очень высока;
- второй вид химической коррозии связан с жидкостями.
Для идеальной защиты от коррозии необходимо проводить мероприятия комбинированной защиты, так как в реальности на металл воздействует одновременно и электрохимическое, и химическое окисление.
Отличия химической коррозии от электрохимической
Под процессом электрохимической коррозии понимают окислительно-восстановительную реакцию коррозионной среды за счет электронов металла, которые отнимаются у него под воздействием электрического потенциала, возникающего в электролите, коим является эта окислительная среда. Ионизация сопровождается разрушением той части, которая непосредственно контактирует со средой, а ржавчина, видимая невооруженным глазом, не что иное, как восстановленная коррозионная среда.
Если говорить о том, чем отличается коррозия химического плана от электрохимической, то здесь есть несколько принципиальных моментов:
- Сущностью электрохимической коррозии является процесс, протекающий в электролите, и это главное.
- В электрохимической обязательно присутствует электрический ток, чего нет при химическом окислении.
- Электрохимическая коррозия характеризуется не одномоментным переходом частиц от металла к окислительному компоненту, а определяется величиной потенциала. То есть, чем потенциал выше, тем больше скорость движения частиц и быстрее восстановительный процесс коррозионной среды. При химическом же процессе разрушение вещества сопровождается одновременным восстановлением коррозионной среды.
Выделяют следующие виды электрохимической коррозии:
- Межкристаллитная. Электрохимическое явление, когда у алюминия, никеля, иных элементов наблюдается разрушение зерна по его границе, и происходит это избирательно. В результате конструкция теряет свою прочность, ухудшаются свойства пластичности. Опасность в том, что этот электрохимический процесс визуально может быть незаметен.
- Питтинговая. Проявляется как поражение точечных участков на таких элементах, как медь, ее сплавы и другие. Размер отдельных участков, где проявляется коррозия, обычно не превышает 1.5 миллиметров. Электрохимический питтинг бывает поверхностного типа, а также открытый и закрытый.
- Щелевая. Опасный вид электрохимической коррозии, сопровождающийся быстрым усиленным разрушением областей, где есть микротрещины, зазоры либо щели. Коррозия может протекать при любом состоянии окружающей среды.
Протекторная защита от электрохимической коррозии
Как упоминалось выше, чем больше потенциал металла, тем быстрее происходит электрохимическая коррозия. Значит, снижая электрический потенциал, можно добиться наступления момента, когда процесс окисления станет невозможным. На этом принципе основана протекторная или, другими словами, электрохимическая защита металлических конструкций, газопроводов, корпусов морских судов. Берется такой металл, который ведет себя активнее, нежели основной защищаемый, и соединяется с последним токопроводящим проводником. Получается, что уже этот анод вступает в реакцию с коррозионной средой, а основной металл остается невредимым.
Анодную защиту нужно периодически возобновлять, ведь «жертвенный металл» в процессе эксплуатации также очень сильно разрушается, особенно если он не совсем правильно подобран для работы в конкретной среде.
Основные случаи, когда применение протекторной защиты будет оправдано:
- Недостаточно средств на проведение более дорогостоящих защитных мероприятий.
- Если защитой нужно обеспечить конструкции из металла небольших габаритов.
- Когда трубопроводы имеют дополнительную поверхностную изоляцию.
Такую защиту от электрохимической коррозии, как протекторная, применяют, в основном, к разным маркам стали. Здесь уместным будет использование протекторов на основе кадмия, алюминия, магния, хрома, цинка, но используется не чистый элемент, а сплавы.
Цинковые протекторы
Цинковые протекторы, кроме основы из цинка, содержат:
- до 0.15% кадмия при минимально возможном процентном соотношении в 0.025%;
- до 0.5% алюминия;
- примеси железа, свинца и меди, общей суммой не превышающие 0.005%.
Наиболее эффективное применение цинка выявлено в морской воде, где с помощью таких протекторов успешно работает защита, например, газовых или нефтяных магистралей. Плюс цинка еще в том, что он допустим к использованию со взрывоопасными веществами. Когда происходит растворение анода, не наблюдается выделения загрязняющих веществ, которые могут навредить экологии.
Применение цинковых протекторов в водоемах, где вода имеет пресный состав либо в грунте под землей сопровождается быстрым образованием на поверхности протектора таких соединений, как оксиды и гидроксиды, которые приводят к торможению электрохимического процесса окисления анода, и фактически прекращается защита основного металла от электрохимической коррозии.
Установка цинкового протектора на днище корабля:
Магниевые протекторы
В чистом виде магниевые протекторы нецелесообразно применять, что объясняется быстрым ржавлением этого металла. Поэтому коррозионные защитники на базе магния, кроме него, имеют:
- максимум 5%, минимум 2% цинка;
- максимум 7%, минимум 5% алюминия;
- небольшое содержание меди, никеля и свинца, не более десятых долей процента.
Протекторы из магния хороши, когда среда, в которой они применяются, имеет pH не выше 10.5, что соответствует грунтам обычного характера, водным объектам со слабосоленой акваторией либо попросту пресной воде. Для защиты подходят любые трубопроводы и металлоконструкции, находящиеся в описанных выше условиях. Применение магния в агрессивных соленых растворах сопровождается быстрым образованием плохо растворимой пленки на его поверхности.
В некоторых случаях магниевые протекторы влияют на металл таким образом, что последний становится более хрупким, и в теле конструкции могут образовываться трещины. Прежде чем применять магний для защиты от электрохимической коррозии конкретной марки стали, нужно провести дополнительные исследования, чтобы избежать негативных последствий.
Алюминиевые протекторы
Целевое назначение протекторов из алюминия – работать в качестве защиты от электрохимической коррозии в средах с водой проточной с соленым составом, например, в прибрежных морских водах. В составе сплава протектора из алюминия имеются:
- примеси индия, кадмия, кремния не более 0.02%;
- цинка – до 8%;
- магния – до 5%.
Благодаря этим дополнительным металлам нет возможности появления на протекторе жесткой, задерживающей растворение пленки. Допустимо применять алюминиевый протектор и в средах, подходящих для магниевого протектора.
Способы защиты металлов от химической коррозии
Так как химическая коррозия никоим образом не связана с потенциалом металла, и протекторы либо катоды ее не предотвратят, способы защиты от нее имеют свою специфику. Борьба с разрушением такого характера может проходить по трем основным направлениям:
- Метод конструкционного решения проблемы. Он связан с тем, чтобы использовать сплавы, которые имеют очень высокую устойчивость к коррозии, либо применять биметаллические композиции, где основной конструкционный металл покрыт тонким слоем устойчивого соединения (например, оцинковку).
- Метод улучшения среды, где будет эксплуатироваться изделие, путем изменения pH, нейтрализации агрессивных составляющих коррозионной среды.
- Метод пассивной защиты, наиболее известный тем, что доступ к поверхности конструкции в коррозионной среде блокируется пленкой из неактивного и не вступающего в реакцию материала. Это покрытие разного рода лакокрасочными компонентами для защиты от коррозии.
Если вы сталкивались с электрохимической коррозией, имеете профильное образование, ориентируетесь в вопросах защиты металла, получили практические навыки по организации протекторной защиты металлоконструкций либо применяли метод катодной защиты, поделитесь своими знаниями в комментариях.
