КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ И МЕТОДЫ БОРЬБЫ С НЕЙ

ГЛАВА 7.

 

Виды коррозии. Коррозия — разрушение металлов в результате их взаимодействия с внешней средой. Этот процесс сопровождается уменьшением энергии и поэтому протекает самопроизвольно.

Коррозия наносит огромный ущерб народному хозяйству: 10% выплавляемых металлов теряется на восстановление потерь от коррозии. Не меньший урон несет экономика в результате аварийных остановок оборудования из-за коррозионного разрушения конструкций, затрат на их восстановление. Поэтому борьба с коррозией — одна из актуальнейших проблем современности.

В зависимости от механизма процесса различают:

1. химическую и

2. электрохимическую коррозию.

Химическая коррозия происходит при взаимодействии металла с сухими газами и Жидкими неэлектролитами (нефть, бензин, спирт и др.). Как правило, на поверхности металла образуется продукт коррозии. Самый распространенный вид химической коррозии — газовая коррозия при повышенных температурах. С ростом температуры растут скорости химических реакций и диффузии атомов окислителя через слой продуктов коррозии. Это приводит к тому, что, например, углеродистые стали, титан, тантал, стойкие в обычных условиях, быстро корродируют при температуре выше 600 °С. Газовая коррозия при высоких температурах выводит из строя лопатки газовых турбин, сопла реактивных двигателей и др.

Электрохимическая коррозия происходит при контакте металлов с электропроводными жидкостями — электролитами. Этот вид коррозии присущ металлическим емкостям, трубопроводам, деталям машин и частям стационарных сооружений, подверженным действию кислот, щелочей, морской, речной, грунтовых вод, влажного воздуха и т. д.

В электролите положительно заряженные ионы металла переходят в раствор, в результате чего металл заряжается отрицательно (появляется избыток электронов), а электролит — положительно. На границе металл — электролит возникает разность потенциалов. Чтобы оценить коррозионную стойкость того или иного металла, его потенциал сравнивают с потенциалом водорода, условно принятым за нуль.

Металлы можно расположить в следующий ряд в порядке убывания их электрохимического потенциала: Аи, Ag, Си, Bi, Sb, Sn, Pb, Ni, Co, Fe, Cr, Zn, Mg, Al.

Если в контакте с электролитом находятся два соединенных проводником металла, то механизм коррозии аналогичен работе гальванической пары: металл с более отрицательным электродным потенциалом (анод) непрерывно растворяется, а с менее отрицательным (катод) не растворяется.

Из рассмотренной модели ясно, что электрохимическая коррозия возникает, если в контакте с электролитом находятся два различных по химической активности металла или сплава. Но различные фазы одного и того же сплава имеют различный химический состав и, следовательно, также служат электрохимической парой. Поэтому при коррозии гетерогенных сплавов возникает множество микрогальванических элементов, электродами которых являются соседние участки с различной структурой. При этом растворяются только более активные в химическом отношении фазы, играющие роль анодов микроэлементов.

По характеру разрушения различают:

Ÿ сплошную,

Ÿ местную,

Ÿ избирательную,

Ÿ межкристаллитную коррозию и

Ÿ коррозию под напряжением.

При сплошной коррозии металл разрушается по всей поверхности примерно с одинаковой скоростью.

Местная коррозия поражает отдельные, сравнительно большие, участки конструкции.

В случае избирательной коррозии разрушаются определенные структурные составляющие сплава.

При межкристаллитной коррозии растворяются границы зерен. Этот вид коррозии очень опасен из-за сложности его своевременного обнаружения и определения степени развития. Часто межкристаллитная коррозия приводит к внезапному катастрофическому разрушению конструкций.

Еще большую опасность представляет коррозия под напряжением, которая протекает в слабых коррозионных средах определенного состава при наличии в конструкции растягивающих напряжений.

Методы защиты от коррозии. Существуют различные методы защиты от коррозии. Рассмотрим кратко некоторые из них. Хорошей защитой служат прочные и плотные окисные пленки, возникающие на поверхности металлов в результате их легирования титаном, хромом, никелем и другими элементами. Эти пленки делают активный металл пассивным (явление пассивации). Рыхлые пленки не предохраняют металл от коррозии, как и плотные, но слабо связанные с поверхностью. Последние легко отслаиваются, обнажая поверхность. Используя явление пассивации, создают нержавеющие, кислотоупорные и другие сплавы.

Предохраняют от коррозии и металлические покрытия.

Различают:

1) Катодные покрытия (например, никелем, медью, свинцом углеродистой и низколегированной стали и др.), имеющие более высокую коррозионную стойкость, чем защищаемый металл. Они не должны иметь пор, повреждений.

2) Анодные покрытия (например, кадмий, цинк на углеродистой стали и др.), обладающие меньшей, чем защищаемый металл, коррозионной стойкостью. Растворяясь, такие покрытия защищают металл от разрушения.

Наносятся металлические покрытии:

Ÿ погружением в расплавленный металл (цинкование, лужение и др.),

Ÿ диффузионной металлизацией,

Ÿ напылением расплавленного металла на поверхность изделия,

Ÿ плакированием — нанесением защитного слоя наплавкой, сваркой взрывом и др.,

Ÿ гальванизацией — нанесением защитного слоя пропусканием тока через электролит, содержащий ионы осаждаемого металла (хромирование, никелирование и др.).

Для защиты от коррозии применяют и покрытие окисными пленками. Различают оксидирование (воронение, анодирование) и фосфатирование металлов.

Воронение обычно используют для черных металлов: изделия, погруженные в нагретый раствор NaOH и нитрида натрия, покрываются черной или коричневой пленкой Fe₃O₄. Для повышения коррозионной стойкости вороненные детали (ружейные стволы, пружины и др.) пропитывают маслом.

Анодирование — защита алюминия и его сплавов- оксидированием в растворах щавелевой, серной и других кислот. Окисные пленки имеют серебристый, латунный или бронзовый цвет.

Фосфатирование — защита стали от атмосферной коррозии путем создания на ее поверхности пленок нерастворимых фосфатов.

Применяется также протекторная защита — присоединение к защищаемому металлу другого металла, более склонного к коррозии. Так, на стальном корпусе судна укрепляют периодически заменяемую цинковую пластину, которая, разрушаясь, предохраняет судно от коррозии.

Около 60% всех изделий защищают от коррозии с помощью неметаллических покрытий. Самый дешевый и простой в исполнении способ — защитная окраска. Лакокрасочные покрытия применяются и для изделий, подвергнутых оксидированию, фосфатированию и другим способам защиты. Покрытие эпоксидными смолами, капроном и др. производится кистью, плакированием, распылением или окунанием.

Облицовка металла листовой резиновой смесью с последующей ее вулканизацией называется гуммированием. Эти покрытия имеют высокую стойкость к истиранию, газо- и водонепроницаемы и т. д.