Методы защиты от коррозии.

Существуют 4 группы методов защиты от коррозии:

1) применение коррозионностойких сплавов;

2) защита поверхности металла покрытиями;

3) обработка коррозионной среды;

4) электрохимические методы.

Рассмотрим их по порядку.

1. Применение коррозионностойких сплавов.

Металлические конструкционные коррозионостойкие материалы разделяют на две основные группы.

Черные металлы (сплавы на основе железа) – это обычные углеродистые стали (содержащие до 1% С), высоколегированные стали (содержащие, Cr, Ni, Mo, V и другие металлы), чугуны (содержащие С до 2,5% и более).

Углеродистые стали.

Антикоррозионные свойства углеродистых сталей обыкновенного качества определяются содержанием углерода, а также способом ее механической обработки. Так, в отожженных сталях влияние углерода сказывается при содержании 0,3-0,4%. Коррозионную стойкость ухудшает в основном сера. Она вызывает межкристаллитную коррозию стали, образуя с железом и марганцем сульфиды. В целом данные стали не обладают большой коррозионной стойкостью.

Легированные стали.

В качестве специальных легирующих элементов, повышающих коррозионную стойкость сталей, используют металлы с более высоким, чем у железа, потенциалом или легко пассивирующиеся металлы, например, хром.

Коррозионная стойкость и величина потенциала сплава в результате легирования увеличивается скачкообразно по правилу Таммана. Концентрация более стойкого компонента, при которой скачкообразно повышается коррозионная стойкость сплава, пропорциональна n/8 атомной доли легирующего компонента, где n – целое число от 1 до 7. Такая концентрация получила название границы или порога химической устойчивости сплава.

С_комп = Х_А×n/8 (где n = 1-7; Х_А – атомная доля более стойкого компонента)

Один и тот же сплав может иметь несколько порогов устойчивости. Например, для хромистых сталей первый порог устойчивости, соответствует содержанию хрома 12,5% и обеспечивает стойкость их в холодной разбавленной азотной кислоте. Второй порог устойчивости соответствует содержанию 25% хрома и обеспечивает устойчивость сталей к кипящей азотной кислоте.

Все высоколегированные стали классифицируются по свойствам на три группы:

I группа – коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали, стойкие к атмосферной, почвенной, щелочной, кислотной, солевой и другим видам электрохимической коррозии.

II группа – жаростойкие стали, эксплуатируемые в ненагруженном или слабонагруженном состоянии; стойки в газовых средах при температуре выше 550 ⁰С.

III группа – жаропрочные стали, эксплуатируемые в нагруженном состоянии в течение длительного времени при высоких температурах.

Чугуны.

Как известно, чугуны подразделяются на два класса: белые (без графита) и серые (с графитом). По действующим стандартам различают три группы серых чугунов: обыкновенный литейный, модифицированный и высокопрочный чугун.

Чугун первой группы используется в химическом аппарато- и машиностроении. Из него отливают цилиндры и корпуса насосов, трубы и емкости.

Чугуны также легируют, как и стали. Легированные чугуны делятся на: никелевые (2-5% никеля), хромистые (26-36% хрома), алюминиевые, высококремнистые, кремнемолибденовые (антихлоры) и другие.

Сплавы цветных металлов: никель, медь, алюминий, титан, цинк, олово, свинец, серебро, тантал, золото и другие металлы.

Никель. По величине электродного потенциала (-0,25 В) никель занимает промежуточное положение между железом и медью. Он пассивируется легче, чем медь и обладает большей коррозионной стойкостью, а также превосходит медь по механическим свойствам. Применяют, главным образом, для покрытий. Все сплавы никеля характеризуются также жаропрочностью.

Алюминий. Легкий, малопрочный и пластичный материал с высокой электро и теплопроводностью. Имеет отрицательный потенциал (-1,668 В), но обладает высокой способностью к самопассивации в окислительных средах. При этом образуется очень прочная оксидная пленка Al₂O₃. Поэтому он стоек к действию концентрированных азотной и серной кислот. Бескислородные кислоты, а также щелочи разрушают алюминий. Добавление к алюминию кремния и меди повышают его коррозионную стойкость, особенно к действию азотной кислоты. Сплавы алюминия – дюралюминий, применяемый в самолетостроении. Сплавы алюминия применяют также для изготовления сварных деталей, трубопроводов, емкостей.

Медь. Сплавы меди намного устойчивее к агрессивным средам, чем сплавы на основе железа. Медь находится в ряду напряжений правее водорода и ее потенциал равен +0,34 В, поэтому медь не растворяется в разбавленных растворах кислот, окислителей по катиону водорода – серной, соляной и других галогеноводородных кислот, а также органических кислот, таких, как уксусная, щавелевая, лимонная и другие. В то же время способность меди к пассивированию выражена слабо, поэтому она неустойчива в кислотах, окислителях по аниону – азотной и концентрированной серной кислоте. При доступе кислорода (в условиях доступа влажного воздуха) коррозия меди сильно возрастает.

Более высокой антикоррозионной стойкостью, чем медь, обладают ее сплавы – бронза и сплавы с никелем. Самой высокой коррозионной стойкостью обладают кремнистые бронзы, а прочностью и упругостью – берилливые. Коррозионная стойкость латуней ниже, чем у меди, в первую очередь потому, что они подвержены избирательной коррозии, так называемому обесцинкованию.

Титан. Имеет отрицательный электродный потенциал (-1,21 В), но легко пассивируется, образуя пленку TiO₂, очень прочную, в результате чего потенциал титана возрастает до положительного значения. В отличие от ряда других металлов и сплавов титан в условиях механических напряжений не подвергается коррозионному растрескиванию. Титан и его сплавы применяют для изготовления аппаратов химических производств, химического машиностроения. Сварку титана рекомендуется проводить в защитной атмосфере (обычно используют аргон), поскольку титан легко насыщается газами (особенно водородом). У титана и его сплавов при повышении температуры резко снижаются механические свойства, поэтому их можно применять только при невысоких температурах – не выше 350-600 ⁰С. Для повышения жаропрочности в сплавы титана вводят молибден, ванадий или цирконий – сплавы ВТ-20, ВТ-22 и другие.

 

 

Лекция 19.