Корозія металів - проблема хімії

ЗМІСТ РОБОТИ

1. Введення.

   1. Поняття корозії.

2. Характеристики та сутність корозійних процесів.

   1. Класифікація корозійних середовищ.

   2. Швидкість корозії.

   3. Основи теорії корозії.

   4. Класифікація корозійних процесів:

• за типом руйнувань;

• за механізмом:

• хімічна корозія;

• електрохімічна корозія.

3. Методи захисту від корозії.

   1. Легування

   2. Захисні плівки

   3. Грунтовки і фосфатування

   4. Електрохімічний захист

   5. Силікатні покриття

   6. Цементні покриття

   7. Покриття металами

   8. Інгібітори

4. Застосування протикорозійних захисних покриттів

5. Висновок

6. Список використаної літератури

ВСТУП

Поняття корозії

Термін корозія походить від латинського слова corrodere, що означає роз'їдати, руйнувати.

Корозія - це мимовільний процес руйнування матеріалів і виробів з них під хімічним впливом навколишнього середовища.

Корозія металів - руйнування металів внаслідок фізико-хімічного впливу зовнішнього середовища, при якому метал переходить в окислене (іонне) стан і втрачає притаманні йому властивості.

У тих випадках, коли окислення металу необхідно для здійснення будь-якого технологічного процесу, термін "корозія" вживати не слід. Наприклад, не можна говорити про корозію розчинної анода в гальванічної ванні, оскільки анод повинен окислятся, посилаючи свої іони в розчин, щоб протікав потрібний процес. Не можна також говорити про корозію алюмінію при здійсненні алюмотерміческого процесу. Але фізико-хімічна сутність змін, що відбуваються з металом у всіх подібних випадках, однакова: метал окислюється.

Характеристики та сутність корозійних процесів

Класифікація корозійних середовищ

Середовище, в якому метал піддається корозії (коррозирует) називається корозійної або агресивним середовищем. За ступенем впливу на метали корозійні середовища доцільно розділити на:

• неагресивні;

• слабоагресивні;

• среднеагрессівние;

• сільноагрессівних.

Для визначення ступеня агресивності середовища при атмосферної корозії необхідно враховувати умови експлуатації металевих конструкцій будівель і споруд. Ступінь агресивності середовища стосовно до конструкцій усередині опалювальних і неопалювальних будинків, будівель без стін і постійно аеріруемих будинків визначається можливістю конденсації вологи, а також температурно-вологісним режимом і концентрацією газів і пилу всередині будівлі. Ступінь агресивності середовища стосовно до конструкцій на відкритому повітрі, не захищеним від безпосереднього влучення атмосферних опадів, визначається кліматичної зоною і концентрацією газів і пилу в повітрі. З урахуванням впливу метеорологічних факторів і агресивності газів розроблена класифікація ступеня агресивності середовищ стосовно будівельним металевим конструкціям. З урахуванням впливу метеорологічних факторів і агресивності газів розроблена класифікація ступеня агресивності середовищ стосовно будівельним металевим конструкціям, які представлені в таблиці:

Таким чином, захист металевих конструкцій від корозії визначається агресивністю умов їх експлуатації. Найбільш надійними захисними системами металевих конструкцій є алюмінієві і цинкові покриття.

Швидкість корозії

Швидкість корозії металів і металевих покриттів в атмосферних умовах визначається комплексним впливом ряду факторів: наявністю на поверхні фазових і адсорбційних плівок вологи, забрудненням повітря корозійно-агресивними речовинами, зміною температури повітря і металу, освітою продуктів корозії і так далі.

Оцінка і розрахунок швидкості корозії повинні грунтуватися на обліку тривалості і матеріальному корозійному ефекті дії на метал найбільш агресивних факторів.

Залежно від чинників, що впливають на швидкість корозії, доцільно наступний підрозділ умов експлуатації металів, піддаються атмосферної корозії:

1. Закриті приміщення з внутрішніми джерелами тепла і вологи (опалювані приміщення);

2. Закриті приміщення без внутрішніх джерел тепла і вологи (неопалювані приміщення);

3. Відкрита атмосфера.

Основи теорії корозії

Будь корозійний процес є багатостадійним.

1. Підведення корозійного середовища або окремих її компонентів до поверхні металу.

2. Взаємодія середовища з металом.

3. Повний або частковий відвід продуктів від поверхні металу (в об'єм рідини, якщо середовище рідка).

Більшість металів (крім золота, срібла, платини, міді) зустрічаються в природі в іонному стані: оксиди, сульфіди, карбонати і так далі і називаються зазвичай рудами. Іонне стан більш вигідно, воно характеризується меншою внутрішньою енергією. Це помітно при отриманні металів з ​​руд та їх корозії. Поглинена енергія при відновленні металу із з'єднань свідчить про те, що вільний метал має більш високою енергією, ніж металеве з'єднання. Це призводить до того, що метал, що знаходиться в контакті з корозійно-активним середовищем прагне перейти в енергетично вигідне стан з меншим запасом енергії. Першопричиною корозії металу є термодинамічна нестійкість металів у заданому середовищі.

Класифікація корозійних процесів

За типом руйнувань

За типом руйнувань корозія буває суцільною і місцевої.

При рівномірному розподілі корозійних руйнувань по всій поверхні металу корозію називають рівномірною або суцільний. Вона не являє собою небезпеки для конструкцій і апаратів, особливо в тих випадках, коли втрати металів не перевищують технічно обгрунтованих норм. Її наслідки можуть бути порівняно легко враховані.

Якщо ж значна частина поверхні металу вільна від корозії й остання зосереджена на окремих ділянках, то її називають місцевою. Вона набагато небезпечніше, хоча втрати металу можуть бути і невеликими. Її небезпека полягає в тому, що, знижуючи міцність окремих ділянок, вона різко зменшує надійність конструкцій, споруд, апаратів. Місцевій корозії сприяють морська вода, розчини солей, зокрема галогенідних: хлорид натрію, кальцію, магнію. Особливо великі неприємності пов'язані з хлоридом натрію, який розкидають в зимовий час на дорогах і тротуарах для видалення снігу та льоду. У присутності солей вони плавляться, і які утворюються розчини стікають в каналізаційні труби. Солі є активаторами корозії і приводять до прискореного руйнування металів, зокрема транспортних засобів та підземних комунікацій. Підраховано, що в США застосування для цієї мети солей призводить до втрат на суму 2 млрд. доларів на рік у зв'язку з корозією двигунів і 0,5 млрд. на додатковий ремонт доріг, підземних магістралей і мостів. Причина ж використання хлориду натрію полягає в його дешевизні. В даний час вихід лише один - вчасно прибирати сніг і вивозити його на звалища. Економічно він біліша ніж виправданий.

Виразкова (у вигляді плям різної величини), точкова, щелевая, контактна, межкристаллической корозія - найбільш часто зустрічаються в практиці типи місцевої корозії. Точкова - одна з найбільш небезпечних. Вона полягає в утворенні наскрізних поразок, тобто точкових порожнин - питтингов.

Корозійне розтріскування виникає при одночасному впливі на метал агресивного середовища і механічних напруг. У металі з'являються тріщини транскристаллитного характеру, які часто призводять до повного руйнування виробів.

За механізмом

По механізму корозійного процесу розрізняють два основних типи корозії: хімічну і електрохімічну. Строго відокремити один вид від іншого важко, а іноді й неможливо.

Під хімічної корозією увазі взаємодія металевої поверхні з навколишнім середовищем, не супроводжується виникненням електрохімічних (електродних) процесів на межі фаз. Вона заснована на реакції між металом і агресивним реагентом. Цей вид корозії протікає в основному рівномірно по всій поверхні металу. У зв'язку з цим хімічна корозія менш небезпечна, ніж електрохімічна.

Прикладом хімічної корозії служать іржавіння заліза і покриття патиною бронзи. У промисловому виробництві метали нерідко нагріваються до високих температур. У таких умовах хімічна корозія прискорюється. Багато хто знає, що на прокатці розпечених шматків металу утворюється окалина. Це типовий продукт хімічної корозії.

Встановлено, що корозії заліза сприяє наявність в ньому сірки. Античні предмети, виготовлені з заліза, стійкі до корозії саме завдяки низькому вмісту в цьому залозі сірки. Сірка в залозі зазвичай міститься у вигляді сульфідів FeS та інших. У процесі корозії сульфіди розкладаються з виділенням сірководню H ₂ S, який є каталізатором корозії заліза.

Механізм хімічної корозії зводиться до реактивної дифузії атомів або іонів металу крізь поступово товщає плівку продуктів корозії (наприклад, окалини) і зустрічної дифузії атомів або іонів кисню. За сучасними поглядами цей процес має іонно-електронний механізм, аналогічний процесам електропровідності в іонних кристалах.

Особливо різноманітні процеси хімічної корозії зустрічаються в різних виробництвах. В атмосфері водню, метану та інших вуглеводнів, оксиду вуглецю (II), сірководню, хлору, в середовищі кислот, а також в розплавах солей та інших речовин протікають специфічні реакції з залученням матеріалу апаратів і агрегатів, в яких здійснюється хімічний процес. Завдання фахівців при конструюванні реактора - підібрати метал або сплав, який був би найбільш стійкий до компонентів хімічного процесу.

Практично найбільш важливим видом хімічної корозії є взаємодія металу при високих температурах з киснем та іншими газоподібними активними середовищами (HS, SO, галогени, водяні пари, CO). Подібні процеси хімічної корозії металів при підвищених температурах носять також назва газової корозії. Багато відповідальні деталі інженерних конструкцій сильно руйнуються від газової корозії (лопатки газових турбін, сопла ракетних двигунів, елементи електронагрівників, колосники, арматура печей). Великі втрати від газової корозії (чад металу) несе металургійна промисловість. Стійкість проти газової корозії підвищується при введенні до складу сплаву різних добавок (хрому, алюмінію, кремнію). Добавки алюмінію, берилію і магнію до міді підвищують її опір газової корозії в окисних середовищах. Для захисту залізних і сталевих виробів від газової корозії поверхню виробу покривають алюмінієм (алитирование).

Під електрохімічної корозією увазі процес взаємодії металів з ​​електролітами у вигляді водних розчинів, рідше з неводними електролітами, наприклад, з деякими органічними електропровідними сполуками або безводними розплавами солей при підвищених температурах.

Розглянемо схему цього процесу. Складність його полягає в тому, що на одній і тій же поверхні відбуваються одночасно два процеси, протилежні за своїм хімічним змістом: окислення металу і відновлення окислювача. Обидва процеси мають відбуватися сопряженно, щоб зберігалося рівність числа електронів, що віддаються металом і приєднуються до окислювача в одиницю часу. Тільки в цьому випадку може наступити стаціонарне стан. За таким принципом протікають, наприклад, взаємодія металу з кислотами:

Zn + 2HCl Zn +2 Cl + H

Ця сумарна реакція складається з двох актів:

Zn Zn + 2e

2H + 2e H

Електрохімічна корозія часто пов'язана з наявністю в металі випадкових домішок або спеціально введених легуючих добавок.

Багато хіміки в свій час були спантеличені тим, що іноді реакція

Zn + H ₂ SO ₄ = ZnSO ₄ + H ₂

не протікає. Було з'ясовано, що в такій ситуації в розчин потрібно додати трохи сульфату міді (II) (мідного купоросу). У цьому випадку на поверхні цинку виділиться мідь

CaSO ₄ + Zn = ZnSO ₄ + Cu

і водень почне бурхливо виділятися. При поясненні цього явища в 1830 році швейцарським хіміком А. де-ля Рівом була створена перша електрохімічна теорія корозії.

У 1800 році, незабаром після відкриття італійцем Л. Гальвані електрохімічного явища, його співвітчизник А. Вольта сконструював джерело електричного струму - гальванічний елемент, що відкрило людству еру електрики. В одному з варіантів джерело складався з чергуються мідних і цинкових дисків, розділених пористим матеріалом і просочених розчином солі. Залежно від числа дисків виходить ток різної сили. При осадженні на поверхні цинку металевої міді виходить короткозамкнений елемент. У ньому цинк є анодом, а мідь - катодом. Оскільки мідь знаходиться у контакті з цинком і обидва ці металу оточені розчином електроліту, гальванічний елемент є "включеним". Цинк у вигляді іона Zn ^{2 +} переходить в розчин сірчаної кислоти, а що залишилися від кожного атома два електрони перетікають на більш електропозитивний метал - мідь:

Zn = Zn ^{2 +} + 2e ^-

До мідному аноду підходять іони водню, приймають електрони і перетворюються в атоми водню, а потім і в молекули водню:

H ⁺ + e (Cu) = H

2H = H ₂

Таким чином, потоки руху іонів розділені і при надлишку кислоти процес протікає до тих пір, поки не розчиниться весь цинк.

Отже, процеси електрохімічної корозії протікають за законами електрохімічної кінетики, коли загальна реакція взаємодії може бути розділена на наступні, в значній мірі самостійні, електродні процеси:

• анодний процес - перехід металу в розчин у вигляді іонів (у водних розчинах, зазвичай гідратованих) з залишенням еквівалентної кількості електронів в металі;

• до атодний процес - асиміляція що з'явилися в металі надлишкових електронів деполяризаторами.

Розрізняють корозію з водневої, кисневою або окисної деполяризацією. При наявності в розчині газоподібного кисню і неможливістю перебігу процесу корозії з водневою деполяризацією основну роль деполяризатора виконує кисень. Корозійні процеси, у яких катодна деполяризація здійснюється розчиненим в електроліті киснем, називають процесами корозії металів з ​​кисневою деполяризацією. Це найбільш поширений тип корозії металу у воді, в нейтральних і навіть в слабокислих сольових розчинах, у морській воді, в землі, в атмосфері повітря.

Загальна схема кисневою деполяризации зводиться до відновлення молекулярного кисню до іона гидроокисли:

O + 4e +2 HO 4OH

Корозія металу з кисневою деполяризацією в більшості практичних випадків відбувається в електролітах, що стикаються з атмосферою, парціальний тиск кисню в якій одно 0,21 атм.

Кожен процес з кисневою деполяризацією включає наступні послідовні стадії.

1. Розчинення кисню в електроліті.

2. Транспортування розчиненого кисню в розчині електроліту (за рахунок дифузії або перемішування).

3. Перенесення кисню в результаті руху електроліту.

4. Перенесення кисню в дифузійному шарі електроліту або в плівці продуктів корозії металу до катодних ділянках поверхні.

5. Іонізація кисню:

У реальних умовах корозії металу найбільш утрудненим стадіями процесу є:

1. Реакція іонізації кисню на катоді. Виникає при цьому поляризацію називають перенапруженням кисню. Кажуть, що процес йде з кінетичним контролем.

2. Дифузія кисню до катоду, або перенапруження дифузії. У цьому випадку, говорять, що процес йде з дифузійним контролем.

Можливі випадки, коли обидві стадії - іонізація кисню і дифузія кисню впливають на процес. Тоді говорять, про кінетично-дифузійному контролі.

Сутність першої електрохімічної теорії полягала в тому, що домішки в металах створюють мікрогальваніческіе елементи, в яких відбувається перетікання електронів від анодних ділянок до катодних. Оскільки катодний і анодний процеси розділені на поверхні, то розділені і протилежні потоки іонів, атомів і молекул. Розділені потоки не заважають один одному, і з цієї причини процес корозії протікає швидше, ніж у випадку мікрогальваніческіх елементів.

Звичайно, в даний час теорії електрохімічної корозії виглядають набагато досконалішими. Вони засновані на численних експериментальних фактах і виражені в математичній формі.

Розрізняють такі типи електрохімічної корозії, що мають найбільш важливе практичне значення.

1. Корозія в електролітах. До цього типу належать корозія в природних водах (морської авіації та прісної), а також різні види корозії в рідких середовищах. Залежно від характеру середовища розрізняють:

а) кислотну;

б) лужну;

в) сольову;

г) морську корозію.

За умовами впливу рідкого середовища на метал цей тип корозії також характеризується як:

• корозія при повному зануренні;

• при неповному зануренні;

• при змінному зануренні.

Кожен з цих підтипів має свої характерні особливості.

2. Грунтова (грунтова, підземна) корозія - вплив на метал грунту, що в корозійному відношенні повинен розглядатися як своєрідний електроліт. Характерною особливістю підземної електрохімічної корозії є велика різниця у швидкості доставки кисню (основний деполяризатор) до поверхні підземних конструкцій у різних грунтах (у десятки тисяч разів). Значну роль при корозії в грунті грає утворення і функціонування макрокоррозіонних пар внаслідок нерівномірної аерації окремих ділянок конструкції, а також наявність в землі блукаючих струмів. У ряді випадків на швидкість електрохімічної корозії в підземних умовах впливає також розвиток біологічних процесів у грунті.

3. Атмосферна корозія - корозія металів в умовах атмосфери, а також будь-якого вологого газу; спостерігається під конденсаційними видимими шарами вологи на поверхні металу (мокра атмосферна корозія) або під найтоншими невидимими адсорбційними шарами вологи (волога атмосферна корозія). Особливістю атмосферної корозії є сильна залежність її швидкості і механізму від товщини шару вологи на поверхні металу або ступеня зволоження утворилися продуктів корозії.

4. Корозія в умовах механічного впливу. Цьому типу руйнування піддаються численні інженерні споруди, що працюють як у рідких електролітах, так і в атмосферних і підземних умовах. Найбільш типовими видами подібного руйнування є:

• Корозійне розтріскування; при цьому характерно утворення тріщин, які можуть поширюватися не тільки межкрістально, але також і транскристально. Прикладом подібного руйнування є лужна крихкість котлів, сезонне розтріскування латуней, а також розтріскування деяких конструкційних високоміцних сплавів.

• Корозійна втома, викликана впливом корозійного середовища і знакозмінних або пульсуючих механічних напруг. Цей вид руйнування також характеризується утворенням між-і транскристаллитного тріщин. Руйнування металів від корозійної втоми зустрічаються при експлуатації різних інженерних конструкцій (валів гребних гвинтів, ресор автомобілів, канатів, штанг глибинних насосів, охолоджуваних валків прокатних станів та ін.)

• Корозійна кавітація, що є звичайно наслідком енергійного механічного впливу корозійного середовища на поверхню металу. Подібне корозійно-механічне вплив може приводити до дуже сильним місцевим руйнувань металевих конструкцій (наприклад, для гребних гвинтів морських судів). Механізм руйнування від корозійної кавітації близький до руйнування від поверхневої корозійної втоми.

• Корозійна ерозія, що викликається механічним истирающим впливом іншого твердого тіла при наявності корозійного середовища або безпосереднім истирающим дією самої корозійного середовища. Це явище іноді називають також корозійним стиранням або фреттинг-корозією.

МЕТОДИ ЗАХИСТУ ВІД КОРОЗІЇ

Проблема захисту металів від корозії виникла майже на самому початку їх використання. Люди намагалися захистити метали від атмосферного впливу за допомогою жиру, масел, а пізніше і покриттям іншими металами і, перш за все, легкоплавким оловом. У працях давньогрецького історика Геродота (V століття до нашої ери) вже є згадка про застосування олова для захисту заліза від корозії

Завданням хіміків було і залишається з'ясування суті явищ корозії, розробка заходів, що перешкоджають чи уповільнюють її перебіг. Корозія металів здійснюється відповідно до законів природи і тому її не можна повністю усунути, а можна лише сповільнити.

Залежно від характеру корозії і умов її протікання застосовуються різні методи захисту. Вибір того чи іншого способу визначається його ефективністю в даному конкретному випадку, а також економічною доцільністю.

Легування

Є спосіб зменшення корозії металів, який строго не можна віднести до захисту. Цим способом є отримання сплавів, яке називається легування. В даний час створена велика кількість нержавіючих сталей шляхом присадок до заліза нікелю, хрому, кобальту та ін Такі сталі, дійсно, не покриваються іржею, але їх поверхнева корозія має місце, хоча і з малою швидкістю. Виявилося, що при використанні легуючих добавок корозійна стійкість змінюється стрибкоподібно. Встановлено правило, назване правилом Таммана, згідно з яким різке підвищення стійкості до корозії заліза спостерігається при введенні легуючої добавки в кількості 1 / 8 атомної частки, тобто один атом легуючої добавки доводиться на вісім атомів заліза. Вважається, що при такому співвідношенні атомів відбувається їх упорядкований розташування в кристалічній решітці твердого розчину, що й ускладнює корозію.

Захисні плівки

Одним з найбільш розповсюджених способів захисту металів від корозії є нанесення на їх поверхню захисних плівок: лаку, фарби, емалі, інших металів. Лакофарбові покриття найбільш доступні для широкого кола людей. Лаки і фарби мають низьку газо-і паропроникність, водовідштовхувальними властивостями, тому вони перешкоджають доступу до поверхні металу води, кисню і які у атмосфері агресивних компонентів. Покриття поверхні металу лакофарбовим шаром не виключає корозію, а служить для неї лише перешкодою, а значить, лише гальмує процес корозії. Саме тому важливе значення має якість покриття - товщина шару, пористість, рівномірність, проникність, здатність набухати у воді, міцність зчеплення (адгезія). Якість покриття залежить від старанності підготовки поверхні і способу нанесення захисного шару. Окалина і іржа повинні бути видалені з поверхні покривається металу. В іншому випадку вони будуть перешкоджати хорошою адгезії покриття з поверхнею металу. Низька якість покриття нерідко пов'язано з підвищеною пористістю. Часто вона виникає в процесі формування захисного шару в результаті випаровування розчинника і видалення продуктів отверждения і деструкції (при старінні плівки). Тому зазвичай рекомендують наносити не один товстий шар, а кілька тонких шарів покриття. У багатьох випадках збільшення товщини покриття призводить до ослаблення адгезії захисного шару з металом. Великої шкоди завдають повітряні порожнини, бульки. Вони утворюються при низькій якості виконання операції нанесення покриття.

Для зниження змочуваності водою лакофарбові покриття іноді, в свою чергу, захищають восковими складами або кремнійорганічними сполуками. Лаки і фарби найбільш ефективні для захисту від атмосферної корозії. У більшості випадків вони непридатні для захисту підземних споруд і конструкцій, оскільки важко попередити механічні пошкодження захисних шарів при контакті з грунтом. Досвід показує, що термін служби лакофарбових покриттів в цих умовах невеликий. Набагато практичніше виявилося застосовувати товстошарові покриття з кам'яновугільної смоли (бітуму).

У деяких випадках пігменти фарб виконують також роль інгібіторів корозії (про інгібіторах буде сказано далі). До числа таких пігментів відносяться хромати стронцію, свинцю і цинку (SrCrO _4, PbCrO _4, ZnCrO _4).

Грунтовки і фосфатування

Часто під лакофарбовий шар наносять грунтовки. Пігменти, що входять до її складу, також повинні мати інгібіторної властивостями. Проходячи через шар грунтовки, вода розчиняє деяку кількість пігменту і стає менш коррозіонноактівной. Серед пігментів, рекомендованих для грунтів, найбільш ефективним визнаний свинцевий сурик Pb ₃ O _4.

Замість грунтовки іноді проводять фосфатування поверхні металу. Для цього на чисту поверхню пензлем або розпилювачем наносять розчини ортофосфатов заліза (III), марганцю (II) або цинку (II), що містять і саму ортофосфорну кислоту H ₃ PO _4. У заводських умовах фосфатування ведуть при 99-97 ⁰ С протягом 30-90 хвилин. У освіту фосфатного покриття вносять внесок метал, що розчиняється в фосфатується суміші, і що залишилися на його поверхні оксиди.

Для фосфатування поверхні сталевих виробів розроблено кілька різних препаратів. Більшість з них складаються з суміші фосфатів марганцю і заліза. Можливо, найбільш поширеним препаратом є "мажеф" - суміш дигідрофосфату марганцю Mn (H ₂ PO _{4) 2,} заліза Fe (H ₂ PO _{4) 2} та вільної фосфорної кислоти. Назва препарату складається з перших букв компонентів суміші. За зовнішнім виглядом мажеф - це мелкокристаллический порошок білого кольору із співвідношенням між марганцем і залізом від 10:1 до 15:1. Він складається з 46-52% P ₂ O _5; не менше 14% Mn; 0,3-3% Fe. При фосфатировании мажефом сталеве виріб поміщається в його розчин, нагрітий приблизно до ста градусів. У розчині відбувається розчинення з поверхні заліза з виділенням водню, а на поверхні утворюється щільний, міцний і малорозчинний у воді захисний шар фосфатів марганцю і заліза сіро-чорного кольору. При досягненні товщини шару певної величини подальше розчинення заліза припиняється. Плівка фосфатів захищає поверхню виробу від атмосферних опадів, але мало ефективна від розчинів солей і навіть слабких розчинів кислот. Таким чином, фосфатна плівка може служити лише грунтом для послідовного нанесення органічних захисних і декоративних покриттів - лаків, фарб, смол. Процес фосфатування триває 40-60 хвилин. Для його прискорення в розчин вводять 50-70 г / л нітрату цинку. У цьому випадку час скорочується в 10-12 разів.

Електрохімічний захист

У виробничих умовах використовують також електрохімічний спосіб - обробку виробів змінним струмом в розчині фосфату цинку при щільності струму 4 А / дм ² і напрузі 20 В і при температурі 60-70 ⁰ С. Фосфатні покриття являють собою сітку плотносцепленних з поверхнею фосфатів металів. Самі по собі фосфатні покриття не забезпечують надійного корозійного захисту. Переважно їх використовують як основу під забарвлення, що забезпечує хороше зчеплення фарби з металом. Крім того, фосфатний шар зменшує корозійні руйнування при утворенні подряпин або інших дефектів.

Силікатні покриття

Для захисту металів від корозії використовують склоподібні і порцелянові емалі, коефіцієнт теплового розширення яких повинен бути близький до такого для покриваються металів. Емалювання здійснюють нанесенням на поверхню виробів водної суспензії або сухим напудріваніем. Спочатку на очищену поверхню наносять шар грунтовки і обпалюють його в печі. Далі наносять шар покривної емалі і випал повторюють. Найбільш поширені склоподібні емалі - прозорі або загашенние. Їх компонентами є SiO ₂ (основна маса), B ₂ O _3, Na ₂ O, PbO. Крім того, вводять допоміжні матеріали: окислювачі органічних домішок, оксиди, що сприяють зчепленню емалі з емаліруемой поверхнею, глушники, барвники. Емалірующій матеріал отримують сплавом вихідних компонентів, подрібненням на порох і додаванням 6-10% глини. Емалеві покриття в основному наносять на сталь, а також на чавун, мідь, латунь і алюміній.

Емалі володіють високими захисними властивостями, які обумовлені їх непроникністю для води та повітря (газів) навіть при тривалому контакті. Їх важливою якістю є висока стійкість при підвищених температурах. До основних недоліків емалевих покриттів відносять чутливість до механічних і термічних ударів. При тривалій експлуатації на поверхні емалевих покриттів може з'явитися сітка тріщин, яка забезпечує доступ вологи та повітря до металу, внаслідок чого і починається корозія.

Цементні покриття

Для захисту чавунних і сталевих водяних труб від корозії використовують цементні покриття. Оскільки коефіцієнти теплового розширення портландцемента і стали близькі, то він досить широко застосовується для цих цілей. Недолік портландцементний покриттів той же, що і емалевих, - висока чутливість до механічних ударів.

Покриття металами

Широко розповсюдженим способом захисту металів від корозії є покриття їх шаром інших металів. Покривають метали самі корродирует з малою швидкістю, тому що покриваються щільною оксидною плівкою. Покриває шар наносять різними методами:

• гаряче покриття - короткочасне занурення у ванну з розплавленим металом;

• гальванічне покриття - електроосадження з водних розчинів електролітів;

• металізація - напилення;

• дифузійне покриття - обробка порошками при підвищеній температурі в спеціальному барабані;

• за допомогою газофазної реакції, наприклад:

3CrCl ₂ + 2Fe ^{1000 'C} 2FeCl ₃ + 3Cr (в розплаві з залізом).

Є й інші методи нанесення металевих покриттів. Наприклад, різновидом диффузионного способу є занурення виробів в розплав хлориду кальцію, в якому розчинені наносяться метали.

У виробництві широко використовується хімічне нанесення металевих покриттів на вироби. Процес хімічного металлірованія є каталітичним чи автокаталітіческій, а каталізатором є поверхню виробу. Використовуваний розчин містить з'єднання спричинених металу і відновник. Оскільки каталізатором є поверхню виробу, виділення металу і відбувається саме на ній, а не в об'ємі розчину. В даний час розроблені методи хімічного покриття металевих виробів нікелем, кобальтом, залізом, паладієм, платиною, міддю, золотом, сріблом, родієм, рутенієм і деякими сплавами на основі цих металів. Як відновники використовують гіпофосфіт і боргідрид натрію, формальдегід, гідразин. Природно, що хімічним никелированием можна наносити захисне покриття не на будь-який метал.

Металеві покриття ділять на дві групи:

• корозійностійкі;

• протекторні.

Наприклад, для покриття сплавів на основі заліза в першу групу входять нікель, срібло, мідь, свинець, хром. Вони більш електропозитивні по відношенню до заліза, тобто в електрохімічному ряді напруг металів стоять правіше заліза. У другу групу входять цинк, кадмій, алюміній. Вони більш електронегативні по відношенню до заліза.

У повсякденному житті людина найчастіше зустрічається з покриттями заліза цинком і оловом. Листове залізо, покрите цинком, називають оцинкованим залізом, а вкрите оловом - білої жерстю. Перше багато йде на покрівлі будинків, а друге - на виготовлення консервних банок. Вперше спосіб зберігання харчових продуктів в жерстяних банках запропонував кухар Н.Ф. Аппер у 1810 році. І те, і інше залізо отримують, головним чином, простяганням аркуша заліза через розплав відповідного металу.

Металеві покриття захищають залізо від корозії при збереженні суцільності. При порушенні ж покриває шару корозія вироби протікає навіть більш інтенсивно, ніж без покриття. Це пояснюється роботою гальванічного елемента железо-метал. Тріщини і подряпини заповнюються вологою, в результаті чого утворюються розчини, іонні процеси в яких полегшують перебіг електрохімічного процесу (корозії).

Інгібітори

Застосування інгібіторів - один з найефективніших способів боротьби з корозією металів у різних агресивних середовищах. Інгібітори - це речовини, здатні в малих кількостях уповільнювати перебіг хімічних процесів або зупиняти їх. Назва інгібітор походить від латинського inhibere, що означає стримувати, зупиняти. Ще за даними 1980 року, число відомих науці інгібіторів склало більше п'яти тисяч. Інгібітори дають народному господарству чималу економію.

Інгібуючий вплив на метали, насамперед на сталь, надає цілий ряд неорганічних і органічних речовин, які часто додаються в середу, що викликає корозію. Інгібітори мають властивість створювати на поверхні металу дуже тонку плівку, що захищає метал від корозії.

Інгібітори відповідно до Х. Фішером можна згрупувати наступним чином.

1) Екранувальні, тобто покривають поверхню металу тонкої плівкою. Плівка утворюється в результаті поверхневої адсорбції. При впливі фізичних інгібіторів хімічних реакцій не відбувається

2) Окислювачі (пасиватором) типу хроматів, що викликають утворення на поверхні металу щільно прилеглого захисного шару окислів, які уповільнюють перебіг анодного процесу. Ці шари не дуже стійкі і за певних умов можуть піддаватися відновленню. Ефективність пасиватором залежить від товщини утворюється захисного шару і його провідності;

3) Катодні - підвищують перенапруження катодного процесу. Вони сповільнюють корозію в розчинах неокисляющих кислот. До таких інгібіторів відносяться солі або оксиди миш'яку та вісмуту.

Ефективність дії інгібіторів залежить в основному від умов середовища, тому універсальних інгібіторів немає. Для їх вибору потрібне проведення досліджень і випробувань.

Найбільш часто застосовуються такі інгібітори: нітрит натрію, що додається, наприклад, до холодильним соляним розчинів, фосфати і силікати натрію, біхромат натрію, різні органічні аміни, сульфоокісь бензил, крохмаль, танін і т. п. Оскільки інгібітори згодом витрачаються, вони повинні додаватися в агресивне середовище періодично. Кількість інгібітора, який додається в агресивні середовища, невелика. Наприклад, нітриту натрію додають у воду в кількості 0,01-0,05%.

Інгібітори підбираються залежно від кислого або лужного характеру середовища. Наприклад, часто застосовується в якості інгібітора нітрит натрію може використовуватися в основному в лужному середовищі і перестає бути ефективним навіть в слабокислих середовищах.

Застосування протикорозійних

захисних покриттів

Для захисту устаткування і будівельних конструкцій від корозії у вітчизняній і зарубіжній протикорозійного техніці застосовується великий асортимент різних хімічно стійких матеріалів - листові і плівкові полімерні матеріали, біпластмасси, склопластики, вуглеграфітових, керамічні та інші неметалеві хімічно стійкі матеріали.

В даний час розширюється застосування полімерних матеріалів, завдяки їх цінним фізико-хімічними показниками, меншому питомій вазі і ін

Великий інтерес для застосування в протикорозійного техніці представляє новий хімічно стійкий матеріал - Шлакоситалл.

Значні запаси і дешевизна вихідної сировини - металургійних шлаків - зумовлюють економічну ефективність виробництва та застосування шлакоситалла.

Шлакоситалл за фізико-механічними показниками та хімічної стійкості не поступається основним кислототривким матеріалами (кераміці, кам'яній литтю), широко застосовуються у протикорозійного техніці.

Серед численних полімерних матеріалів, що застосовуються за кордоном в протикорозійного техніці, значне місце займають конструкційні пластмаси, а також склопластики, одержувані на основі різних синтетичних смол і скловолокнистих наповнювачів.

В даний час хімічна промисловість випускає значний асортимент матеріалів, що володіють високою стійкістю до дії різних агресивних середовищ. Особливе місце серед цих матеріалів займає поліетилен. Він інертний у багатьох кислотах, лугах і розчинниках, теплостоек до температури + 700 ⁰ С і так далі.

Іншими напрямами використання поліетилену в якості хімічно стійкого матеріалу є порошкоподібною напилювання і дублювання поліетилену стеклотканью. Широке застосування поліетиленових покриттів пояснюється тим, що вони, будучи одними з найдешевших, утворюють покриття з хорошими захисними властивостями. Покриття легко наносяться на поверхню різними способами, у тому числі пневматичним і електростатичним розпиленням.

Також в протикорозійного техніці особливої ​​уваги заслуговують монолітні підлоги на основі синтетичних смол. Висока механічна міцність, хімічна стійкість, декоративний вигляд - всі ці позитивні якості роблять монолітні підлоги надзвичайно перспективними.

Продукція лакофарбової промисловості застосовується у різних галузях промисловості і будівництва в якості хімічно стійких покриттів. Лакофарбове плівкове покриття, що складається з послідовно наносяться на поверхню шарів грунтовки, емалі і лаку, застосовують для протикорозійного захисту конструкцій будівель і споруд (ферм, ригелів, балок, колон, стінових панелей), а також зовнішніх і внутрішніх поверхонь ємнісного технологічного обладнання, трубопроводів, газоходів, повітроводів вентиляційних систем, які в процесі експлуатації не піддаються механічним впливам твердих частинок, що входять до складу середовища.

Останнім часом велика увага приділяється отриманню та застосування комбінованих покриттів, оскільки в ряді випадків використання традиційних методів захисту є неекономічним. Як комбінованих покриттів, як правило, використовується цинкове покриття з подальшим забарвленням. При цьому цинкове покриття грає роль грунтовки.

Перспективно застосування гум на основі бутилкаучуку, які відрізняються від гум на інших засадах підвищеної хімічної стійкістю в кислотах і лугах, включаючи концентровану азотну і сірчану кислоти. Висока хімічна стійкість гум на основі бутилкаучуку дозволяє більш широко застосовувати їх при захисті хімічної апаратури.

Дані способи знаходять широке застосування в промисловості в силу багатьох своїх переваг - зменшення втрат матеріалів, збільшення товщини покриття, що наноситься за один шар, зменшення витрати розчинників, поліпшення умов виробництва фарбувальних робіт і т.д.

ВИСНОВОК

Метали складають одну з основ цивілізації на планеті Земля. Їх широке впровадження у промислове будівництво і транспорт сталася межі XVIII-XIX. У цей час з'явився перший чавунний міст, спущено на воду перше судно, корпус якого був виготовлений із сталі, створені перші залізні дороги. Початок практичного використання людиною заліза відносять до IX століття до нашої ери. Саме в цей період людство перейшло з бронзового століття в століття залізний.

У XXI столітті високі темпи розвитку промисловості, інтенсифікація виробничих процесів, підвищення основних технологічних параметрів (температура, тиск, концентрація реагуючих засобів та ін) висувають високі вимоги до надійної експлуатації технологічного обладнання та будівельних конструкцій. Особливе місце в комплексі заходів щодо забезпечення безперебійної експлуатації устаткування відводиться надійного захисту його від корозії і застосування у зв'язку з цим високоякісних хімічно стійких матеріалів.

Необхідність здійснення заходів щодо захисту від корозії диктується тією обставиною, що втрати від корозії приносять надзвичайно великої шкоди. За наявними даними, близько 10% щорічного видобутку металу витрачається на покриття безповоротних втрат внаслідок корозії і подальшого розпилення. Основний збиток від корозії металу пов'язаний не тільки з втратою великих кількостей металу, але і з псуванням або виходом з ладу самих металевих конструкцій, т.к. внаслідок корозії вони втрачають необхідну міцність, пластичність, герметичність, тепло-і електропровідність, відбивну здатність та інші необхідні якості. До втрат, які терпить народне господарство від корозії, повинні бути віднесені також величезні витрати на всякого роду захисні антикорозійні заходи, збиток від погіршення якості продукції, що випускається, вихід з ладу устаткування, аварій у виробництві і так далі.

Захист від корозії є однією з найважливіших проблем, що має велике значення для народного господарства.

Корозія є фізико-хімічним процесом, захист же від корозії металів - проблема хімії в чистому вигляді.

Список використаних джерел

1. Коротка хімічна енциклопедія під редакцією І.А. Кнуянц и др. - М.: Радянська енциклопедія, 1961-1967, Т.2.

2. Радянський енциклопедичний словник. - М.: Радянська енциклопедія, 1983.

3. Андрєєв І. Н. Корозія металів та їх захист. - Казань: Татарське книжкове видавництво, 1979.

4. Войтович В.А., Мокеева Л. Н. Біологічна корозія. - М.: Знание, 1980, № 10.

5. Лук'янов П. М. Коротка історія хімічної промисловості. - М.: Видавництво АН СРСР, 1959.

6. Теддер Дж., бракує А., Джубба А. Промислова органічна хімія. - М.: Мир, 1977.

7. Уліг Г.Г., Реви Р. У. Корозія і боротьба з нею. - Л.: Хімія, 1989.

8. Никифоров В. М. Технологія металів і конструкційні матеріали. - М.: Вища школа, 1980.