Выбор конструкционного материала и способа защиты для изготовления и хранения раствора:

1.3. Методы защиты от коррозии в растворе

  В зависимости от характера коррозии и условий ее протекания применяются  различные методы защиты. Выбор того или иного способа определяется его эффективностью в данном конкретном случае, а также экономической целесообразностью.

  Материалами для изготовления защитного покрытия могут служить металлы и сплавы неорганические и органические соединения.

    Перед нанесением защитного покрытия необходимо тщательно подготовить поверхность защищаемого металла: очистить от загрязнений, обезжирить, протравить, а перед нанесением лакокрасочных покрытий – подвергнуть изделие оксидированию или фосфатированию, затем изделие промывают теплой или холодной водой и сушат.

       Металлические защитные покрытия  по полярности относительно защищаемого  металла делятся на катодные  и анодные. Катодные металлические  покрытия относительно металла  основы имеют в данной агрессивной  среде более положительный электродный потенциал. Анодные металлические покрытия – более отрицательный электродный потенциал.

       Катодные покрытия защищают металл  только механически, так как  при частичном разрушении покрытия  оголенные участки поверхности металла начинают разрушаться. Анодные покрытия защищают металл механически и электрохимически, так как даже при частичном разрушении покрытия оголенные участки поверхности, являясь катодами, не разрушаются.

  Для определения полярности металла  покрытия относительно металла основы измеряют их электродные потенциалы в данной агрессивной среде с помощью милливольтметра pН-340.

  Металлические защитные покрытия наносят различными способами:

       1. Погружение изделия в расплавленный  металл. Металлическое изделие погружают в расплавленный металл (Zn, Sn, Pb или А1) и после извлечения из расплава охлаждают. Недостатками этого метода являются: перерасход металла из-за образования более толстых, чем это необходимо для защиты от коррозии, слоев покрытия; неравномерность толщины покрытия и вредные условия труда.

       2. Напыление металла. Металлическую  проволоку расплавляют в металлизаторе  и потоком инертного газа наносят  на металлическое изделие. Недостатком  данного метода является пористость  получаемого покрытия. Для устранения пористости и увеличения его защитных свойств применяют пропитку пористого слоя напыленного металла маслом и смазками или окраску лакокрасочными материалами. Наиболее часто этим способом наносят алюминий.

       3. Плакирование – это горячая  прокатка двух или трех металлических листов, один из которых является защищаемым. Этим методом получают защитные слои из нержавеющих сталей. Разновидностью плакирования является другой метод нанесения металлов – наварка коррозионностойкой стали на углеродистые стали. Порошок нержавеющей стали, смешанный с флюсом, наносят на защищаемую поверхность и наваривают металл с помощью электродугового сварочного аппарата. Этот метод используют для защиты фланцев трубопроводов от щелевой коррозии.

       4. Гальванический способ. Нанесение металла (Сu, Zn, Pb, Sn, Ni, Cr и др.) или сплава (Cu-Zr, Cu-Sn, Cu-Pb, Sn-Ni, Fe-Ni-Cr и др) производят в электролитических ваннах (электролизерах). Покрываемое изделие подвешивается на катодной штанге или ином приспособлении для крепежа и погружается в электролизер. На катоде происходит процесс электролитического осаждения металла. Кроме того, одновременно возможен процесс восстановления водорода, поэтому часть электрического тока расходуется на эту побочную реакцию./5/

1.3.1. Легирование

  Имеется способ уменьшения коррозии металлов, который строго нельзя отнести к защите. Этим способом является получение сплавов, которое называется легирование. В настоящее время создано большое число нержавеющих сталей путем присадок к железу никеля, хрома, кобальта и др. Такие стали, действительно, не покрываются ржавчиной, но их поверхностная коррозия имеет место, хотя и с малой скоростью. Оказалось, что при использовании легирующих добавок коррозионная стойкость меняется скачкообразно. Установлено правило, названное правилом Таммана, согласно которому резкое повышение устойчивости к коррозии железа наблюдается при введении легирующей добавки в количестве 1/8 атомной доли, то есть один атом легирующей добавки приходится на восемь атомов железа. Считается, что при таком соотношении атомов происходит их упорядоченное расположение в кристаллической решетке твердого раствора, что и затрудняет коррозию.

  Сопротивление нержавеющей стали к коррозии напрямую зависит от содержания хрома: при его содержании 13 % и выше сплавы являются нержавеющими в обычных условиях и в слабоагрессивных средах, более 17 % — коррозионностойкими и в более агрессивных окислительных и других средах./1/

  В применяют сложнолегированные сплавы с высоким содержанием Ni и присадками Mo, Cu, Si.

1.3.2. Электрохимическая защита

  В производственных условиях используют также электрохимический способ – обработку изделий переменным током в растворе фосфата цинка  при плотности тока 4 А/дм² и напряжении 20 В и при температуре 60-70⁰ С. Фосфатные покрытия представляют собой сетку плотносцепленных с поверхностью фосфатов металлов. Сами по себе фосфатные покрытия не обеспечивают надежной коррозионной защиты. Преимущественно их используют как основу под окраску, обеспечивающую хорошее сцепление краски с металлом. Кроме того, фосфатный слой уменьшает коррозионные разрушения при образовании царапин или других дефектов./1/

1.3.3. Силикатные покрытия

  Для защиты металлов от коррозии используют стекловидные и фарфоровые эмали, коэффициент  теплового расширения которых должен быть близок к таковому для покрываемых металлов. Эмалирование осуществляют нанесением на поверхность изделий водной суспензии или сухим напудриванием. Вначале на очищенную поверхность наносят грунтовочный слой и обжигают его в печи. Далее наносят слой покровной эмали и обжиг повторяют. Наиболее распространены стекловидные эмали – прозрачные или загашенные. Их компонентами являются SiO₂ (основная масса), B₂O₃, Na₂O, PbO. Кроме того, вводят вспомогательные материалы: окислители органических примесей, оксиды, способствующие сцеплению эмали с эмалируемой поверхностью, глушители, красители. Эмалирующий материал получают сплавлением исходных компонентов, измельчением в порошок и добавлением 6-10% глины. Эмалевые покрытия в основном наносят на сталь, а также на чугун, медь, латунь и алюминий.

  Эмали обладают высокими защитными свойствами, которые обусловлены их непроницаемостью для воды и воздуха (газов) даже при  длительном контакте. Их важным качеством  является высокая стойкость при  повышенных температурах. К основным недостаткам эмалевых покрытий относят чувствительность к механическим и термическим ударам. При длительной эксплуатации на поверхности эмалевых покрытий может появиться сетка трещин, которая обеспечивает доступ влаги и воздуха к металлу, вследствие чего и начинается коррозия./1/

1.3.4. Цементные покрытия

  Для защиты чугунных и стальных водяных труб от коррозии используют цементные покрытия с добавлением в них жидкого стекла. Поскольку коэффициенты теплового расширения портландцемента и стали близки, то он довольно широко применяется для этих целей. Недостаток портландцементных покрытий тот же, что и эмалевых, – высокая чувствительность к механическим ударам./1/

1.3.5. Покрытие металлами

  Широко  распространенным способом защиты металлов от коррозии является покрытие их слоем других металлов. Покрывающие металлы сами корродируют с малой скоростью, так как покрываются плотной оксидной пленкой. Покрывающий слой наносят различными методами:

• горячее покрытие – кратковременное погружение в ванну с расплавленным металлом;
• гальваническое покрытие – электроосаждение из водных растворов электролитов;
• металлизация – напыление;
• диффузионное покрытие – обработка порошками при повышенной температуре в специальном барабане;
• с помощью газофазной реакции, например:

                       3CrCl₂ + 2Fe   ^{1000 ‘ C}   2FeCl₃ + 3Cr (в расплаве с железом). 

  Имеются и другие методы нанесения металлических  покрытий. Например, разновидностью диффузионного  способа является погружение изделий  в расплав хлорида кальция, в котором растворены наносимые металлы.

  В производстве широко используется химическое нанесение металлических покрытий на изделия. Процесс химического  металлирования является каталитическим или автокаталитическим, а катализатором  является поверхность изделия. Используемый раствор содержит соединение наносимого металла и восстановитель. Поскольку катализатором является поверхность изделия, выделение металла и происходит именно на ней, а не в объеме раствора. В настоящее время разработаны методы химического покрытия металлических изделий никелем, кобальтом, железом, палладием, платиной, медью, золотом, серебром, родием, рутением и некоторыми сплавами на основе этих металлов. В качестве восстановителей используют гипофосфит и боргидрид натрия, формальдегид, гидразин. Естественно, что химическим никелированием можно наносить защитное покрытие не на любой металл.

  Металлические покрытия делят на две группы:

• коррозионностойкие;
• протекторные.

  Например, для покрытия сплавов на основе железа в первую группу входят никель, серебро, медь, свинец, хром. Стоит отметить что для защиты металла в кислой среде используют металлы именно первой группы, т.к. металлы, относящиеся к группе протекторных относительно быстро растворяются. Вследствие чего не обеспечивают требуемой защиты.

  Металлические покрытия защищают железо от коррозии при сохранении сплошности. При нарушении  же покрывающего слоя коррозия изделия  протекает даже более интенсивно, чем без покрытия. Это объясняется  работой гальванического элемента железо–металл. Трещины и царапины заполняются влагой, в результате чего образуются растворы, ионные процессы в которых облегчают протекание электрохимического процесса (коррозии)./1/

1.3.6. Ингибиторы

  Применение  ингибиторов – один из самых эффективных  способов борьбы с коррозией металлов в различных агрессивных средах. Ингибиторы  – это вещества, способные в малых количествах замедлять протекание химических процессов или останавливать их. Название ингибитор происходит от латинского inhibere, что означает сдерживать, останавливать. Ещё по данным 1980 года, число известных науке ингибиторов составило более пяти тысяч. Ингибиторы дают народному хозяйству немалую экономию.

  Ингибирующее  воздействие на металлы, прежде всего  на сталь, оказывает  целый ряд  неорганических и органических веществ, которые часто добавляются в среду, вызывающую коррозию. Ингибиторы имеют свойство создавать на  поверхности металла очень тонкую пленку, защищающую металл от коррозии.

  Ингибиторы  в соответствии с Х. Фишером можно  сгруппировать следующим образом.

  1)    Экранирующие, то есть покрывающие поверхность металла тонкой пленкой. Пленка образуется в результате поверхностной адсорбции. При воздействии  физических ингибиторов химических реакций не происходит           

  2)  Окислители (пассиваторы) типа хроматов, вызывающие образование на поверхности металла плотно прилегающего защитного слоя окисей, которые замедляют  протекание анодного процесса. Эти слои не очень стойки и при определенных условиях   могут подвергаться восстановлению. Эффективность пассиваторов зависит от   толщины  образующегося защитного слоя и его проводимости;                

  3)  Катодные – повышающие перенапряжение катодного процесса. Они замедляют коррозию в растворах неокисляющих кислот. К таким ингибиторам   относятся соли или окислы мышьяка и висмута.                          

  Эффективность действия ингибиторов зависит в  основном от условий  среды, поэтому  универсальных ингибиторов нет. Для их выбора требуется проведение исследований и испытаний.