Легирование для повышения коррозионной стойкости металлов

Основным  критерием катодной защиты является защитный потенциал —потенциал, при котором скорость растворения металла принимает предельно низкое значение, допустимое для данных условий эксплуатации.

При организации  катодной защиты отрицательный полюс  внешнего источника тока присоединяют к защищаемой металлической конструкции, а положительный полюс — к вспомогательному электроду, работающему как анод. В процессе защиты анод разрушается и его необходимо периодически заменять.

Источниками внешнего тока при катодной защите служат станции катодной защиты, обязательными  элементами которых являются: преобразователь (выпрямитель), вырабатывающий ток; токоподвод к защищаемой конструкции, электрод сравнения, анодные заземлители, анодный кабель.

Станции катодной защиты бывают регулируемые и нерегулируемые.

Для защиты водных объектов аноды устанавливают  на дне рек и морей. При защите заводской аппаратуры аноды погружают  в технологические среды.

Использование катодной защиты сопряжено с опасностью так называемой перезащиты. В этом случае вследствие слишком сильного смещения потенциала защищаемой конструкции в отрицательную сторону может резко возрасти скорость выделения водорода. Результатом этого является водородное охрупчивание или коррозионное растрескивание материалов и разрушение защитных покрытий.

 

2. Протекторная защита

 

Протекторная защита является разновидностью катодной защиты. К защищаемой конструкции присоединяют более электроотрицательный металл — протектор — который, растворяясь в окружающей среде, защищает от разрушения основную конструкцию. После полного растворения протектора или потери контакта с защищаемой конструкцией, протектор необходимо заменить.

Протектор работает эффективно, если переходное сопротивление между ним и  окружающей средой невелико. Действие протектора ограничивается определенным расстоянием.

Протекторную  защиту применяют в тех случаях, когда получение энергии извне для организации катодной защиты связано с трудностями, а сооружение специальных электролиний экономически невыгодно.

Протекторную  защиту применяют для борьбы с  коррозией металлических конструкций в морской и речной воде, грунте и других нейтральных средах. Использование протекторов в кислых растворах нецелесообразно вследствие высокой скорости саморастворения.

В качестве протекторов можно применять  металлы: Al, Fe, Mg, Zn. Однако использовать чистые металл в качестве протекторов не всегда целесообразно. Для придания протекторам требуемых эксплуатационных свойств в их состав вводят легирующие элементы.

 

4.3 Анодная защита

 

Анодную защиту применяют при эксплуатации оборудования в хорошо электропроводных средах и изготовленного из легко пассивирующихся материалов — углеродистых, низколегированных нержавеющих сталей, титана, высоколегированных сплавов на основе железа. Анодная защита перспективна в случае оборудования, изготовленного из разнородных пассивирующихся материалов.

При анодной  защите потенциал активно растворяющегося  металла смещают в положительную сторону до достижения устойчивого пассивного состояния. В результате происходит не только существенное (в тысячи раз) снижение скорости коррозии металла, но и предотвращается попадание продуктов его растворения в производимый продукт. Смещение потенциала в положительную сторону можно осуществлять от внешнего источника тока, введением окислителей в раствор или введением в сплав элементов, способствующих повышению эффективности протекающего на поверхности металла катодного процесса.

Анодная защита пассивирующими ингибиторами - окислителями основана на том, что в процессе их восстановления возникает ток, достаточный для перевода металла в пассивное состояние. В качестве ингибиторов могут быть использованы соли Fe³⁺, нитраты, бихроматы и др. Применение ингибиторов позволяет защищать металл в труднодоступных местах — щелях, зазорах. Недостатком этого способа защиты является загрязнение технологической среды.

При анодной  защите методом катодного легирования  в сплав вводят добавки (чаще благородный металл), на котором катодные реакции восстановления деполяризаторов осуществляются с меньшим перенапряжением, чем на основном металле.

Анодная защита от внешнего источника основана на пропускании тока через защищаемый объект и на смещении потенциала коррозии в сторону более положительных  значений.

Установка для анодной защиты состоит из объекта защиты, катода, электрода сравнения и источника электрического тока.

Основным  условием возможности применения анодной  защиты является наличие протяженной области устойчивой пассивности металла при плотности тока растворения металла не более (1,5 - 6)·10 ^-1 А/м².

Основным  критерием, характеризующим состояние  поверхности металла, является электродный  потенциал. Обычно возможность применения анодной защиты для конкретного  металла или сплава определяют методом снятия анодных поляризационных кривых.

Эффективность защиты определяют как отношение  скорости коррозии без защиты к скорости коррозии под защитой.

Существенным  ограничением применения анодной защиты является вероятность возникновения локальных видов коррозии в области пассивного состояния металла.

В качестве катодов используют малорастворимые  материалы, например, Pt, Та, Pb, Ni, платинированную латунь, высоколегированные нержавеющие стали и др. Схема расположения катодов проектируется индивидуально для каждого конкретного случая защиты.

 

4. Кислородная защита

 

Кислородная защита является разновидностью электрохимической защиты, при которой смещение потенциала защищаемой металлоконструкции в положительную сторону осуществляется путем насыщения коррозионной среды кислородом. В результате этого скорость катодного процесса настолько возрастает, что становится возможным перевод стали из активного в пассивное состояние. Поскольку величина критического тока пассивации сплавов Fe - Cr, к которым относятся и стали, существенно зависит от содержания в них хрома, ее эффективность возрастает с увеличением концентрации хрома в сплаве. Кислородная защита применяется при коррозии теплоэнергетического оборудования, эксплуатирующегося в воде при высоких параметрах (высокая температура и давление). Увеличение концентрации растворенного в воде кислорода приводит к первоначальному росту скорости коррозии, последующему ее снижению и дальнейшей стационарности. Низкие стационарные скорости растворения стали       (в 10 - 30 раз ниже имеющих место без защиты) достигаются при содержании кислорода в воде ~ 1,8 г/л. Кислородная защита металлов нашла применение в атомной энергетике.

 

 

5 Обработка  коррозионной среды как метод противокоррозионной          защиты

 

Состав коррозионной среды — один из основных факторов, определяющих характер и скорость коррозии металла. Поэтому уменьшение агрессивности коррозионной среды путем соответствующей ее обработки является одним из эффективных методов защиты металла от коррозии. Обработка газовой среды при химической коррозия сводится к изменению ее состава и созданию атмосферы, исключающей возможность химического взаимодействия металла и компонентов газовой среды. Такую атмосферу называют защитной. Для стальных деталей защитной является атмосфера, которая не вызывает окисления, обезуглероживания, науглероживания и наводороживания. Состав защитной атмосферы рассчитывают использованием констант равновесия соответствующего химического взаимодействия в системе металл - газ.

В настоящее  время в промышленности используют защитные атмосферы четырех типов:

1. водород - водяной пар - азот;
2. водород - водяной пар - оксид углерода (II) - азот;

3)оксид углерода (II) - оксид углерода (IV) - водород -  
         водяной пар - азот; 

4)азот - оксид углерода (II) - водород.  
         Для некоторых сплавов (титановых, на никелевой основе) нагрев производят в вакууме либо в инертных газах. Иногда используют атмосферы, способствующие образованию защитных пленок.

В промышленных условиях эксплуатации в ряде случаев  уменьшение потерь от коррозии может быть достигнуто при помощи изменения состава агрессивной среды. Значительное изменение состава коррозионной среды может быть достигнуто одним из перечисленных способов:

• удалением кислорода при помощи деаэрации раствора, насыщения его азотом или добавления в него поглотителей кислорода;
• удалением кислот путем нейтрализации раствора гашеной известью или едким натром;
• удалением солей из воды, идущей на питание паровых котлов, путем обработки ее ионообменными смолами;
• вакуумированием;
• введением в агрессивную среду специальных веществ, которые вызывают значительное снижение скорости коррозионного процесса. Такие вещества называются замедлителями или ингибиторами коррозии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

Итак, потери от коррозии приносят чрезвычайно большой ущерб. Защита от коррозии является одной из важнейших проблем, имеющей большое значение для народного хозяйства.

Основным условием противокоррозионной защиты металлов является уменьшение скорости коррозии. Уменьшить скорость коррозии можно:

• путем подбора соответствующих коррозионно - стойких сплавов;
• изменением состава агрессивной среды;
• применением защитных покрытий;
• изоляцией металла от агрессивной среды слоем более стойкого материала;
• электрохимическими методами защиты.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список  использованных источников

 

1. Жук, Н.П. Курс теории коррозии и защиты металлов [текст] / Н.П.Жук.     М .: Металлургия, 1976. - 473 с.
2. Красноярский,В.В. Коррозия и защита металлов [текст] / В.В.Красноярский, Г.Я.Френкель, Р.П.Носов. М.: Металлургия,1969. - 299с.
3. Неверов, А.С. Коррозия и защита материалов [текст] / А.С. Неверов, Д.А.Родченко, М.И.Цырлин. Минск : Выш. шк., 2007. - 222 с .
4. Семенова, И.В. Коррозия и защита металлов : [электронный ресурс] /      И.В. Семенова, Г.М. Флорианович , А.В. Хорошилов ; под ред.И.В. Семеновой. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002.- 336 с.