Пассивная защита от коррозии лакокрасочные покрытия реферат

Обновлено: 25.06.2024

* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.

1. Определение и виды лакокрасочных покрытий

2. Методы нанесения лакокрасочных материалов

3. Свойства лакокрасочных покрытий

1. Определение и виды лакокрасочных покрытий

Лакокрасочные покрытия, образуются в результате пленкообразования (высыхания, отверждения) лакокрасочных материалов. нанесенных на поверхность (подложку). Основное назначение: защита материалов от разрушения и декоративная отделка поверхности. По эксплуатационным свойствам различают лакокрасочные покрытия атмосфере-, водо-, масло- и бензостойкие, химически стойкие, термостойкие, электроизоляционные, консервационные, а также специального назначения. К последним относятся, например, противообрастающие (препятствуют обрастанию подводных частей судов и гидротехнических сооружений морскими микроорганизмами), светоотражающие, светящиеся (способны к люминесценции в видимой области спектра при облучении светом или радиоактивным излучением), термоиндикаторные (изменяют цвет или яркость свечения при определенной температуре), огнезащитные, противошумные (звукоизолирующие). По внешнему виду (степень глянца, волнистость поверхностисти, наличие дефектов. лакокрасочные покрытия принято подразделять на 7 классов. Для получения лакокрасочные покрытия применяют разнообразные лакокрасочные материалы (ЛКМ), различающиеся по составу и химической природе пленкообразователя:

ЛКМ на основе термопластичных пленкообразователей (битумные, эфироцеллюлозные лаки);

ЛКМ на основе термореактивных пленкообразователей (полиэфирные, полиуретановые лаки);

ЛКМ на основе масел (олифы, масляные лаки, масляные краски);

ЛКМ, модифицированные маслами (алкидные лаки).

Используют лакокрасочные покрытия во всех отраслях народного хозяйства и в быту. Более 50% всех ЛКМ расходуется в машиностроении (из них 20% - в автомобилестроении), 25% - в строительной индустрии. В строительстве для получения лакокрасочные покрытия (отделочные) применяют упрощенные технологии изготовления и нанесения ЛКМ. Большинство лакокрасочные покрытия получают нанесением ЛКМ в несколько слоев (рис. 1). Толщина однослойных лакокрасочных покрытий колеблется в пределах 3-30 мкм, многослойных - до 300 мкм. Для получения многослойных, например защитных, покрытий наносят несколько слоев разнородных ЛКМ (комплексные лакокрасочные покрытия), при этом каждый слой выполняет определенную функцию: нижний слой - грунт - обеспечивает адгезию комплексного покрытия к подложке, замедление электрохимической коррозии металла; промежуточный - шпатлевка - выравнивание поверхности; верхние, покровные, слои (эмали; иногда для повышения блеска последний слой - лак) придают декоративные и частично защитные свойства.

Рисунок 1. – Защитное лакокрасочное покрытие (в разрезе): 1 -фосфатный слой; 2 - грунт; 3 - шпатлевка. 4 и 5 - слои эмали.

При получении прозрачных покрытий лак наносят непосредственно на защищаемую поверхность. Технологический процесс получения комплексного лакокрасочного покрытия включает до нескольких десятков операций, связанных с подготовкой поверхности, нанесением ЛКМ, их сушкой (отверждением) и промежуточной обработкой. Выбор технологического процесса зависит от типа ЛКМ и условий эксплуатации лакокрасочного покрытия, природы подложки, формы и габаритов окрашиваемого объекта. Качество подготовки окрашиваемой поверхности в значительной степени определяет адгезионную прочность лакокрасочного покрытия к подложке и его долговечность. Подготовка металлических поверхностей заключается в их очистке ручным или механизированным инструментом, пескоструйной либо дробеструйной обработкой или др., а также химическими способами. Последние включают:

1) обезжиривание поверхности;

2) травление - удаление окалины, ржавчины и др. продуктов коррозии с поверхности (обычно после ее обезжиривания);

3) нанесение конверсионных слоев (изменение природы поверхности; используется при получении долговечных комплексных лакокрасочных покрытий). К нему относятся: фосфатирование, которое заключается в образовании на поверхности стали пленки нерастворимых в воде трехзамещенных ортофосфатов; оксидирование (чаще всего электрохимическим способом на аноде);

4) получение металлических подслоев - цинкование или кадмирование (обычно электрохимическим способом на катоде).

Химические методы обеспечивают высокое качество подготовки поверхности, но сопряжены с последней промывкой водой и горячей сушкой поверхностей, а следовательно, с необходимостью очистки сточных вод.

2. Методы нанесения лакокрасочных материалов

Методы нанесения жидких и порошковых ЛКМ различны.

Применяется несколько способов нанесения жидких ЛКМ:

Ручной (кистью, шпателем, валиком) - для окраски крупногабаритных изделий (строительных сооружений, некоторых промышленных конструкций), исправления дефектов. в быту; используются ЛКМ естественной сушки.

Валковый - механизированное нанесение ЛКМ с помощью системы валиков обычно на плоские изделия (листовой и рулонный прокат, полимерные пленки, щитовые элементы мебели, бумага. картон, металлическая фольга).

Окунание в ванну, заполненную ЛКМ. Традиционные (органоразбавляемые) ЛКМ удерживаются на поверхности после извлечения изделия из ванны вследствие смачивания. В случае водоразбавляемых ЛКМ обычно применяют окунание с электро-, хемо- и термоосаждением. В соответствии со знаком заряда поверхности окрашиваемого изделия различают ано- и катофоретическое электроосаждение - частицы ЛКМ движутся в результате электрофореза к изделию, которое служит соответственно анодом или катодом. При катодном электроосаждении (не сопровождающемся окислением металла. как при осаждении на аноде) получают лакокрасочные покрытия, обладающие повышенной коррозионной стойкостью. Применение метода электроосаждения позволяет хорошо защитить от коррозии острые углы и кромки изделия, сварные швы, внутренние полости, но нанести можно только один слой ЛКМ, т. к. первый слой, являющийся диэлектриком. препятствует электроосаждению второго. При хемоосаждении используют ЛКМ дисперсионного типа, содержащие окислители. При их взаимодействии с металлической подложкой на ней создается высокая концентрация поливалентных ионов, вызывающих коагуляцию приповерхностных слоев ЛКМ. При термоосаждении осадок образуется на нагретой поверхности; в этом случае в воднодисперсионный ЛКМ вводят спец. добавку ПАВ, теряющего растворимость при нагревании.

а) пневматическое - с помощью ручных или автоматических пистолетообразных краскораспылителей, ЛКМ с температурой от комнатной до 40-85 °С подается под давлением (200-600 кПа) очищенного воздуха; метод высокопроизводителен, обеспечивает хорошее качество лакокрасочного покрытия.

б) гидравлическое (безвоздушное), осуществляемое под давлением, создаваемым насосом (при 4-10 МПа в случае подогрева ЛКМ, при 10-25 МПа без подогрева);

в) аэрозольное - из баллончиков, заполненных ЛКМ и пропеллентом. применяют при подкраске автомашин, мебели и др.

Существенный недостаток методов распыления - большие потери ЛКМ (в виде устойчивого аэрозоля, уносимого в вентиляцию, из-за оседания на стенах окрасочной камеры и в гидрофильтрах), достигающие 40% при пневмораспылении. С целью сокращения потерь (до 1-5%) используют распыление в электростатическом поле высокого напряжения (50-140 кВ): частицы ЛКМ в результате коронного разряда или контактного заряжения приобретают заряд (обычно отрицательный) и осаждаются на окрашиваемом изделии, служащем электродом противоположного знака. Этим методом наносят многослойные лакокрасочные покрытия на металлы и даже неметаллы.

Методы нанесения порошковых ЛКМ:

напыление (с подогревом подложки и газопламенным или плазменным нагревом порошка. либо в электростатическом поле);

нанесение в псевдоожиженном слое (вихревом, вибрационном).

Многие методы нанесения ЛКМ применяют при окраске изделий на конвейерных поточных линиях, что позволяет формировать лакокрасочные покрытия при повышенных температурах, а это обеспечивает их высокие технические свойства.

Получают также градиентные лакокрасочные покрытия путем одноразового нанесения ЛКМ, содержащих смеси дисперсий, порошков или растворов термодинамически несовместимых пленкообразователей. Последние самопроизвольно расслаиваются при испарении общего растворителя или при нагревании выше температур текучести пленкообразователей.

Промежуточная обработка лакокрасочного покрытия:

1) шлифование абразивными шкурками нижних слоев лакокрасочного покрытия для удаления посторонних включений, придания матовости и улучшения адгезии между слоями;

2) полирование верх, слоя с использованием различных паст для придания лакокрасочному покрытию зеркального блеска.

3. Свойства лакокрасочных покрытий

Свойства покрытий определяются составом ЛКМ (типом пленкообразователя, пигментом и др.), а также структурой покрытий. Наиболее важные физико-механические характеристики лакокрасочного покрытия - адгезионная прочность к подложке, твердость, прочность при изгибе и ударе. Кроме того, лакокрасочные покрытия оцениваются на влагонепроницаемость, атмосферостойкость, химстойкость и другие защитные свойства, комплекс декоративных свойств, например прозрачность или укрывистость (непрозрачность), интенсивность и чистота цвета, степень блеска. Укрывистость достигается введением в ЛКМ наполнителей и пигментов. Последние могут выполнять также и другие функции: окрашивать, повышать защитные свойства (противокоррозионные) и придавать специальные свойства покрытиям (электропроводимость, теплоизолирующую способность).

Адгезия (прилипание, притяжение) – сцепление поверхностей разнородных тел (подложки и лакокрасочные материалы), определяется силой химического взаимодействия молекул на поверхности раздела двух фаз. Адгезия является основополагающим свойством лакокрасочных пленок, которое основательно влияет на показатели практически всех других свойств и определяет пригодность использования данной краски для конкретной подложки. Степень адгезии зависит не только от прочности химических связей, но и от количества таковых. Пористость или шероховатость поверхности увеличивает адгезию, поскольку площадь поверхности взаимодействия краски и подложки в разы превышает линейную площадь окрашиваемого предмета. Для определения степени адгезии краски на практике используют два метода: решетчатого надреза (DIN 53151) и отрыва (ISO 4624).

Твердость лакокрасочного покрытия – способность пленки противостоять вдавливанию или проникновению в нее твердого тела. Важный параметр практически для всех видов красок и лаков, для промышленных материалов также очень важен такой параметр, как скорость набора твердости, напрямую связан с готовностью изделия к эксплуатации. Для измерения твердости используются три типа методов: устойчивость к царапанью (ASTM D3363), с помощью маятника (ISO 1522, ASTM D2134) и вдавливанием (ASTM D1474); при этом, каждый метод может быть реализован несколькими способами.

Эластичность – определяет способность лакокрасочной пленки принимать свою прежнюю форму после снятия деформирующего усилия. Для лакокрасочной пленки, это способность следовать за деформацией подложки без отслаивания и растрескивания. Изменение линейных размеров подложки могут возникать в результате изменения температуры и относительной влажности окружающей среды. Для измерения эластичности чаще всего применяют испытания на изгиб. Существуют также методы испытания эластичности на вдавливание (ISO 1520) либо проводят испытания на свободных пленках.

Износостойкость или абразивостойкость – физическое свойство, характеризующее устойчивость лакокрасочного покрытия к истиранию, является одним из основных параметров определяющих долговечность пленки. Для определения значения износостойкости используют различные абразивные среды, скорость воздействия и силу нагрузки. Самый распространенный способ – метод вращающегося диска (ISO 7784), когда абразивный диск с определенной скоростью, нагрузкой и временем воздействует на покрытие.

Следует отметить, что ни один из методов испытания не измеряет указанные величины в чистом виде. Например, измеряя твердость, можно получить удовлетворительные результаты царапаньем и плохие на маятнике, подобный пример можно продемонстрировать и для износостойкости. Происходит это потому, что на результаты оказывают влияния все указанные свойства, а также несколько других. Например: когезия, сила сцепления молекул внутри покрытия, влияет на показатели адгезии; пластичность, способность покрытия сохранять форму после снятия деформирующих сил, вносит серьезный вклад при измерении эластичности. В то же время износостойкость по природе своей совокупность физических параметров.

Большинство ЛКМ содержат органические растворители, поэтому производство лакокрасочного покрытия является взрыво- и пожароопасным. Кроме того, применяемые растворители токсичны (ПДК 5-740 мг/м3). После нанесения ЛКМ требуется обезвреживание растворителей,; при больших расходах ЛКМ и использовании дорогостоящих растворителей целесообразна их утилизация - поглощение из паровоздушной смеси (содержание растворителей не менее 3-5 г/м3) жидким или твердым (активированный уголь, цеолит) поглотителем с последующей регенерацией. В этом отношении преимущество имеют ЛКМ, не содержащие органических растворителей (водоэмульсионные краски, порошковые краски), и ЛКМ с повышенным содержанием твердых веществ. В то же время наилучшими защитными свойствами (на единицу толщины), как правило, обладают лакокрасочные покрытия из ЛКМ, используемых в виде растворов.

Бездефектность лакокрасочного покрытия, улучшение смачивания подложки, устойчивость при хранении (предотвращение оседания пигментов) эмалей, водно- и органо-дисперсионных красок достигается введением в ЛКМ на стадии изготовления или перед нанесением функциональных добавок; например, рецептура воднодисперсионных красок обычно включает 5-7 таких добавок (диспергаторы, стабилизаторы, смачиватели, коалесценты, антивспениватели и др.).

Для контроля качества и долговечности лакокрасочные покрытия проводят их внешний осмотр и определяют с помощью приборов (на образцах) свойства - физико-механические (адгезия, эластичность, твердость и др.), декоративные и защитные (антикоррозионные свойства, атмосферостойкость, водопоглощение).

Качество лакокрасочные покрытия оценивают по отдельным наиболее важным характеристикам (например, атмосферостойкие лакокрасочные покрытия - по потере блеска и мелению) или по квалиметрической системе: лакокрасочные покрытия в зависимости от назначения характеризуют определенным набором n свойств, значения которых x_i(_i/n) выражают в виде оценок (безразмерные относит. величины) и представляют как комплексную характеристику (R):

где х_i = (a_i/a_6макс); х_i 0 = (a_мин/a₆) (a_i, a_6мин и а_6мaкс - текущее, минимальное и максимальное базовые значения свойства);

k_i, - весомость i-го свойства (устанавливается для каждого типа лакокрасочного покрытия);

К - масштабный коэффициент.

Долговечность лакокрасочного покрытия зависит не только от исходной величины R, но и от интенсивности внешних разрушающих факторов (для атмосферостойких лакокрасочных покрытий - солнечное излучение, влажность, средняя температура и ее перепады и др.). Механизм разрушения покрытий существенно зависит также от природы пленкообразователя. каталитической активности пигментов и др. Долговечность современных атмосферостойких лакокрасочных покрытий (в умеренном климате) составляет 7-10 лет, водостойких - 3-5 лет, термостойкие выдерживают до 300 °С (кратковременно - 600 °С и более).

Крылова И. А., Котлярский Л. Б., Стуль Т. Г. Электроосаждение как метод получения лакокрасочных покрытий. – М.: Химия, 1974. – 136 с.

Рейбман А. И. Защитные лакокрасочные покрытия. – 5-е изд., перераб. и доп. – Л.: Химия, 1982. – 320 с.

Справочник по противокоррозионным лакокрасочным покрытиям / В. П. Лебедев, Р. Э. Калдма, В. Л. Авраменко. – X.: Прапор, 1988. – 231 с.

Чеботаревский В. В., Кондратов Э. К. Технология лакокрасочных покрытий в машиностроении. – М.: Машиностроение, 1978. – 295 с.

Яковлев А. Д., Евстигнеев В. Г., Гисин П. Г. Оборудование для получения лакокрасочных покрытий. – Л.: Химия, 1982. – 192 с.

Яковлев А. Д. Химия и технология лакокрасочных покрытий. – Л.: Химия, 1989. – 384 с.

Анализ физико-химической сущности изменений, которые претерпевает металл при коррозии. Изучение коррозионных разрушений на поверхности или в объеме металла. Характеристика основных показателей скорости коррозии. Современные методы защиты от коррозии.

Рубрика	Химия
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	13.10.2017
Размер файла	39,2 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

РОССИЙСКИЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Студентка: Новоселова Ю.И.

Проверил: Жуков А.П.

Незащищенная сталь в атмосфере, воде и почве подвержена коррозии, что может привести к ее повреждению. Поэтому, чтобы избежать коррозионного повреждения, стальные конструкции обычно защищаются, чтобы противостоять коррозионному напряжению в течение срока службы этой конструкции. Есть различные способы защиты стальных конструкций от коррозии. ISO 12944( Международная Организация по Стандартизации) имеет дело с защитой с помощью систем окраски и покрытий различных частей, которые являются важными для достижении адекватной коррозионной защиты. Дополнительные или другие меры также возможны, но они требуют особого соглашения между заинтересованными сторонами.

Для того чтобы гарантировать эффективную защиту от коррозии стальных конструкций, необходимо, чтобы владельцы таких конструкций, подрядчики, консультанты, и компании, осуществляющие работу по антикоррозионной защите, контролеры и производители материалов для покрытия, имели в своем распоряжении точную информацию о защите от коррозии с помощью систем краски. Такая информация должна быть как можно полнее, точно выраженной, легко понимаемой, для того чтобы избежать трудностей и недоразумений между сторонами заинтересованными в практическом применении работ по защите от коррозии.

1. Основы теории коррозии

Среда, в которой металл подвергается коррозии (корродирует) называется коррозионной или агрессивной средой (см. Приложение № 1). В случае с металлами, говоря об их коррозии, имеют ввиду нежелательный процесс взаимодействия металла со средой.

Физико-химическая сущность изменений, которые претерпевает металл при коррозии является окисление металла. Любой коррозионный процесс является многостадийным:

1. Необходим подвод коррозионной среды или отдельных ее компонентов к поверхности металла.

2. Взаимодействие среды с металлом.

3. Полный или частичный отвод продуктов от поверхности металла (в объем жидкости, если среда жидкая).

Известно что большинство металлов ( кроме Ag,Pt ,Cu,Au) встречаются в природе в ионном состоянии: оксиды, сульфиды, карбонаты и др., называемые обычно руды металлов. Ионное состояние более выгодно, оно характеризуется более меньшей внутренней энергией. Это заметно при получение металлов из руд и их коррозии. Поглощенная энергия при восстановлении металла из соединений свидетельствует о том , что свободный металл обладает более высокой энергией, чем металлическое соединение. Это приводит к тому, что металл находящийся в контакте с коррозионно- активной средой стремится перейти в энергетически выгодное состояние с меньшим запасом энергии. То есть можно сказать, что первопричиной коррозии является термодинамическая неустойчивость системы, состоящей из металла и компонентов окружающей (коррозионной) среды. Мерой термодинамической неустойчивости является свободная энергия, освобождаемая при взаимодействии металла с этими компонентами. Но свободная энергия сама по себе ещё не определяет скорость коррозионного процесса, т. е. величину, наиболее важную для оценки коррозионной стойкости металла. В ряде случаев адсорбционные или фазовые слои (плёнки), возникающие на поверхности металла в результате начавшегося коррозионного процесса образуют настолько плотный и непроницаемый барьер, что коррозия прекращается или очень сильно тормозится. Поэтому в условиях эксплуатации металл, обладающий большим сродством к кислороду, может оказаться не менее, а более стойким (так, свободная энергия образования окисла у Cr или Al выше, чем у Fe, а по стойкости они часто превосходят Fe).

2. Классификация коррозионных процессов

2.1 По виду (геометрическому характеру) коррозионных разрушений на поверхности или в объёме металла

Коррозию, захватившая всю поверхность металла, называется сплошной. Её делят на равномерную и неравномерную в зависимости от того, одинакова ли глубина коррозионного разрушения на разных участках. При местной коррозии поражения локальны и оставляют практически незатронутой значительную (иногда подавляющую) часть поверхности. В зависимости от степени локализации различают коррозионные пятна, язвы и точки (питтинг). Точечные поражения могут дать начало подповерхностной коррозии. распространяющейся в стороны под очень тонким (например, наклёпанным) слоем металла, который затем вздувается пузырями или шелушится. Наиболее опасные виды местной коррозии -- межкристаллитная (интеркристаллитная), которая, не разрушая зёрен металла, продвигается вглубь по их менее стойким границам, и транскристаллитная, рассекающая металл трещиной прямо через зёрна. Почти не оставляя видимых следов на поверхности, эти поражения могут приводить к полной потере прочности и разрушению детали или конструкции. Близка к ним по характеру ножевая коррозия, словно ножом разрезающая металл вдоль сварного шва при эксплуатации некоторых сплавов в особо агрессивных растворах. Иногда специально выделяют поверхностную нитевидную коррозию, развивающуюся, например, под неметаллическими покрытиями, и послойную коррозию, идущую преимущественно в направлении пластической деформации. Специфична избирательная коррозия, при которой в сплаве могут избирательно растворяться даже отдельные компоненты твёрдых растворов (например, обесцинкование латуней).

2.2 По механизму реакций взаимодействия металла со средой (химическая и электрохимическая коррозия)

Коррозия является химической, если после разрыва металлической связи атомы металла непосредственно соединяются химической связью с теми атомами или группами атомов, которые входят в состав окислителей, отнимающих валентные электроны металла. Химическая коррозия возможна в любой коррозионной среде, однако чаще всего она наблюдается в тех случаях, когда коррозионная среда не является электролитом (газовая коррозия, коррозия в неэлектропроводных органических жидкостях). Скорость её чаще всего определяется диффузией частиц металла и окислителя через поверхностную плёнку продуктов коррозии (высокотемпературное окисление большинства металлов газами), иногда -- растворением или испарением этой плёнки (высокотемпературное окисление W или Mo), её растрескиванием (окисление Nb при высоких температурах) и изредка -- конвективной доставкой окислителя из внешней среды (при очень малых его концентрациях).

Коррозия является электрохимической, если при выходе из металлической решётки образующийся катион вступает в связь не с окислителем, а с другими компонентами коррозионной среды; окислителю же передаются электроны, освобождающиеся при образовании катиона. Такой процесс возможен в тех случаях, когда в окружающей среде существуют два типа реагентов, из которых одни (сольватирующие или комплексообразующие) способны соединяться устойчивыми связями с катионом металла без участия его валентных электронов, а другие (окислители) могут присоединять валентные электроны металла, не удерживая около себя катионы. Подобными свойствами обладают растворы или расплавы электролитов, где сольватированные катионы сохраняют значительную подвижность. Таким образом, при электрохимической коррозии удаление атома из металлической решётки (что составляет суть любого коррозионного процесса) осуществляется в результате двух независимых, но сопряжённых, связанных между собой электрическим балансом, электрохимических процессов: анодного -- переход сольватируемых катионов металла в раствор, и катодного -- связывание окислителем освобождающихся электронов. Отсюда следует, что процесс электрохимической коррозии можно замедлить не только путём непосредственного торможения анодного процесса, но также воздействуя на скорость катодного. Наиболее распространены два катодных процесса: разряд водородных ионов (2е + 2H+ = H2) и восстановление растворённого кислорода (4e+O2+4H+ = 2H2O или 4e+O2+2H2O =4ОН-), которые часто называют соответственно водородной и кислородной деполяризацией.

Анодный и катодный процессы с той или иной вероятностью и в той или иной последовательности протекают в любых точках металлической поверхности, где катионы и электроны могут взаимодействовать с компонентами коррозионной среды. Если поверхность однородна, то катодные и анодные процессы равновероятны по всей её площади; в таком идеальном случае коррозию называют гомогенно-электрохимической (отмечая таким образом отсутствие какой-либо неоднородности в распределении вероятности электрохимических процессов в любой точке поверхности, что, конечно, не исключает термодинамической гетерогенности взаимодействующих фаз). В действительности на металлических поверхностях существуют участки с различными условиями доставки реагирующих компонентов, с разным энергетическим состоянием атомов или с различными примесями. На таких участках возможно более энергичное протекание либо анодного, либо катодного процессов, и коррозия становится гетерогенно-электрохимической.

2.3 По типу коррозионной среды

Некоторые коррозионные среды и вызываемые ими разрушения столь характерны, что по названию этих сред классифицируются и протекающие в них коррозионные процессы.

Как правило, металлические изделия и конструкции подвергаются действию многих видов коррозии - в этих случаях говорят о действии так называемой смешанной коррозии.

Газовая коррозия - коррозия в газовой среде при высоких температурах.

Атмосферная коррозия - коррозия металла в условиях атмосферы при влажности, достаточной для образования на поверхности металла пленки электролита (особенно в присутствии агрессивных газов или аэрозолей кислот, солей и т.д.). Особенностью атмосферной коррозии является сильная зависимость ее скорости и механизма от толщины слоя влаги на поверхности металла или степени увлажнения образовавшихся продуктов коррозии.

Жидкостная коррозия - коррозия в жидких средах. По условиям воздействия жидкой среды на металл этот тип коррозии также характеризуется как коррозия при полном погружении, при неполном погружении, при переменном погружении, имеющие свои характерные особенности.

Подземная коррозия - коррозия металла в грунтах и почвах. Характерной особенностью подземной коррозии является большое различие в скорости доставки кислорода (основной деполяризатор) к поверхности подземных конструкций в разных почвах (в десятки тысяч раз).

2.4 По характеру дополнительных воздействий

Утечка электрического тока через границу металла с агрессивной средой вызывает в зависимости от характера и направления утечки дополнительные анодные и катодные реакции, могущие прямо или косвенно вести к ускоренному местному или общему разрушению металла ( коррозия блуждающим током). Сходные разрушения, локализуемые вблизи контакта, может вызвать соприкосновение в электролите двух разнородных металлов, образующих замкнутый гальванический элемент, -- контактная коррозия. В узких зазорах между деталями, а также под отставшим покрытием или наростом, куда проникает электролит, но затруднён доступ кислорода, необходимого для пассивации металла, может развиваться щелевая коррозия, при которой растворение металла в основном происходит в щели, а катодные реакции частично или полностью протекают рядом с ней на открытой поверхности.

Принято выделять также биологическую коррозию, идущую под влиянием продуктов жизнедеятельности бактерий и др. организмов, и радиационную коррозию -- при воздействии радиоактивного излучения.

3. Показатель скорости коррозии

Для установления скорости коррозии металла в данной среде обычно ведут наблюдения за изменением во времени какой-либо характеристики, объективно отражающей изменение свойства металла. Чаще всего в коррозионной практике используют следующие показатели.

1. Показатель изменения массы - изменение массы образца в результате коррозии отнесенный к единице поверхности металла S и к единице времени (например, г/м ч)

в зависимости от условий коррозии различают:

а) отрицательный показатель изменения массы

где m - убыль массы металла за время коррозии после удаления продуктов коррозии.

б) положительный показатель изменения массы

где m - увеличение массы металла за время вследствие роста пленки продуктов коррозии.

Если состав продуктов коррозии известен, то можно сделать пересчет от К к К и наоборот

К-m= К+m (nok A Me / n Me Aok)

где А и М - атомная и молекулярная масса Ме и окислителя соответственно; n и n валентность металла и окислителя в окислительной среде.

2.Объемный показатель коррозии

К - объем поглащенного или выделившегося в процессе газа V отнесенный к единице поверхности металла и единице времени (например, см/см ч).

объем газа обычно приводят к нормальным условиям.

Применительно к электрохимической коррозии когда процесс катодной деполяризации осуществляется за счет разряда ионов водорода, например, по схеме 2Н + 2е = Н, или ионизация молекул кислорода О + 4е +2НО = 4ОН; вводятся соответственно кислородный (К ) и водородный (К ) показатель соответственно.

Водородный показатель коррозии - это объем выделившегося Н в процессе коррозии. отнесенный к Su .

Кислородный показатель коррозии - это объем поглощенного в процессе О , отнесенный к Su .

Изменение электрического сопротивления образца металла за определенное время испытаний также может быть использован в качестве показания коррозии (К ).

КR = (R/Ro) 100% за время t

где R0 и R электрическое сопротивление образца соответственно до и после коррозии.

У этого способа есть некоторый недостаток: толщина металла во все время испытаний должна быть одинаковой и по этой причине чаще всего определяют удельное сопротивление, т.е. изменение электрического сопротивления на единицу площади образца (см,мм) при длине равной единице. Этот метод имеет ограничения применения (для листового металла не более 3мм). Наиболее точные данные получают для проволочных образцов. Этот метод не пригоден для сварных соединений.

4.Механический показатель коррозии

Изменение какого-либо свойства металла за время коррозии . Сравнительно часто пользуются изменением предела прочности. Прочностной показатель при этом выражается:

Кo= ( в/во) 100% за время t

где в изменение предела прочности при растяжении после коррозии образца в течении времени ; во предел прочности до коррозии.

5.Глубинный показатель коррозии

К - глубина разрушения металла П в единицу времени (например, мм/год)

Глубина коррозионного разрушения П может быть средней или максимальной. Глубинный показатель коррозии можно использовать для характеристики как равномерной., так и неравномерной коррозии (в том числе и местной) металлов. Он удобен для сравнения скорости коррозии металла с различными плотностями. Переход от массового, токового и объемного к глубинному возможен при равномерной коррозии.

Металлы используются человеком с доисторических времен, изделия из них широко распространены в нашей жизни. Самым распространенным металлом является железо и его сплавы. К сожалению, они подвержены коррозии, или ржавлению —самопроизвольному разрушению металлов и сплавов в результате химического, электрохимического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой. Причиной коррозии служит термодинамическая неустойчивость конструкционных материалов к воздействию веществ, находящихся в контактирующей с ними среде. Своевременная защита от коррозии позволяет продлить срок службы металлических изделий и конструкций.

конструктивные;
пассивные;
активные;
воздействие на металл с целью повышения его коррозионной устойчивости;
воздействие на окружающую среду с целью снижения ее агрессивности.

1. Методы защиты от коррозии

Конструктивные способы – это защита коррозируемых металлов различными заслонами, защитными панелями, резиновыми прокладками, битумом или любыми другими не тонкослойными покрытиями.
Пассивные способы (барьерные) – это грунты, краски, лаки и эмали, покрытия, создающие барьер, направленный на изоляцию поверхности металла от взаимодействия с окружающей средой.
Активные способы – заключаются в повышении электродного потенциала металла или использовании другого металла, более активного, который будет жертвовать свои электроды, разрушаться сам, тем самым защищая от ржавчины металлическое изделие. Сегодня самым удобным и эффективным способом является именно этот – применение жертвующего собой металла, а металл, который для этого предпочитается – цинк.
Четвертый способ - введение в металл компонентов, повышающих его коррозионную стойкость в данных условиях, или удаление вредных примесей, ускоряющих коррозию. Он применяется на стадии изготовления металла, а также при термической и механической обработке металлических деталей. Во многих случаях легирование металла, мало склонного к пассивации, металлом, легко пассивируемым в данной среде, приводит к образованию сплава, обладающего той же (или почти той же) пассивируемостью, что и легирующий металл. Таким путем получены многочисленные коррозионностойкие сплавы, например нержавеющие стали, легированные хромом и никелем.
Пятый способ - дезактивационная обработка агрессивной среды путем введения ингибиторов (замедлителей) коррозии. Действие ингибиторов сводится в основном к адсорбции на поверхности металла молекул или ионов ингибитора, тормозящих коррозию. К этому способу можно отнести и удаление агрессивных компонентов из состава коррозионной среды (деаэрации водных растворов, очистка воздуха от примесей и осушка его). Обработкой коррозионной среды различными ядохимикатами достигается значительное снижение интенсивности деятельности микроорганизмов, что уменьшает опасность биокоррозии металлов. При борьбе с подземной коррозией осуществляется обработка агрессивного грунта с целью его гидрофобизации (несмачиваемости водой), нейтрализации и частичной замены на менее агрессивный грунт или специальную засыпку.

2. Виды пассивной защиты

Нанесение на поверхность металла слоя химически инертного относительно металла и агрессивной среды вещества с высокими диэлектрическими свойствами. Этот метод является наиболее распространенным. Он предполагает использование различного рода мастик, красок, лаков, эмалей и пластмасс, жидких в момент нанесения, а затем образующих твердую пленку, которая обладает прочным сцеплением (адгезией) с поверхностью металла. К этому методу следует отнести также и специальные методы укладки, часто используемые для защиты подземных сооружений на территории городов и заводов (например, коллекторная прокладка, при которой подземные трубопроводы располагают в специальных каналах, изолирующим слоем в данном случае является воздушный зазор между стенкой трубопровода и каналом).
Обработка изделий специальными окислителями, в результате которой на поверхности металла образуется слой малорастворимых продуктов коррозии. Примером может служить образование нерастворимых фосфатов на поверхности стальных изделий (фосфатирование) или окиси алюминия на изделиях из алюминиевых сплавов.
Обработка металлических изделий растворами окислителей (пассиваторов) для перевода поверхностного слоя металла из активного состояния в пассивное, при котором резко уменьшается переход ионов металла в раствор и тем самым снижается интенсивность коррозионного процесса. [3]

Наряду с металлами и сплавами в химической промышленности широко применяются неметаллические конструкционные материалы. В высоко агрессивных средах, которые встречаются в природных и промышленных условиях, оборудование, даже выполненное из легированных сплавов, имеет ограниченный срок эксплуатации.

Неметаллические материалы обладают многообразием свойств: широким диапазонам величин по теплопроводности, невысокой плотностью, хорошей адгезией с металлами, стойкостью в агрессивных средах. Но большинство неметаллических материалов, особенно органического происхождения, устойчивы только до температуры 150—200 °С, не выдерживают резких перепадов температур, плохо поддаются механической обработке. По химическому составу неметаллические материалы подразделяются на материалы неорганического и органического происхождения.

К неорганическим материалам относятся горные породы, силикатные материалы, керамика и т.д. К органическим материалам относятся полимерные материалы, материалы на основе каучука, графит, его производные и т.д. [2]

С точки зрения конструктивных особенностей неметаллические покрытия разделяются на вкладыши и монолитные толстослойные покрытия.

грунт, т.е. слой, прилегающий к защищаемой поверхности и определяющий стабильность связи с подложкой;
основное покрытие (средняя часть), которое определяет изолирующие и механические свойства покрытия;
верхний слой, непосредственно контактирующий с агрессивной средой. Этот слой используют иногда для придания дополнительных специфических свойств покрытия, таких как абразивостойкость, смачиваемость и т. д.

Рис. 1. Три зоны защитного покрытия трубопровода

3.1. Неорганические покрытия

3.1.1. Силикатные эмали

Их получают из силикатной шихты (размолотое стекло), наносимой на подготовленную (протравленную) поверхность металла и нагреваемой до размягчения и сцепления с поверхностью. Среди неорганических покрытий они получили наибольшее распространение. Их изготавливают из полевого шпата, кварца, буры, тугоплавких оксидов. Эмалевые покрытия наносят в основном на сталь, некоторые пригодны для чугуна, меди, латуни и алюминия. Стеклоэмали эффективно защищают металл от коррозии во многих средах. Высокие защитные качества эмалей обусловлены тем, что они практически непроницаемы для воды и воздуха и устойчивы при обычных и повышенных температурах.

Основной недостаток — чувствительность к механическим воздействиям и растрескивание при термоударах. В атмосферных условиях эмалированные стали служат много лет (корпуса бензонасосов, декоративные строительные панели и т.д.). Основной вид разрушения - образование в покрытии сетки трещин, через которые поступает ржавчина. [4]

3.1.2. Покрытия на основе вяжущих материалов

3.1.3. Конверсионные покрытия

К ним относят защитные покрытия, получаемые в результате химической реакции непосредственно на поверхности металла (фосфатные, оксидные, хроматные покрытия). По защитным свойствам конверсионные покрытия уступают металлическим, однако легкость нанесения, хорошая адгезия к металлу обусловливают их широкое распространение.

Чаще всего такие покрытия наносят в сочетании с покрытиями других типов, например лакокрасочными.

Фосфатные покрытия получают путем осаждения на металлическую поверхность нерастворимых фосфатов металла.

Фосфатные покрытия пористые и не обеспечивают надежной коррозионной защиты. Их используют преимущественно как основу (грунт) под краску, которая гарантирует хорошее сцепление краски со сталью и уменьшает коррозионное поражение стали в местах царапин и других дефектов. Иногда фосфатные покрытия пропитывают маслами или воском: это позволяет достичь более высокой степени защиты от коррозии, особенно если ввести в них ингибиторы коррозии.

Оксидные покрытия создают путем обработки деталей растворами окислителей (концентрированный раствор щелочи, содержащий персульфаты, нитраты или хлораты).

Хроматные покрытия на цинке получают, погружая очищенную металлическую деталь на несколько секунд в раствор бихромата натрия (200 г/л), подкисленный Н ₂ SO ₄ (8 мл/л), при комнатной температуре, а затем подвергая ее промывке и сушке (хроматирование). Хромат цинка придает поверхности желтоватый цвет и защищает ее от воздействия сконденсированной влаги. Срок службы цинка в атмосферных условиях при этом несколько увеличивается. [4]

3.2. Гуммирование и гуммировочные покрытия

Под гуммированием понимают нанесение на поверхность защищаемых изделий покрытий из натуральных или синтетических каучуков.

Серийные гуммировочные материалы изготавливают на основе натурального и синтетических (изопренового, хлоропренового, бутадиенового, бутадиен-стирольного и др.) каучуков. Гуммировочные резиновые смеси перерабатывают на каландрах в резиновое полотно толщиной до 1,5 мм и применяют для гуммирования изделий методом листовой обкладки.

Наибольшее применение в качестве обкладочного гуммировочного материала находит синтетический каучук натрий-бутадиеновый (СКВ) — продукт полимеризации бутадиена.

Вулканизующий агент для СКВ - сера.

Бутадиен-стирольные каучуки (БСК) характеризуются высокой прочностью при растяжении, хорошей адгезией к металлам и эластичностью. Они стойки к действию кислот и щелочей, спиртов, кетонов, эфиров, набухают в углеводородах, жирах, маслах.

Синтетический каучук изопреновьй (СКИ) по своим свойствам аналогичен натуральному. Его получают полимеризацией изопрена.

Хлоропреновый каучук (наирит) получают полимеризацией хлоропрена. [4]

3.2.2. Технология гуммирования

Гуммирование оборудования листовыми материалами может быть осуществлено двумя способами:

1) обкладкой защищаемой поверхности листами невулканизованной резиновой смеси с последующей вулканизацией;

2) приклеиванием к защищаемой поверхности или вставкой заранее изготовленного резинового вкладыша либо оболочки.

Наибольшее распространение получил первый способ.

Технологический процесс гуммирования состоит из следующих основных операций: подготовка защищаемой поверхности под гуммирование; подготовка гуммировочных материалов; нанесение клея на защищаемую поверхность и на заготовки; покрытие защищаемой поверхности гуммировочными материалами; термообработка защитного гуммировочного покрытия.

Подготовка защищаемой поверхности заключается в ее обезжиривании, удалении ржавчины и окалины (химическими, электрохимическими и механическими методами). Правильно подготовленная поверхность должна быть матовой, ровного серого цвета, шероховатой на ощупь. Такая поверхность хорошо смачивается клеем, что обеспечивает высокую адгезию покрытия. Активность поверхности со временем снижается, поэтому клей надо наносить в три слоя не позднее чем через 8 ч после подготовки поверхности.

Подготовка гуммировочных материалов состоит в склеивании листов (дублировании) и раскрое их на заготовки.

Подготовленные поверхности и гуммировочные материалы промазывают клеем и просушивают. Затем последовательно накладывают друг на друга заготовки первого и последующих слоев, прикатывая каждый из них роликом. После наложения всех слоев гуммируемое изделие нагревают и выдерживают определенное время при заданной температуре.

Вулканизацию небольших изделий проводят в котлах. Крупногабаритные изделия вулканизуют паром или горячей водой. Перспективно использование горячего воздуха, так как при этом улучшаются физико-механические свойства покрытий и повышаются их защитные свойства. [4]

Прогрессивным способом защиты химического оборудования от коррозии является его гуммирование каучуковыми растворами или пастами с последующей термической либо холодной вулканизацией. Этот способ позволяет обрезинивать объекты сложной конфигурации (например, запорная арматура, роторы вентиляторов, колеса центробежных насосов, фильтры и т.п.), которые затруднительно или невозможно защищать листовыми гуммировочными материалами. Гуммирование растворами или пастами позволяет механизировать процесс нанесения покрытий, повысить производительность труда. Такие покрытия монолитны, не имеют стыков и швов и являются однородными по физико-механическим свойствам и химической стойкости.

Покрытия на основе жидких наиритов формируются из низкомолекулярного полихлоропрена, получаемого деструкцией высокомолекулярного полихлоропрена. Деструктированный наирит хорошо растворяется в органических растворителях, образуя концентрированные растворы с малой вязкостью. Для нанесения покрытий используют 65. 70%-е растворы, для шпатлевки - еще более разбавленные растворы. Покрытия обладают низкой адгезией, поэтому их наносят на слой грунта. Такие покрытия используют для защиты вентиляторов, сернокислотных ванн, арматуры, вакуум-фильтров и т.д. [4]

Некоторое применение находят также жидкие уретановые и бутадиеновые каучуки, обладающие высокими физико-механическими и защитными свойствами.

3.3. Защитные покрытия на основе полимеров

3.3.1. Лакокрасочные покрытия

Лакокрасочные материалы – это жидкие или пастообразные составы, которые при нанесении тонким слоем на твердую подложку высыхают с образованием пленки (покрытия), удерживаемой на поверхности силами адгезии. Лакокрасочные покрытия предназначены: для защиты металлов от коррозии, неметаллов от увлажнения и загнивания; придания поверхности специальных свойств (электроизоляционных, теплоизоляционных и др.), а также декоративности изделиям.

Основные достоинства лакокрасочных покрытий - сравнительная дешевизна, относительная простота нанесения, легкость восстановления разрушенного покрытия, сочетаемость с другими способами защиты (например, с протекторной), возможность получения покрытий, сочетающих высокие защитные свойства с привлекательным видом. К недостаткам следует отнести малую термостойкость (150. 200 °С), невысокую механическую прочность, недостаточную стойкость к водным средам.

Различают три основных вида лакокрасочных покрытий: масляные краски, лаки и эмали.

Масляные краски - суспензии, полученные растиранием пигментов в высыхающих маслах, которые служат пленкообразующими веществами. Масляная краска хорошо защищает металл от коррозии в условиях повышенной влажности.

Лаки - растворы природных или синтетических смол в различных растворителях. После нанесения лака растворитель улетучивается и образуется прочная пленка.

Эмали - растворы лаков в органических растворителях с добавкой пигментов. Они, как и лаки, дают блестящие покрытия. Эмали дешевле лаков. Различают масляные эмали (на масляных лаках), глифталевые (на глифталевых лаках) и нитроэмали (на нитроцеллюлозных лаках). [4]

Процесс нанесения лакокрасочных покрытий состоит из следующих операций: подготовка к окрашиванию, собственно нанесение покрытия, сушка. Подготовка к окрашиванию включает очистку от грязи, ржавчины, грунтование и шпаклевание (шпатлевание). Поверхности очищают водными растворами синтетических моющих средств или растворителями. Для увеличения сцепления с лакокрасочным слоем на поверхность наносят грунтовочный слой (грунтовку) - железный сурик, цинковый крон, составы, содержащие цинковую пыль (протекторные) и т.п. Для выравнивания грунтованной поверхности, заделки раковин, неровностей поверхность шпатлюют. Наиболее часто применяют шпатлевку, в состав которой входят мел, олифа и малярный клей. После высыхания шпатлевки ее поверхность выравнивают пемзой и зачищают шкуркой. Схема строения лакокрасочного покрытия приведена на рис. 13.1.

Рис. 13.1. Строение лакокрасочного покрытия: 1 - покрытие; 2 — шпатлевка; 3 - грунт; 4 – металл

Краску наносят на поверхность следующими основными способами:

1) кистевая окраска;

2) окраска распылением;

3) окраска погружением и обливанием;

4) накатка вальцами.

Обычно лакокрасочные покрытия наносят на окрашиваемую поверхность в несколько тонких слоев, причем каждый последующий слой наносят после того, как предыдущий полностью высохнет. В этом случае обеспечивается надежное перекрытие пор, образующихся при высыхании за счет удаления растворителя. [4]

3.4. Нанесение покрытий из полимерных порошков

Нанесение покрытий из полимерных порошков заключается в том, что порошкообразный полимер, оплавляясь на поверхности, образует на ней монолитную защитную пленку. В зависимости от метода нанесения и количества наносимых слоев толщина защитного покрытия составляет 0,2. 1,5 мм, т.е. из порошков можно наносить как тонкослойные, так и толстослойные покрытия.

Формирование пленки обусловлено нагреванием полимера до температуры плавления и не зависит от способа нанесения порошка на поверхность. При нагревании неизбежна термоокислительная деструкция и возможно термоструктурирование полимера. Поэтому при порошковом нанесении покрытий полимер должен быть термостабилизирован.

Защитные свойства и долговечность покрытий, особенно тонкослойных, в значительной степени зависят от их адгезии к защищаемой поверхности. Для повышения адгезионной способности покрытия используют различные приемы. Прежде всего тщательно подготавливают стальные поверхности (травление или дробеструйная обработка, затем желательно фосфатирование). Алюминиевые и магниевые поверхности рекомендуется подвергать травлению с последующим оксидированием. При нанесении порошков фторполимеров на алюминий рекомендуется сульфохромирование. [4]

Заключение

Если сравнить самые популярные сегодня способы защиты от коррозии, то очевидно, что холодное цинкование (активный метод) имеет больше преимуществ.

Пассивные способы защиты от коррозии обладают множеством плюсов, таких как: увеличение срока службы трубопроводов до 50 лет, удобство нанесения, низкая цена, разнообразие цветов и видов, создание барьера между поверхностью металла и окружающей средой. Но пассивная защита также имеет ряд минусов: слабая стойкость к механическим повреждениям, нарушение барьера при небольшой царапине.

На данный момент имеются современные лакокрасочные и неметаллические защитные покрытия, которые ничуть не уступают активным методам защиты, и используются во многих отраслях промышленности.

Список источников

1. Семенова И.В., Флорианович Г.М., Хорошилов А.В. Коррозия и защита от коррозии. – М: Физматлит, 2010. – 416 с.

2. Медведева М.Л., Мурадов А.В., Прыгаев А.К. Коррозия и защита магистральных трубопроводов и резервуаров. – М.: Издательский центр РГУ имени И.М.Губкина. 2013., 250с.

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. Любой метод защиты изменяет ход коррозионного процесса, либо уменьшая скорость, либо прекращая его полностью.

Содержание

Введение 3
1 Защита металлов от газовой коррозии 4
1.1 Жаростойкое легирование 4
1.2 Защитные атмосферы 5
1.3 Защитные покрытия 6
1.3.1 Органические защитные слои 6
1.3.2 Неорганические защитные слои 7
1.3.3 Металлические защитные покрытия 9
2 Защита металлов от электрохимической коррозии 11
2.1 Методы снижения агрессивности коррозионных процессов 11
2.2 Общие принципы электрохимической защиты 15
2.3 Катодная защита 16
2.3.1 Катодная защита внешним током 17
2.3.2 Протекторная защита 20
2.4 Анодная защита 22
2.5 Кислородная защита 24
Заключение 25
Список использованных источников 26

Вложенные файлы: 1 файл

коррозия реферат.doc

Введение

Проблема защиты металлов от коррозии возникла почти в самом начале их использования. Люди пытались защитить металлы от атмосферного воздействия с помощью жира, масел, а позднее и покрытием другими металлами и, прежде всего, легкоплавким оловом.

Задачей химиков было и остается выяснение сущности явлений коррозии, разработка мер, препятствующих или замедляющих её протекание. Коррозия металлов осуществляется в соответствии с законами природы и поэтому ее нельзя полностью устранить, а можно лишь замедлить.

1 Защита металлов от газовой коррозии

Для защиты от газовой коррозии используют жаростойкое легирование, создание защитных атмосфер, защитные покрытия.

1.1 Жаростойкое легирование

Жаростойкое легирование – целенаправленное введение в защищаемый металл элементов, повышающих его сопротивляемость газовой коррозии.

Легирование наиболее надежно защищает металл от коррозии, причем наиболее эффективно в условиях воздействия механических напряжений и коррозийной среды. Легирование позволяет предотвратить и коррозийное растрескивание изделий.

Существуют три теории жаростойкого легирования в зависимости от предполагаемого механизма действия легирующей добавки:

1)ионы легирующего компонента входят в решетку окисла основного металла, уменьшая его дефектность и соответственно скорость диффузии в решетке;

2)легирующий компонент образует на поверхности сплава свой защитный окисел, препятствующий окислению основного металла;

3) легирующий компонент с основным металлом образует двойные окислы типа шпинелей (сложные оксиды), обладающие повышенными защитными свойствами.

Защитные слои от высокотемпературной коррозии могут быть созданы из тугоплавких соединений, обладающих низкой диффузионной проницаемостью для агента коррозии (О, N, галогены). Для повышения коррозионной устойчивости металлов и сплавов их легируют поверхностно или объемно другими металлами.

Жаростойкое или объемное легирование осуществляют одновременно с получением того или иного конструкционного металла. Вводятся такие легирующие компоненты, которые увеличивают жаропрочность и, кроме того, обладают высокой диффузионной способностью в данном металле или сплаве и, выходя на поверхность, образуют устойчивые оксидные слои.

Поверхностное легирование представляет собой насыщение поверхности данного сплава металлом, обладающим прочным оксидным слоем, - аллитирование, хромирование, силицирование и т. д. При нанесении на поверхность данного металла легирующего компонента возможно образование между ними интерметаллидов.

1.2 Защитные атмосферы

Защитные атмосферы частично или полностью предотвращают окисление конструкционных металлов и сплавов в условиях нагрева (на воздухе) до высоких температур.

Состав контролируемой атмосферы может быть рассчитан на основании данных о термодинамическом равновесии в системе, состоящей из защищаемого металла, его оксида и соответствующей газовой фазы. Количественное соотношение между окислительными и восстановительными компонентами атмосферы, находящейся в равновесии о металлом, определяется значением константы равновесия Кр или величиной стандартного изменения изобарно-изотермического потенциала ΔGр конкретной реакции окисления при данной температуре. Отклонение состава газовой среды от равновесного, в ту или иную сторону, вызывает преимущественное протекание процесса окисления металла или восстановления его оксида.

Окислительными компонентами, наиболее часто встречающимися в атмосферах промышленных нагревательных устройств, являются О₂, СО₂, Н₂О и некоторые другие соединения.

Стандартное изменение ΔG 0 т реакции может быть получено из стандартных свободных энергий образования участников данной реакции с учетом знаков и стехиометрических коэффициентов.

В сложных газовых смесях возможно протекание реакций, способных заметно изменить условия безокислительного нагрева. В частности, при снижении температуры в атмосфере, состоящей из СО и СО₂, усиливается процесс диссоциации окиси углерода по реакции 2СО = СО₂ + С, что повышает содержание СО₂ в газовой фазе, а, следовательно, и окисляющую способность атмосферы.

Для определения условий безокислительного нагрева удобно пользоваться кривыми равновесия металла с соответствующей атмосферой, построенными на основании известных термодинамических данных.

Взаимодействие металлов с некоторыми атмосферами при повышенных температурах может приводить не только к окислению, но и науглероживанию или обезуглероживанию стали, насыщению металлов водородом и образованию нитридов, что в большинстве случаев является нежелательным.

Протекание реакций в обратном направлении будет вызывать науглероживание металла. Для сохранения исходного содержания углерода в стали в процессе нагрева, необходимо обеспечить условия, точно отвечающие состоянию равновесия металла с данной атмосферой. Расчет состава атмосферы, предотвращающей перераспределение углерода между металлом и газовой фазой, возможен при использовании термодинамических данных о равновесии в конкретной системе, которые в целях простоты проведения анализа, также изображены графически в виде кривых равновесия.

1.3 Защитные покрытия

Защитные покрытия представляют собой слой, искусственно создаваемый на поверхности металла с целью предохранения его от коррозии. Могут быть органические, неорганические или металлические.

1.3.1 Органические защитные слои

При консервации изделий применяется смазка неокисляющимися маслами (углеводороды, устойчивые к окислению). Масла наносятся при повышенной температуре (для улучшения смачивания, понижения вязкости) и, застывая, образуют слой, защищающий металл от электролитной среды и воздуха.

Лакирование - нанесение высокомолекулярных соединений, растворенных в летучем растворителе, на поверхность металла. После испарения растворителя на металле остается полимерный слой, не пропускающий окислитель и обладающий электроизоляционными свойствами. Лаки изготовляются из естественных смол (шеллак) или из синтетических полимеров (фенолоальдегидные, глифталевые, силиконовые и др.).

Окраска металлических поверхностей сопровождается образованием полимера непосредственно на поверхности металла в процессе нанесения краски и ее отвердевания. Масляная краска представляет собой смесь частично окисленного масла (олифа) и пигмента-красителя. При нанесении краски тонким слоем на зачищенную до блеска поверхность металла масло быстро окисляется кислородом воздуха и затвердевает, образуя на поверхности металла плотную пленку, которая и защищает металл от коррозии.

1.3.2 Неорганические защитные слои

Наиболее распространены оксидные и фосфатные защитные пленки. Процесс получения на металле оксидных покрытий называется оксидирование, а фосфатных – фосфатирование.

Оксидирование металлов сводится к созданию на поверхности металла слоя оксида, через который диффузия кислорода была бы ничтожно малой. Методы нанесения оксидных слоев можно разделить на термические, химические и электрохимические (основной способ).

Термические методы оксидирования применяются редко, так как окисление металлов при высокой температуре вызывает коробление деталей. При этом методе нагретые до 450-470 0 С стальные детали помещают в льняное масло или при 300 0 С в расплав солей с содержанием 55% NaNO₂ и 45% NaNO₃. В первом случае на поверхности защищаемого металла образуется пленка черного цвета, во втором – синего.

Химическое оксидирование идет при более низких температурах и в ряде случаев сохраняет не только форму, но и размеры обрабатываемых деталей. Химическое оксидирование стали осуществляется кипячением изделий при 135-145 0 С в растворе состава, г/л: NaOH 600-700; NaNO₂ 200-250; NaNO₃ 500-100. Время обработки зависит от содержания углерода в стали; чаще всего 30-90 минут. В результате взаимодействия железа с щелочью и окислителем на поверхности образуется оксидная пленка толщиной 0,6-3,0 мкм, скорость её роста зависит от концентрации щелочи, окислителя и температуры проведения процесса.

Электрохимическое оксидирование использует окислительные процессы на аноде электролизер а: обезжиренные и освобожденные от оксидных пленок изделия помещают на анод электролизера с окисляющим электролитом (SO₄ 2- , Cr₂O₇, CrO₄ 2- ) и через очень короткое время металл изделия покрывается плотной оксидной пленкой, например:

На аноде: SO₄ 2- + H₂O – 2e → SO₄ 2- + 2H + + O (1)

Толщина окисных пленок в щелочной ванне обычно достигает 0,8 мкм. Пленки бòльшей толщины можно получить при использовании более концентрированных растворов щелочи, но они будут низкого качества из-за образования гидроокиси железа в слое окисла. При необходимости используют 2-х стадийное оксидирование: сначала в ванне с разбавленным раствором щелочи, а потом в более концентрированном. Толщина пленки в этом случае достигает 1,5 мкм.

Фосфатирование металлической поверхности представляет собой процесс осаждения нерастворимых фосфатов этого металла. Сущность процесса фосфатирования сводится к усреднению дигидрофосфатов до фосфатов, нерастворимых в воде, за счет растворения поверхности металла:

Иногда применяют обработку фосфатированного изделия в 7-9%-ном растворе бихромата натрия, который заполняет поры и пассивирует нефосфатированные участки поверхности металла.

1.3.3 Металлические защитные покрытия

Наносят на поверхность изделия тонким слоем металла, обладающего достаточной стойкостью в данной среде. Металлические покрытия также придают поверхностным слоям металлоизделий требуемую твердость, износостойкость. Различают два типа металлических покрытий - анодное и катодное.

Металлические покрытия наносят различными способами: горячий метод, гальванизация и металлизация.

Для нанесения металлических защитных покрытий надо выбирать металлы, оксидный слой на поверхности которых делает их пассивными (А1, Zn, Sn, Cr, Pb, Ni), или металлы, пассивные по своим химическим свойствам (Au, Ag, Сu). Кроме того, надо учитывать условия эксплуатации изделия.

1) Метод окунания применим для нанесения покрытий из легкоплавких металлов на более тугоплавкие. Сущность метода - в расплавленный металл, из которого хотят приготовить покрытие, через слой флюса, закрывающий поверхность жидкого металла, погружают стальной лист и вынимают его также через слой флюса или масла для того, чтобы поверхность сразу не окислилась.

2) Металлизация - это нанесение металлических покрытий на поверхность изделия распылением жидкого металла. Проволока металла, который наносится в качестве защитного слоя, подается в ацетиленокислородное пламя, в дуговой или плазменный разряд - металл плавится и частично испаряется. Мельчайшие капли и пары металла струей газа транспортируются на поверхность изделия и кристаллизуются на ней. Поверхность изделия должна быть тщательно очищена, так как иначе не будет прочного сцепления нанесенного слоя с металлом изделия.

3) Вакуумное испарение. Покрытия, наносимые этим способом, не только защищают металл от коррозии, но и упрочняют его поверхность. Этот метод используют в ремонтно-восстановительных работах для наращивания изношенного слоя металла.

4) Плакирование - нанесение пленок защитного металла путем совместного проката. Метод приемлем только для листов и некоторых профилей проката (пруток, угольник и пр.).

Основаны на электролизе. Металлические защитные слои в этом случае осаждаются на поверхности изделия, которое в электролизере представляет собой катод и находится под отрицательным потенциалом. Покрытие должно иметь мелкокристаллическую структуру и быть сплошным - без пор и трещин. Разработаны определенные режимы осаждения, обеспечивающие эти качества покрытий (температура, плотность тока и состав электролита). Для получения мелкозернистой структуры в состав электролита вводят поверхностно-активные вещества и органические добавки, препятствующие росту отдельных кристаллических зерен (декстрин, ализариновое масло и т. д.).

При выборе покрытий следует учитывать относительную активность основного металла и металла покрытия (катодное или анодное покрытие).

Механическая прочность покрытия исследуется различными путями — действием струи кварцевого песка или движением заточенного на полусферу металлического стержня под определенной нагрузкой.

Химическая стойкость определяется временем, которое необходимо для растворения пленки определенным реактивом. Время измеряется от начала испытания для появления характерной окраски от ионов основного металла, появляющихся в результате коррозии в данной среде. В коррозионную среду вводят соответствующий реактив.

Читайте также: