12.2. Способы защиты металлов от коррозии

Все конструкционные и инструментальные материалы в большей или меньшей степени подвержены коррозионному действию внешней среды. Большая часть изделий в машиностроении изготовлена из сталей и чугунов, поэтому их защита от коррозии представляет наибольший интерес.

Существует много способов защиты металлов от коррозии. Выбор того или иного способа определяется конкретными условиями работы или хранения изделия. В настоящее время с целью увеличения срока службы изделий и обеспечения надёжности их работы применяют следующие способы защиты от коррозии: нанесение металлических и неметаллических покрытий, применение ингибиторов коррозии, химическая и электрическая защита.

Металлические покрытия широко применяются для защиты от коррозии деталей машин и приборов и различных металлоконструкций. При этом выбирают металл, обладающий достаточной стойкостью в данной среде. Нанесённые покрытия могут также повысить износостойкость отдельных деталей и изделия в целом.

Различают два типа металлических покрытий – анодное и катодное. При анодном покрытии изделие защищают металлом с большим отрицательным электродным потенциалом. Срок службы анодных покрытий возрастает при увеличении их толщины. Анодное покрытие защищает основной металл готовых изделий электрохимически. Для железоуглеродистых сплавов в качестве анодного покрытия может быть использован цинк или кадмий. Покрытие из цинка наносят также на медь, латунь, алюминий. Цинковые покрытия широко применяются для защиты листовой стали, а также водопроводных труб и различных резервуаров от действия воды и горячих жидкостей.

Катодные покрытия производят металлами, электродный потенциал которых в данном электролите выше потенциала основного металла. Катодные покрытия создают механическую защиту основного металла. Нарушение сплошности покрытия (например, механическое повреждение) влечёт за собой усиленную электрохимическую коррозию основного металла. Для сталей катодным покрытием может быть олово, медь, никель.

Металлические покрытия наносят различными способами. Наиболее часто применяют горячий метод, гальванизацию, металлизацию, а также напыление и плакирование.

При горячем методе изделие погружают в расплавленный металл, который смачивает его поверхность и покрывает тонким слоем. Затем изделие вынимают из ванны и охлаждают. Горячий способ применяют для нанесения тонкого слоя олова (лужение) или цинка (цинкование).

Лужение применяется в производстве белой жести, для покрытия внутренних поверхностей пищевых котлов и для других целей; цинкование – для проволоки, кровельного железа, труб.

Нанесение металлических покрытий гальваническим путём основано на физических законах о прохождении постоянного электрического тока через жидкую среду-электролит. При этом в качестве анода применяют металл, который необходимо нанести в качестве покрытия. Катодом служит изделие. При пропускании тока через электролит анод растворяется в электролите и наполняет его катионами, которые затем разряжаются на катоде (изделии). При гальванических покрытиях обеспечивается нанесение покрытия практически из любого металла на заготовки также из любого металла. Толщину гальванического покрытия можно регулировать в достаточно широких пределах.

Антикоррозионные покрытия могут наноситься путём распыления плазменной струёй расплавленного металла и нанесение его на защищаемую поверхность. Материалом покрытия могут быть металлы, оксиды, бороды, нитриды и другие соединения. Они могут применяться в виде проволоки, прутков или порошков. Аппараты для напыления называются металлизаторами. Преимуществами плазменного напыления является формование покрытий высокой плотности при хорошей сцепляемости с основанием.

Плакирование (термомеханическое покрытие) заключается в совместной горячей прокатке основного и защитного металлов. Сцепление между металлами осуществляется в результате диффузии под влиянием совместной деформации горячей заготовки. Защищаемый металл покрывают с одной стороны или с обеих сторон медью, медными сплавами, алюминием или нержавеющей сталью.

Неметаллические покрытия выполняются из лаков, красок, эмалей, смазок, пластмасс и других органических и неорганических веществ.

Наиболее распространённым способом защиты металлоконструкций, машин и механизмов в различных агрессивных средах являются лакокрасочные покрытия. Эти покрытия имеют значительные преимущества перед металлическими. Они легко наносятся на изделие, хорошо закрывают поры, не влияют на свойства металла и являются сравнительно недорогими.

При правильном подборе лаков и красок и при соблюдении технологии их нанесения срок службы покрытий доходит до 5 лет.

Технологический процесс нанесения лакокрасочного покрытия включает подготовку поверхности, приготовление лакокрасочных материалов, нанесение покрытий и их сушку.

При длительном хранении и транспортировке металлические изделия покрывают специальными консервационными смазками и жирами. При необходимости смазки периодически обновляют.

Борьба с коррозией может вестись с использованием ингибиторов коррозии. Ингибиторами коррозии называют некоторые органические или неорганические соединения, которые вводят в небольших количествах в агрессивную среду, что способствует предотвращению или уменьшению скорости коррозии. Ингибиторы коррозии используют, например, для защиты различных трубопроводов, теплообменных аппаратов, нефтедобывающего и химического оборудования.

Химическая защита состоит в искусственном создании на поверхности изделия защитных оксидных или иных плёнок. Такие плёнки создаются при воздействии на металл сильных химических реагентов. Наведение оксидных плёнок называют оксидированием. Наиболее широко применяют оксидирование для защиты от коррозии алюминия, магния и их сплавов.

Кроме оксидных плёнок, на стальных изделиях наводят плёнки из фосфатов марганца и железа. Этот процесс называют фосфатированием. Получаемые при этом плёнки в сравнении с оксидными являются более прочными.

В отдельных случаях осуществляется электрохимическая защита металлов от коррозии при помощи протекторов. Протекторную защиту применяют для конструкций, соприкасающихся с электролитом. С этой целью к поверхности защищаемого изделия прикрепляют протекторы (пластины) из металла, имеющего в данный среде меньший электродный потенциал, чем потенциал основного металла. В результате образуется гальваническая пара, в которой анодом является протектор, а катодом – изделие. В таких условиях протектор будет постепенно разрушаться, защищая тем самым основной металл. После полного разрушения протектор заменяют.

Таким способом защищают, например, подводные части морских судов, прикрепляя к ним цинковые пластины. Катодную защиту применят также для подземных металлических сооружений (трубопроводов, кабелей и др.), которые присоединяют к отрицательному полюсу источника постоянного тока, а положительный полюс заземляют.

Следует заметить, что значительное повышение антикоррозионных свойств сталей достигается путём введения в их состав некоторых химических элементов. При оптимальном сочетании таких элементов, называемых легирующими, можно создать композиции, практически не корродирующие в данной среде. Так при введении в сталь 12% хрома достигается её антикоррозионность в атмосфере и других средах. Введение в сталь никеля повышает её кислотостойкость. Дополнительная присадка меди повышает антикоррозионность в кислых средах при повышенных температурах. Антикоррозионная защита металлов имеет большое народнохозяйственное значение, поскольку обуславливает надёжность и долговечность эксплуатации машин, механизмов, различных металлических сооружений (нефте- и газопроводов, железнодорожных мостов, опор линий электропередач и др.).

Вопросы для самопроверки

Акулич Н.В. Процессы производства черных и цветных металлов и их сплавов, Гомель 2008