ЗАЩИТА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ ОТ КОРРОЗИИ

 

Противокоррозионные мероприятия необходимо планировать на стадии проектирования промышлен­ного оборудования. В такие мероприятия входит пра­вильный выбор материала и методов защиты его от коррозии, а также выбор рационального способа из­готовления металлоконструкции в противокоррозион­ном отношении: чтобы не было мест для скопления влаги, было меньше щелей, зазоров, нежелательных контактов металлов и механических напряжений. При соединении узлов металлоконструкции следует отдавать предпочтение сварным соединениям перед клепаными и болтовыми.

Наиболее надежный метод борьбы с коррозией — изготовление аппаратов, машин и другого оборудова­ния из коррозионно-стойких материалов. Однако его не всегда можно использовать в силу экономи­ческих, технических и других соображений, на­пример ввиду того, что коррозионно-стойкие мате­риалы имеют низкую пластичность и большую стои­мость.

Коррозионно-стойкие стали устойчивы к воздей­ствию агрессивных сред — электролитов. Наиболее широкое применение находят хромистые, хромоникелевые (10—28 % Ni), хромоникельмолибденовые, хромоникельтитановые и другие стали.

Хромистые стали легко пассивируются, поэтому устойчивость их к коррозии возрастает с ростом окис­лительных свойств агрессивной среды, однако при воздействии концентрированной азотной кислоты они разрушаются вследствие перепассивации. Стали, со­держащие свыше 25 % хрома, устойчивы в «царской водке», в 30%-ном растворе хлорного железа. Но они разрушаются, особенно при нагревании, в средах, обладающих восстановительными свойствами (раз­бавленные растворы серной, соляной, муравьиной, винной, сернистой кислот), так как на поверхности металла не образуется защитных пленок. При ком­натной температуре стали устойчивы к разбавленным растворам щелочей, но при нагревании и повышении концентрации они разрушаются. Им свойственна межкристаллитная коррозия, устраняющаяся допол­нительным легированием сталей титаном и ниобием.

Хромоникелевые стали (07Х16Н6, 12Х18Н9Т, 08Х18Н10Т, 03Х18Н11 и др.) сочетают высокую пластичность и вязкость с достаточной прочностью и коррозионной стойкостью. Они устойчивы в азотной (до концентрации 80% и при температуре до 70°С), ортофосфорной (до концентрации 60 % и при темпе­ратуре 100°С), серной, органических кислотах, в растворах нитратов, сульфатов, в сухом хлоре и га­зах, содержащих SO₂, N₂0₃, Н₂S, СО₂, но разруша­ются под действием соляной и концентрированной азотной кислот.

Коррозионную стойкость хромоникелевых сталей в неокислительных средах повышают введением в со­став стали молибдена, титана, меди, кремния и др.

Хромоникельмолибденовые стали (10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М3Т, 03Х16Н15МЗ и др.) прочны, пла­стичны, имеют высокую ударную вязкость, хорошо свариваются, протягиваются, штампуются. Присутст­вие молибдена в стали способствует пассивации стали как в окислительных, так и в восстановительных, средах, и в средах, содержащих ионы хлора. Такое сочетание свойств делает незаменимыми эти стали для изготовления аппаратуры, работающей в сильно агрессивных средах, например в 10—15 %-ных нагре­тых растворах серной, сернистой, ортофосфорной ки­слот, в кипящих растворах органических кислот и т. д.

Еще более высокой коррозионной стойкостью об­ладают стали сложной системы Fе — С — Сr — Ni— . Мо — Си. Их широко применяют в химической, целлюлозно-бумажной, пищевой промышленности.

 

СНИЖЕНИЕ АГРЕССИВНОСТИ КОРРОЗИОННОЙ СРЕДЫ

 

Этот способ защиты целесообразно применять только при ограниченном объеме коррозионной среды. За­щита металла от коррозии достигается либо снижением концентрации агрессивного компонента, либо введением в коррозионную среду веществ, снижаю­щих скорость коррозии.

Кислород и другие окислители, присутствующие в агрессивной среде, резко увеличивают скорость кор­розии. Поэтому при коррозии, идущей с восстанов­лением кислорода, агрессивная среда подвергается обескислороживанию, или деаэрации. Это достигает­ся кипячением или пропусканием через среду инерт­ных газов, обработкой среды химическими реагента­ми, связывающими окислители. Такой способ защиты является громоздким и трудоемким, он используется обычно для защиты теплосилового оборудования.

В кислых средах уменьшение концентрации ионов водорода достигают введением негашеной извести или щелочи:

Наиболее широкое применение находит способ за­щиты от коррозии путем введения в состав агрессив­ной среды веществ, снижающих или полностью исключающих коррозионный процесс. Такой способ защиты называется ингибированием, а вводимые в среду вещества — ингибиторами.

Концентрация вводимых веществ для снижения¹ скорости коррозии при ингибировании зависит от со­става и свойств агрессивной среды, ее температуры и других факторов. Действие ингибитора оценивает­ся степенью защиты Z (в %) и коэффициентом тор­можения (ингибиторный эффект) γ и определяется по формулам

где К₁и К₂ — скорости коррозии в среде без ингибитора и с ним соответственно, г/(м²·ч).

Ингибиторы, адсорбируясь на поверхности корродирующего металла, тормозят протекание анодного и катодного процессов электрохимической коррозии, или, образуя экранирующую пленку, изолируют ме­талл от электролита, или оказывают смешанное за­медляющее действие. Они подразделяются на катод­ные, анодные и катодно-анодные.

Катодные ингибиторы — вещества, тормозящие отдельные стадии катодного процесса. При коррозии в нейтральном растворе, протекающей с восстанов­лением кислорода, такой ингибитор, например суль­фит натрия, должен снижать содержание кислорода в агрессивной среде. К катодным ингибиторам отно­сятся и вещества, сокращающие поверхность катод­ных участков. Так, при введении в щелочную среду хлорида или сульфата цинка скорость коррозии рез­ко снижается из-за образования нерастворимого гидроксида цинка, который, осаждаясь на стенках аппарата, препятствует соприкосновению раствора с металлом. Кроме того, катодные ингибиторы способ­ны повышать перенапряжение водорода [Аs₂О₃, Bi₂(S0₄)₃]. Такие ингибиторы применяют в про­цессах коррозии, идущих с выделением водо­рода.

Анодные ингибиторы — вещества, способные обра­зовывать на поверхности металла тонкие (~0,01 мкм), чаще всего оксидные, пленки. Пленки тормозят пере­ход ионов металла в раствор. К анодным ингибито­рам относятся хроматы, бихроматы, нитриты, фосфа­ты и др.

Катодно-анодные ингибиторы, например КI, КВr в растворах кислот, тормозят в равной степени анод­ный и катодный процессы за счет образования на по­верхности металла хемосорбционного слоя.

Кроме неорганических ингибиторов, рассмотрен­ных выше, применяют и органические. К ним отно­сятся органические коллоиды, поверхностно-актив­ные и другие вещества.

Органические ингибиторы снижают скорость кор­розии аппаратуры, соприкасающейся с кислыми сре­дами. Адсорбируясь на поверхности металла, органи­ческие ингибиторы тормозят разряд ионов водорода, что уменьшает разрушение металла. Органические ингибиторы адсорбируются только поверхностью ме­талла, продукты коррозии их не адсорбируют. По­этому их применяют, когда надо очистить изделия из металлов и сплавов от оксидов, ржавчины, окалины, которые в присутствии органических ингибиторов легко растворяются при кислотном травлении без за­метного разрушения металла. Так, органические ингибиторы широко используют при очистке котельных установок от накипи. Накипь со стенок аппарата растворяют в хлористоводородной кислоте в присут­ствии ингибитора:

.

Кроме того, органические ингибиторы применяют при травлении железных труб, для защиты от корро­зии холодильных установок, электролизеров, цистерн, резервуаров и т. д.

Для защиты металлов и сплавов на воздухе при­меняются ингибиторы атмосферной коррозии (кон­тактные и летучие).

Контактные ингибиторы—нитрит и бензоат нат­рия предохраняют черные металлы, хром, никель,, цинк, хромат гексаметилендиамина — черные и цвет­ные металлы. Такие ингибиторы используются при консервации деталей и узлов оборудования и меха­низмов. Ингибиторы наносят на детали, погружая детали в растворы, или вводят ингибиторы в масла и смазки.

Летучие ингибиторы — нитрит дициклогексиламина, карбонат циклогексиламина и другие защищают от коррозии изделия из чугуна, стали, никеля, хро­ма, алюминия, фосфатированные и оксидированные металлы. Их можно использовать в виде порошка или наносить на упаковочную бумагу, картон, ткань из спиртоводного раствора; применяют для консер­вации инструмента и оборудования из черных ме­таллов.

ЗАЩИТНЫЕ ПОКРЫТИЯ

 

Защитное покрытие должно быть сплошным, равно­мерно распределенным по всей поверхности, непро­ницаемым для окружающей среды, иметь высокую адгезию (прочность сцепления) к металлу, быть твердым и износостойким. Коэффициент теплового расширения покрытия должен быть близким к коэф­фициенту теплового расширения металла защищае­мого изделия.

Применяемые в технике покрытия подразделяют­ся на металлические и неметаллические.

Металлические покрытия

Металлические покрытия наносят на изделия погру­жением в расплавленный металл (горячий метод), термомеханическим методом (плакирование), распы­лением (металлизация), диффузионным и гальвани­ческим.

В зависимости от применяемого металла покры­тия бывают катодные и анодные. Если изделие по­крывается металлом, имеющим более положитель­ный потенциал, чем потенциал защищаемого метал­ла, то такое покрытие называют катодным; напри­мер, покрытие изделия из стали оловом, медью. При нарушении целостности покрытия коррозия резко возрастает, так как металл изделия становится ано­дом по отношению к металлу покрытия. Если изде­лие покрывается металлом, имеющим более отрица­тельный потенциал, чем потенциал металла защи­щаемого изделия, то такое покрытие называют анодным; например, покрытие стали цинком. Анодное покрытие защищает покрываемый металл при наруше­нии его целостности, так как металл изделия являет­ся катодом по отношению к металлу покрытия. Таким образом, катодное покрытие должно быть сплошным и непроницаемым для агрессивной среды, тогда как к анодному покрытию по сплошности предъявляются менее высокие требования.

Горячий метод

Металлические покрытия горячим методом наносят на изделие или заготовку путем их погружения на несколько секунд в ванну с расплавленным метал­лом. Этим способом на изделия наносят цинк (t_пл = 419°С), олово (t_пл = 232°С), свинец (t_пл = = 327°С), алюминий (t_пл = 658°C), т. е. металлы, имеющие низкую температуру плавления. Перед на­несением на изделие покрытия его обрабатывают флюсом, например, состоящим из 55,4 % хлорида аммония, 6 % глицерина, 38,4 % хлорида цинка. Флюс защищает расплав от окисления и, кроме того, удаляет с поверхности оксидные и другие пленки, что улучшает адгезию металла к металлу покры­тия.

Горячим методом наносят покрытия на готовые изделия, в основном из стали и чугуна, и на полу­фабрикаты из них (листы, трубы, проволоку). Тол­щина покрытия зависит от назначения изделия, при­роды металла, температуры, времени выдержки изделия в расплаве и составляет от нескольких микро­метров до миллиметров.

Горячий метод нанесения покрытий не обеспечи­вает получения равномерных по толщине покрытий, поэтому не применяется для защиты изделий с узки­ми отверстиями, резьбой и изделий больших разме­ров. При нанесении покрытий большой толщины ве­лик расход цветных металлов.

Плакирование

Термомеханический способ (плакирование) широка используют для защиты от коррозии основного ме­талла или сплава другим металлом (сплавом),устой­чивым к воздействию внешней среды. Соединение металлов осуществляют в основном горячей прокат­кой, при которой образуется прочное соединение двух металлов за счет взаимной диффузии металлов. Плакированием получают би- и многослойные ме­таллы.

Для плакирования применяют металлы и сплавы, обладающие хорошей свариваемостью: углеродистые, кислотостойкие стали, дюралюмины, сплавы меди и др. В качестве защитного покрытия для плакирова­ния широко используются алюминий, тантал, молиб­ден, титан, никель, нержавеющие стали и др. Толщи­на плакирующего слоя колеблется от 3 до 60 % тол­щины защищаемого металла.

Термомеханическим способом защищают от кор­розии автоклавы, фасонные изделия, листы, сосуды и др. Плакированные изделия находят применение в химической, нефтеперерабатывающей, пищевой и других отраслях промышленности.

Металлизация распылением

Металлизация—процесс нанесения расплавленного металла на поверхность изделия сжатым воздухом или инертным газом. Покрытие на изделии образуется в результате вклинивания и прилипания частиц металла в поры и неровности поверхности. Проч­ность сцепления покрытия с защищаемым изделием зависит от размера частиц, скорости их полета, де­формации при ударе о поверхность. При металлиза­ции получаемое покрытие имеет чешуйчатую струк­туру и высокую пористость, которую уменьшают уве­личением толщины покрытия, шлифованием, полиро­ванием или дополнительным нанесением лаков и красок.

Металлизацию в основном применяют для защи­ты от коррозии крупногабаритных изделий и соору­жений, например железнодорожных мостов, газголь­деров, свай, корабельных и морских труб, вулканизационных котлов и мелких изделий, к которым другие методы неприменимы.

Изделия, подвергающиеся воздействию атмосфе­ры или находящиеся в почве, покрываются цинком и алюминием толщиной от 0,05 до 4 мм, а соприкаса­ющиеся с водяным паром, морской атмосферой — .алюминием толщиной до 0,3 мм; контактирую­щие с растворами серной кислоты и ее солей — свинцом.

При металлизации расходуется большое количе­ство металла на угар и распыление, покрытие имеет пористую структуру, неравномерную толщину, низ­кую адгезию к металлу.

Диффузионная металлизация

.Диффузионная металлизация — процесс насыщения поверхности изделий при высокой температуре устой­чивыми к агрессивной среде элементами: алюминием, хромом, кремнием, бором. Ее проводят при сов­местном нагревании изделия и элемента покрытия, который может использоваться как в виде порошка с добавкой хлоридов, так и в виде паров его лету­чих соединений. При таком совместном нагревании выделяющийся элемент в атомном состоянии диф­фундирует в поверхностный слой изделия, что обес­печивает хорошее сцепление с защищаемым метал­лом. Образовавшийся поверхностный слой приобре­тает устойчивость к газовой коррозии, повышенную твердость и износостойкость.

Алитирование—процесс введения алюминия в поверхность изделий из стали, чугуна, меди. Наибо­лее часто алитирование проводят в твердой среде на­греванием изделий с порошкообразной смесью, со­стоящей из алюминия (или ферроалюминия)—45%, оксида алюминия — 53% и хлорида аммония — 2%.

Алитированию подвергают прокат, поковки, муф­ты, котельную арматуру и другие изделия из стали и чугуна. Алитированные изделия устойчивы в газах, содержащих сернистые и другие соединения. Они могут использоваться вместо жаростойких ста­лей.

Хромирование — процесс насыщения поверхност­ных слоев изделий из стали или чугуна хромом. Он осуществляется при 1000—1150°С в течение 20— 25 ч в жидкой, газообразной и твердой (порошках) средах. Наиболее часто используется порошковый метод, при котором применяют порошки, состоящие из хрома или феррохрома и хлорида аммония.

Поверхностный слой изделий после хромиро­вания устойчив ко многим коррозионным средам, так как выделившийся хром с компонентами стали обра­зует твердые растворы и хромистые соединения, а с углеродом и железом — карбидный слой.

Хромированные заготовки подвергаются изгиба­нию, волочению, штамповке, обработке на прессах, прокатке без нарушения защитных свойств. Получен­ные изделия широко используются в химической, нефтехимической и других отраслях промышленно­сти, особенно в тех случаях, когда изделия сопри­касаются с окислительными средами.

Силицирование — процесс насыщения поверхно­сти изделий из стали или чугуна кремнием. Прово­дят силицирование с применением порошков (смесь ферросилиция, шамота и хлорида аммония) или га­зообразных соединений кремния (SiF₄, SiCl₄) при температуре 1100—1200 °С в течение 10—24 ч. В за­висимости от температуры и времени силицирования глубина проникновения выделяющегося кремния (4Fе + 3SiС1₄ → 3Si + 4FеС1₃) различна и со­ставляет от 0,8 до 1,0 мм.

Поверхность силицированных изделий тверда, из­носостойка. Такие изделия устойчивы к воздей­ствию растворов азотной, серной кислот и растворам их солей, к атмосферной коррозии. Силицированию подвергают стальные трубы, детали насосов для пере­качки кислот и солей, арматуру, детали тракторов и автомобилей.

Неметаллические покрытия

Из всех покрытий, применяемых для защиты изделий от коррозии, наиболее распространены неметал­лические. К ним относятся эмали, лаки и краски, по­крытия резиной, пластическими массами, смазкой и др. Особенно широко применяют лакокрасочные покрытия, ассортимент которых превышает 1000 наименований.

---

Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 324; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!