44.Методи захисту металевих виробів від корозії

Для захисту металів від корозії існують різноманітні методи, вибір яких визначається особливостями самого металу, умовами експлуатації виробів, їх розмірами і економічною вигодою від застосування того або іншого методу. Тому не існує єдиної системи вибору і застосування мір захисту від корозії.

Всі міри захисту металовиробів від корозії, які застосовуються в практиці, можна класифікувати за характером їх впливу трьома основними чинниками, які в сукупності визначають протікання коро­зійного процесу - метал, корозійне середовище і особливості конст­рукції виробу.

Вплив на метал. До заходів боротьби, які засновані на наданні відповідного протикорозійного впливу на метал, можна віднести: корозійне легування, термообробку, застосування різноманітних покриттів, інгібіторів, змазок, а також використання електрохі­мічного захисту.

Корозійне легування. Такий метод, з метою підвищення коро­зійної стійкості, є найбільш радикальним засобом захисту виробів від корозії. При цьому до сплаву додають один або декілька легуючих елементів, що утворюють на його поверхні щільні оксидні плівки, які захищають метал від корозії. Крім того, при легуванні сплави, як правило, набувають однофазну структуру, яка в значно меншому ступені схильна до електрохімічної корозії.

Зазвичай, залізовуглецеві сплави легують хромом, нікелем, молібденом, алюмінієм, кремнієм. Так, при введені в сталь 12,5% і більше хрому сталь набуває корозійної стійкості на повітрі, у воді, у водних розчинах ряду кислот і солей. Додаток в хромисту сталь нікелю підвищує її корозійну стійкість за рахунок утворення однофазної аустенітної структури.

Термообробка підвищує корозійну стійкість металу за рахунок попередження випадання карбідів хрому на межі зерен нержавіючої сталі аустенітного класу (утворення зони, збідненої хромом, на межі зерен внаслідок виділення карбідів хрому при відпуску закаленої сталі є причиною міжкристалічної корозії), гомогенізації структури металу, зняття внутрішніх напруг.

Нанесення захисних покриттів. Захисні покриття дозволяють в значній мірі знизити швидкість і навіть виключити корозію. Покриття за своєю природою можуть бути металевими, неорганіч­ними і органічними.

Нанесення захисних металевих покриттів — один із найбільш поширених методів боротьби з корозією. Ці покриття не тільки захищають від корозії, але й придають поверхні ряд цінних фізико-хімічних властивостей: твердість, зносостійкість, електропровідність, паяльність, відбивну властивість, забезпечують вироблення деко­ративного оздоблення.

Металеві захисні покриття, які наносяться на поверхню мета-ловиробу, повинні володіти корозійною стійкістю в даному сере­довищі. В якості покриттів застосовують цинк, олово, алюміній, мідь, свинець, кадмій, нікель, хром, срібло, золото та їхні сплави.

Металеві покриття наносять такими способами: гальванічним; зануренням в розплавлений метал (гарячий метод); розпиленням; плакуванням; дифузійним.

Гальванічний метод нанесення захисних покриттів ґрунтується на осадженні катіонів покривного металу з водних розчинів солей при пропусканні через них постійного електричного струму. Гальванічний метод має ряд переваг рівномірна товщина покриття, можливість точного регулювання товщини покриття, міцне зчеплення з основним металом, відсутність нагрівання, гарна відбивна спроможність, економічність. До недоліків цього методу належать нерівномірність товщини покриття на виробах складної форми і відносна тривалість процесу. Гальванічним методом на металеві вироби наносять N1, Сг, 5п, 2х\, Си, Ад, Аи. Товщина покриття, в залежності від умов експлуатації, може бути 1 мкм, 3, б, 9, 12, 15, 18, 21, 24, ЗО, 36, 42, 48 і 60 мкм.

Нікелювання (покриття нікелем) забезпечує високу корозійну стійкість і декоративну обробку поверхні. Цей метод застосовують як захисно-декоративне покриття столових приборів, ножових товарів, посуду, приладдя для вікон і дверей, металевої галантереї.

Хромування (покриття хромом) надає поверхні виробів високу корозійну стійкість і опір механічному зносу. Цей метод застосовують при виготовленні блискучих частин автомобілів, велосипедів, вимірю­вальних приладів, друкарських машин, корпусів годинників тощо.

Електролітичне лудження застосовують замість гарячого лудження з метою економи олова. Його використовують в якості покриття приладів для вікон і дверей, арматури світильників, металевої галантереї.

Цинкове покриття електролітичним методом наносять на дріт, стрічку, смуги, а також на вироби, які не мають виступів і заглиблень. Використовується електролітичне цинкування для захисту від корозії шиферних цвяхів, патронів електроламп. Недоліком такого покриття є те, що воно має матово-сірий колір у зв'язку з утворенням на поверхні гідроокису цинку.

Мідні покриття використовують в якості проміжного шару при захисно-декоративному хромуванні і нікелюванні сталевих виробів.

Електролітичне сріблення застосовують для виробів з латуні, мельхіору, нейзильберу.

Срібне покриття володіє високою корозійною стійкістю в багатьох середовищах, за винятком сірководню, добре зчіплюється з захисним металом і має яскравий блиск. Товщина срібного покриття може бути від 3,5 до 31,25 мкм. Сріблення застосовують для захисно-декоративної обробки столових приборів, предметів мистецтва і ювелірних виробів.

Електролітичне золотіння широко застосовують в ювелірному і годинниковому виробництві при виготовленні виробів з міді, нікелю, срібла. Для деталей ручних годинників як покриття використовують також сплав золото-мідь, золото-срібло. Ці покриття мають корозійну стійкість золота, але твердість їх приблизно в 2 рази вище твердості золота.

Дефекти гальванічних покриттів найчастіше виникають при поганій підготовці поверхні виробу. Так, неповне вилучення оксидів і жиру призводить до відшарування покриттів. При грубій обробці поверхні з'являється пористість покриття. Забруднення електроліту викликає крихкість покриття. За наявності в металі виробу, що захи­щається, водню в покритті з'являються бульбашки і здуття. Пору­шення температурного режиму, неправильний склад ванни або непра­вильно вибрана щільність струму призводять до появи на захисному покритті темних плям, матовості і нерівномірності товщини покриття.

Термодифузне покриття утворюється в результаті дифузії із твердої або газоподібної фази алюмінію (алітерування), хрому (термо-хромування), кремнію (термосиліціювання) в основний метал (сталь).

В результаті дифузії порушується структура металевої ґратки основного металу і при високій температурі забезпечується рухли­вість металевих іонів, внаслідок чого проходить обмін металів. При цьому процесі в поверхневому шарі сталі утворюються сплави оксидів АІ₂О₃, Сг₂О₃, 5іО₂ або подвійних сплавів РеАЮ₄, РеСг₂О₄, Ре5Ю₄, які володіють підвищеними захисними властивостями, що зумовлює значну жаростійкість термодифузних покриттів.

Алітерування сталевих виробів здійснюють в розібраному вигляді; ці вироби дуже стійкі до дії парів сірки, сірчистого газу.

Дифузне силіціювання добре захищає вуглецеву сталь від газової корозії.

Лудження застосовують для покриття оловом бляхи для кон­сервних банок, харчового посуду, м'ясорубок; цинкування — для покриття покрівельного заліза, дроту, труб і сталевого посуду; свин­цювання — для покриття внутрішньої поверхні паливних баків машин з двигунами внутрішнього згоряння, хімічної апаратури; алюмінування — для виготовлення вихлопних труб автомобілів, літаків та ін.

При покритті методом розпилення (металізація) застосовують алюміній, кадмій, свинець, олово, мідь, нікель та інші метали.

Цей спосіб застосовують для створення струмопровідних повер­хонь в радіопромисловості, для захисту від корозії виробів складної форми і великих розмірів. Цим методом металеве покриття можна наносити також на дерево, пластмасу, картон, гіпс та ін.

Метод плакування використовують для виготовлення біметалевих листів, стрічок, дроту, облицьовування стальних посудин, автоклавів. Плакування — механотермічний метод отримання захисного металевого покриття. Таке покриття утворюється в результаті суміс­ного прокату, гарячого пресування, нагрівання під тиском двох металів, один з яких відіграє функцію захисного покриття.

Внаслідок великих питомих тисків, що перевищують межу текучості металів, металеві поверхні зближаються на відстані, зістав-ній з параметрами кристалічних ґраток металів, що з'єднуються, і відбувається їхнє схвачування. Товщина такого покриття, як правило, 10—20% товщини основного металу. В якості захисного металу застосовують мідь, алюміній, нікель, латунь. Основою служить низьковуглецева сталь. Плакування міді і її сплавів сріблом і золотом використовують і в ювелірному виробництві.

Неметалеві захисні покриття можуть бути неорганічного і органічного походження. Ці покриття захищають вироби від корозії за рахунок ізоляції їх від зовнішнього середовища і припинення дії гальванічних мікропар на поверхні металу.

У виробництві товарів народного споживання найбільш широко використовують в якості неорганічного покриття силікатне емалю­вання (див. п. 5.2.), а в якості покриття органічного походження — лаки, фарби, плівкові полімерні матеріали, мастила різної консистенції.

Більшість металів окисляються киснем повітря з утворенням поверхневих окисних плівок. Але ці плівки, маючи незначну тов­щину, не забезпечують надійного захисту від корозії (особливо нена­дійні в цьому відношенні природні плівки на залізі). Але в результаті певної хімічної або електрохімічної обробки можна на поверхні металу створити штучні плівки, які б мали більш високу корозійну стійкість, ніж основний метал і захищали б його від руйнування.

Найбільш поширеними є окисні і фосфатні плівки, хоча за своїми захисними властивостями вони поступаються металевим.

Захист металів лакофарбовими покриттями — найбільш старий і поширений спосіб боротьби з корозією. Лакофарбові покриття наносять лаками і фарбами, основою яких є органічна плівко­утворювальна речовина і фарбник (пігмент).

Основні вимоги, що висуваються до лакофарбового покриття: це його суцільність, напористість, добра адгезія, вологонепроникливість. Це можливо за умови нанесення багаторазових покриттів.

Основним перевагами лакофарбових покриттів є:

1. невисока вартість;

2. відносна простота нанесення;

3. можливість відновлення;

4. отримання покриття з потрібними властивостями;

5. можливість отримання покриттів будь-якого кольору;

6. узгодженість з іншими методами захисту, наприклад протек­торним захистом, фосфатними і оксидними покриттями.

До недоліків лакофарбових покрить слід віднести:

1. малу термічну стійкість;

2. низьку механічну міцність;

3. недостатню стійкість до водного середовища.

Покриття плівковими полімерними матеріалами є перспектив­ним методом захисту металовиробів від корозії. В якості захисних плівок використовують капрон, нейлон, поліпропілен, епоксидні смоли. їх наносять пошарово в рідкому стані (нагрітому або розчи­неному), полум'яним напиленням або закріплюють на поверхні виробів клеєм.

Такі плівки володіють високою корозійною стійкістю і електро­ізоляційними властивостями. Наприклад, їх використовують для ізоляції держаків інструментів, що застосовуються при електро­монтажних роботах.

Покриття мастилами застосовують при транспортуванні і зберіганні металовиробів. В якості мастил використовують нафтові масла, вазелін, віск, ланолін, які протягом тривалого часу не утворю­ють висихаючих плівок. До мінеральних масел додають загусники — церезин, парафін. Мастила, як правило, не взаємодіють з металом, що захищається, не утворюють агресивних по відношенню до металу продуктів, достатньо стабільні при зберіганні.

Захист металів оксидними плівками полягає у створенні на поверхні металевого виробу шару оксидів, що володіють значно біль­шою корозійною стійкістю, ніж основний метал. Такі плівки на металах одержують в окислювальних середовищах хімічним або електрохімічним методом, а процес називають оксидуванням. Основне призначення цього процесу — захист чорних і кольорових металів від атмосферної корозії.

45.Зміна складу навколишнього середовища. Воно проводиться для зменшення агресивності навколишнього середовища і досягається за рахунок вилучення з нього речовин, що прискорюють корозію, або введення речовин, що уповільнять корозію. Захист від корозійного руйнування металовиробів в атмосферних умовах при транспортуванні і зберіганні здійснюється шляхом вилучення вологи з навколишнього середовища. Для цього виріб поміщають у замкнутий простір (напри­клад, в поліетиленовий мішок) разом з силікагелем. Силікагель, який здатний поглинути вологу до 35% власної маси, зневоднює простір, що оточує виріб, і завдяки цьому виключає утворення плівки вологи на його поверхні, отже припиняються процеси електрохімічної корозії.

В останній час все ширше застосовують обробку середовища з метою зменшення її агресивності шляхом введення інгібіторів (уповільнювачів) корозії. Такі речовини мають високу пружність пари, швидко заповнюють навколишній простір і, адсорбуючись на металевій поверхні, захищають її від корозії.

Ефективними леткими уповільнювачами є нітрити заміщених амінів, складні ефіри карбонових кислот, карбонати заміщених амінів.

46.Електрохімічний захист металів від корозії. Проводиться він за допомогою протектора. Протекторний захист полягає в тому, що до виробу, який захищається, приєднують протектор з іншого металу, що має в даному корозійному середовищі більш електронегативний потенціал, ніж потенціал металу виробу.

Електрохімічний захист за допомогою протектора застосовують при виготовленні сталевого оцинкованого посуду, приладдя для вікон і дверей і т. д.

Раціональне конструювання виробів. Таке конструювання полягає в тому, що при розробці конструкції металевого виробу слід враховувати не лише максимальну відповідність призначенню, але і менше псування його від корозії в експлуатаційних умовах. При конструюванні виробів слід по можливості не припускати контактів металів з електродними потенціалами, які значно відрізняються один від одного. Якщо ж такі контакти неминучі, то метали повинні бути ізольовані один від одного прокладками або лаковими покриттями. При розробці конструкції слід по можливості не припускати у виробах зазорів, важкодоступних місць для очистки, гострих кутів і напруг в металі.