Защита от коррозии

ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ, комплекс мер, направленных на снижение скорости коррозии материалов. Под материалами в первую очередь подразумеваются металлы, которые применяются в качестве конструкционных материалов или входят в их состав. Поскольку именно металлы определяют основные эксплуатационные характеристики изделий из конструкционных материалов, принято говорить о защите от коррозии конкретных объектов, например трубопроводов, разных видов транспорта, железобетонных конструкций, подземных сооружений. Методы защите от коррозии можно разбить на следующие группы: методы повышения коррозионной стойкости материала, изоляции материала от химически агрессивной и коррозионной среды, снижения агрессивности среды, а также электрохимические методы. Выбор метода защиты от коррозии или (чаще всего) их комбинации определяется функциональными особенностями и условиями эксплуатации защищаемого изделия (конструкции), а также экономическими соображениями.

Если нельзя избежать контакта конструкционного материала с агрессивной средой, применяют металлы с повышенной коррозионной стойкостью. Практически важными коррозионно-стойкими конструкционными материалами являются алюминий, медь, никель, титан и сплавы на их основе. Если конструкционный материал не обладает достаточной коррозионной стойкостью, основной металл легируют элементами, снижающими скорость коррозии. Так, основой многих конструкционных материалов является склонное к коррозии железо. При его легировании хромом или никелем получают стойкие к атмосферной коррозии нержавеющие стали; разработаны стали, устойчивые к воздействию растворов азотной, серной и органических кислот, щелочей. Подбирая легирующие компоненты, можно расширить область применения конструкционного материала. Например, легирование медью значительно повышает стойкость ряда металлов к коррозии в восстановительных средах, в морской воде, легирование хромом - к воздействию окислительных сред. Экономически выгодным является поверхностное легирование: на поверхности недорогого и недостаточно коррозионностойкого металла создают тонкий слой сплава с высокой коррозионной стойкостью (например, путём диффузионного цинкования, хромирования). Для защиты от коррозии широко используют также электрохимические методы нанесения тонких (обычно десятки мкм) слоёв из Ni, Cr, Zn, Cd и других металлов. Кроме легирования важным в практике защиты от коррозии (особенно от локальных видов коррозии) является удаление из конструкционного материала вредных примесей, которые могут образовывать с основным металлом локальные гальванические элементы. Для этого применяют специальные термические и другие способы обработки материалов.

Для изоляции металлов от агрессивной среды используются защитные антикоррозионные покрытия. Метод применяют в тех случаях, когда покрытие не нарушает работу конструкции (изделия). Например, в трубопроводном транспорте для внешней изоляции труб от грунтовых вод и атмосферной влаги используют однослойные полиэтиленовые или многослойные на основе битума, каменноугольного пека и полиэтиленовых плёнок покрытия. Большое распространение в строительстве, автомобильной промышленности, судостроении, производстве бытовой техники и др. получили лакокрасочные и полимерные покрытия (в частности, из пластмасс на основе эпоксидных и полиуретановых смол), стекловидные эмали. Распространены также конверсионные покрытия - плёнки из стойких соединений защищаемого металла (фосфатные, оксидные, хроматине и др.), которые формируются при химической или электрохимической обработке поверхности; на эти плёнки наносят лакокрасочные покрытия. Защитные покрытия часто играют декоративную роль. Для защиты деталей сложной формы применяют метод электрофоретического нанесения покрытий. Перспективно использование в качестве защитных покрытий тонких плёнок электропроводящих полимеров; такие плёнки формируются путём электрохимической полимеризации.

Эффективным методом защиты от коррозии является снижение концентрации вызывающих коррозию компонентов в средах, с которыми контактируют металлы. Например, удаление растворённых кислорода и диоксида углерода из водных растворов нагреванием при пониженном давлении, продувкой инертными газами позволяет резко снизить коррозию железа, сталей, меди и её сплавов. Существенно снизить агрессивность растворов можно, добавляя в них небольшие количества (обычно доли %) ингибиторов коррозии - специальных веществ, в присутствии которых скорость коррозии резко уменьшается. Действие ингибиторов основано на их адсорбции на поверхности металла, образовании на поверхности металла защитной плёнки из труднорастворимых продуктов коррозии, а также смещении электродного потенциала металла либо в сторону более отрицательных значений относительно потенциала коррозии, либо в положительном направлении в область пассивного состояния (смотри в статье Пассивность металлов). В качестве неорганических ингибиторов применяют фосфаты, бораты и другие соли неорганических кислот, а также пероксиды. Органические ингибиторы обычно используют для защиты металлов в кислых средах; в качестве таких ингибиторов применяют азот-, кислород- и серосодержащие гетероциклические соединения, производные жирных кислот, тиомочевины и др. Эффективными методами защиты от атмосферной коррозии являются снижение в воздухе концентрации оксидов азота, серосодержащих газов и других компонентов промышленных выбросов, во влажных средах - создание условий, препятствующих накоплению на металлической поверхности гигроскопических продуктов коррозии и различных загрязнений, а для материалов, эксплуатируемых в закрытых помещениях, - фильтрация и кондиционирование воздуха, поддержание температуры несколько выше температуры точки росы.

Электрохимическая (катодная и анодная) защита от коррозии основана на зависимости скорости коррозии от значения электродного потенциала металла. Существует два варианта катодной защиты. В первом - защита с наложенным током - через защищаемый металл, который контактирует с проводящей электрический ток средой, от внешнего источника с помощью инертных вспомогательных электродов пропускают катодный ток. При этом электродный потенциал металла смещается в отрицательном направлении относительно значений, при которых протекает коррозия. Этот вариант обычно применяют для защиты от коррозии протяжённых подземных металлических конструкций (например, трубопроводов, различных кабелей). Преимущество - возможность легко поддерживать электродный потенциал материала в необходимых пределах. Во втором варианте катодной защиты (гальваническая защита) металлическую конструкцию непосредственно соединяют с массивным электродом из более электроотрицательного, чем компоненты материала конструкции, металла (например, из Zn, Mg, некоторых сплавов). Растворяясь, этот электрод (так называемый жертвенный анод) обеспечивает протекание катодного тока к защищаемому металлу и смещение электродного потенциала металла в отрицательном направлении относительно потенциала коррозии. Данный метод используют для защиты от коррозии корпусов морских судов, морских нефтяных вышек и скважин, относительно небольших конструкций, требующих малого потребления тока. При использовании анодной защиты металл пассивируется и поддерживается в пассивном состоянии под действием внешнего анодного тока. Анодная защита применима к металлам и сплавам, для которых характерны широкие области электродных потенциалов пассивного состояния. Метод отличается экономичностью, так как потребление анодного тока от внешнего источника для поддержания пассивного состояния очень мало. Применяется для защиты от коррозии ёмкостей с агрессивными химическими веществами.

Кроме выбора адекватного метода в комплекс мер по защите от коррозии входят контроль скорости коррозии с использованием специальных приборов - коррозиметров, диагностика коррозионного состояния, восстановление нарушенной защиты.

Лит.: Кеше Г. Коррозия металлов. М., 1984; Колотыркин Я. М. Металл и коррозия. М., 1985; Маттссон Э. Электрохимическая коррозия. М., 1991.