Электрохимическая коррозия

2.2.1. Катодная  защита.

Катодную  защиту широко используют как дополнительное (к изолирующему покрытию), так и  самостоятельное средство для защиты от коррозии металлических конструкций  подземных сооружений, газопроводов, резервуаров и др.

Сущность  катодной защиты состоит в том, что  к защищаемой конструкции присоединяют отрицательный полюс источника  постоянного тока или протектор (катод), а положительный полюс источника тока присоединяется к пластинке металла или графита (анод). Принципиальная схема катодной приведена на рис.         . Корродирующий металл можно представить как короткозамкнутый многоэлектродный гальванический элемент. Переход ионов металла с анодных участков в раствор и электронов – с анодных участков к катодным, восстановление деполяризаторов на катоде обуславливают появление электрического тока, а, следовательно, и коррозию металла. Поэтому, присоединяя отрицательный полюс источника тока к защищаемому изделию, превращаем его в катод, то есть, предотвращаем разрушение. При таком присоединении будет разряжаться источник постоянного тока и разрушаться пластина металла, являющаяся анодом.

Протекторная  защита (рис.         ) осуществляется присоединением к  конструкции пластины металла, потенциал которого более отрицательный, чем потенциал металла конструкции. Протекторная защита применяется для конструкций, работающих в растворах солей, морской воде. Применять протекторы для защиты аппаратуры, работающих в водопроводной или речной воде, невыгодно в связи с их низкой электропроводностью, так как в этом случае пришлось бы устанавливать протекторы больших размеров. В сильно агрессивных средах такую защиту применять нецелесообразно ввиду быстрого разрушения протектора. При защите конструкций из стали, чугуна применяют протекторы из магния, цинка или сплава, содержащего 90% алюминия и 10% цинка. 

2.2.2. Анодная  защита.  

Ряд металлов, например хром, никель, титан, цирконий и железные сплавы, содержащие эти  металлы, легко переходят в пассивное состояние, которое устойчиво сохраняют в окислительных средах. Это их свойство имеет огромное практическое значение в защите от коррозии. Образование пленок на металлах ведет к смещению потенциалов активного металла в отрицательную сторону, что уменьшает скорость коррозии. Следовательно, можно искусственно создать пассивное состояние поверхности металла за счет анодной поляризации от внешнего источника тока электрической энергии, что сократит скорость коррозии на несколько порядков при минимальном расходе энергии, так как сила тока очень мала. Этот вид борьбы с коррозией получил название анодной защиты, которую целесообразно использовать в сильно агрессивных средах. Анодная защита может осуществляться несколькими способами, но чаще всего простым наложением постоянной ЭДС от постороннего источника тока. Причем в отличие от катодной защиты положительный полюс источника тока присоединяется к защищаемому изделию, а катоды помещаются около поверхности изделия. Количество катодов, размеры их и расстояние от изделия должны обеспечить равномерную анодную поляризацию. Анодная защита используется для предохранения от разрушения изделий, изготовленных из легированных сталей. Эффективность анодной защиты можно проследить при рассмотрении коррозии стали 10Х18Н9Т в 50%-ной серной кислоте при 50˚С (рис.    ).

В настоящее время анодная защита применяется в промышленности также для защиты изделий из углеродистой стали, что увеличивает срок службы аппаратуры. Применение анодной защиты уменьшает загрязнение агрессивной среды продуктами коррозии. Так, например, содержание железа в олеуме, находящемся в стальном аппарате с анодной защитой, составляет всего 0,004%, тогда как в аппарате без анодной защиты концентрация железа в олеуме резко возрастает и становится равной 0,12%. 

2.3. Замедлители  коррозии.  

Снизить скорость коррозионного процесса аппаратуры из металлов можно и изменением состава  агрессивной среды. Это достигается  удалением коррозионноактивных  веществ (веществ, усиливающих коррозию) или введением соединений тормозящих, а иногда и полностью прекращающих коррозионный процесс. Удалить из агрессивной вещества, усиливающие скорость коррозии, можно кипячением растворов, пропуская через них инертные газы, химической обработкой среды и др.

Большой вред аппаратуре наносит кислород, присутствующий в агрессивной среде, который резко усиливает скорость коррозии. Поэтому вода или водные растворы солей, где коррозия металлов и сплавов протекает с кислородной деполяризацией, подвергается обескислороживанию, или деаэрации. Например, образец стали в сырой воде начинает разрушаться через несколько минут, тогда как после кипячения вода не реагирует со сталью длительное время. Это объясняется тем, что из воды были удалены газы, в частности кислород. Если такую воду изолировать от соприкосновения с воздухом, то есть исключить растворение в ней кислорода, то сталь не будет корродировать долгие месяцы и даже годы. Но этот способ снижения скорости коррозии аппаратуры и оборудования является громоздким и трудоемким, поэтому он находит ограниченное применение.

Уменьшить или полностью исключить коррозию металлической аппаратуры возможно введением в агрессивную среду  соединений, значительно снижающий  коррозионный процесс. Такой способ снижения скорости коррозии называется ингибированием, а вводимые в среду вещества – ингибиторами, или замедлителями, коррозии. Ингибирование применяется только в системах с постоянным объемом агрессивного раствора, например при защите резервуаров, цистерн, травильных ванн и т.д. Концентрация вводимого в среду ингибитора зависит от состава и свойств среды, температуры, рН раствора и др.

Механизм  действия замедлителей коррозии в большинстве  случаев носит электрохимический  характер, то есть одни вещества, вводимые в состав среды, замедляют анодный, а другие – катодные процесс или одновременно обе стадии процесса.

По характеру  защитного действия применяемые  ингибиторы подразделяются на катодные, анодные и органические.

К анодным  замедлителям относятся вещества, обладающие окислительными свойствами (хроматы, дихроматы, нитриты и др.). Они образуют на анодной поверхности металла или сплава пассивные, чаще всего оксидные пленки толщиной ≈0,01 мкм и уменьшают скорость его растворения.

К катодным замедлителям относят вещества, способные  тормозить отдельные стадии катодного процесса. Например, в процессах, идущих с кислородной деполяризацией, скорость коррозии уменьшается при снижении концентрации кислорода в растворе. Поэтому введение поглотителей кислорода в раствор (Na₂SO₃) снижает скорость коррозии. Можно уменьшить коррозию, применяя катодные замедлители, сокращающие поверхность катодных участков. К ним относятся ZnSO₄, ZnCl₂ и др. Снижение коррозии при введении этих соединений объясняется образованием в щелочной среде нерастворимого соединения Zn(OH)₂, которое, осаждаясь на стенках аппарата, изолирует катодные участки поверхности от соприкосновения с раствором.

Анодные и катодные замедлители (как правило, неорганические соединения) снижают  коррозию в нейтральных и щелочных средах, но не оказывают защитного  действия в кислых средах.

К органическим замедлителям коррозии относятся органические коллоиды, поверхностно-активные вещества и другие соединения. Органические ингибиторы адсорбируются на поверхности  металла, причем не на всей поверхности, а лишь только катодных, активных ее участках, тормозя разряд ионов водорода, а следовательно, и разрушение металла. Органические замедлители не адсорбируются окисленной поверхностью или продуктами коррозии, находящимися на ней, поэтому они будут разрушаться под действием агрессивной среды. Этим свойством органических замедлителей пользуются при кислотном травлении металлов, когда ржавчина и окалина растворяются без заметной коррозии металла.

Защитное  действие органических замедлителей зависит  от природы этих веществ, температуры  и концентрации их в агрессивной среде. С повышением температуры уменьшается адсорбция их поверхностью и резко снижается защитное действие. Концентрация ингибитора в растворе должна быть строго определенной.