 |
|
Антикоррозионная защита
Антикоррозионная защитаметаллов, комплекс средств защиты металлов и сплавов, металлических изделий и сооружений от коррозии. Антикоррозионную защитуследует предусматривать на всех стадиях производства и эксплуатации металлических изделий — от проектирования объекта и выплавки металла до транспортировки, хранения готовых изделий, монтажа металлических сооружений и их эксплуатации. Потери от коррозии составляют около 12% годовой выплавки металла. Коррозия металлов приводит не только к безвозвратным их потерям, но и к преждевременному выходу из строя дорогостоящих и ответственных изделий и сооружений, к нарушению технологических процессов и простоям оборудования. В ряде случаев коррозия вызывает аварии.
Необходимость защиты металлов от коррозии возникла вместе с появлением первых металлических изделий из меди и железа. Для защиты меди ещё в древние времена применялось горячее лужение, растительные масла, коррозионностойкие сплавы (оловянная бронза, латунь), для защиты железных и стальных изделий — полирование, воронение, лужение. В начале 19 в. был открыт электрохимический метод антикоррозионной защиты с помощью протекторов. В середине 19 в. была установлена принципиальная возможность получения металлических покрытий электролитическим способом. Наиболее интенсивно антикоррозионная защита развивается в 20 в. в связи с изобретением нержавеющих сталей, новых коррозионностойких сплавов, полимерных покрытий и др. Система антикоррозионной защиты определяется условиями эксплуатации и механизмом коррозии металлов (электрохимическим или химическим). По механизму действия все методы антикоррозионной защиты можно разделить на 2 основные группы:
– электрохимические, оказывающие влияние на потенциал металла или его критического значения;
– механические, изолирующие металл от воздействия окружающей среды созданием защитной плёнки и покрытий.
К основным методам антикоррозионной защиты относятся:
1. легирование металлов;
2. термообработка;
3. ингибирование окружающей металл среды;
4. деаэрация среды и водоподготовка;
5. защитные покрытия, создание микроклимата и защитной атмосферы.
Легированием при электрохимической коррозии достигается перевод металла из активного состояния в пассивное, при этом образуется пассивная плёнка с высокими защитными свойствами. Например, легирование железа хромом позволило перевести железо в устойчивое пассивное состояние и создать целый класс сплавов, называемых нержавеющими сталями. Дополнительное легирование нержавеющих сталей молибденом устраняет их склонность к точечной коррозии в морских условиях. Легирование титана небольшим количеством палладия резко повышает коррозионную стойкость в агрессивных слабо окислительных средах. Легированием осуществляется также защита сталей и сплавов от структурной коррозии.
Термическая обработка металлов устраняет структурную неоднородность, вызывающую избирательную коррозию, и снимает внутренние напряжения в сплавах, исключая, тем самым, их склонность к межкристаллитной и точечной коррозии, а также к коррозии под напряжением (например, аустенитных нержавеющих сталей, не содержащих титана и ниобия, алюминиевых сплавов, мартенситных низколегированных и нержавеющих сталей и др.).
Ингибирование среды. Для борьбы с коррозией металлов широко распространены ингибиторы коррозии,которые в небольших количествах вводятся в агрессивную среду и создают на поверхности металла адсорбционную плёнку, тормозящую электродные процессы и изменяющую электрохимические параметры металлов.
Деаэрация и водоподготовка. Наличие кислорода и агрессивных анионов, особенно хлор-ионов, в воде резко сокращает срок работы энергетических установок вследствие коррозии, которая в ряде случаев вызывает коррозионное растрескивание. За счёт деаэрации и водоподготовки изменяются стационарный потенциал и значения критических потенциалов и критических токов металла.
Защитные покрытия. Широко применяют для антикоррозионной защиты защитные покрытия. Они делятся на металлические (чистые металлы и их сплавы) и неметаллические. В зависимости от потенциала металла покрытия могут быть анодными и катодными по отношению к защитному металлу. Вследствие смещения потенциала анодные покрытия уменьшают или полностью устраняют коррозию основного металла в порах покрытия, т. е. оказывают электрохимическую защиту, в то время как катодные покрытия могут усиливать коррозию основного металла в порах, однако ими часто пользуются, т. к. они повышают физико-механические свойства металла, например износостойкость, твёрдость. Но при этом требуются значительно большие толщины покрытий, а в ряде случаев дополнительная защита. Металлические покрытия разделяются также по способу их получения. Широко распространены, особенно в машиностроении, гальванические покрытия, химические методы осаждения металлов путём их восстановления из водных растворов солей, горячий способ нанесения покрытий из расплавов цинка, олова и алюминия. Последний осуществляется главным образом в металлургии на автоматических линиях высокой производительности для горячего цинкования, лужения, алюминирования. Близко к этому методу защиты — термодиффузионное поверхностное легирование сталей хромом, алюминием, кремнием, цинком с целью повышения жаро- и коррозионной стойкости в агрессивных средах. К термодиффузионным процессам относят также азотирование. Получает применение осаждение гальванических покрытий из расплавленных солей, при этом совмещается катодное осаждение металлов с термодиффузионными процессами, что позволяет получить покрытия с высокими защитными и адгезионными свойствами. Широко распространено плакирование — термомеханический метод нанесения тонких слоев коррозионностойкого металла. Весьма удобны для крупногабаритных изделий и сооружений металлизационного покрытия (см. металлизация). Для нанесения тугоплавких металлов применяют плазменное напыление, а также осаждение из газовой фазы. Используется вакуумная металлизация изделий путём конденсации паров металла в вакууме на защищаемую металлическую поверхность. Таким методом могут осаждаться различной толщины слои алюминия, кадмия и других металлов.
Для антикоррозионной защиты применяются также неорганические покрытия, состоящие из окисных, фосфатных, хроматных, фторидных и других сложных неорганических соединений. Неорганические покрытия наносятся химическим и электролитическим методами. Они используются также для повышения защитных свойств гальванических покрытий. К неорганическим покрытиям, получаемым горячим способом, относится эмалирование, широко распространённое в бытовой технике и для защиты металлов от газовой коррозии при высоких температурах. Неметаллические и комбинированные оксидно-металлические покрытия наносятся методом электрофореза.При жёстких допусках и посадках и невозможности нанесения покрытий, а также для дополнительной защиты пользуются защитными смазками, однако они эффективны только при периодическом возобновлении.
Для предотвращения коррозии морских судов, подземных и гидротехнических сооружений, а также химической аппаратуры, работающей с агрессивными электропроводными средами, применяют электрохимические методы защиты. Путём катодной или анодной поляризации от постороннего источника тока или присоединением к защищаемой конструкции протекторов потенциал металла смещается до значений, при которых сильно замедляется или полностью прекращается его коррозия.
Для антикоррозионной защиты широко используют различные неметаллические покрытия — лакокрасочные, пластмассовые, каучуковые. Лакокрасочные покрытия экономичны, обладают высокими защитными свойствами, их можно восстанавливать в процессе эксплуатации. Всё больше распространяются пластмассовые покрытия из полиэтилена, полиизобутилена, фторопласта, найлона, поливинилхлорида и др., обладающих высокой водо-, кислото- и щёлочестойкостью. Многие пластмассы используют как футеровочный материал для химических аппаратов и гальванических ванн (винипласт, фаолит и др.). Для защиты деталей радиоаппаратуры служат заливочные полимерные компаунды. Эффективно защищают от действия кислот и др. реагентов покрытия на основе каучука (гуммирование).
Подземные сооружения, например трубопроводы, защищают от коррозии битумами и асфальтами, а также полимерными лентами и эмалями; от блуждающих токов — с помощью дренажа, который отводит их от конструкции.
При длительном хранении и транспортировании металлические изделия и запасные части подвергают консервации. При горячей и термической обработке легко окисляющихся металлов с целью защиты от газовой коррозии используются защитные атмосферы (например, сварка металлов в аргоне, азоте и др.).
В защите конструкций от коррозии большую роль играет рациональное конструирование. С его помощью устраняют уязвимые для коррозии места конструкций (щели, зазоры, застойные места), исключают неблагоприятные контакты разнородных металлов, усиливающих коррозию, или производят их изоляцию, устраняют ударное воздействие среды на конструкцию и др.
2.1. Виды термической обработки металлов
Классификация видов термической обработки основывается на том, какого типа структурные изменения в металле происходят при тепловом воздействии. Термическая обработка металлов подразделяется на:
– собственно термическую, заключающуюся только в тепловом воздействии на металл;
– химико-термическую, сочетающую тепловое и химическое воздействия;
– термо-механическую, сочетающую тепловое воздействие и пластическую деформацию.