Развитие сталелитейной промышленности неразрывно связано с поиском способов и средств, предотвращающих разрушение металлических изделий. Защита от коррозии, разработка новых методик – это непрерывный процесс в технологической цепочке производства металла, изделий из него. Железосодержащие изделия приходят в негодность под воздействием различных физико-химических внешних факторов среды. Эти последствия мы видим в виде гидратированных остатков железа, то есть ржавчины.

Способы защиты металлов от коррозии подбираются в зависимости от условий эксплуатации изделий. Поэтому выделяется:

• Коррозия, связанная с атмосферными явлениями. Это разрушительный процесс кислородной или водородной деполяризации металла. Что приводит к разрушению кристаллической молекулярной решетки под воздействием влажной среды воздуха и других агрессивных факторов и примесей (температура, наличие химических примесей и т.д.).
• Коррозия в воде, в первую очередь морской. В ней процесс проходит быстрее из-за содержания солей и микроорганизмов.
• Процессы разрушения, которые происходят в грунте. Почвенная коррозия – довольно сложная форма повреждения металла. Многое зависит от состава почвы, влажности, прогрева и других факторов. К тому же изделия, к примеру, трубопроводы, зарыты глубоко в земле, что затрудняет диагностику. А коррозия поражает часто отдельные участи точечно или в виде язвенных жил.

Виды защиты от коррозии подбираются индивидуально, отталкиваются от того, в какой среде будет находиться защищаемое металлическое изделие.

Характерные типы поражения ржавчиной

Способы защиты стали и сплавов зависят не только от вида коррозии, но и от типа разрушения:

• Ржавчина покрывает поверхность изделия сплошным слоем или отдельными участками.
• Выступает в виде пятен и точечно проникает вглубь детали.
• Разрушает металлическую молекулярную решетку в виде глубокой трещины.
• В стальном изделии, состоящем из сплавов, происходит разрушение одного из металлов.
• Более глубокое обширное ржавление, когда не только постепенно нарушается поверхность, но и происходит проникновение в глубокие слои конструкции.

Типы поражения могут быть комбинированные. Иногда их трудно определить сразу, особенно когда происходит точечное разрушение стали. Методы защиты от коррозии включают в себя специальную диагностику для определения степени повреждений.

Выделяют химическую коррозию без возникновения электрических токов. При соприкосновении с нефтепродуктами, спиртовыми растворами и другими агрессивными ингредиентами происходит химическая реакция, сопровождаемая газовыми выделениями и высокой температурой.

Электрохимическая коррозия — это когда металлическая поверхность контактирует с электролитом, в частности с водой из окружающей среды. В этом случае происходит диффузия металлов. Под воздействием электролита возникает электрический ток, происходит замещение и движение электронов металлов, которые входят в сплав. Структура разрушается, образуется ржавчина.

Выплавка стали и ее коррозионная защита – это две стороны одной медали. Коррозия наносит огромный вред промышленным и хозяйственным постройкам. В случаях с масштабными техническими сооружениями, к примеру, мостами, опорами электропередач, заградительными сооружениями, может спровоцировать и техногенные катастрофы.

Коррозия металла и способы защиты от нее

Как защитить металл? Коррозия металлов и способы защиты от нее существует много. Чтобы предохранить металл от ржавчины, используют промышленные методы. В бытовых условиях применяются различные силиконовые эмали, лаки, краски, полимерные материалы.

Промышленные

Защиту железа от коррозии можно подразделить на несколько основных направлений. Способы защиты от коррозии:

• Пассивация. При получении стали добавляют другие металлы (хром, никель, молибден, ниобий и другие). Они отличаются повышенными качественными характеристиками, тугоплавкостью, устойчивостью к агрессивным средам и т.д. В результате образуется оксидная пленка. Такие виды стали называют легированными.

• Покрытие поверхности другими металлами. Методы защиты металлов от коррозии используются разные: гальваника, погружение в расплавленный состав, нанесение на поверхность с помощью специального оборудования. В результате образуется металлическая защитная пленка. Чаще всего применяются для этих целей хром, никель, кобальт, алюминий и другие. Используют и сплавы (бронзу, латунь).

• Использование металлических анодов, протекторов, чаще из магниевых сплавов, цинка или алюминия. В результате соприкосновением с электролитом (водой), начинается электрохимическая реакция. Протектор разрушается и образует на поверхности стали защитную пленку. Эта методика хорошо зарекомендовала себя для подводных деталей судов и буровых установок в море.

• Ингибиторы кислотного травления. Использование веществ, которые снижают уровень воздействия окружающей среды на металл. Они применяются для консервации, хранения изделий. А также в нефтеперерабатывающей промышленности.

• Коррозия и защита металлов, биметаллы (плакирование). Это покрытие стали слоем другого металла или композитным составом. Под воздействием давления и высоких температур происходит диффузия и склеивание поверхностей. К примеру, всем известные радиаторы отопления из биметалла.

Коррозия металла и способы защиты от нее, применяемые в промышленном производстве, достаточно разнообразны, это химическая защита, покрытие стеклоэмалью, эмалированные изделия. Сталь закаляют при высоких, свыше 1000 градусов, температурах.

На видео: цинкование металла как защита против коррозии.

Бытовые

Защита металлов от коррозии в домашних условиях – это, в первую очередь, химия для производства лакокрасочных материалов. Защитные свойства составов достигаются путем комбинирования различных компонентов: силиконовых смол, полимерных материалов, ингибиторов, металлической пудры и стружки.

Предохраняя поверхность от ржавчины, необходимо перед покраской, особенно старых конструкций, использовать специальные грунтовки или преобразователь ржавчины.

Какие виды преобразователей бывают:

• Грунтующие средства — обеспечивают адгезию, схватываемость с металлом, выравнивают поверхность перед окрашиванием. Большая часть из них содержит ингибиторы, которые значительно замедляют процесс коррозии. Предварительное нанесение грунтующего слоя позволяет значительно сэкономить краску.
• Химические соединения — превращают окись железа в другие соединения. Они не подвержены ржавлению. Их называют стабилизаторами.
• Составы, которые преобразуют ржавчину в соли.
• Смолы и масла, связывающие и уплотняющие ржавчину, таким образом нейтрализуя ее.

В состав этих средств входят компоненты, которые максимально замедляют процесс образование ржавчины. Преобразователи включены в линейку товаров производителей, выпускающих краски по металлу. По своей консистенции они бывают разные.

Лучше выбирать грунтовку и краску одной фирмы, чтобы они подходили по химическому составу. Предварительно необходимо определиться, какие способы вы выберете для нанесения состава.

Защитные краски по металлу

Краски по металлу подразделяются на термоустойчивые, которые можно эксплуатировать при высоких температурах, и для обычного температурного режима до восьмидесяти градусов. Используют такие основные виды красок по металлу: алкидные, акриловые, эпоксидные краски. Существуют специальные антикоррозийные краски. Они двух- или трехкомпонентные. Их смешивают непосредственно перед употреблением.

Преимущества ЛКП для металлических поверхностей:

• хорошо защищают поверхности от температурных перепадов и атмосферных колебаний;
• достаточно легко наносятся разными способами (кистью, валиком, при помощи краскопульта);
• большая часть из них-быстросохнущие;
• широкий диапазон цветовой гаммы;
• длительные эксплуатационные сроки.

Из доступных недорогих средств можно использовать обычную серебрянку. В ее состав входит алюминиевая пудра, которая создает защитную пленку на поверхности.

Эпоксидные двухкомпонентные составы подходят для защиты металлических поверхностей, которые подвергаются повышенным механическим нагрузкам, в частность днище автомобилей.

Защита металла в бытовых условиях

Коррозия, способы защиты от нее в бытовых условиях требуют соблюдения определенной последовательности:

1. Перед нанесением грунтовки или преобразователя ржавчины поверхность тщательно очищают от загрязнений, масляных пятен, ржавчины. Используют металлические щетки или специальные насадки для болгарки.

2. Затем наносят грунтующий слой, дают возможность впитаться и просохнуть.

Защита металлов от коррозии сложный процесс. Начинается он еще на этапе выплавки стали. Перечислить все методы борьбы с ржавчиной трудно, так как они постоянно совершенствуются, не только в промышленности, но и для бытового использования. Производители лакокрасочных изделий постоянно совершенствуют составы, повышая их коррозийные свойства. Все это значительно продлевает сроки эксплуатации металлоконструкций и стальных изделий.

Система защита от коррозии: как и зачем?

Недостаток такого материала, как металл в том, что на нем может возникать коррозия. На сегодняшний день существует несколько способов, их нужно использовать в комплексе. Система защиты от коррозии поможет избавиться от ржавчины и предотвратит образования пластов.

Обработка металлической поверхности специальным покрытием – действенный способ. Металлическое покрытие повышает твердость и прочность материала, улучшает механические свойства. Нужно учитывать, что в данном случае потребуется дополнительная защита. Неметаллическое покрытие наносится на керамику, каучук, пластмассу, древесину.

Способы защиты от коррозии

Чаще всего используют пленкообразовательные покрытия, они устойчивы к воздействию внешней среды. На поверхности образуется пленка, которая тормозит процессы коррозии.

Для того чтобы снизить коррозийную активность, необходимо нейтрализовать среду, подверженную ее влиянию. В этом вам помогут ингибиторы, они вводятся в агрессивную среду, и образуется пленка, которая тормозит процессы и изменяет химические параметры металла.

Широко используется легирование, оно повышает свойства, которые помогают повысить устойчивость материала к коррозийным процессам. Сталь легированная содержит в своем составе много хрома, он образует пленки, которые и защищают металл.

Не лишним будет использование защитных пленок. Анодные покрытия применяются для цинка и хрома, катодные – олова, никеля, меди. Их наносят с помощью горячего метода, также может использоваться гальванизация. Изделие нужно поместить в емкость, в которой находится защитный металл в расплавленном состоянии.

Используя металлизацию, можно избежать появления коррозии. Поверхность покрывается металлом, находящемся в расплавленном состоянии, его распыляют воздухом. Преимущество такого метода в том, что покрывать им можно готовые и полностью собранные конструкции. Минус в том, что поверхность будет немного шероховатой. Такие покрытия наносятся при помощи диффузии в тот металл, который является основным.

Покрытие можно защитить оксидной пленкой, эта процедура называется оксидированием. Оксидная пленка, которая есть на металле, обрабатывается мощным окислителем, в результате чего она становится в несколько раз прочнее.

В промышленности также используется фосфатирование. Соли железа погружаются в горячий раствор фосфатов, в конечном итоге образуется поверхностная пленка.

Для временной защиты поверхности необходимо использовать этиноль, вазелин технический, ингибиторы. Последние замедляют реакцию, к результате чего коррозия развивается гораздо медленнее.

Для защиты металлов от коррозии применяются различные способы, которые условно можно разделить на следующие основные направления: легирование металлов; защитные покрытия (металлические, неметаллические); электрохимическая защита; изменение свойств коррозионной среды; рациональное конструирование изделий.

Легирование металлов. Это эффективный метод повышения коррозионной стойкости металлов. При легировании в состав сплава или металла вводят легирующие элементы (хром, никель, молибден и др.), вызывающие пассивность металла. Пассивацией называют процесс перехода металла или сплава в состояние его повышенной коррозионной устойчивости, вызванное торможением анодного процесса. Пассивное состояние металла объясняется образованием на его поверхности совершенной по структуре оксидной пленки (оксидная пленка обладает защитными свойствами при условии максимального сходства кристаллических решеток металла и образующегося оксида).

Широкое применение нашло легирование для защиты от газовой коррозии. Легированию подвергаются железо, алюминий, медь, магний, цинк, а также сплавы на их основе. В результате чего получаются сплавы с более высокой коррозионной стойкостью, чем сами металлы. Эти сплавы обладают одновременно жаростойкостью и жаропрочностью .

Жаростойкость – стойкость по отношению к газовой коррозии при высоких температурах. Жаропрочность – свойства конструкционного материала сохранять высокую механическую прочность при значительном повышении температуры. Жаростойкость обычно обеспечивается легированием металлов и сплавов, например, стали хромом, алюминием и кремнием. Эти элементы при высоких температурах окисляются энергичнее, чем железо, и образуют при этом плотные защитные пленки оксидов, например Al 2 O 3 и Cr 2 O 3 .

Легирование также используется с целью снижения скорости электрохимической коррозии, особенно коррозии с выделением водорода. К коррозионностойким сплавам, например, относятся нержавеющие стали, в которых легирующими компонентами служат хром, никель и другие металлы.

Защитные покрытия. Слои, искусственно создаваемые на поверхности металлических изделий для защиты их коррозии, называются защитными покрытиями. Нанесение защитных покрытий – самый распространенный метод борьбы с коррозией. Защитные покрытия не только предохраняют изделия от коррозии, но и придают поверхностям ряд ценных физико-химических свойств (износостойкость, электрическую проводимость и др.). Они подразделяются на металлические и неметаллические. Общими требованиями для всех видов защитных покрытий являются высокая адгезионная способность, сплошность и стойкость в агрессивной среде.

Металлические покрытия. Металлические покрытия занимают особое положение, так как их действие имеет двойственный характер. До тех пор, пока целостность слоя покрытия не нарушена, его защитное действие сводится к изоляции поверхности защищаемого металла от окружающей среды. Это не отличается от действия любого механического защитного слоя (окраска, оксидная пленка и т.д.). Металлические покрытия должны быть непроницаемы для коррозионных агентов.

При повреждении покрытия (или наличии пор) образуется гальванический элемент. Характер коррозионного разрушения основного металла определяется электрохимическими характеристиками обоих металлов. Защитные антикоррозионные покрытия могут быть катодными и анодными . К катодным покрытиям относятся покрытия, потенциалы которых в данной среде имеют более положительное значение, чем потенциал основного металла. Анодные покрытия имеют наиболее отрицательный потенциал, чем потенциал основного металла.

Так, например, по отношению к железу никелевое покрытие является катодным, а цинковое – анодным (рис. 2.).

При повреждении никелевого покрытия (рис. 2,а) на анодных участках происходит процесс окисления железа вследствие возникновения микрокоррозионных гальванических элементов. На катодных участках - восстановление водорода. Следовательно, катодные покрытия могут защищать металл от коррозии лишь при отсутствии пор и повреждения покрытия.

Местное повреждение защитного цинкового слоя ведет к дальнейшему его разрушению, при этом поверхность железа защищена от коррозии. На анодных участках происходит процесс окисления цинка. На катодных участках - восстановление водорода (рис. 2,б).

Электродные потенциалы металлов зависят от состава растворов, поэтому при изменении состава раствора может меняться и характер покрытия.

Для получения металлических защитных покрытий применяются различные способы: электрохимический (гальванические покрытия);погружение в расплавленный металл (горячее цинкование, лужение);металлизация (нанесение расплавленного металла на защищаемую поверхность с помощью струи сжатого воздуха);химический (получение металлических покрытий с помощью восстановителей, например гидразина).

Рис. 2. Коррозия железа в кислотном растворе с катодным (а) и анодным (б) покрытиями: 1 – основной металл; 2 – покрытие; 3 – раствор электролита.

Материалами для металлических защитных покрытий могут быть как чистые металлы (цинк, кадмий, алюминий, никель, медь, хром, серебро и др.), так и их сплавы (бронза, латунь и др.).

Неметаллические защитные покрытия. Они могут быть как неорганическими, так и органическими. Защитное действие этих покрытий сводится в основном к изоляции металла от окружающей среды.

В качестве неорганических покрытий применяют неорганические эмали, оксиды металлов, соединение хрома, фосфора и др. К органическим относятся лакокрасочные покрытия, покрытия смолами, пластмассами, полимерными пленками, резиной.

Неорганические эмали по своему составу являются силикатами, т.е. соединениями кремния. К основным недостаткам таких покрытий относятся хрупкость и растрескивание при тепловых и механических ударах.

Лакокрасочные покрытия наиболее распространены. Лакокрасочное покрытие должно быть сплошным, газо -и водонепроницаемым, химически стойким, эластичным, обладать высоким сцеплением с материалом, механической прочностью и твердостью.

Химические способы очень разнообразны. К ним относится, например, обработка поверхности металла веществами, вступающими с ним в химическую реакцию и образующими на его поверхности пленку устойчивого химического соединения, в формировании которой принимает участие сам защищаемый металл. К числу таких способов относится оксидирование , фосфатирование, сульфи-дирование и др.

Оксидирование - процесс образования оксидных пленок на поверхности металлических изделий.

Современный метод оксидирования – химическая и электрохимическая обработка деталей в щелочных растворах.

Для железа и его сплавов наиболее часто используется щелочное оксидирование в растворе, содержащем NaOH, NaNO 3 , NaNO 2 при температуре 135-140 О С. Оксидирование черных металлов называется воронением.

Fe
Fe 2+ + 2

На катодных участках происходит процесс восстановления:

2 Н 2 О + О 2 + 4
4ОН -

На поверхности металла в результате работы микрогальванических элементов образуется Fe(OH) 2 , который затем окисляется в Fe 3 O 4 . Оксидная пленка на малоуглеродистой стали имеет глубокий черный цвет, а на высокоуглеродистой стали – черный с сероватым оттенком.

Fe 2+ + 2OH -
Fe(OH) 2 ;

12 Fe(OH) 2 + NaNO 3
4Fe 3 O 4 + NaOH + 10 H 2 O + NH 3

Противокоррозионные свойства поверхностной пленки оксидов невысоки, поэтому область применения этого метода ограничена. Основное назначение – декоративная отделка. Воронение используется в том случае, когда необходимо сохранить исходные размеры, так как оксидная пленка составляет всего 1,0 – 1,5 микрона.

Фосфатирование - метод получения фосфатных пленок на изделиях из цветных и черных металлов. Для фосфатирования металлическое изделие погружают в растворы фосфорной кислоты и ее кислых солей (H 3 PO 4 + Mn(H 2 PO 4) 2) при температуре 96-98 о С.

На поверхности металла в результате работы микрогальванических элементов образуется фосфатная пленка, которая имеют сложный химический состав и содержит малорастворимые гидраты двух- и трех замещенных фосфатов марганца и железа: MnHPO 4 , Mn 3 (PO 4) 2 , FeHPO 4 ,Fe 3 (PO 4) 2  n H 2 O.

На анодных участках происходит процесс окисления:

Fe
Fe 2+ + 2

На катодных участках происходит процесс восстановления водорода:

2Н + + 2
Н 2 (рН < 7)

При взаимодействии ионов Fe 2+ с анионами ортофосфорной кислоты и ее кислых солей образуются фосфатные пленки:

Fe 2+ + H 2 PO - 4
FeHPO 4 + H +

3Fe 2+ + 2 PO 4 3-
Fe 3 (PO 4) 2

Образующаяся фосфатная пленка химически связана с металлом и состоит из сросшихся между собой кристаллов, разделенных порами ультрамикроскопических размеров. Фосфатные пленки обладают хорошей адгезией, имеют развитую шероховатую поверхность. Они являются хорошим грунтом для нанесения лакокрасочных покрытий и пропитывающих смазок. Фосфатные покрытия применяются в основном для защиты металлов от коррозии в закрытых помещениях, а также как метод подготовки поверхности к последующей окраске или покрытию лаком. Недостатком фосфатных пленок является низкая прочность и эластичность, высокая хрупкость.

Анодирование – это процесс образования оксидных пленок на поверхности металла и прежде всего алюминия. В обычных условиях на поверхности алюминия присутствует тонкая оксидная пленка оксидов Al 2 O 3 или Al 2 O 3 ∙ nH 2 O, которая не может защитить его от коррозии. Под воздействием окружающей среды алюминий покрывается слоем продуктов коррозии. Процесс искусственного образования оксидных пленок может быть осуществлен химическим и электрохимическим способами. При электрохимическом оксидировании алюминия алюминиевое изделие играет роль анода электролизера. Электролитом служит раствор серной, ортофосфорной, хромовой, борной или щавелевой кислот, катодом может быть металл, не взаимодействующий с раствором электролита, например нержавеющая сталь. На катоде выделяется водород, на аноде происходит образование оксида алюминия. Суммарный процесс на аноде можно представить следующим уравнением:

2 Al + 3 H 2 O
Al 2 O 3 + 6 H + + 6

Электрохимическая защита конструкций из металла от коррозионных проявлений базируется на наложении на предохраняемое изделие отрицательного потенциала. Высокий уровень эффективности она демонстрирует в тех случаях, когда металлоконструкции подвергаются активному электрохимическому разрушению.

1 Суть антикоррозионной электрохимической защиты

Любая конструкция из металла с течением времени начинает разрушаться в результате коррозионного воздействия. По этой причине металлические поверхности перед эксплуатацией в обязательном порядке покрывают специальными составами, состоящими из различных неорганических и органических элементов. Такие материалы в течение определенного периода надежно предохраняют металл от окисления (ржавления). Но через некоторое время их необходимо обновлять (наносить новые составы).

Тогда, когда защитный слой не удается возобновить, защита от коррозии трубопроводов, кузова автомобиля и других конструкций выполняется при помощи электрохимической методики. Она незаменима для предохранения от ржавления резервуаров и емкостей, работающих под землей, днищ морских кораблей, разнообразных подземных коммуникаций, когда потенциал коррозии (ее называют свободной) находится в зоне перепассивации основного металла изделия или активного его растворения.

Суть электрохимической защиты заключается в том, что к конструкции из металла подключают извне постоянный электроток, который формирует на поверхности металлоконструкции поляризацию катодного типа электродов микрогальванопар. В итоге на металлической поверхности наблюдается преобразование анодных областей в катодные. После такого превращения негативное влияние среды воспринимает анод, а не сам материал, из которого изготовлено защищаемое изделие.

Электрохимическая защита может быть либо катодной, либо анодной. При катодной потенциал металла смещается в отрицательную сторону, при анодной – в положительную.

2 Катодная электрозащита – как она действует?

Механизм процесса, если разобраться в нем, достаточно прост. Погруженный в электролитический раствор металл является системой с большим количеством электронов, которая включает в себя разделенные в пространстве катодные и анодные зоны, электрически замкнутые друг с другом. Подобное положение вещей обусловлено гетерогенной электрохимической структурой металлических изделий (например, подземных трубопроводов). Коррозионные проявления образуются на анодных областях металла из-за его ионизации.

При присоединении материала с большим потенциалом (отрицательным) к основному металлу, находящемуся в электролите, наблюдается образование общего катода за счет процесса поляризации катодных и анодных зон. Под большим потенциалом при этом понимают такую его величину, которая превосходит потенциал анодной реакции. В сформированной гальванопаре материал с малым потенциалом электрода растворяется, что приводит к приостановке коррозии (так как ионы предохраняемого металлического изделия не могут попадать в раствор).

Требуемый для защиты кузова автомобиля, подземных резервуаров и трубопроводов, днищ кораблей электрический ток может поступать от внешнего источника, а не только от функционирования микрогальванической пары. В подобной ситуации предохраняемая конструкция подключается к "минусу" источника электротока. Анод же, сделанный из материалов с малой степенью растворимости, подсоединяют к "плюсу" системы.

Если ток получают только от гальванопар, говорят о процессе с расходуемыми анодами. А при использовании тока от внешнего источника речь идет уже о защите трубопроводов, деталей транспортных и водных средств при помощи наложенного тока. Применение любой из этих схем обеспечивает качественную защиту объекта от общего коррозионного распада и от ряда особых его вариантов (селективная, питтинговая, растрескивающая, межкристаллитная, контактная виды коррозии).

3 Как работает анодная методика?

Данная электрохимическая методика предохранения металлов от коррозии применяется для конструкций из:

• углеродистых сталей;
• пассивирующихся разнородных материалов;
• высоколегированных и ;
• титановых сплавов.

Анодная схема предполагает смещение потенциала предохраняемой стали в положительную сторону. Причем этот процесс ведется до тех пор, пока система не входит в устойчиво пассивное состояние. Такая защита от коррозии возможна в средах, хорошо проводящих электрический ток. Преимущество анодной методики состоит в том, что она существенно замедляет скорость окисления защищаемых поверхностей.

Кроме того, подобная защита может осуществляться посредством насыщения специальными компонентами-окислителями (нитраты, бихроматы и другие) коррозионной среды. В этом случае ее механизм примерно идентичен традиционному методу анодной поляризации металлов. Окислители значительно увеличивают на поверхности стали эффект от катодного процесса, но они обычно негативно влияют на окружающую среду, выбрасывая в нее агрессивные элементы.

Анодная защита используется реже, чем катодная, так как к предохраняемому объекту выдвигается множество специфических требований (например, безупречное качество сварных швов трубопроводов или кузова автомобиля, постоянное нахождение электродов в растворе и пр.). Катоды при анодной технологии располагают по строго определенной схеме, которая принимает во внимание все особенности металлоконструкции.

Для анодной методики используются малорастворимые элементы (из них делают катоды) – платину, никель, нержавеющие высоколегированные сплавы, свинец, тантал. Сама же установка для такой защиты от коррозии состоит из следующих компонентов:

• защищаемая конструкция;
• источник тока;
• катод;
• специальный электрод сравнения.

Допускается применять анодную защиту для емкостей, где хранятся минеральные удобрения, аммиачные составы, серная кислота, для цилиндрических установок и теплообменников, эксплуатируемых на химических предприятиях, для резервуаров, в которых выполняют химическое никелирование.

4 Особенности протекторной защиты стали и металла

Достаточно часто применяемым вариантом катодной защиты является технология использования специальных материалов-протекторов. При подобной методике электроотрицательный металл подсоединяется к конструкции. На протяжении заданного временного промежутка коррозия воздействует именно на протектор, а не на предохраняемый объект. После того, как протектор разрушается до определенного уровня, вместо него ставят нового "защитника".

Протекторная электрохимическая защита рекомендована для обработки объектов, находящихся в грунте, воздухе, воде (то есть в нейтральных с точки зрения химии средах). При этом эффективной она будет лишь тогда, когда между средой и материалом-протектором имеется некоторое переходное сопротивление (его величина варьируется, но в любом случае является небольшой).

На практике протекторы используют при экономической нецелесообразности либо физической невозможности подвести требуемый заряд электрического тока к объекту из стали или металла. Стоит отдельно отметить тот факт, что защитные материалы характеризуются определенным радиусом, на который распространяется их положительное действие. По этой причине следует правильно высчитывать дистанцию для удаления их от металлоконструкции.

Популярные протекторы:

• Магниевые. Применяются в средах с рН 9,5–10,5 единиц (земля, пресная и малосоленая вода). Производятся из сплавов на основе магния с дополнительным легированием алюминием (не более 6–7 %) и цинком (до 5 %). Для экологии такие протекторы, защищающие объекты от коррозии, потенциально небезопасны из-за того, что они могут стать причиной растрескивания и водородного охрупчивания металлических изделий.
• Цинковые. Данные "защитники" незаменимы для конструкций, функционирующих в воде с большим содержанием соли. В других средах применять их нет смысла, так как на их поверхности появляются гидроксиды и оксиды в виде толстой пленки. В составе протекторов на базе цинка имеются незначительные (до 0,5 %) добавки железа, свинца, кадмия, алюминия и некоторых других химических элементов.
• Алюминиевые. Их используют в морской проточной воде и на объектах, находящихся на прибрежном шельфе. В алюминиевых протекторах имеется магний (около 5 %) и цинк (около 8%), а также в очень малых количествах таллий, кадмий, кремний, индий.

Кроме того, иногда применяются железные протекторы, которые производят из железа без каких-либо добавок либо из обычных углеродистых сталей.

5 Как выполняется катодная схема?

Температурные перепады и ультрафиолетовые лучи наносят серьезный вред всем внешним узлам и составным частям транспортных средств. Защита кузова автомобиля и некоторых других его элементов от коррозии электрохимическими методами признается весьма эффективным способом продления идеального внешнего вида машины.

Принцип действия такой защиты ничем не отличается от схемы, описанной выше. При предохранении от ржавления кузова автомобиля функцию анода может выполнить почти любая поверхность, которая способна качественно проводить электроток (влажное покрытие автодороги, металлические пластины, сооружения из стали). Катодом при этом является непосредственно корпус транспортного средства.

Элементарные способы электрохимической защиты кузова автомобиля:

1. Подключаем через монтажный провод и дополнительный резистор к плюсу АКБ корпус гаража, в котором стоит машина. Данная защита от коррозии кузова автомобиля особенно продуктивна в летний период, когда в автогараже присутствует парниковый эффект. Этот эффект как раз и предохраняет наружные части авто от окисления.
2. Монтируем специальный заземляющий металлизированный "хвост" из резины в задней части транспортного средства так, чтобы на него во время движения в дождливую погоду попадали капли влаги. При высокой влажности между автотрассой и кузовом автомобиля образуется разность потенциалов, которая и предохраняет наружные части ТС от окисления.

Также защита кузова автомобиля осуществляется при помощи протекторов. Их крепят на порогах машины, на днище, под крыльями. Протекторами в данном случае являются небольшие пластинки из платины, магнетита, карбоксила, графита (неразрушающиеся с течением времени аноды), а также из алюминия и "нержавейки" (их следует менять каждый несколько лет).

6 Нюансы антикоррозионной защиты трубопроводов

Системы труб в настоящее время защищаются посредством дренажной и катодной электрохимической методики. При предохранении трубопроводов от коррозии по катодной схеме используются:

• Внешние источники тока. Их плюс подключат к анодному заземлению, а минус – к самой трубе.
• Аноды-защитники, использующие ток от гальванических пар.

Катодная методика предполагает поляризацию предохраняемой стальной поверхности. При этом осуществляется подключение подземных трубопроводов к "минусу" комплекса катодной защиты (по сути, он представляет собой источник тока). "Плюс" подключают к добавочному внешнему электроду при помощи специального кабеля, который изготавливается из проводящей резины или графита. Данная схема позволяет получать электроцепь замкнутого типа, включающую в себя следующие компоненты:

• электрод (наружный);
• электролит, находящийся в почве, где выполнена прокладка трубопроводов;
• непосредственно трубы;
• кабель (катодный);
• источник тока;
• кабель (анодный).

Для протекторной защиты трубопроводов применяют материалы на основе алюминий, магния и цинка, коэффициент полезного действия которых равняется 90 % при использовании протекторов на базе алюминия и цинка и 50 % для протекторов из магниевых сплавов и чистого магния.

Для дренажной защиты систем труб применяется технология отвода в грунт блуждающих токов. Существует четыре варианта дренажной трубопроводов – поляризованный, земляной, усиленный и прямой. При прямом и поляризованном дренаже между "минусом" блуждающих токов и трубой ставят перемычки. Для земляной защитной схемы необходимо произвести посредством добавочных электродов заземление. А при усиленном дренаже трубных систем в цепь добавляют преобразователь, который необходим для повышения величины дренажного тока.

Используемые в настоящее время для защиты от коррозии лакокрасочные и гальванические покрытия обладают существенными недостатками. Что касается лакокрасочных покрытий, то, в первую очередь, это низкая степень надежности при механических повреждениях, низкий ресурс однослойных покрытий и высокая стоимость многослойных покрытий. Повреждение покрытия до защищаемого металла приводит к развитию подплёночной коррозии. В этом случае агрессивная среда попадает под изолирующий слой лакокрасочного покрытия, начинается коррозия основного металла, которая активно распространяется под слоем краски, что приводит к отслоению защитного слоя.

Что касается гальваники, то при достижении необходимых свойств, электролит, чувствителен к колебаниям температуры в течение всего процесса нанесения, который обычно длится несколько часов. Также при нанесении гальванических покрытий приходится использовать материалы и химикаты, многие из которых являются весьма вредными. Конкуренцию лакокрасочным, гальваническим, а также стеклоэмалевым, битумным, битумно-резиновым, полимерным и эпоксидным покрытиям и электрохимической защите составляют металлизационно-лакокрасочные покрытия Спрамет™ .

Спрамет™ — набор комбинированных металлизационно-лакокрасочных покрытий для защиты от коррозии на срок до 50 лет, каждое из которых обладает дополнительными свойствами — жаростойкостью, огнезащитными характеристиками, теплоизолирующими характеристиками и пр.

Системы Спрамет™ наносятся как в производственных условиях, так и в ремонтных — на месте эксплуатации объекта. Высокая стойкость Спрамет к механическим повреждениям, отсутствие подпленочной коррозии и цены сравнимые с качественной окраской делают эту систему идеальным выбором для долгосрочной защиты от коррозии особенно опасных и уникальных объектов.

Под воздействием основных эксплуатационных факторов старения (времени, совместно температуры и влаги, агрессивных сред, разницы электрохимических потенциалов) система защиты Спрамет не изменяет своих первоначальных свойств, выдерживает нагрев до 650°С, обладает высокими механическими характеристиками: износостойкостью, гибкостью, а также активно противостоит коррозии. Спрамет эффективно защищает сварные швы и в течение всего периода эксплуатации сохраняет защитные и декоративные свойства.

В совокупности затраты на эксплуатацию изделий, защищенных с помощью систем Спрамет в 2-4 раза меньше по сравнению с лакокрасочными или иными известными на сегодняшний день покрытиями.

ЗАО «Плакарт» провело широкомасштабные испытания и начало применение композиций Спрамет™ — протекторных систем защиты от коррозии на базе металлических матриц. Эти композиции состоят из одного или более слоев. Основа композиции — металлическая матрица: напыленный алюминий, цинк или их сплавы. Для улучшения эксплуатационных свойств наносится пропитывающий слой, закрывающий поры, затем — защитный или теплоизолирующий, а также колеровочный слои.

В ЗАО «Плакарт» разработана линейка композиций для решения задач различных условий эксплуатации:

• Спрамет-АНТИКОР
• Спрамет-ТЕРМО
• Спрамет-НЕСКОЛЬЗИТ
• Спрамет-НАНО

Преимуществами композиций Спрамет являются:

• более высокая твердость,
• стойкость к абразивному износу.

Для повышения защитных свойств применяются пропитки металлического покрытия специальными составами. Системы защиты Спрамет гарантируют срок эксплуатации объектов от 15 до 50 лет службы без коррозии.

Коррозионная стойкость композиций Спрамет обусловлена следующими факторами:

• во-первых, базовый металлизационный слой системы Спрамет сам по себе хорошо защищает поверхность от коррозии;
• в-вторых, пропитка пористой структуры металлической матрицы специальными составами усиливает антикоррозионные свойства системы в широком диапазоне агрессивных сред и температур;
• в-третьих, при повреждении композиции Спрамет до защищаемого материала вступает в действие еще один механизм защиты, а именно протектор, который не позволяет развиваться подпленочной коррозии и затягивает местное повреждение.

При повреждении металлической матрицы в агрессивной среде защищаемый металл и металл покрытия в присутствии воды образуют гальваническую пару. Разность потенциалов в такой цепи определяется местоположением металлов в электрохимическом ряду напряжений. Поскольку защищаемым материалом, как правило, являются черные металлы, то материал покрытия начинает расходоваться, защищая металл основы и затягивая поврежденную область. В этом случае скорость коррозии определяется разностью электродных потенциалов пары. Кроме того, если повреждение покрытия незначительно (царапина), оно заполняется продуктами окисления материала покрытия, и процесс коррозии прекращается или существенно замедляется. Например, в морской и пресной воде алюминий и цинк расходуются со скоростью 3-10 микрон в год, обеспечивая не менее 25 лет стойкости к коррозии при толщине слоя в 250 мкм.

К плюсам обработки изделий защитными композициями Спрамет относятся следующие:

• отсутствие ограничений по размерам изделий по сравнению с горячим цинкованием и гальваникой;
• возможность защиты сварных швов после монтажа конструкции (в случае сварки оцинкованных изделий качество шва ухудшается вследствие попадания в сварную ванну соединений цинка);
• возможность нанесения защиты Спрамет в полевых условиях, что неосуществимо ни в случае цинкования, ни в случае порошковой окраски.

Некоторые варианты применения системы защиты Спрамет

Спрамет-АНТИКОР

• Спрамет-100 — система, стойкая к коррозии и к механическим воздействиям как при обычных условиях, так и при температурах до 650°С.
• Спрамет-130 применяется для защиты от коррозии в пресной воде, имеет хорошую стойкость к воздействиям воды различного состава и механическим воздействиям льда.
• Спрамет-150 применяется при атмосферной коррозии, имеет хорошую химостойкость, используется при хранении нефтепродуктов.
• Спрамет-300 используется при атмосферной коррозии, температура эксплуатации до 400°С, имеет высокую адгезию.
• Спрамет-310 лучше всего эксплуатируется в объектах тепло- и водо- снабжения, стоек к ингибиторам в системах подготовки воды.
• Спрамет-320 применяется в очистных сооружениях ЖКХ: имеет высокую стойкость к воздействиям жидкостей с переменными pH.
• Спрамет-330 применяется при атмосферной коррозии и коррозии в пресной воде при температуре эксплуатации до 120°С, он стоек к механическим воздействиям и имеет высокую адгезию.
• Спрамет-430 применяется для защиты от атмосферной коррозии в присутствии хлоридов, стоек к противогололедным реагентам и обладает декоративным эффектом.
• Спрамет-425 лучше использовать для защиты от коррозии в морской воде, стоек к механическим воздействиям, включая воздействие льда, имеет хорошую стойкость к хлоридам.

Спрамет-ТЕРМО

Антикоррозийная высокотемпературная система. Температура эксплуатации — до 650°С.

• Спрамет-100 стойкая система к коррозии как при обычных условиях, так и при температурах до 650°С.
• Спрамет-160. На металлическую матрицу наносится сертифицированное огнезащитный состав, который вспенивается при воздействии высокой температуры и обеспечивает огнестойкость до 60 минут.

Спрамет-НЕСКОЛЬЗИТ Спрамет-500 и 510 обеспечивают шероховатость обрабатываемой поверхности, что предотвращает проскальзывание персонала и техники. Применимо для металлических трапов морских платформ, вертолетных площадок, палуб и других пешеходных металлических дорожек. Спрамет-НАНО В этом случае металлическая матрица представляет собой наноструктурированное покрытие. Такое покрытие имеет еще более низкую пористость, гораздо более высокую стойкость к коррозионному и эрозионному износу, увеличенную жаропрочность, что существенно повышает ресурс защищаемого изделия.

В связи с повышенной надежностью и долговечностью композиции Спрамет рекомендуется применять тогда, когда к защищаемому объекту предъявляют повышенные требования: существенное увеличение межремонтного цикла или обеспечение антикоррозионной защиты на весь период эксплуатации металлоконструкций, а также при отсутствии доступа для восстановления защитных покрытий.

Практическое применение (2011 год)

Специалистами ЗАО «Плакарт» завершены работы по нанесению системы Спрамет-100 для защиты от коррозии выхлопных шахт газоперекачивающих агрегатов системы магистральных газопроводов ОАО «Газпром». Система, стойкая к коррозии как при обычных условиях, так и при температурах до 650°С, отличается ровным белым цветом поверхности, не боится механических повреждений, перепадов температур и ультрафиолетового излучения.

Выполнены работы по нанесению коррозионно-стойкой системы Спрамет-300 на ригели одного из вантовых мостов олимпийской трассы Альпика-Сервис. Олимпийские объекты, эксплуатируемые в сложных климатических условиях, требуют гарантированной долговременной защиты от коррозии. Система Спрамет-АНТИКОР не только превосходно защищает от коррозии, но и служит отличным праймером для лакокрасочных покрытий.

Выполнены работы по нанесению системы защиты Спрамет-150 на внутренние поверхности резервуаров для хранения нефтепродуктов в Астраханской области. Данная антикоррозионная система была нанесена на десятки тысяч квадратных метров внутренних поверхностей резервуара и плавающего в нём понтона.

С точки зрения стандартизации система «Спрамет» относится к группе комбинированных металлизационно-лакокрасочных покрытий, рекомендованных к применению на особо опасных и уникальных объектах СНИП 2.03.11 «Защита строительных конструкций от коррозии», а также многими отраслевыми стандартами и стандартами ISO.

Система качества ЗАО «Плакарт» сертифицирована по ISO 9001. ЗАО «Плакарт» является членом саморегулируемых организаций «Западуралстрой» и «Сопкор». Товарный знак Спрамет™ зарегистрирован и принадлежит ЗАО «Плакарт».