1. ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ПРОТИВОКОРРОЗИОННОЙ ЗАЩИТЫ
1.1. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ПРОТИВОКОРРОЗИОННОЙ ЗАЩИТЫ
В литературе можно встретить различные классификации методов защиты от коррозии.
Одной из распространенных является разделение методов защиты от коррозии на:
- конструкционный
- активный
- пассивный
Конструктивный метод предусматривает изменение состава металла, использование сплавов с определенными свойствами, рациональное проектирование, применение прокладок и пр.
Активный метод борьбы с коррозией связан с катодной и анодной защитой конструкции, с применением защиты наложенным током или с использованием жертвенных анодов.
Пассивный метод борьбы с коррозией предполагает использование защитных покрытий.
Другой способ классификации методов защиты предусматривает следующую градацию:
- изменение химического состава металла с целью повышения его антикоррозийных характеристик;
- изоляция поверхности металла антикоррозийными материалами;
- снижение агрессивности среды, в которой производятся и эксплуатируются металлические изделия;
- наложение внешнего тока, обеспечивающего электрохимическую защиту от коррозии.
Любая классификация является условной, и мы предлагаем условно
разделить методы защиты от коррозии на три группы:
- изменение свойств металла,
- изменение свойств среды,
- изменение характера взаимодействия металла и среды на границе раздела.
К первой группе относятся следующие методы:
- легирование металла,
- термообработка,
- поверхностная обработка (поверхностное легирование, аморфизация, пассивация).
Ко второй группе относятся:
- ингибирование среды,
- обескислороживание (деаэрация) водной среды,
- осушение воздуха,
- удаление агрессивных реагентов среды (водорастворимых кислот, щелочей, солей).
К третьей группе относятся:
- нанесение защитных покрытий, изолирующих металл от агрессивной среды (лакокрасочные, металлические, конверсионные, масла, смазки и т.п.),
- изменение электрохимического потенциала материала по отношению к среде на границе фаз (катодная защита, анодная защита);
- рациональное проектирование (устранение зазоров, правильный выбор металла для данной среды, устранение контактов разнородных металлов, устранение застойных зон ударного действия струй, резких изменений скоростей потока в конструкции и т.п.).
Методы противокоррозионной защиты | Изменение свойств металла | Легирование |
|---|---|---|
Термообработка | ||
Поверхностная обработка | ||
Изменение свойств среды | Ингибирование среды | |
Обескислороживание водной среды | ||
Осушение воздуха | ||
Удаление агрессивных реагентов | ||
Нанесение защитных покрытий | ||
Изменение характера взаимодействия металла и среды | Катодная поляризация | |
Устранение анодной поляризации | ||
Рациональное проектирование |
1.2. ИНГИБИТОРЫ КОРРОЗИИ
Следуя определению ISO 8044, ингибитором коррозии является вещество, которые при наличии в системе коррозии уменьшает ее скорость без значительного изменения концентрации любого коррозионного реагента.
Общий принцип действия ингибиторов коррозии состоит в том, что они изменяют физическое, химическое или электрическое состояние металлической поверхности, создавая, таким образом, защитный слой, который препятствует коррозии. Катодные ингибиторы препятствуют электрохимическим реакциям, приводящим к образованию анодных участков на поверхности металла, химические – вступают в реакцию с веществом металла и образуют на его поверхности устойчивую к коррозии пленку; смешанные ингибиторы оказывают комплексное действие.
1.3. МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ И КОНВЕРСИОННЫЕ ПОКРЫТИЯ
Широкий круг покрытий можно классифицировать:
По природе и химическому составу:
- металлические;
- неметаллические неорганические (конверсионные).
По назначению:
- противокоррозионные;
- защитно-декоративные;
- специальные (для придания поверхности изделий специальных физических, механических, химических свойств).
По механизму защитного действия:
- анодные (имеющие более отрицательный электродный потенциал по отношению к защищаемому металлу);
- катодные (имеющие более положительный электродный потенциал по отношению к защищаемому металлу);
- электрохимически нейтральные. В силу различных причин (большая трудоемкость, экологическая опасность, высокая стоимость, возможность нанесения только в цеховых условиях и др.) эти покрытия нашли ограниченное применение в судостроении, судоремонте и для защиты крупных металлоконструкций
1.3.1. КОНВЕРСИОННЫЕ ПОКРЫТИЯ
Конверсионными называют защитные покрытия, получаемые в результате химической реакции непосредственно на поверхности металла. К числу наиболее часто применяемых в промышленности конверсионных покрытий можно отнести фосфатные, оксидные и хроматные.
1.3.2. ФОСФАТНЫЕ ПОКРЫТИЯ
С химической точки зрения фосфатирование — процесс образования на поверхности металла слоя из нерастворимых в воде фосфорнокислых солей марганца и цинка. Они устойчивы в атмосферных условиях, в смазочных маслах и органических растворителях, но разрушаются в кислотах и щелочах. Фосфатные покрытия имеют прочное сцепление с поверхностью металла, но сами по себе не обеспечивают надежной защиты от коррозии. Они хорошо смачиваются жидкими ЛКМ. Благодаря этому и развитой поверхности достигается высокая адгезия покрытий, в том числе и тех, которые в обычных условиях имеют плохую адгезию. Толщина фосфатных пленок составляет от 1 до 10 мкм. Фосфатированию обычно подвергают углеродистые и низколегированные стали, чугун, некоторые цветные сплавы. На высоколегированных сталях и алюминии образуются пленки более низкого качества.
1.3.3. ОКСИДНЫЕ ПОКРЫТИЯ
Оксидные покрытия на стали могут быть получены термическим, химическим и электрохимическим способами и состоят в основном из Fe3O4 (воронение). Каждый из них находит свою, наиболее целесообразную область применения. Цель оксидирования – улучшить декоративные и защитные свойства металлов. Оксидные покрытия применяют в комбинации с лакокрасочными покрытиями и самостоятельно. Будучи подслоем, они улучшают адгезию покрытий, повышают их срок службы. Для получения защитно-декоративных покрытий наиболее широко применяется химический способ оксидирования.
Защитная способность таких покрытий значительно повышается, если в раствор добавляют фосфорную кислоту и нитраты некоторых металлов. В результате такой процедуры получаются оксидно-фосфатные пленки толщиной до 5 мкм, обладающие более высокими защитными и механическими свойствами.
Электрохимическое оксидирование производится обработкой изделий на аноде в щелочном растворе с добавками в некоторых случаях окислителей. Из-за сложности процесса этот метод нашел незначительное применение.
Оксидные покрытия на стали, полученные указанными методами, сами по себе не обладают существенными защитными свойствами, и определенный защитный эффект достигается при нанесении на них масел, смазок или лакокрасочных покрытий.
Оксидные покрытия на алюминии получают обычно электрохимическим способом, применяя анодную обра- ботку изделий в различных электролитах. Покрытие состоит, в основном, из кристаллической модификации Al2O3 толщиной от 2 до 25 мкм. Для улучшения защитных свойств пленку подвергают гидратации в паре или горячей воде.
Анодирование повышает защитные и декоративные свойства алюминия и является хорошей подготовкой поверхности для последующего окрашивания.
По защитной (противокоррозионной) способности оксидные покрытия, однако, уступают фосфатным. Поэтому оксидирование чаще применяют при окрашивании цветных металлов, черные металлы преимущественно фосфатируют.
1.3.4. ХРОМАТНЫЕ ПОКРЫТИЯ
Хроматные покрытия наносят также поверх цинк-алюминиевых и кадмиевых покрытий на стали.
1.4. СРЕДСТВА ВРЕМЕННОЙ ЗАЩИТЫ
Многие металлические конструкции и изделия требуют противокоррозионной защиты только на период их транспортировки или межоперационного или складского хранения. Термин «временная» означает не только ограниченность срока службы такой защиты, но и возможность ее быстрого удаления при возникновении такой необходимости. На практике применяется широкий круг средств временной защиты, который можно классифицировать следующим образом.
По механизму защитного действия:
- барьерные (изолирующие поверхность металла от коррозионно — активных компонентов среды);
- адсорбционно-ингибирующие (создающие на поверхности металла адсорбционные слои
- элементов или химических соединений, блокирующих активные центры металла);
- снижающие агрессивность среды (например, осушение воздуха, деаэрации или обессоливание воды и т.п.).
По способу применения:
- твердые или мягкие пленки, осаждаемые из раствора (например, битумы в растворе уайт-спирита) с вытесняющими воду добавками или без;
- мягкие пленки, осаждаемые путем горячего погружения (например, петролатум) с введением ингибиторов коррозии или без него;
- масла и консистентные смазки;
- ингибированные лакокрасочные покрытия;
- летучие ингибиторы коррозии;
- растворимые в воде и маслах ингибиторы коррозии;
- ингибированные бумаги и упаковки.
Несмотря на большой перечень имеющихся средств временной защиты наиболее часто применяемое средство защиты из указанных выше – это ингибированные лакокрасочные покрытия, чаще всего – межоперационные грунты (шоппраймеры). О них будет говориться в других разделах, посвященных основной теме – лакокрасочным покрытиям.
1.5. МЕХАНИЗМ ЗАЩИТНОГО ДЕЙСТВИЯ И РАЗРУШЕНИЯ ЛАКОКРАСОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ
Нанесение лакокрасочных покрытий благодаря ряду их свойств является основным средством борьбы с коррозией. Это достигается благодаря барьерному эффекту, адгезии, диэлектрическим и пассивирующим свойствам ЛКП.
Барьерный эффект лакокрасочных покрытий
Лакокрасочное покрытие создает барьер, который ограничивает проникновение к металлу воды, кислорода, хлоридов и других коррозионных агентов, а также противостоит воздействию окружающей среды. Кроме того, этот барьер не позволяет продуктам коррозии выделяться в окружающую среду, что является существенным фактором, например, для внутренней поверхности резервуаров для хранения нефтепродуктов. Барьерные свойства покрытия (проницаемость, сорбция) тесно связаны со структурой полимерной пленки и ее свойствами. Чем сложнее сетка полимера, тем лучший барьерный эффект создает лакокрасочное покрытие. Для увеличение барьерных свойств лакокрасочной пленки в нее добавляют различные чешуйки, как правило, стеклянные. Они создают так называемый «лабиринтный эффект», за счет которого барьерные свойства покрытия увеличиваются в разы.
Адгезионные свойства ЛКП
Не менее важны адгезионные свойства лакокрасочных материалов. Адге́зия (от лат. adhaesio — прилипание) — это сцепление поверхностей разнородных твёрдых и/или жидких тел. Адгезия обусловлена межмолекулярными взаимодействиями в поверхностном слое. В нашем курсе мы рассматриваем процесс адгезии, как сцепление жидкого лакокрасочного материала с металлом.
Чем выше адгезия, т.е. чем больше связей металла с полимерным покрытием, и чем сильнее эти связи, тем меньше остается вакантных участков, на которых возможен коррозионный процесс.
Диэлектрические свойства ЛКП
Ранее мы отмечали, что процесс электрохимической коррозии состоит в переходе электронов от поверхности металла в среду. Лакокрасочное покрытие является диэлектриком, и за счет этого тормозит переход электронов, тем самым замедляя анодный и катодный процессы. Чем выше электрическое сопротивление покрытия, тем выше его защитные свойства.
Пассивирующие свойства ЛКП
Пассивацией металлов называется переход поверхности металла в неактивное, пассивное состояние, связанное с образованием тонких поверхностных слоёв соединений, в частности, коррозии.
Лакокрасочные покрытия, обладающие пассивирующими свойствами, замедляют процесс коррозии в местах нарушения пленки покрытия, пассивируя металл. Это может достигаться созданием оксидной пленки, тормозящей процесс коррозии, изменением потенциала анодных или катодных участков или изменением рН среды под пленкой.
Комплекс описанных выше свойств лакокрасочных покрытий, взаимосвязанных и дополняющих друг друга, делает процесс нанесения ЛКП наиболее эффективным средством борьбы с коррозией.
