Коррозионная защита внутренних поверхностей труб тепловых и водопроводных систем вакуумно-диффузионным хромированием
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
µдующим выражением:
, (2)
где: D0 - предэкспоненциальный фактор, не зависящий от температуры;
Q - теплота диффузии (теплота разрыхления решетки);
R - газовая постоянная;
Т - абсолютная температура.
По Френкелю, предэкспоненциальный фактор равен:
, (3)
где: - межатомное расстояние;
m - период колебания атомов около положения равновесия.
Подставляя в уравнение (1) выражение для коэффициента диффузии, получим:
, (4)
Обозначим Q/R через В, тогда:
, (5)
Постоянные D0 и В можно определить экспериментально для одного какого-либо режима и уже затем рассчитывать толщины образующих диффузионных покрытий при любых иных режимах диффузии. Диффузионный метод нанесения металлических покрытий применяют в трубной промышленности наиболее широко. В настоящее время трубная промышленность выпускает трубы диаметром от 10-20 до 130-159 мм и длиной 7-8 м.
По роду защитного действия металлические покрытия можно разделить на два вида: катодные, электродный потенциал металла покрытия (например, никеля, свинца, хрома, меди) положительнее потенциала защищаемого металла (железа или сплавов на основе железа) и анодные - электродный потенциал металла покрытия (например, цинка, кадмия) отрицательнее потенциала защищаемого металла.
Защитное действие катодных покрытий может быть только механическим (предохранение поверхности основного металла от контакта с коррозионной средой). Катодные покрытия должны быть беспористыми и сплошными - это одно из основных требований, предъявляемых к их качеству. Наличие пор или других несплошностей в катодном покрытии ускоряет коррозию основного металла (железа), так как при этом образуется множество микрогальванопар основной металл - металл покрытия, в которых основной металл (железо), потенциал которого отрицательнее, становится анодом и усиленно растворяется.
Получить беспористое покрытие можно, прежде всего путем увеличения его толщины в сочетании с выполнением при нанесении покрытий определенных технологических приемов, поддержания оптимального состава электролита его физической чистоты, состояния поверхности основного металла и ряда других факторов.
Анодные покрытия защищают изделия электрохимически (протекторно). При условиях, благоприятствующих протеканию коррозии (наличие пор, обнаженных участков, присутствие электролита), эти покрытия образуют с основным металлом гальваническую пару, в которой металл покрытия, обладая более отрицательным потенциалом, становится анодом и растворяется, защищая тем самым основной металл от коррозии. В связи с этим степень пористости анодных покрытий не определяет защитную способность покрытия.
Скорость разрушения (растворения) анода при контакте двух разнородных в электрохимическом отношении металлов (в данном случае - железа и анодного покрытия) должна зависеть от разности потенциалов. Однако, разность потенциалов системы анод-катод является не единственным критерием, определяющим величину контактной коррозии.
На коррозионное поведение соответствующей пары могут оказывать влияние накопление и отвод продуктов коррозии, кислородная деполяризация и др. Тем не менее, сведения об электродных потенциалах (необратимых) крайне необходимы, для того чтобы в первом приближении предсказать поведение того или иного металла в контактной среде.
Рассмотрим кратко основные электрохимические и коррозионные характеристики металлов, наиболее часто применяемых в качестве покрытий труб из углеродистых сталей.
Цинк - относится к весьма активным элементам. Потенциал цинка отрицательнее, чем потенциал железа и некоторых других конструкционных металлов (его стандартный электродный потенциал равен - 0,76 В, а стационарный - 0,83 В).
При нанесении на железо и сталь цинк защищает их от коррозии.
Алюминий - очень активный металл, однако, хотя его стандартный электродный потенциал равен - 1,66 В, алюминий обладает хорошей устойчивостью в атмосфере, воде, большинстве нейтральных и многих слабокислых растворах вследствие большой склонности к пассивированию. В этих условиях электродный потенциал алюминия увеличивается более чем на 1 В. Так как потенциал алюминия очень отрицателен, коррозия его в такте с металлами с более положительным потенциалом (Си, Fe, Ni и др.) значительно усиливается. В мягкой воде потенциал алюминия положительнее потенциала стали, и алюминий ведет себя как катодное покрытие. В морской воде и некоторых пресных водах, особенно при наличии в них ионов Сl и SO потенциал алюминия становится отрицательнее, в результате чего меняется полярность пары Al-Fe.
В этих условиях алюминиевое покрытие ведет себя, как анодное и обеспечивает электрохимическую защиту стали.
Хром - обладает более отрицательным потенциалом (-0,74 В), чем железо, и по своей термодинамической стабильности приближается к цинку, однако хром очень склонен к пассивированию. Хром переходит в пассивное состояние не только под действием окислителей, но также и под влиянием растворенного в воде и растворах кислорода. Образующиеся при этом на поверхности хрома пассивные пленки делают электродный потенциал хрома более положительным, например в 0,5% аэрированном растворе NaCl он равен - 0,109 В. В контакте с железом хром становится катодом и ускоряет коррозию железа. Однако в соляной кислоте происходит изменение полярности контактной пары Cr-Fe и хром становится анодом.
Потенциал никеля положительнее потенциалов желез