Geum.ru

Конспект лекций для студентов по специальностям 190302 «Вагоны»

Вид материалаКонспект
Подобный материал:
1   2   3   4

Лекция 8. Способы защиты металлов и сплавов от коррозии. Защитные покрытия


План

  1. Защита металлов от коррозии поверхностными тонкослойными покрытиями.
  2. Фосфатные и оксидные защитные плёнки.
    1. Фосфатирование.
    2. Оксидирование.
  3. Анодирование металлов
  4. Гальванические покрытия.
  5. Жаростойкие защитные покрытия.
    1. Термодиффузионный метод покрытия.
    2. Горячий метод или метод погружения в расплавленный металл
    3. Металлизация напылением
    4. Плакирование – термомеханический метод.
  6. Неметаллические покрытия.


1. Защита металлов от коррозии поверхностными тонкослойными

покрытиями.

Защитное покрытие должно быть сплошным, равномерно распределенным по всей поверхности, непроницаемым для окружающей среды, иметь высокую прочность сцепления с металлом, быть твёрдым и износостойким. Коэффициент теплового расширения покрытия должен быть близким к коэффициентам расширения защищаемого металла.

Для получения качественного покрытия необходимо тщательно подготовить поверхность изделий, удалить жировые, оксидные и другие загрязнения, ухудшающие прочность сцепления покрытия с поверхностью защищаемого металла. Это осуществляется механической обработкой, обезжириванием и травлением. К рассматриваемым покрытиям относятся неорганические защитные плёнки, гальванопокрытия и лакокрасочные покрытия. Выбор того или иного покрытия зависит от срока эксплуатации изделий, скорости коррозии.


2. Фосфатные и оксидные защитные плёнки.

Большинство металлов в атмосферных условиях покрыты оксидными плёнками. Однако эти плёнки не всегда обеспечивают защиту от коррозии.

Методами химической и электрохимической обработки можно создать на поверхности фосфатные или оксидные покрытия, которые обладают высокой адсорбционной способностью, электроизоляционными свойствами, повышенной твёрдостью и износостойкостью.


2.1. Фосфатирование

Технология фосфатирования достаточно проста. Фосфатирование применяют для чёрных и цветных металлов, оно состоит в образовании малорастворимых фосфатов железа, марганца или цинка. Метод основан на свойствах солей фосфорной кислоты.

При взаимодействии металла с фосфорной кислотой первоначально образуются дигидрофосфаты: Ме + 2Н3РО4 = Ме(Н2РО4)2 + Н2.

При снижении концентрации фосфорной кислоты получают вторичные и третичные соли:

Ме(Н2РО4)2 = МеНРО4 + Н3РО4; 3Ме(Н2РО4)2 = Ме3(РО4)2 + 4Н3РО4.

В образовании фосфатной плёнки участвуют продукты взаимодействия фосфорной кислоты с металлом и веществами, входящими в состав раствора для фосфатирования. Выпадающие в осадок ди- и трифосфаты кристаллизуются на поверхности стального изделия, образуя плотную кристаллическую плёнку.

Фосфатирование заканчивается после того, как вся поверхность покроется сплошной плёнкой и выделение водорода прекратится. Фосфатные плёнки обладают хорошей адгезией, они являются хорошим грунтом для нанесения лакокрасочных покрытий и пропитывающих смазок. Фосфатирование используют для изделий, которые эксплуатируются в морской воде. Недостатком фосфатных плёнок является их низкая прочность и эластичность, а также короткий срок эксплуатации.


2.2. Оксидирование

Оксидирование – это процесс образования оксидных плёнок на поверхности металлических изделий.

Современный метод оксидирования – химическая и электрохимическая обработка деталей в щелочных растворах. Электрохимическое оксидирование ведут в растворе 40%-го раствора едкого натра при 65-1200С и анодной плотности тока от 2,5 до 10 А/дм2, продолжительностью до 60 минут.

Качественное покрытие получается в результате последовательных превращений: Fe→Na2FeO2 →Na2Fe2O4 →Fe3O4. Оксидирование чёрных металлов носит название воронения.

Оксидная плёнка на малоуглеродистой стали имеет чёрный цвет, а на высокоуглеродистых сталях – чёрный с сероватым оттенком.

Противокоррозионные свойства поверхностной плёнки оксидов невысоки, поэтому область применения этого метода ограничена. Его основное назначение – декоративная отделка.


3. Анодирование

Анодирование – это процесс образования оксидных плёнок на поверхности алюминия. В обычных условиях на поверхности алюминия присутствует тонкая плёнка оксидов Al2O3 и Al2O3·nH2O, которая не может защитить его от коррозии. Процесс искусственного образования толстых оксидных плёнок может быть проведен химическим и электрохимическим способом.

Плёнки, образующиеся при анодной обработке алюминия, обладают достаточной толщиной и рядом ценных свойств. Анодное окисление алюминия и его сплавов проводят в растворе серной кислоты при температуре 15-230С, плотности тока 80-200 А/м2 в течение 15-60 минут. Оксид образуется на поверхности алюминия в результате анодного окисления:

.


4. Гальванические покрытия

Одним из основных современных способов защиты от коррозии является нанесение поверхностных гальванических покрытий. Электроосаждение имеет ряд преимуществ перед другими методами защиты, так как позволяет:
  • Точно регулировать толщину покрытия;
  • Экономно расходовать цветные металлы;
  • Наносить покрытия из металлов, имеющих высокую температуру плавления – таких, как хром, никель, медь, серебро, платина.

Защитные электрохимические покрытия должны обладать:
  • Способностью изолировать изделие от агрессивной среды;
  • Собственной коррозионной стойкостью;
  • Заданными физико-механическими свойствами.

Все эти качества определяются условиями зарождения и роста кристаллов. Активные центры играют важную роль в процессах электрокристаллизации, определяя число возникающих кристаллов. Введение ряда поверхностно-активных веществ (ПАВ) влияет на число активных центров и процессы зарождения кристаллов. Покрытия, полученные электролитическим методом, широко применяются на транспорте. Процесс получения покрытий состоит в осаждении металла или сплава из водных растворов солей при пропускании постоянного электрического тока через электролит.

Таким способом наносят защитные покрытия из цинка, кадмия, олова, свинца, меди, никеля, хрома, серебра. Различают анодные и катодные покрытия. Если изделие покрывают металлом, имеющим больший потенциал, чем защищаемый металл, то такое покрытие называют катодным. Пример - покрытие стали оловом, никелем или медью. При нарушении целостности или сплошности покрытия коррозия резко возрастает, так как металл изделия становится анодом по отношению к металлу покрытия. Если изделие покрывается металлом, имеющим меньший потенциал, чем потенциал металла защищаемого изделия, то такое покрытие называется анодным.

Анодное покрытие защищает покрываемый металл при нарушении его целостности, так как основной металл является катодом по отношению к металлу покрытия (см. Рисунок 8.1.). Таким образом, катодное покрытие должно быть сплошным и непроницаемым для агрессивной среды, тогда как к анодному покрытию можно предъявлять менее высокие требования.


Zn анод Ni катод


Fe катод Fe анод


а) б)


рисунок 8.1. Схема коррозии изделий из стали, защищенной анодным (а) и катодным (б) покрытиями; - корродируемый участок.


5. Жаростойкие защитные покрытия

Одним из способов защиты аппаратов от газовой коррозии является нанесение на их поверхность жаропрочных или жаростойких покрытий.

К данным покрытиям предъявляют ряд требований. Они должны быть сплошными и непроницаемыми для агрессивных сред, обладать высокой прочностью сцепления с металлом, не ухудшать технологические свойства основного металла.

Различают следующие основные методы нанесения металлических защитных покрытий:
  • Термодиффузионный метод;
  • Горячий метод или метод погружения в расплавленный металл;
  • Металлизация напылением;
  • Плакирование – термомеханический способ.


5.1. Термодиффузионный метод покрытия.

Сущность метода состоит в поверхностном насыщении основного металла атомами легирующего компонента в результате диффузии его при высоких температурах. Термодиффузионные покрытия на железе могут создавать элементы: медь, золото, цинк, титан, алюминий, кремний, хром, молибден и некоторые другие. Из них наибольшее применение в промышленности нашли покрытия: алюминием (термоалитирование), хромом (термохромирование), кремнием (термосилицирование).

Метод термолегирования является одним из широко используемых методов противокоррозионной защиты. Изделия, легированные в поверхностном слое, обычно гораздо дешевле, чем изготовленные целиком из высоколегированного сплава. Они сочетают в себе высокую жаропрочность и жаростойкость.


5.2. Горячий метод или метод погружения в расплавленный металл

«Горячие» покрытия образуются при погружении защищаемого металла в расплав другого металла, используемого для покрытия. В качестве последних применяют металлы, имеющих невысокую температуру плавления: цинк (tпл=4190С), олово (tпл=2320С), свинец (tпл=3270С), алюминий (tпл=6580С).

Горячее лужение используют в пищевой промышленности. Горячее цинкование применяют для защиты готовых изделий от атмосферной коррозии, в воде, почве. В химической промышленности используют нанесение на железо или сталь алюминия.


5.3. Металлизация напылением

Сущность метода состоит в нанесении расплавленного металла на поверхность защищаемого изделия с помощью струи сжатого воздуха или инертного газа. Частицы расплавленного металла, двигаясь с большой скоростью, ударяются о поверхность основного металла и сцепляются с ней, образуя металлическое покрытие. Металл поступает в распылитель в виде проволоки, и расплавляется либо в газовом пламени, либо в электрической дуге, создающейся между двумя электродами.

Металлизацией можно покрывать большие конструкции сложной формы в собранном виде.


5.4. Плакирование – термомеханический способ

Плакирование является наиболее совершенным методом защиты малостойких металлов сплавами или металлами, обладающими повышенной коррозионной стойкостью. Плакирование заключается в том, что на матрицу основного металла накладывают с двух сторон листы другого металла, а затем весь пакет подвергают горячей прокатке. В результате термодиффузии на границе раздела металлов получают прочное многослойное покрытие.

Для плакирования применяют металлы и сплавы, обладающие хорошей свариваемостью: углеродистые и кислотостойкие стали, дуралюмины, сплавы меди. В качестве защитного покрытия используют алюминий, тантал, молибден, титан, никель, нержавеющие стали. Плакированную сталь можно подвергать всем видам механической обработки, в том числе штамповке и сварке. Метод плакирования позволяет экономить дорогостоящие металлы и высоколегированные сплавы.


6. Неметаллические покрытия

К неметаллическим покрытиям относятся лаки, краски, покрытия полимерными плёнками, резиной, смазками, пастами.

Лакокрасочные покрытия – одни из самых распространённых и надежных способов защиты от коррозии. Они дешевы и доступны, имеют простую технологию нанесения на поверхность, легко восстанавливаются в случае повреждения, отличаются разнообразием внешнего вида и цвета. Применение лакокрасочных покрытий целесообразно при условии срока эксплуатации не более 10 лет, и скорости коррозии металла до 0,05 мм/год. Если требуется повышенная долговечность или скорость коррозии металла составляет 0,5-1,0 мм/год, то следует применять комбинированные покрытия. Например, цинкование поверхности плюс лакокрасочное покрытие. Защитное действия лакокрасочного покрытия заключаются в создании на поверхности металлического изделия сплошной плёнки, которая препятствует агрессивному воздействию окружающей среды и предохраняет металл от разрушения. Компонентами лакокрасочного покрытия служат плёнкообразующие вещества, растворители, пластификаторы, пигменты, наполнители, катализаторы.

Лаки – это коллоидные растворы высыхающих масел или смол в органических растворителях. Краски представляют собой суспензию минеральных пигментов в плёнкообразователе. Эмали – это растворы лаков, в которые введены измельченные пигменты. Плёнкообразователи – это природные масла, естественные или искусственные смолы. Наиболее распространённый масляный плёнкообразователь – олифа.

Пластификаторы, или смягчители – это вещества, повышающие эластичность плёнок после высыхания. Наполнители – инертные вещества, которые вводят в лаки и краски для снижения расхода пигментов и улучшения антикоррозионных свойств плёнки (мел, каолин, асбестовая пыль).


Лекция 9. Электрохимическая защита металлов от коррозии


План

  1. Катодная и анодная защиты.
  2. Протекторная защита.
  3. Защита от коррозии под действием блуждающих токов.


Электрохимическая защита металлов и сплавов от коррозии осуществляется, прежде всего, в тех случаях, когда невозможно использовать различные покрытия, или они связаны с большими затратами. Этот метод защиты основан на торможении анодных и (или) катодных реакций коррозионного процесса. Она осуществляется присоединением к защищаемой конструкции источника постоянного тока или постороннего электрода. Наиболее эффективна электрохимическая защита в коррозионных средах с хорошей ионной проводимостью.


1. Катодная и анодная защиты

Данный способ защиты осуществляется с помощью катодной (катодная защита) или анодной (анодная защита) поляризации за счёт извне приложенного тока. Она применяется для защиты изделий, находящихся в почве или контактирующих с ней (трубопроводов, кабелей, резервуаров, рельсов, опор ЛЭП и других конструкций).

Сущность катодной защиты заключается в том, что защищаемое изделие подключается к отрицательному полюсу внешнего источника постоянного тока, поэтому оно становится катодом, а анодом служит вспомогательный электрод (графит, уголь или металлический лом). Анод может постепенно растворяться: М – ne- = Mn+, а на защищаемом сооружении (катоде) обычно выделяется водород: 2Н2О + 2е- = Н2 + 2ОН-. В случае подземной коррозии положительный полюс внешнего источника тока заземляют. Радиус действия катодной защиты составляет около 2 км.


3

/–/ /+/





2

1 4


Рисунок 9.1. Схема катодной защиты.

1 – защищаемое изделие (труба), 2 – соединительные провода, 3 – источник постоянного тока, 4 – анод.


При анодной электрохимической защите наложением анодной поляризации защищаемый металл покрывается при растворении пассивирующей плёнкой, например: 2Cr + 3H2O = Cr2O3 + 6H+ + 6е-. Этот метод применим лишь к металлам и сплавам, способным легко пассивироваться при смещении их потенциала в положительную сторону (никель, железо, хром, титан, цирконий и другие). Часто анодную защиту применяют для предотвращения коррозии нержавеющих сталей при контакте с серной и азотной кислотами.

Важно отметить, что при катодной защите нужно ток равномерно распределять по всей поверхности металла. Для этого существуют специальные автоматические регуляторы плотности тока на защищаемой конструкции.


2. Протекторная защита

При протекторной защите к изделию подсоединяют металл или сплав, потенциал которого отрицательнее потенциала металла изделия. Такие металлы или сплавы называют протекторами. В основном в качестве материала протектора используют сплавы алюминия, магния или цинка.

В коррозионной среде (почве, пресной или морской воде) металл протектора растворяется: Al – 3e- = Al3+, Mg – 2e- = Mg2+. На изделии выделяется водород 2Н2О – 2е- = Н2 + 2ОН- или 2Н2О + О2 + 4е- = 4ОН-. Продуктами коррозии здесь являются гидроксиды металлов – протекторов:

4Al + 6H2O + 3O2 = 4Al(OH)3

2Mg + 2H2O + O2 = 2Mg(OH)2.

4




3 2 1


Рисунок 9.2. Схема протекторной защиты.

1 – кабель (защищаемая конструкция), 2- электрод (протектор), 3 – заполнитель, 4 – соединительный провод.


Активность металла, выбранного в качестве защиты, то есть, другими словами – эффективность защитного действия металла-протектора, может быть оценена радиусом действия протектора, то есть расстоянием, на которое распространяется радиус действия выбранного металла. В среднем он составляет около 50 м.

Протекторы обычно изготавливают в виде цилиндров, соединенных проводником с с защищаемой конструкцией. При защите в грунте протектор устанавливают в заполнитель состава: 25% сульфата кальция, 25% сульфата натрия, 50% глина. Этот заполнитель препятствует образованию защитной оксидной плёнки на поверхности протектора, снижающей его эффективность.

Срок службы протектора зависит от его массы, электропроводности среды, конструкции и других факторов. Например, анод весом около 10 кг может служить около 10 лет. Это достаточно большой срок для оправдания расходов, связанных с применением протекторной защиты. В любом случае протектор нужно периодически заменять.


3. Защита от коррозии под действием блуждающих токов.

Блуждающими называются токи, ответвляющиеся от своего основного пути. Их источники – различные системы и устройства, работающие на постоянном токе (железнодорожные пути, трамвайные линии, различные заземления постоянного тока, установки для электросварки, электролиза и гальванических покрытий, системы катодной защиты и др.). Данный вид коррозии под влиянием электрического тока от внешнего источника относится к электрокоррозии. Рассмотрим её на примере упрощенной схемы по рисунку 9.3.


Контактный провод

/–/

Г

R рельсы /+/

А2 К1

К2 А1


Рисунок 9.3. Схема коррозии трубопровода блуждающими токами


Главный поток электронов, посылаемых генератором Г постоянного тока, через контактный провод локомотиву, поступает затем на рельсы, которые используются для возвращения тока генераторной станции. Вследствие плохого контакта между рельсами и недостаточной изоляции рельсов от земли часть возвращаемого тока ответвляется во влажную почву (особенно при наличии под землёй трубопроводов, кабелей и других металлических конструкций). Анодные участки рельсов А2 и трубопровода А1 разрушаются – подвергаются коррозии; на катодных участках К2 и К1 восстанавливаются молекулы кислорода или ионы водорода (в кислых почвах); для стальных рельсов и труб

Анодные процессы: Fe – 2e- = Fe2+; Fe2+ - e- = Fe3+.

Катодные процессы: 2Н2О + О2 + 4е- = 4ОН- (рН≈7), 2Н+ + 2е- = Н2 (рН<7).

При этом электрический ток в результате ответвления не ослабевает – он непрерывно пополняется через контактный провод от генератора.

В целях борьбы с коррозией блуждающими токами:
  • Уменьшают токи (поддерживают в хорошем состоянии электрические контакты между рельсами, увеличивают сопротивление между рельсами и почвой);
  • Проводят дренаж – соединяют металлическим проводником с низким сопротивлением участок трубы с рельсами в зоне А1 – К1: это прекращает коррозию;
  • Используют катодную защиту;
  • По возможности устраняют длительные расстояния ответвления токов (устанавливают генераторы поблизости от приемников электрического тока) или используют переменный ток.

Выбор способов защиты определяется природой защищаемого металла, способом его эксплуатации, параметрами коррозионной среды, экономическими и экологическими соображениями.


Лекция 10. Ингибиторы коррозии металлов.

Упаковочные материалы


План

  1. Механизм ингибирования коррозии
  2. Классификация ингибиторов. Адсорбционные и пассивирующие ингибиторы
  3. Ингибиторы кислотной коррозии металлов
  4. Ингибиторы коррозии в нейтральных средах
  5. Упаковочные материалы для металлоизделий на бумажной основе


1. Механизм ингибирования коррозии

С коррозией металлов человечество столкнулось очень давно – сразу после вступления в железный век. Однако лишь в наши дни она превратилась в одну из глобальных проблем. Несмотря на широкое развитие промышленности синтетических материалов, металлы и сплавы по-прежнему остаются основным конструкционным материалом. Более того, объёмы производства металлов неуклонно растут. С увеличением объемов выплавляемого металла растут и его потери от коррозии. С коррозией связано и загрязнение окружающей среды – как прямыми её продуктами, так и косвенными (вредными веществами, попадающими в почву, воду и атмосферу в результате аварий и катастроф, вызванных коррозией промышленного оборудования). В этом состоит основной экологический аспект коррозионной проблемы.

Одной из основных мер по защите металлов от коррозии является применение ингибиторов коррозии.

Ингибиторы коррозии – вещества, которые при добавлении в коррозионную среду или в упаковочные средства (временные защитные покрытия) снижают скорость коррозии и уменьшают её вредные последствия.

Защитное действие ингибитора связано с изменением состояния поверхности защищаемого металла и кинетики реакций, лежащих в основе коррозионного процесса. Ингибиторы вводятся в настолько малых количествах, что в отличие от нейтрализаторов, диаэраторов среды практически не оказывают на неё влияния. Иногда ингибиторы изменяют рН среды. Применение ингибиторов является экономичным, эффективным и универсальным методом защиты металлов от коррозии. Этот метод почти не требует дополнительного оборудования.

Количественная характеристика эффективности ингибитора как средства, уменьшающего степень коррозии, выражается либо коэффициентом торможения γ = I / I/, где I и I/ - скорости коррозии в отсутствие и присутствии ингибитора, либо степенью защиты . Скорость коррозии благодаря введению ингибитора может быть снижена в любое желаемое число раз, а степень защиты доведена почти до 100%.

Эффективность ингибитора определяется как его природой, так и природой корродирующего металла; а также температурой. Большинство коррозионных процессов по своей природе относятся к электрохимическим.

  1. Классификация ингибиторов. Адсорбционные и пассивирующие ингибиторы

Ингибиторы можно классифицировать по различным признакам. Так, по составу их разделяют на две группы – неорганические и органические (металлорганические, кремнийорганические, их смеси и так далее). По областям применения их разделяют на ингибиторы кислотной коррозии, коррозии в нейтральных средах (морской или пресной воде, солевых растворах) и в щелочах. По условиям применения различают ингибиторы низкотемпературные и высокотемпературные.

По особенностям механизма их действия ингибиторы классифицируют на адсорбционные и пассивирующие.

Адсорбционные ингибиторы относятся к классу поверхностно-активных веществ, способных адсорбироваться на поверхности металла. В результате адсорбции происходит торможение катодной (катодные ингибиторы) или анодной (анодные ингибиторы) реакций. Смешанные ингибиторы уменьшают скорость и анодного, и катодного процессов одновременно.

Пассивирующие ингибиторы способствуют образованию на поверхности металлозащитной плёнки и переводу металла в пассивное состояние. замедление коррозии связано прежде всего с исключением из коррозионного процесса части поверхности из-за её экранирования ингибитором.

Защитное действие пассивирующих ингибиторов основано на смещении потенциала металла в положительную сторону и переводе его в пассивное состояние. Такой эффект может быть достигнут различными путями, но во всех случаях причиной снижения скорости коррозии является образование поверхностного защитного слоя. Ингибиторы могут непосредственно участвовать в формировании этого слоя.

При выборе ингибиторов следует исходить не только из того, как они уменьшают скорость окисления металла, но и из того, как они влияют на механические свойства металла. Поэтому, например, поверхностно-активные органические вещества (ПАОВ) с преобладающей катионной функцией более предпочтительны, чем вещества с анионной функцией. Применение правильно подобранных ингибиторов может не только предотвратить растворение металла, но и улучшить его механические свойства.


3. Ингибиторы кислотной коррозии металлов

С коррозией металлов в кислых средах приходится сталкиваться при травлении изделий из черных и цветных металлов, для удаления с их поверхности окалины и ржавчины; кислотной промывке теплосилового оборудования; производстве кислот, удобрений и пр. Во всех случаях экономически целесообразно применение ингибиторов коррозии.

В условиях кислотного травления металлов используются следующие ингибиторы. Ингибитор ЧМ(Р+П) – один из первых отечественных ингибиторов, который применяется при травлении черных металлов. При травлении в раствор серной кислоты вводят регулятор травления (состав Р; представляет собой вязкую жидкость тёмного цвета) и пенообразователь П.

Ингибиторы И1-В, И2-В для защиты чёрных и цветных металлов от кислотной коррозии применяют при солянокислом и сернокислом травлении.

Ингибитор КИ-1 – комбинированный ингибитор, представляет собой водный раствор, содержащий по 25% катапина и уротропина. Он повышает защитные свойства и устойчивость ингибитора в агрессивных средах при температурах до 1000С (особенно в серной и фосфорной кислотах). При концентрации КИ-1 0,5% в 20%-ой серной кислоте скорость коррозии стали СТ-3 при 800С замедляется на 99%.

Ингибитор С-5 – комбинированный ингибитор, растворимый в воде и водных растворах кислот.

Ингибитор пеназолин – пеноингибитор, характеризуется одновременно ингибирующими и пенообразующими свойствами.

Ингибиторы кислотной коррозии находят широкое применение при травлении изделий металлургической промышленности: метизов, проволоки-катанки, труб, листового проката.

  1. Ингибиторы коррозии в нейтральных средах

Действие ингибиторов атмосферной коррозии, так же, как и других типов ингибиторов, сводится прежде всего к изменению ими кинетики электрохимических реакций, лежащих в основе коррозии. Эффективность любых ингибиторов зависит от их концентрации в коррозионной среде и при некотором минимальном содержании их падает до нуля. При атмосферной коррозии нужно иметь ввиду, что объём окружающего нас воздуха практически безграничен, и создание в ней защитной концентрации ингибитора представляет собой экономически бессмысленную задачу. Применение ингибиторов для защиты металлов от атмосферной коррозии возможно поэтому лишь в том случае, если удается ограничить пространство, в которое помещается защищаемый объект, и отделить его от остальной атмосферы. Поэтому практикуют введение ингибиторов в смазки, полимерные и другие покрытия; а также помещение металла в упаковочный материал с внесением ингибитора в свободное пространство между упаковочным материалом и металлическим изделием, или в сам упаковочный материал, например, бумагу.

Ингибиторы коррозии пассивирующего действия для нейтральных сред разделяются на ингибиторы окислительного типа, которые проявляют своё действие и в отсутствие кислорода воздуха (нитрит натрия NaNO3, нитрат аммония NH4NO3, хромат калия K2CrO4, бихромат калия K2Cr2O7, молибдат натрия Na2MoO4), и на ингибиторы, не обладающие окислительными свойствами, которые для проявления своего действия нуждаются в кислороде воздуха (гидроксид аммония NH4OH, гидроксид натрия NaOH, карбонат натрия Na2CO3, силикат натрия Na2SiO3, тетраборат натрия Na2B4O7, ортофосфат натрия Na3PO4). Ингибиторы пассивирующего действия окислительного типа при отсутствии хлоридов и сульфатов обладают примерно в 100 раз большей эффективностью, чем ингибиторы, не обладающие окислительными свойствами. Среди последних наиболее перспективным веществом является тетраборат натрия. Ингибиторы коррозии могут вводиться в жидкие среды с различными значениями рН, в масла, топлива, органические вещества, твёрдые вещества, упаковочные материалы.

К анодным замедлителям относятся вещества, обладающими окислительными свойствами (хроматы, дихроматы, нитриты калия и натрия, пероксид водорода). Они образуют на анодной поверхности металла или сплава оксидные плёнки толщиной от 0,01 мкм и уменьшают скорость коррозии металлов.

К катодным замедлителям относятся вещества, способные тормозить отдельные стадии катодного процесса. Введение поглотителей кислорода в раствор (например, сульфита натрия, сульфата или хлорида цинка) снижает скорость коррозии – они сокращают площадь катодных участков. Катодные ингибиторы также уменьшают скорость коррозии за счёт снижения интенсивности катодного процесса. К катодным ингибиторам относятся некоторые органические вещества, содержащие серу, азот, кислород – диэтиламин, уротропин, пиридин, формальдегид. В последние годы широко применяются летучие парофазные ингибиторы.

Анодные и катодные ингибиторы снижают коррозию в нейтральных и щелочных средах. Для уменьшения коррозии в кислых средах применяют в основном органические ингибиторы (катапин).

  1. Упаковочные материалы для металлоизделий на бумажной основе

Эффективность применения антикоррозионных упаковочных бумаг для консервации металлоизделий неразрывно связана с условиями их последующей транспортировки и хранения. Важен правильный выбор упаковочного материала, варианта упаковки и транспортной тары. Идеальная упаковка должна полностью исключать доступ к поверхности законсервированного металлоизделия паров воды и агрессивных газов, а также предотвращать испарение ингибитора через поверхность упаковочного материала за пределы упаковки.

В основном антикоррозионная упаковочная бумага используется для защиты чёрных металлов от атмосферной коррозии. Широко применяется бумага, содержащая ингибитор УНИ (представляет собой смесь уротропина и нитрата натрия в соотношении 1:1).

Ингибитор БН представляет собой натриевую соль бензойной кислоты C6H5COONa. Также известны ингибиторы на основе бензотриазола БТА, дециклогексиламина динитробензойной кислоты (модификации Р-2, М-1).

В основе механизма защитного действия антикоррозионной бумаги, содержащей ингибитор, лежит взаимодействие её компонентов с влагой, имеющейся в структуре бумаги и на поверхности металлоизделия. Так, защитное действие ингибитора УНИ проявляется непосредственно как результат изолированного воздействия на металл уротропина и нитрита натрия. При наличии пространства между упаковочной бумагой и поверхностью металлоизделия защитное действие проявляется в форме влияния на коррозию нитрита натрия и уротропина (который обладает летучестью при 300С).

При этом важно установить минимально допустимую концентрацию ингибитора в антикоррозионной бумаге и равномерно распределить его по ней. Дополнительно практикуется добавка некоторых веществ (например, пентахлорфенола), повышающего грибостойкость металлов.


Заключение


В качестве обобщения и подведения итогов изложенного учебного материала можно сказать следующее. Безусловна значимость рассматриваемых вопросов для теории и практики функционирования железнодорожного транспорта, позволяющая решать многие вопросы инженеру путей сообщения по защите от коррозии и применению химических источников тока на железной дороге.

Область применения полученных при изучении данной учебной дисциплины знаний достаточна широка. После изучения курса «Химические источники тока и защита металлов от коррозии» студенты имеют представление об особенностях различных источников тока, процессах при заряде и разряде различных аккумуляторов, об основных причинах, вызывающих коррозию металлов и сплавов, и способах борьбы с ней. Студенты способны самостоятельно провести электрохимический эксперимент – по измерению электродных потенциалов, нанесению гальванических покрытий, определению скорости коррозии и так далее.

При этом в конспекте лекций обращается внимание на актуальность вопросов, возможную нерешённость некоторых проблем, на пути их реализации или перспективные направления развития. При этом почти в каждой лекции говорится о задачах и связи данной дисциплины с проблемами железнодорожного транспорта, экономикой, безопасностью движения.

Конспект курса лекций будет полезен при изучении материала и повторении его в период подготовки к зачёту (экзамену).


Список литературы

  1. Коровин Н. В. Общая химия. – М.: Высшая школа, 2000. 558 с.
  2. Лучинский Г. П. Курс химии. – М.:Высшая школа, 1985. 416 с.
  3. Зубрев Н. И. Инженерная химия на железнодорожном транспорте. – М.: УМК МПС РФ, 1999. 292 с.
  4. Семенова И. В., Хорошилов А. В., Флорианович Г. М. Коррозия и защита от коррозии / под ред. И.В. Семеновой. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006. 376 с.
  5. Жук Н. П. Курс теории коррозии и защиты металлов. – М.: Металлургия, 1976. 472 с.
  6. Улич Г. Коррозия металлов. – М.: Металлургия, 1968. 308 с.
  7. Горбунова Л. И. Химические источники тока. Часть 1. – Екатеринбург, 2003.
  8. Балезин С. А. Отчего и как разрушаются металлы. – М.: Просвещение, 1965, 167 с.
  9. Томашов Н. Д., Жук Н. П., Титов В. А., Веденеева М. А. Лабораторные работы по коррозии и защите металлов. – М. Металлургия. 1971. 280 с.
  10. Рачев Х., Стефанова С. Справочник по коррозии / под ред. Н. И. Исаева. – М.: Мир, 1982. 520 с.