Газовая коррозия способы защиты

Защита металлов от газовой коррозии. Методы защиты металлов от электрохимической коррозии

Защита металлов от газовой коррозии. Методы защиты металлов от электрохимической коррозии: легирование, обработка среды, неорганические (в том числе металлические) и органические покрытия; электрохимическая защита (протекторная, катодная, анодная).

Защита от коррозии – это комплекс мероприятий, направленных на предотвращение и замедление коррозионных процессов, сохранение и поддержание в работоспособном состоянии узлов и агрегатов машин, оборудования и сооружений в требуемый период их эксплуатации. Способы защиты от коррозии выбирают на стадии конструирования и осуществляют в процессе изготовления и эксплуатации объектов. Для защиты металлов от химической коррозии возможно применять:

-легирование поверхностное или объемное другими металлами, например хром или никель, добавленные к стали в качестве легирующих компонентов, при высокой температуре диффундируют к поверхности и образуют устойчивый оксидный слой. В качестве легирующих добавок используют Сr, Ni, Мо, Сu, и др. в результате получают сплавы с более высокой коррозионной стойкостью, чем исходные материалы

-металлические изделия смазывают неокисляющимися маслами, последние хорошо смачивают металл при повышенной температуре в жидком виде и при застывании образуют на поверхности слой, изолирующий металл от окружающей среды. Для более надежной защиты металлов от коррозии в состав смазок вводят ингибиторы (замедлители);

-на поверхности металла наносят раствор высокомолекулярных соединений в низкокипящем растворителе. После испарения растворителя на поверхности металла остается полимерная пленка, преграждающая доступ окислителя к металлу;

-металлическую поверхность окрашивают раствором пигмента (красящего вещества) в олифе (частично окисленном растительном масле). Олифа в тонком слое быстро окисляется кислородом воздуха и образует плотную пленку на металле;

-наносят металлические защитные покрытия. Используют металлы, на поверхности которых при действии воздуха или других окислителей образуется устойчивая защитная пленка (Аl, Zn, Sn, Сr, Рb, Ni), или наносят металлы пассивные в химическом отношении (Аu, Аg, Сu)

Электрохимическая коррозия развивается при контакте металлов с раствором электролита.

При электрохимической коррозии на металле протекают одновременно два процесса: окисление металла – анодный процесс М о ® М n+ + n е;

Рекомендуемые файлы

И восстановление окислителя например кислорода воздуха: О₂ + Н₂О + 4е ® 4ОН — (кислородная коррозия).

Существуют различные способы защиты от коррозии, основанные на снижении агрессивности коррозионной среды, нанесение защитных покрытий и применение электрохимических методов – электрохимическая защита.

Один из видов электрохимической защиты – катодная защита заключается в том, что защищаемый металл соединяют с отрицательным полюсом внешнего источника постоянного тока, а положительный полюс – с вспомогательным материалом, который будет окисляться и тем самым защищать основной металл.

Лекция «Эпидемии» также может быть Вам полезна.

В настоящее время катодную защиту широко применяют для защиты трубопроводов, кабельных установок и металлоконструкций в воде (морской, речной), грунте и др средах.

В основе анодной защиты лежит анодная поляризация: смещение потенциала металла защищаемой конструкции в положительную сторону до значений, лежащих в пассивной области анодной поляризационной кривой. Ее осуществляют присоединением защищаемой конструкции к положительному полюсу внешнего источника тока, а вспомогательного электрода – к отрицательному, при этом конструкция – анод, а электрод –катод. Анодная защита в отличие от катодной применима только к легкопассивируемым (покрывающимся пассивной пленкой оксида). Это большинство переходных металлов и сплавов на их основе, включая нержавеющие и углеродистые стали. При анодной защите ток противоположен по направлению току при катодной защите. Достоинства анодной защиты: высокая рассеивающая способность –возможность защит на большом удалении от катода; невысокая защитная плотность тока, а следовательно и небольшие потребления энергии. К недостаткам следует отнести ограничение области применения (анодная защита не осущетсвима для Мg, Сd, Аg, Сu и медных сплавов), а также то. Что скорость коррозии при анодной защите, в отличие от катодной, никогда не падает до нуля.

Другой вид электрохимической защиты – протекторная защита осуществляется путем присоединения к защищаемому металлу протектора – более активного (т.е. менее благородного металла), который легче окисляется и, тем самым предохраняет основной металл от коррозии. Так, для защиты от коррозии изделий из железа и его сплавов в качестве протектора обычно применяют магний.

Электрохимическая защита используется в широких масштабах в судостроении.

Источник

Газовая коррозия: определение, особенности и способы решения проблемы

Во многих отраслях промышленности и в строительстве применяются технологические методы, задействующие газовые смеси. Это может быть, к примеру, обработка деталей под пропановыми горелками или формирование защитных сред при сварке для изоляции заготовки от кислорода. В определенных условиях такие процессы могут провоцировать газовую коррозию – в частности, при повышенной температуре или давлении. Химическая активность возрастает, что негативно сказывается на структуре металлов и сплавов. Поэтому разрабатываются специальные средства предотвращения подобных явлений и борьбы с образовавшимися следами коррозии такого рода.

Определение газовой коррозии

Данная разновидность коррозийного поражения представляет собой химическую деформацию поверхности металлов при высокой температуре. Обычно такие явления встречаются в металлургической, нефтехимической и химической отраслях промышленности. К примеру, коррозия может возникать в ходе получения серной кислоты, при синтезе аммиака и образовании хлористого водорода. Также и газовая коррозия металлов – это процесс окислительной реакции, который протекает в условиях с определенным коэффициентом влажности в окружающей воздушной среде. При этом и не каждый газ может провоцировать коррозию. К наиболее активным в этом отношении смесям относятся оксиды азота, диоксиды серы, кислород, водород и галогены. Что касается объектов поражения, то в этом качестве чаще выступают арматурные стержни печей и котлов, трубопроводные сети, поверхности газовых турбин, элементы двигателей внутреннего сгорания и сплавы, которые в металлургии подвергаются термической обработке.

Особенности процесса

На первом этапе протекания реакции происходит хемосорбция кислородных атомов на металлической поверхности. Именно в специфике взаимодействия кислорода с металлом заключается главная особенность данной коррозии. Дело в том, что реакция носит характер ионного взаимодействия и это отличает ее от типовых химических процессов в диоксиде. Связка получается прочнее, поскольку на атомы кислорода действует поле нижележащих атомов металла. Далее происходят процессы адсорбции кислорода, а в условиях термодинамической стабильности слой хемосорбции быстро преобразуется в оксидную пленку. В конечном счете газовая коррозия может формировать на поверхности металла соли, сульфиды и оксиды. На интенсивность протекания процессов коррозийного поражения влияют свойства окислителя (газовой среды), микроклиматические параметры (температура, давление и влажность), а также текущее состояние непосредственно объекта химической реакции.

Защита от газовой коррозии легированием

Один из самых распространенных методов защиты металла от разного рода коррозийных процессов. Основывается этот способ на изменении свойств структуры корродирующего металла. Само по себе легирование предполагает модификацию сплава путем ввода компонентов, вызывающих пассивирование его структуры. В частности, может использоваться вольфрам, никель, хром и др. Специально для газовой противокоррозийной защиты используют элементы, повышающие жаростойкость и жаропрочность металла. Процесс легирования может выполняться и посредством нанесения специальных покрытий, и путем погружения заготовки в газовую фазу модифицирующих компонентов. В обоих случаях повышается стойкость металла перед окислительными процессами. Например, чтобы в два раза сократить скорость окисления железной детали при 900 °С, необходимо ее легировать сплавом марки А1 3,5%, а для четырехкратного сокращения – модификатором А1 5,5%.

Защитная атмосфера как средство борьбы с коррозией

Еще одна методика предохранения металлических заготовок и сплавов от поражения коррозии в результате газового окисления. Защитные атмосферы могут формироваться средами аргона, азота и углерода. Для каждого металла применяются конкретные газовые смеси. Например, чугун защищается аргоном или углекислотными составами, а сталь хорошо взаимодействует с водородом и азотом. В обслуживании магистральных трубопроводов такого рода защита применяется в основном при выполнении монтажных сварочных мероприятий. В постоянном режиме эксплуатации чаще используют электротехническую защиту газовых сетей от коррозии, которая технически выполняется полупроводниками с кабельными контурами. Это разновидность электрохимической противокоррозийной оболочки, включающая в структуру элементы анодо-протектной гальванической защиты.

Применение антикоррозийных термостойких покрытий

Данный способ также заключается в уменьшении скорости коррозийного процесса, но за счет специальных термостойких покрытий. Обычно используется техника нанесения железоалюминиевых термодиффузионных слоев, которая известна как термохромирование. Эффективную защиту обеспечивает и металлокерамическая обработка металлических деталей и конструкций. К преимуществам такой защиты от газовой коррозии можно отнести не только надежное термо- и механическое покрытие, но и возможность гибкой модификации физико-химических свойств оболочки. В составе функционального слоя могут задействоваться и тугоплавкие окислы, и металлические компоненты наподобие молибдена и вольфрама.

Заключение

Организацией контроля средств противокоррозийной защиты занимаются специалисты, разрабатывая и утверждая проекты для конкретных объектов. В России одним из крупнейших управлений по защите газовых сетей от коррозии является АО «Мосгаз». Сотрудники данной структуры занимаются обслуживанием газовых хозяйств, поддерживая оптимальное состояние рабочей инфраструктуры. В частности, организация выполняет такие работы, как монтаж установок электрохимической защиты, оценка опасности подземных газопроводов, анализ интенсивности коррозионной агрессивности материалов и т. д. Для большинства работ используется современное метрологическое оборудование, позволяющее точно и всестороннее исследовать целевые объекты на предмет поражения коррозией и защиты от нее.

Источник

Защита металлов от газовой коррозии

Для защиты от газовой коррозии используют жаростойкое легирование, создание защитных атмосфер, защитные покрытия.

Жаростойкое легирование – целенаправленное введение в защищаемый металл элементов, повышающих его сопротивляемость газовой коррозии.

Легирование наиболее надежно защищает металл от коррозии, причем наиболее эффективно в условиях воздействия механических напряжений и коррозийной среды. Легирование позволяет предотвратить и коррозийное растрескивание изделий.

Существуют три теории жаростойкого легирования в зависимости от предполагаемого механизма действия легирующей добавки:

1)ионы легирующего компонента входят в решетку окисла основного металла, уменьшая его дефектность и соответственно скорость диффузии в решетке;

2)легирующий компонент образует на поверхности сплава свой защитный окисел, препятствующий окислению основного металла;

3) легирующий компонент с основным металлом образует двойные окислы типа шпинелей (сложные оксиды), обладающие повышенными защитными свойствами.

Защитные слои от высокотемпературной коррозии могут быть созданы из тугоплавких соединений, обладающих низкой диффузионной проницаемостью для агента коррозии (О, N, галогены). Для повышения коррозионной устойчивости металлов и сплавов их легируют поверхностно или объемно другими металлами.

Жаростойкое или объемное легирование осуществляют одновременно с получением того или иного конструкционного металла. Вводятся такие легирующие компоненты, которые увеличивают жаропрочность и, кроме того, обладают высокой диффузионной способностью в данном металле или сплаве и, выходя на поверхность, образуют устойчивые оксидные слои.

Поверхностное легирование представляет собой насыщение поверхности данного сплава металлом, обладающим прочным оксидным слоем, — аллитирование, хромирование, силицирование и т. д. При нанесении на поверхность данного металла легирующего компонента возможно образование между ними интерметаллидов.

Защитные атмосферы частично или полностью предотвращают окисление конструкционных металлов и сплавов в условиях нагрева (на воздухе) до высоких температур.

Состав контролируемой атмосферы может быть рассчитан на основании данных о термодинамическом равновесии в системе, состоящей из защищаемого металла, его оксида и соответствующей газовой фазы. Количественное соотношение между окислительными и восстановительными компонентами атмосферы, находящейся в равновесии о металлом, определяется значением константы равновесия Кр или величиной стандартного изменения изобарно-изотермического потенциала ΔGр конкретной реакции окисления при данной температуре. Отклонение состава газовой среды от равновесного, в ту или иную сторону, вызывает преимущественное протекание процесса окисления металла или восстановления его оксида.

Окислительными компонентами, наиболее часто встречающимися в атмосферах промышленных нагревательных устройств, являются О₂, СО₂, Н₂О и некоторые другие соединения.

Стандартное изменение ΔG 0 т реакции может быть получено из стандартных свободных энергий образования участников данной реакции с учетом знаков и стехиометрических коэффициентов.

В сложных газовых смесях возможно протекание реакций, способных заметно изменить условия безокислительного нагрева. В частности, при снижении температуры в атмосфере, состоящей из СО и СО₂, усиливается процесс диссоциации окиси углерода по реакции 2СО = СО₂ + С, что повышает содержание СО₂ в газовой фазе, а, следовательно, и окисляющую способность атмосферы.

Для определения условий безокислительного нагрева удобно пользоваться кривыми равновесия металла с соответствующей атмосферой, построенными на основании известных термодинамических данных.

Взаимодействие металлов с некоторыми атмосферами при повышенных температурах может приводить не только к окислению, но и науглероживанию или обезуглероживанию стали, насыщению металлов водородом и образованию нитридов, что в большинстве случаев является нежелательным.

Протекание реакций в обратном направлении будет вызывать науглероживание металла. Для сохранения исходного содержания углерода в стали в процессе нагрева, необходимо обеспечить условия, точно отвечающие состоянию равновесия металла с данной атмосферой. Расчет состава атмосферы, предотвращающей перераспределение углерода между металлом и газовой фазой, возможен при использовании термодинамических данных о равновесии в конкретной системе, которые в целях простоты проведения анализа, также изображены графически в виде кривых равновесия.

Защитные покрытия представляют собой слой, искусственно создаваемый на поверхности металла с целью предохранения его от коррозии. Могут быть органические, неорганические или металлические.

Органические защитные слои

При консервации изделий применяется смазка неокисляющимися маслами (углеводороды, устойчивые к окислению). Масла наносятся при повышенной температуре (для улучшения смачивания, понижения вязкости) и, застывая, образуют слой, защищающий металл от электролитной среды и воздуха.

Лакирование — нанесение высокомолекулярных соединений, растворенных в летучем растворителе, на поверхность металла. После испарения растворителя на металле остается полимерный слой, не пропускающий окислитель и обладающий электроизоляционными свойствами. Лаки изготовляются из естественных смол (шеллак) или из синтетических полимеров (фенолоальдегидные, глифталевые, силиконовые и др.).

Окраска металлических поверхностей сопровождается образованием полимера непосредственно на поверхности металла в процессе нанесения краски и ее отвердевания. Масляная краска представляет собой смесь частично окисленного масла (олифа) и пигмента-красителя. При нанесении краски тонким слоем на зачищенную до блеска поверхность металла масло быстро окисляется кислородом воздуха и затвердевает, образуя на поверхности металла плотную пленку, которая и защищает металл от коррозии.

Неорганические защитные слои

Наиболее распространены оксидные и фосфатные защитные пленки. Процесс получения на металле оксидных покрытий называется оксидирование, а фосфатных – фосфатирование.

Оксидирование металлов сводится к созданию на поверхности металла слоя оксида, через который диффузия кислорода была бы ничтожно малой. Методы нанесения оксидных слоев можно разделить на термические, химические и электрохимические (основной способ).

Термические методы оксидирования применяются редко, так как окисление металлов при высокой температуре вызывает коробление деталей. При этом методе нагретые до 450-470 0 С стальные детали помещают в льняное масло или при 300 0 С в расплав солей с содержанием 55% NaNO₂ и 45% NaNO₃. В первом случае на поверхности защищаемого металла образуется пленка черного цвета, во втором – синего.

Химическое оксидирование идет при более низких температурах и в ряде случаев сохраняет не только форму, но и размеры обрабатываемых деталей. Химическое оксидирование стали осуществляется кипячением изделий при 135-145 0 С в растворе состава, г/л: NaOH 600-700; NaNO₂ 200-250; NaNO₃ 500-100. Время обработки зависит от содержания углерода в стали; чаще всего 30-90 минут. В результате взаимодействия железа с щелочью и окислителем на поверхности образуется оксидная пленка толщиной 0,6-3,0 мкм, скорость её роста зависит от концентрации щелочи, окислителя и температуры проведения процесса.

Электрохимическое оксидирование использует окислительные процессы на аноде электролизера: обезжиренные и освобожденные от оксидных пленок изделия помещают на анод электролизера с окисляющим электролитом (SO₄ 2- , Cr₂O₇, CrO₄ 2- ) и через очень короткое время металл изделия покрывается плотной оксидной пленкой, например:

На аноде: SO₄ 2- + H₂O – 2e → SO₄ 2- + 2H + + O

Толщина окисных пленок в щелочной ванне обычно достигает 0,8 мкм. Пленки бòльшей толщины можно получить при использовании более концентрированных растворов щелочи, но они будут низкого качества из-за образования гидроокиси железа в слое окисла. При необходимости используют 2-х стадийное оксидирование: сначала в ванне с разбавленным раствором щелочи, а потом в более концентрированном. Толщина пленки в этом случае достигает 1,5 мкм.

Фосфатирование металлической поверхности представляет собой процесс осаждения нерастворимых фосфатов этого металла. Сущность процесса фосфатирования сводится к усреднению дигидрофосфатов до фосфатов, нерастворимых в воде, за счет растворения поверхности металла:

Электролит: раствор «Мажеф» Fe(H₂PO₄)₂ + Mn(H₂PO₄)₂, или раствор гидрофосфатов цинка Zn(H₂PO₄)₂. Продолжительность процесса 0,5-2 ч, температура 96-98 0 С. Процесс фосфатирования может быть ускорен наложением переменного тока (плотностью 40 А/м 2 при напряжении 20 В). При 57-60 0 С процесс заканчивается в течение 4-5 мин.

Иногда применяют обработку фосфатированного изделия в 7-9%-ном растворе бихромата натрия, который заполняет поры и пассивирует нефосфатированные участки поверхности металла.

Металлические защитные покрытия

Наносят на поверхность изделия тонким слоем металла, обладающего достаточной стойкостью в данной среде. Металлические покрытия также придают поверхностным слоям металлоизделий требуемую твердость, износостойкость. Различают два типа металлических покрытий — анодное и катодное.

Металлические покрытия наносят различными способами: горячий метод, гальванизация и металлизация.

Для нанесения металлических защитных покрытий надо выбирать металлы, оксидный слой на поверхности которых делает их пассивными (А1, Zn, Sn, Cr, Pb, Ni), или металлы, пассивные по своим химическим свойствам (Au, Ag, Сu). Кроме того, надо учитывать условия эксплуатации изделия.

1) Метод окунания применим для нанесения покрытий из легкоплавких металлов на более тугоплавкие. Сущность метода — в расплавленный металл, из которого хотят приготовить покрытие, через слой флюса, закрывающий поверхность жидкого металла, погружают стальной лист и вынимают его также через слой флюса или масла для того, чтобы поверхность сразу не окислилась.

2) Металлизация — это нанесение металлических покрытий на поверхность изделия распылением жидкого металла. Проволока металла, который наносится в качестве защитного слоя, подается в ацетиленокислородное пламя, в дуговой или плазменный разряд — металл плавится и частично испаряется. Мельчайшие капли и пары металла струей газа транспортируются на поверхность изделия и кристаллизуются на ней. Поверхность изделия должна быть тщательно очищена, так как иначе не будет прочного сцепления нанесенного слоя с металлом изделия.

3) Вакуумное испарение. Покрытия, наносимые этим способом, не только защищают металл от коррозии, но и упрочняют его поверхность. Этот метод используют в ремонтно-восстановительных работах для наращивания изношенного слоя металла.

4) Плакирование — нанесение пленок защитного металла путем совместного проката. Метод приемлем только для листов и некоторых профилей проката (пруток, угольник и пр.).

Основаны на электролизе. Металлические защитные слои в этом случае осаждаются на поверхности изделия, которое в электролизере представляет собой катод и находится под отрицательным потенциалом. Покрытие должно иметь мелкокристаллическую структуру и быть сплошным — без пор и трещин. Разработаны определенные режимы осаждения, обеспечивающие эти качества покрытий (температура, плотность тока и состав электролита). Для получения мелкозернистой структуры в состав электролита вводят поверхностно-активные вещества и органические добавки, препятствующие росту отдельных кристаллических зерен (декстрин, ализариновое масло и т. д.).

При выборе покрытий следует учитывать относительную активность основного металла и металла покрытия (катодное или анодное покрытие).

Механическая прочность покрытия исследуется различными путями — действием струи кварцевого песка или движением заточенного на полусферу металлического стержня под определенной нагрузкой.

Химическая стойкость определяется временем, которое необходимо для растворения пленки определенным реактивом. Время измеряется от начала испытания для появления характерной окраски от ионов основного металла, появляющихся в результате коррозии в данной среде. В коррозионную среду вводят соответствующий реактив.

Источник