книги / Электрохимическая коррозия и защита металлов

окислители стимулируют коррозию металлов. Железо в аэрированных водных растворах корродирует с кислородной деполяризацией.

Для снижения концентрации растворенного кислорода добавляют гидразин или сульфит натрия. Между гидразином и растворенным кислородом идет реакция

N2H4 + O2 = N2 + 2H2O.

Избыток гидразина разлагается на аммиак и азот:

3N2H4 = N2 + 4NH3.

Присутствие в воде аммиака ведет к увеличению щелочности и поэтому имеет положительный эффект.

Применение сульфита натрия менее эффективно, чем применение гидразина, так как увеличивает содержание солей в воде:

Na2SO3 + 0,5O2 = Na2SO4.

Обработка водных растворов гашеной известью широко применяется в промышленности. Таким образом регулируют рН растворов, а также снижают содержание в них солей. При подщелачивании растворов образуются гидроксиды металлов, которые имеют более низкую растворимость, чем соответствующие соли. Часть гидроксидов выпадает в осадок, и содержание ионов металлов в растворе снижается.

Для глубокой очистки воды с целью предотвращения образования накипи в паровых котлах проводят ионообменную обработку. Как правило, применяют серию ионообменных аппаратов. Первоначально используют катионообменные смолы и воду очищают от катионов металла. На последующих стадиях проводят анионообменную очистку и освобождаются от анионов сильных и слабых кислот.

8.5. Ингибиторная защита

Согласно стандарту ISO 8044–1986, ингибиторами коррозии называют химические соединения, которые, присутствуя в коррозионной системе в достаточной концентрации, уменьшают скорость коррозии без значительного изменения концентрации любого кор-

121

розионного реагента. Ингибиторами коррозии могут быть и композиции химических соединений. Содержание ингибиторов в коррозионной среде должно быть небольшим.

Эффективность ингибиторов оценивается степенью защиты Z (%) и коэффициентом торможения γ (ингибиторным эффектом). Степень защиты определяется по формуле:

где K1 и K2 — скорость растворения металла в среде без ингибитора и с ингибитором соответственно, г/(м2·ч); i1 и i2 — плотность тока коррозии металла в среде без ингибитора и с ингибитором соответственно, A/см2. При полной защите коэффициент Z равен 100 %.

Коэффициент торможения показывает, во сколько раз уменьшается скорость коррозии в результате действия ингибитора:

Z и γ связаны между собой следующими зависимостями:

Ингибиторы подразделяются:

— по механизму своего действия — на катодные, анодные

исмешанные;

—по химической природе — на неорганические и органические;

—по сфере своего влияния — на используемые в кислой, щелочной и нейтральной среде.

Действие ингибиторов обусловлено изменением состояния поверхности металла вследствие адсорбции ингибитора или образования с катионами металла труднорастворимых соединений. Защитные слои, создаваемые ингибиторами, всегдатоньше наносимых покрытий.

122

Ингибиторы могут действовать двумя путями: уменьшать площадь активной поверхности или изменять энергию активации коррозионного процесса.

В результате адсорбции ингибитора происходит изменение структуры двойного электрического слоя, что приводит к изменению величины адсорбционного скачка потенциала. Экранирование части поверхности Θ сплошной пленкой ингибитора исключает ее из коррозионного процесса, который протекает на поверхности, равной (1–Θ).

Катодные и анодные ингибиторы замедляют соответствующие электродные реакции, смешанные ингибиторы изменяют скорость обеих реакций. Адсорбция и формирование на металле защитных слоев обусловлены зарядом частиц ингибитора и способностью образовывать с поверхностью химические связи.

Катодные ингибиторы замедляют катодные реакции или активное растворение металла. Для предотвращения локальной коррозии более эффективны анодные ингибиторы. Часто для лучшей защиты металлов используют композиции ингибиторов с различными добавками. При этом может наблюдаться:

—аддитивное действие, когда ингибирующие эффекты отдельных составляющих смеси суммируются;

—антагонизм, когда присутствие одного из компонентов ослабляет ингибирующее действие другого компонента;

—синергизм, когда компоненты композиции усиливают ингибирующее действие друг друга.

Одним из методов изучения механизма действия ингибиторов является снятие поляризационных (анодных и катодных) кривых. На рис. 29 представлены такие кривые для случая кислотной коррозии. Торможение ингибитором одной из стадий коррозионного процесса вызывает увеличение поляризации. Чем выше эффективность действия ингибитора, тем круче наклон соответствующей поляризационной кривой. На рис. 29 в полулогарифмических координатах показаны кривые катодной и анодной поляризации для раствора кислот

вотсутствие (К1 и А1) и в присутствии (К2 и А2) ингибитора.

123

Рис. 29. Поляризационные кривые, поясняющие эффективность действия ингибитора

Экстраполяции линейных (тафелевских) участков поляризационных кривых позволяют определить потенциалы коррозии Екор1 и Екор2 и скорости коррозии iкор1 и iкор2. Сопоставление этих величин показывает, что в присутствии ингибитора Екор смещается в сторону более положительных значений, а скорость коррозии уменьшается. Используя значения iкор1 и iкор2, можно оценить эффективность ингибитора и найти Z и γ.

124

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.Жук Н.П. Курс теории коррозии и защиты металлов: учеб. пособие для вузов.— 2-е изд.— М.: Альянс, 2006.— 472 с.

2.Семенова И.В., Хорошилов А.В., Флорианович Г.М. Коррозия и защита от коррозии / под ред. И.В. Семеновой.— 2-е изд., перераб. и доп.— М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006.— 376 с.

3.Атапин В. Г., Пель А. Н., Темников А.И. Сопротивление материалов: учеб.— Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2006.— 555 с.— (Учебники НГТУ).

4.Дамаскин Б.Б., Петрий О.А., Цирлина Г.А. Электрохимия.— М.: Химия, 2008.— 672 с. — (Для высшей школы).

5.Фрейман Л.И., Макаров В.А., Брыксин И.Е. Потенциостатические методы в коррозионных исследованиях и электрохимической защите / под ред. Я.М. Колотыркина.— Л.: Химия, 1972.— 240 с.

6.Улиг Г.Г., Реви У.У. Коррозия и борьба с ней. Введение

вкоррозионную науку и технику.— М.: Химия, 1988.— 455 с.

7.Колотыркин Я.М. Металл и коррозия.— М.: Металлургия,

1985.— 88 с.

8. Кеше Г. Коррозия металлов.— М.: Металлургия, 1985.— 400 с.

125

Приложение

ТЕСТЫ

Втестах 15, 29, 71, 91, 92 выберите два правильных ответа,

востальных — один.

Тема: Процессы электрохимической коррозии

Раздел: Технические, экономические и экологические аспекты коррозии

1.Коррозия металлов является процессом а) гомогенным б) гетерогенным в) физическим г) механическим

2.Коррозионный процесс может быть

а) одностадийным б) двухстадийным в) трехстадийным г) многостадийным

3. Коррозионные исследования проводят: а) ради академического интереса б) по экономическим соображениям

в) для выяснения механизма процесса г) для создания вечного оборудования

4.Коррозионные потери бывают а) безвозвратными б) прямыми в) возвратными

г) невосполнимыми

5.Стоимость замены оборудования относится к потерям а) безвозвратным б) прямым

126

в) косвенным г) возвратным

6.Затраты на перекраску оборудования для предотвращения ржавления относят к потерям

а) безвозвратным б) косвенным в) возвратным г) прямым

7.Эксплутационные затраты, связанные с катодной защитой трубопроводов, относятся к потерям

а) безвозвратным б) косвенным в) прямым г) возвратным

8.Добавочные расходы, связанные с использованием коррозионностойких металлов, относят к потерям

а) прямым б) безвозвратным в) косвенным г) возвратным

9.Применение соли для борьбы с оледенением дорог и мостов приводит к потерям:

а) прямым б) безвозвратным в) косвенным г) возвратным

10.Затраты, связанные с покупкой ингибиторов коррозии, относят к потерям:

а) косвенным б) безвозвратным в) прямым г) возвратным

127

11.Простои оборудования из-за коррозии и необходимый ремонт относят к потерям

а) безвозвратным б) прямым в) косвенным г) возвратным

12.Утечки нефти и газа из-за коррозии относят к потерям

а) косвенным б) безвозвратным в) прямым г) возвратным

13.Уменьшение мощности оборудования из-за отложения продуктов коррозии относят к потерям

а) безвозвратным б) прямым в) косвенным г) возвратным

14.Основная причина коррозии металлов связана

а) с равновесным состоянием металлов и сплавов б) с отрицательной величиной изменения свободной энергии

в) с положительной величиной изменения свободной энергии г) с энтропийным фактором

15.По механизму протекания коррозионных процессов различают коррозию

а) химическую б) физическую

в) электрохимическую г) механическую

16.При химической коррозии окисление металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды происходит

а) в одном акте б) не в одном акте в) одноступенчато г) мгновенно

128

17.Химическая коррозия от потенциала а) не зависит б) зависит

в) зависит линейно г) зависит логарифмически

18.Скорость электрохимической коррозии от потенциала зависит а) линейно б) логарифмически

в) квадратично г) экспоненциально

19.Посредником переноса электронов от окислителя к корродирующему металлу является

а) коррозионная среда б) металлическая поверхность в растворе

в) металлическая поверхность над раствором г) влажная земля

20.По характеру коррозионного разрушения коррозия бывает

а) общая б) термоконтактная в) щелевая

г) фреттинг-коррозия

21.Сквозная коррозия относится к коррозии а) общей б) блуждающими токами в) локальной

г) контактной

22.По условиям протекания коррозионного разрушения коррозия бывает

а) газовая б) коррозионное растрескивание

в) водородная г) структурная

129

23.Нитевидная коррозия протекает а) внутри металла б) на поверхности металла

в) под гальваническим покрытием г) под лакокрасочным покрытием

24.Ножевая коррозия протекает

а) на поверхности ножа б) в виде надреза на металле

в) в виде сквозного поражения г) в виде царапин

25.Ножевая коррозия возникает а) в любом месте металла б) вдали от сварного шва в) рядом со сварным швом

г) по поверхности сварного шва

26.Питтинговая коррозия относится к коррозии а) локальной б) общей в) контактной

г) химической

27.Коррозионное растрескивание возникает при воздействии а) окислителя б) механических напряжений в коррозионной среде в) ударной силы г) восстановителя

28.Коррозионное растрескивание стимулируют

а) сжимающие напряжения б) сжимающие напряжения в коррозионной среде в) растягивающие напряжения

г) растягивающие напряжения в коррозионной среде

130