Примеры защиты металлов от коррозии. Газовая коррозия меди и медных сплавов Как уберечь медь от окисления
Ингибиторы коррозии используются для замедления образования ржавчины на металлах. Действие замедлителей основано на возможности отдельных химических веществ снижать скорость развития коррозии в металлах или даже вовсе ее угнетать.
Ингибиторы востребованы при защите металлических изделий во время травления и промывания. Данные вещества добавляются в полимерные покрытия, воски, смазки, упаковку, в закрытое пространство, где хранится металл. В результате этих мероприятий увеличиваются защитные возможности покрытий.
При попадании на металл, начинается адсорбция ингибиторов, что снижает скорость ионизации. Процесс ионизации может замедляться как у металла, так и у кислорода, либо в обоих случаях одновременно.
В последнее время налажено производство большого ассортимента различных ингибиторов. Существуют замедлители, предназначенные для отдельных групп металлов (черные или цветные) и вещества универсального применения, которые можно применять во всех случаях.
Обратите внимание! Выбирая тот или иной ингибитор, нужно проконсультироваться со специалистом или внимательно изучить справочники. Дело в том, что одно и то же вещество, по отношению к разным металлам, может как способствовать, так и замедлять развитие коррозийного процесса.
Защита от атмосферной коррозии
Чтобы предохранить металлы от воздействия атмосферной коррозии, применяются ингибиторы контактного типа, а также летучие ингибиторы, которые испаряются и самостоятельно распространяются по металлической поверхности.
Применение летучих ингибиторов связано с высокими требованиями к барьерным материалам:
- материалы должны быть непроницаемы для ингибиторных паров;
- упаковка должна быть герметичной, иначе вещество тут же улетучится.
Существует несколько методов использования ингибиторов для предохранения металлических изделий от атмосферной коррозии:
- ингибитор наносится на поверхность металла из растворов водного типа или же органических растворителей;
- осуществляется процесс сублимации ингибиторов на металлическую поверхность из воздуха, в котором имеется большая концентрация ингибиторных паров;
- на поверхность металла наносится полимерный состав, включающий в себя ингибитор;
- изделие заворачивается в ингибированную бумагу;
- в закрытое пространство направляется пористый носитель с ингибитором.
В последнем случае в качестве носителей выступает «линопон» или «линасиль». Эти адсорбенты, размещенные в замкнутом пространстве, обеспечивают продолжительную сохранность металлов, предохраняют от возникновения коррозии и «бронзовой болезни». Также благодаря адсорбентам появляется возможность сохранности изделий в случае резкого изменения условий окружающей среды.
Мероприятия по консервации с помощью ингибиторов рекомендуется осуществлять при влажности на уровне ниже критической, в условиях чистого воздуха. Не допускается наличие кислых паров в воздухе в помещении (такие пары выделяются во время химической чистки), где проводится консервация.
Адсорбция ингибитора, с образованием мощного защитного слоя, происходит не сразу, а в течение некоторого времени. Продолжительность затраченного времени зависит от характера не только ингибитора, но и обрабатываемого металла. До обработки ингибитором изделия из металла тщательной очищаются от грязи и жира, а потом подвергаются сушке.
Обратите внимание! Перед консервацией металл нельзя трогать голыми руками. Всю работу в дальнейшем нужно делать в резиновых перчатках.
Защита для стальных конструкций
Наиболее популярны водные растворы (в особенности вязкие) нитрита натрия. Этот раствор представляет собой ингибитор контактного типа, наносимый на поверхность изделия (например, системы отопления или другой металлоконструкции).
Добавление в водные растворы нитрита натрия дополнительного компонента, увеличивающего вязкость структуры (оксиэтилцеллюлоза, глицерин, ксилит, крахмал), значительно повышает эффективность вещества. В частности, увеличивается срок гарантированной защиты металла вне зависимости от условий климата. Вязкие составы предохраняют растворы нитрита натрия от засыхания, не позволяют отходить солевым кристалликам от металлической поверхности, а также снижают процент стекания вещества в условиях повышенной влажности.
Чаще всего используется 25% раствор нитрита натрия, - если речь идет об изделиях из стали, и 40% раствор - для защиты чугунных деталей. Металл обрабатывается раствором, разогретым до 65-85 градусов. Возникшие на поверхности кристаллы нитрита натрия в результате конденсирования влаги при хранении (к примеру, при хранении между технологическими операциями), образуют концентрированный раствор ингибиторного вещества.
Именно этот раствор и пассивирует металл. Чтобы нейтрализовать кислые атмосферные компоненты, попадающие на металл с конденсирующей влагой, в раствор нитрита натрия добавляют небольшой процент соды (до 0,6%). Необходимо иметь в виду, что снижения концентрации нитрита натрия до величин, ниже установленного порога, ведет к так называемой местной коррозии. Этот фактор является причиной целесообразности использования при долгосрочном хранении вязких видов растворов.
Среди летучих ингибиторов чаще всего применяется нитрит дициклогексиламин. Данное вещество прекрасно подходит именно для чугуна и стали, но способствует коррозионным процессам в меди и ее сплавах, олове, цинке, свинце, алюминиево-медных сплавах, магнии и кадмии. Летучие защитные вещества не меняют устойчивость к коррозии у алюминия, никеля, хрома, а кроме того, не оказывают влияния на механические характеристики пластика, кожи, резины, красок и лаков.
Данный ингибитор применяется в виде растворов спирта. Для нанесения на каждый квадратный метр 1,5-2,5 граммов вещества берется 8,5% раствор спирта. Сразу после обработки деталь герметично упаковывается или размещается в изолированном пространстве.
Защита меди и ее сплавов, а также серебра
Чтобы предотвратить коррозионные процессы на меди и ее сплавах, а также на серебре, применяется ингибитор контактного типа - бензотриазол. Это вещество входит в контакт с солями 1 и 2-валентной меди, в результате чего возникают полимерные соединения, нерастворимые в водной среде и устойчивые к высоким температурам.
За счет возникновения нерастворимых структур, бензотриазол сдерживает так называемую «бронзовую болезнь». Рекомендуется применение бензотриазола для защиты как уже очищенных объектов, так и для предметов, у которых решено оставить коррозионное покрытие или патину без изменений. Бензотриазол также замедляет потемнение предметов из бронзы, меди и серебра.
После очистки от грязи и жира предметы кладутся в 3% раствор бензотриазола. При этом нужно поддерживать температуру, как минимум 20 градусов. Для обработки крупных предметов раствор нужно разогревать до 50 градусов. Далее металл просушивается и вытирается влажной х/б тканью.
Обратите внимание! Бензотриазол относится к канцерогенным веществам. Поэтому нужно избегать непосредственного попадания раствора на кожные покровы. При работе нужно использовать защитные перчатки, фартук и очки.
К числу содержащих серу ингибиторов относится каптакс. В результате обработки каптаксом медных и бронзовых изделий значительно увеличивается устойчивость металлов к коррозии. Наилучших результатов удается достичь при получасовом погружении, если температура раствора составляет 70-80 градусов. В отдельных случаях каптакс дает больший эффект, в сравнении с бензотриазолом.
В числе ингибиторов неорганического происхождения нужно отметить хроматы. Пассивация хроматами относится к самым недорогим методам защиты меди, ее сплавов и серебра от потемнения. Пассивирование осуществляется с помощью катодного тока или же без его использования. Компоненты электролита и режим обработки поверхности при хроматировании могут значительно отличаться, и это не сказывается на защитных характеристиках образующихся пленок. Металлы держат несколько минут в растворе хромовой кислоты (1 грамм на литр). Появляющаяся пленка имеет высокую устойчивость к влажности, а также к воздействию солевых растворов и сероводороду.
Изделия из серебра подвергаются пассивированию наложением катодного тока. При этом электролит включает до 40 граммов бихромата натрия, 20 граммов едкого натра и 40 граммов карбоната калия. Данные количества распределяются на литр жидкости. Плотность тока составляет 0,1 Ампер на квадратный сантиметр, а время выдержки - 60 секунд. Поддерживается комнатная температура раствора.
Даже обычное окунание серебра в хромовый ангидрид или бихромат натрия дает возможность успешного пассивирования. Однако нужно следить, чтобы в растворах отсутствовали посторонние кислоты. Неплохие результаты можно получить после двойной обработки: вначале катодным методом, а затем - окунанием в раствор ангидрида хрома или бихромата натрия.
Обратите внимание! Бихромат натрия и ангидрид хрома опасны для кожных покровов и органов дыхания. Поэтому работать с этими веществами нужно в резиновых перчатках, респираторе и в помещении с хорошей вентиляцией.
Защита при промывании
Промывание водой, особенно если речь идет о промывке чугуна или стали, может приводить к коррозионным процессам в области очищенной поверхности. При этом на агрессивность коррозии оказывает большое влияние жесткость воды. Чем мягче вода, тем выше степень ее воздействия на развитие коррозионных процессов.
Активность коррозии вызывается не только солями, но и уровнем содержащихся в ней сульфатов и хлоридов. Их уровень в воде природного происхождения может разниться от 50 до 5000 миллиграмм на литр.
Используется такая классификация водной агрессивности:
- слабоагрессивная среда - концентрация сульфатов и хлоридов менее 50 миллиграмм на литр;
- среднеагрессивная среда - концентрация сульфатов и хлоридов от 50 до 150 миллиграмм на литр;
- высокоагрессивная среда - концентрация сульфатов и хлоридов свыше 150 миллиграмм на литр.
Согласно ГОСТа, разрешается использовать воду с содержанием солей в следующих концентрациях:
- сульфаты - до 500 миллиграмм на литр;
- хлориды - до 350 миллиграмм на литр.
Чтобы уменьшить окисление при промывании, используют восстановители, например, гидразин. Восстановители связывают кислород, находящийся в воде. В результате контакта гидразина и кислорода, возникает азот, который без проблем убирается из водной среды и не несет опасности развития коррозии.
Допустимый уровень ингибитора - 1 грамм на литр. Кислород по большей части удаляется из воды в результате ее кипячения.
Защита при очищении от коррозии
Чтобы предохранить металлы от коррозийных процессов в кислых средах, обычно используются ингибиторы. В их числе катапин, уротропин, ПБ-5, ПБ-8.
В ходе процедуры, вслед за удалением коррозии кислотами, происходит адсорбция ингибиторов на очищенной поверхности. Таким образом, избегается или сводится до минимальных показателей растворение металла. Данный фактор имеет особое значение при чистке металлических предметов, представляющих художественную ценность, поскольку слой коррозии на их поверхностях обычно неоднородный как по толщине, так и по составляющим.
Если обнажить поверхность чистого металла, он будет выступать как анод, а оксиды станут катодом. В связи с этим во время очищения значительная доля кислоты уходит на растравливание металла, но не на растворение коррозионных продуктов. Использование ингибиторов в кислотной среде дает возможность избежать растравливания чистого металла и предупредить наводороживание стали или чугуна. В результате удается избежать водородной хрупкости черных металлов.
Медь широко применяется в различных отраслях промышленности, это обусловлено высокой коррозионной стойкостью, электропроводностью и теплопроводностью. Коррозия меди представляет собой разрушение физического состояния под воздействием факторов окружающей среды. Разрушение материала может происходить при следующих условиях:Изделия из меди наиболее устойчивы в атмосфере, морской воде, в горячей и холодной пресной воде. В морской воде медь не обрастает микроорганизмами, поскольку ее ионы оказывают губительное воздействие на водоросли и моллюсков. Этот металл абсолютно не устойчив в растворах серы и ее соединениях, в окислительных веществах, аэрированных водах, азотная кислота полностью разрушает его структуру.
Воздействие водной среды
В воде скорость коррозии меди зависит от наличия в ее составе оксидных пленок и растворенного кислорода. Чаще всего металл подвергается ударной или точечной коррозии. Чем насыщеннее вода кислородом, тем быстрее протекают процессы коррозии меди. Пагубно влияют воды, содержащие ионы хлора и низкий уровень pH. Но в целом этот металл оказывает высокое сопротивление водной среде, а разрушению препятствует появление слоя оксида. Так называемая зеленая или черная корка плотно соприкасается с поверхностью изделия и не позволяет разрушающим веществам проникать в металл. Оксид начинает образовываться после двух месяцев непрерывного нахождения изделия в воде. Оксидный слой бывает двух видов:
- карбонат – имеет зеленый цвет и считается более прочным;
- сульфат – имеет темный цвет и рыхлую структуру.
Медь является наиболее предпочтительным металлом для изготовления трубопроводов. Но если, вода, проходящая по медным трубам, в дальнейшем контактирует с алюминием, железом или цинком, то она в значительной мере ускорит коррозию этих металлов. Для предотвращения этого и защиты меди от коррозии используют лужение металла, которое получают путём нанесения на поверхность изделия расплавленного олова. Луженое изделие отличается высокой коррозийной стойкостью, оно не подвержено перепадам температур и способно противостоять негативным атмосферным факторам.
Воздействие кислот и щелочей
Кислотная среда является для меди наиболее агрессивной. Самое сильное воздействие оказывают азотная и серная кислота, если раствор концентрированный, то металл может полностью раствориться. Эту особенность металла учитывают при изготовлении труб, деталей для нефтегазовой промышленности, где такие кислоты присутствуют постоянно. Коррозия меди в щелочной среде не наблюдается, наоборот, в щелочи медь восстанавливается с двухвалентного состояния до одновалентного. Медь сама по себе является щелочным металлом.
Для защиты металла от кислотного воздействия используют ингибиторы – это такие вещества, которые способны замедлить химические реакции. Различают следующие виды ингибиторных веществ:
- экранирующие – образуют на поверхности металла защитную пленку и не позволяют ему контактировать с кислотой;
- окислительные – образуют слой окиси на металле, который вступает в реакцию с кислотой и препятствуют ее проникновению к поверхности металла, при этом чем толще это слой, тем выше защита;
- катодные – повышают перенапряжение катодов раствора, вследствие чего химическая реакция замедляется.
Для меди наиболее приемлемым является экранирующий вид ингибиторов, при этом используют бензотриазол, вместе с солями меди он образует защитную пленку и препятствует разрушению металла.
Коррозия в почве и влажном воздухе
Разрушение меди в грунте происходит под влиянием кислот, содержащихся в почве, в отличие от воды насыщенные кислородом породы в меньшей степени окисляют металл. Наибольшую опасность для изделий из меди представляют живущие в почве микроорганизмы, точнее, продукты их жизнедеятельности.
Многие из них выделяют сероводород, который способен разрушить структуру металла. Изделие, которое находилось долгое время в земле, может полностью рассыпаться при изъятии.
Во влажном воздухе коррозия меди проявляется с течением длительного периода времени. Сухой климат вообще не влияет на разрушение металла. Влажный воздух насыщен углекислым газом, сульфидами, хлоридами – эти вещества вызывают коррозию металла, разрушая ее защитную пленку. При длительном пребывании изделия во влажном воздухе начинает образовываться слой патины – это оксид солей, он сначала имеет темно-коричневый цвет, затем приобретает зеленый оттенок. Патина не растворяется в воде и не подвержена влиянию влажности, а также нейтральна к меди, поэтому не только не разрушает ее, но и выполняет защитную функцию. На сегодняшний день существуют методы искусственного создания патины, их чаще всего используют художники и скульпторы, делая предметы, похожими на старинные вещи. Винтажный стиль в интерьере сейчас пользуется большой популярностью.
Видео: Как остановить коррозию медных монет
Справочник химика 21
Химия и химическая технология
Защитные покрытия для меди и медных сплавов
Медь и медные сплавы усиленно разрушаются при наличии в воздухе небольших концентраций аммиака. Все это указывает на то, что при выборе защитного покрытия для того или иного изделия надо учитывать условия его эксплуатации, в частности загрязнение атмосферы.
Электроосаждение медных сплавов возможно при использовании сложных щелочных цианистых растворов в температурных пределах 30-90° С (в зависимости от используемого раствора). Латунные и бронзовые изделия могут получать покрытие при использовании анодов соответствующего состава сплавов, причем катодная производительность и состав электролитических осадков зависят от плотности тока. применяемого в процессе осаждения. Большинство осадков обладает довольно хорошим блеском, но выравнивание в основном плохое или отсутствует. Для декоративного использования стали применяют обычно тонкослойные осадки, без грунта или в сочетании с никелем в целях улучшения выравнивания. При этом обычно наносят лак, чтобы избежать потускнения под влиянием атмосферных воздействий. В некоторых случаях можно использовать декоративное хромовое покрытие. но осадки сплавов меди часто имеют высокие внутренние напряжения, что может привести к серьезному растрескиванию хрома. Электролитические осадки бронзы могут служить в качестве защитных грунтовых покры-
Однако с, увеличением одержания меди в сплаве ухудшает-ся его коррозионная устойчивость. поэтому для защитно-декоративных целей обычно применяют покрытия. имеющие не менее 80% Аи. Нормальные потенциалы меди и золота отличаются более чем на 1 в, в цианистых растворах потенциалы разряда меди и золота сближаются, поскольку константа нестойкости медно-цианистого комплексного иона значительно больше, чем золото-цианистого.
Лучшей антикоррозийной защитой воздухоохладителей, изготовленных из меди или медных сплавов. является кадмирование. Для труб, ребер, каплеуловителей и кожухов воздухоохладителей иногда применяют нержавеющие титанистые стали, ие требующие защитных покрытий.
Защита меди и медных сплавов покрытиями на основе чистых КОС недостаточно долговечна вследствие пористости пленок и проницаемости их агрессивными газами. Наиболее надежны и долговечны покрытия. содержащие ингибиторы коррозии. из которых в музейной практике нашел широкое применение бензотриазол, вводимый в растворы полимеров в количестве 0,05-0,1 %. Обработка поверхности металла 0,1-0,5 %-м спиртовым раствором бензотриазола создает временную (на 1-2 года) защитную пленку.
Гидрофобизирование пористых покрытий (металлических, фосфатных, оксидных) осуществляют пропиткой 5. 15 %-ным раствором ГКЖ-94 в бензине Б-70. Для меди, медных сплавов и покрытий сочетание предварительной обработки поверхностей изделий в патинирующих растворах с последующей пропиткой приведенным гидрофобизирующим составом обеспечивает защитную способность покрытий в течение многих лет.
Такого рода процессы используются для нанесения защитных и декоративных металлических покрытий на различные изделия (покрытие медных сплавов серебром или золотом, железных сплавов никелем, хромом, кадмием), а также для рафинирования (очистки) металлов. Напрнмер, так получают рафинированную медь для нужд электротехники.
Во фреоновых конденсаторах применение медных труб в сочетании со стальными решетками, имеющими защитное покрытие слоем меди или латуни, уменьшает опасность коррозии. С этой же целью в морских конденсаторах применяют трубки из никелевых сплавов или морской латуни (70% меди, 29 цинка, 1% олова). Однако и в этом случае возможность других отложений и в первую очередь водяного камня со стороны воды остается. Поэтому освобождение от загрязнений для фреоновых конденсаторов является не менее важной задачей. чем для аммиачных.
Оксидирование, фосфатирование и хро-матирование заключаются в создании на поверхности металла неорганической защитной пленки путем химической или электрохимической обработки деталей в специальных растворах. К этой категории покрытий относятся оксидирование и фосфатирование стали, оксидирование и хроматирование меди и медных сплавов. цинка, олова, алюминия и алюминиевых сплавов.
МЕДНЕНИЕ - нанесение слоя меди на поверхность металлических изделий. Осуществляется электролитическим способом. В гальваностегии медное покрытие защищает стальные изделия от цементации, повышает электропроводность стали (в биметаллических проводниках), служит промежуточным слоем. улучшающим сцепление и повышающим защитную способность никелевых, хромовых и др. покрытий, наносимых на изделия из стали, цинка, цинковых и алюминиевых сплавов. Перед меднением поверхность изделий очищают от жировых и окисных загрязнений.
Защитные покрытия Цинковое электроли- тическое Электролитический в цианистых и щелочных ваннах Сталь, чугун, медь и медные сплавы Сь с, л и в Детали различной формы детали крепежные петли разные талрепы скобы такелажные детали талей карабины накладки шарнирные шпингалеты детали блоков ситовые стеллажи для боезапаса гнезда сальников изделия сварные негромоздкие (после сварки) корпуса и детали приборов пружины цилиндрические инструмент МОН-
Различные металлы и сплавы с неодинаковой быстротой обрастают организмами в морской воде. Как следует из табл. 64, наименее обрастающими являются медь и сплавы, содержащие высокий процент меди. Исключением из медных сплавов являются алюминиевая бронза и монель-металл. склонные к обрастанию связи с присущей им повышенной устойчивостью в морской воде. Замечено, что малая склонность к обрастанию меди и медных сплавов связана с токсичностью ионов меди и, следовательно, определяется некоторой минимальной скоростью перехода меди в раствор. Если медь или медный сплав корродируют со скоростью не менее 5 мг дм- сутки, т. е. около 0,03 мм год, то обрастания не происходит. Уменьшение скорости коррозии за счет защитного покрытия. осаждения солей жесткости, образования защитных слоев продуктов коррозии, а также применение протекторной электрохимической защиты ведут к появлению способности обрастания и у медных сплавов.
При изготовлении печатных плат электрохимическим способом исходным материалом служит нефольгированный диэлектрик, на всю поверхность которого наносят слой меди (толщиной 5 мкм) путем химического восстановления. На медный слой наносят защитный рисунок (кислотостойкой краской) таким образом. чтобы рисунок на незащищенных участках меди соответствовал заданной электрической схеме. Для окончательного создания проводниковых элементов схемы на незащищенные участки меди (химической) наносят осадок меди электрохимически и поверх нее - покрытие сплавом олово - свинец. Затем кислотостойкая краска смывается растворителем, а слой химически восстановленной меди вытравливается. Как видно, в электрохимическом способе. в отличие от химического, проводящий рисунок печатной платы создается в результате осаждения металла, а не вытравливания.
Ввиду того что стандартный потенциал меди более положителен, чем железа, цинка, алюминия и их сплавов, медные покрытия не защищают электрохимически эти металлы от коррозии. Медные покрытия могут быть защитными при условии отсутствия в них пор и других повреждений. нарушающих целостность защитного слоя.
Электроды. Чаще всего электроды изготовляют из платины, но иногда применяются медь и ее сплавы (латунь), а также другие металлы. Преимущество платиновых электродов состоит в их относительно высокой инертности и, кроме того, их можно прокаливать для обезжиривания и удаления органических соединений или газов, оказывающих вредное влияние на физические свойства осадка. Некоторые металлы (особенно висмут, цинк и галий) нельзя выделять непосредственно на поверхности платинового катода, чтобы не повредить его поверхность перед электролизом растворов этих металлов на платиновый электрод должно быть нанесено защитное медное покрытие.
В гальванотехнике медь щироко применяется в основном как подслой при многослойном защитно-декоративном покрытии на изделиях из стали, цинка, цинковых и алюминиевых сплавов. перед нанесением никелевого, хромового и других видов покрытий. Пластичность, хорошее сцепление, низкая пористость первого медного слоя позволяют улучшить коррозионную стойкость покрытий и снизить толщину слоев более дефицитных металлов.
По мнению Ашкенази и Джойса , для защиты от контактной коррозии необходимо, чтобы все алюминиевые сплавы анодировали и покрывали защитными покрытиями. Плотно прилегающие поверхности должны иметь хотя бы один слой цинкхроматного грунта. Всячески необходимо избегать контакта алюминиевых сплавов со сплавами на основе меди. Если все же такой контакт необходим, то конструкции из медных сплавов должны покрывать кадмием, по возможности фосфа-тировать и окрашивать. Места контакта со сталью следует защищать, как и в случае с медными сплавами. хотя этот контакт и менее опасен. В жестких условиях эксплуатации желательно применять уплотнения из синтетического каучука. этилцеллюлозы, полиэтилена и найлона.
Хорошая устойчивость меди и медных сплавов достигается при правильном выборе материала. хорошей конструкции оборудования и квалифицированной его эксплуатации. Если к этим факторам отнестись с должным вниманием, то необходимости в дополнительных защитных мерах. как правило, не возникает. Однако в особых случаях, например для предотвращения растворения небольших количеств меди или для сохранения высококачественной отделки, можно применять защитные металлические покрытия одним или несколькими из следующих металлов олово, свинец, никель, серебро, хром, родий, золото. В других случаях может возникнуть необходимость в окраске или лакировании, а в очень неблагоприятных условиях. например в некоторых агрессивных почвах, может понадобиться и более сильная защита - битумные или пластиковые покрытия. Латуни, склонные к обесцинкованию и к коррозионному рас-трексиванию, могут нуждаться в защите и в тех случаях, когда другие медные сплавы удовлетворительно служат в незащищенном виде. Иногда используется и катодная защита. как, например, в случае стальных
Коррозионная стойкость. Коррозионная стойкость медного покрытия зависит от условий, в которых велось осаждение, и может изменяться под влиянием соосажден -ных (одновременно осажденных) специальных добавок . Однако медь как самостоятельное защитное покрытие используется только в специальных случаях, в основном ее применяют в качестве промежуточного слоя для никельхромового покрытия на стали и сплавах на основе цинка. Ее значение для повышения коррозионной стойкости длительное время было предметом спора.
Оловянные покрытия. Олово широко применяется в качестве защитного покрытия и обыкновенно наносится погружением изделий в расплавленный металл. Облуживание медных водопроводных труб. медной кухонной посуды и латунных конденсаторных труб было описано в предыдущих главах. На медных облуженных трубах оловянное покрытие должно быть сплошным, в противном случае оно может явиться причиной ускоренной перфорации, так как слой сплава, как это было указано Пассерини. катоден по отношению к меди во многих водах. На рушение сплошности покрытия может иметь место. если медь содержит окисные включения. и на них слой олова будет неудовлетворительным. Джонс показал, что катодной обработкой в едком натрии окисные включения могут быть восстановлены до металла, что способствует получению сравнительно беспористого оловянного покрытия. Медь без окислов на поверхности является наилучшим материалом в случае, если необходимо получить гладкие беспористые покрытия присутствие включений закисной меди может быть выявлено амальгамированием в растворе хлорной ртути ртуть не пристает к окисным вклю-
Практическое применение нашли в настоящее время бронзовые покрытия двух составов, содержащие 10-20% и 40-45% олова. Покрытия с относительно малым содержанием олова успешно применяются для зашиты отдельных участков изделий при азотировании стали. Подобные покрытия более эффективны для предотвращения диффузии азота в сталь, чем медные и оловянные покрытия. В качестве самостоятельных покрытий меднооловянные сплавы могут выполнять функции защитно-декора тивных и антифрикционных покрытий. а также твердых припоев. Однако чаще бронзовые покрытия используются для замены подслоя меди и в особенности никеля при защитно-декоратив-ном хромировании.
Многочисленные соответствующие электролиты разрабатываются для получения более твердых и блестящих покрытий. Эти электролиты включают кислые, нейтральные и щелочные растворы. растворы, свободные от цианидов. В тех случаях, где требуется максимальная электропроводность, следует получать очень чистые покрытия, и наоборот, для обеспечения специальных физических характеристик следует получать покрытия. сплавленные с различным количеством благородных или других металлов. таких как серебро, медь, никель, кобальт, индий. Твердость таких покрытий может достигать максимального значения около HV 400 по сравнению с HV 50 для мягкого золотого покрытия. Коррозионные исследования в промышленной и морской атмосферах. проведенные Бакером , показали, что защитные свойства твердого покрытия сопоставимы со свойствами покрытий мягкими металлами и что толщина, составляющая только 0,0025 мм, дает высокие защитные свойства для сплавов на медной основе при выдержке их в течение шести месяцев.
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.
1.1. Постановка вопроса.
1.2. Атмосферная коррозия металлов.
1.2.1. Общая характеристика и закономерности.
1.2.2. Влияние состава атмосферы и климатических условий на коррозию металлов.
1.2.3. Минерализация и подкисление атмосферных осадков и полимолекулярных плёнок электролитов на металлах.
1.2.4. Внешние факторы, определяющие скорость атмосферной коррозии.
1.3. Кинетические закономерности и механизм усиления коррозии сернистым газом.
1.3.1. Электрохимическое поведение металлов в присутствии сернистого газа.
1.3.2. рН среды в присутствии оксида серы (IV) в атмосфере.
1.4. Способы защиты от атмосферной коррозии.
1.4.1. Консервационные материалы и защитные покрытия.
1.4.2. Влияние природы присадок на полифункциональные свойства КМ и на кинетику парциальных электродных реакций (ПЭР).
1.5. Коррозионное и электрохимическое поведение меди.
1.5.1. Закономерности растворения меди в сульфатных средах.
1.5.2. Продукты атмосферной коррозии меди.
1.6. Коррозионное и электрохимическое поведение медных сплавов.
1.6.1. Влияние легирующих элементов на коррозионное поведение меди.
1.6.2. Обесцинкование латуней при коррозии.
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.
2.1. Характеристика объектов исследований.
2.2. Методы исследований.
2.2.1. Электрохимические измерения.
2.2.2. Коррозионные испытания.
2.2.3. Оценка толщины защитных пленок, формирующихся на металлической поверхности в изотермических условиях.
2.2.4. Водопоглощение консервационными материалами.
2.2.5. Влагопроницаемость консервационных материалов.
2.2.6. Массоперенос оксида серы (IV) через плёнки консервационных составов.
2.2.7. Создание атмосферы оксида серы (IV) в закрытом объёме.
2.2.8. Статистическая обработка экспериментальных данных.
ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ Б02 В ГАЗОВОЙ ФАЗЕ НА
СОСТАВ И рН КОНТАКТИРУЮЩЕЙ ВОДНОЙ СРЕДЫ В
УСЛОВИЯХ АТМОСФЕРНОЙ КОРРОЗИИ.
ГЛАВА 4. ЗАЩИТНЫЕ СВОЙСТВА МАСЛЯНЫХ КОМПОЗИЦИЙ НА БАЗЕ ИФХАН-29А.
4.1. КОРРОЗИОННОЕ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ПОВЕДЕНИЕ МЕДИ.
4.2. КОРРОЗИОННОЕ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ПОВЕДЕНИЕ ЛАТУНИ
ГЛАВА 5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КОМПОЗИЦИЙ
НА БАЗЕ ИФХАН-29А.
Рекомендованный список диссертаций
Защита от коррозии стали ингибированными составами на базе товарных и отработавших масел в атмосфере, содержащей SO2 2008 год, кандидат химических наук Осетров, Александр Юрьевич
Защита меди и латуни в SO2 - содержащей атмосфере ингибированными масляными композициями, содержащими пушечную смазку 2009 год, кандидат химических наук Четырина, Оксана Геннадьевна
Малокомпонентные консервационные составы на масляной основе для защиты стали от атмосферной коррозии 2003 год, кандидат химических наук Габелко, Наталья Владимировна
Научные основы разработки малокомпонентных антикоррозионных составов на базе аминоамидов и высших карбоновых кислот для защиты стали от атмосферной коррозии 2005 год, кандидат химических наук Трифонова, Оксана Николаевна
Талловые масла и их производные как полифункциональные компоненты антикоррозионных консервационных материалов 1999 год, кандидат химических наук Бернацкий, Павел Николаевич
Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Защита меди и латуни от коррозии ингибированными масляными покрытиями в SO2-содержащей атмосфере»
Мировые прямые и косвенные потери от коррозии оцениваются сотнями миллиардов долларов в год, далеко опережая затраты на борьбу с ней. В нашей стране наибольший коррозионный ущерб связан с потерями в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей промышленности, работой автотранспорта, сельскохозяйственной и другой техники .
В США, где коррозия считается вторым национальным бедствием после автокатастроф, на защиту металлов ежегодно выделяется более 10 млрд. долларов. Общие ежегодные потери от неё в Соединённых Штатах за 20 лет (1960 - 1980 гг.) составили 75 млрд. долларов.
Следует отметить, что все обнародуемые цифры недоучтены, т. к. остро ощущается нехватка информации по прямым, и тем более, косвенным потерям.
Серьёзные проблемы возникают при консервации аппаратов, машин, двигателей, изделий, приборов и инструмента в связи с тем, что требуется обеспечить их сохранность в течение длительного времени без появления каких-либо коррозионных поражений. Незначительные коррозионные поражения выводят иногда из строя ценнейшие приборы и машины, стоимость которых превышает в сотни и тысячи раз стоимость самого металла, из которого изготовлены изделия, а также стоимость мероприятий по консервации этих изделий.
Успешная защита металлов от коррозии требует хорошего знания механизма этого процесса, который может носить как электрохимический, так и химический характер .
Среди многочисленных методов защиты металлоизделий от атмосферной коррозии применение неметаллических покрытий является одним из важнейших. Несмотря на то, что современная номенклатура таких консервационных материалов достаточно широка, потребность в них удовлетворяется всего лишь на 12 - 15 %. Это приводит к огромным ежегодным прямым и косвенным потерям. В настоящее время до 15 % всех транспортных средств - легковых и грузовых автомобилей, автобусов, тракторов, дорожных и строительных машин, экскаваторов - простаивают на ремонте или утилизируются в связи с коррозионным поражением.
Одним из наиболее технически простых и эффективных способов борьбы с атмосферным воздействием является использование консервационных материалов с маслорастворимыми ингибиторами коррозии. Всё возрастающее значение приобретает отказ от старых концепций, базирующихся на подходах, связанных с созданием многокомпонентных консервационных материалов (КМ). В настоящее время необходима и ведётся разработка теоретических основ создания консервационных материалов, обладающих высокой прогнозирующей способностью, позволяющих вести целенаправленную разработку малокомпонентных КМ. При создании таких КМ необходимо учитывать следующие требования: малокомпонентный состав (оптимальны двухкомпонентные системы, составляющими которых являются растворитель-основа и многофункциональная антикоррозионная присадка), достаточная защитная эффективность, экономичность, экологическая безопасность, технологичность, простота расконсервации, эффект последействия.
С другой стороны, постоянно присутствующий в городской и особенно промышленной атмосфере диоксид серы является мощным стимулятором коррозии, прежде всего как эффективный катодный деполяризатор. Вместе с тем, в коррозионной литературе практически не рассматривались методы защиты от коррозии цветных металлов в атмосферах с повышенной концентрацией БОо.
Таким образом, если учесть, что основная часть годовых потерь от коррозии падает на атмосферную коррозию, то легко понять, насколько важна научная разработка рассматриваемой проблемы как основы для осуществления наиболее рациональных методов противокоррозионной защиты.
Цель работы: изучение защитных и полифункциональных свойств кон-сервационных материалов на базе ИФХАЫ-29А и минеральных масел (трансформаторное и индустриальное И-20А) для защиты металлических изделий из меди М-1 и латуни Л-62 от атмосферной коррозии в условиях повышенного содержания сернистого газа.
Задачи работы:
1. Изучить защитную эффективность исследуемых композиций в лабораторных условиях как функцию природы полифункциональной присадки ИФХАН-29А и масла (как растворителя-основы (РО)), концентрации добавки, уровня водопоглощения, структуры составов.
2. Исследовать особенности протекания парциальных электродных реакций при коррозии меди и латуни Л62, покрытых тонкими масляными пленками фиксированной толщины, в нейтральных хлоридных растворах, находящихся в равновесии с БСЬ - содержащей атмосферой. Оценить влияние содержания замедлителя ИФХАН-29А, в минеральных маслах различного типа, равновесной концентрации диоксида серы, относительной влажности воздуха.
3. Изучить влияние концентрации ИФХАН-29А на толщину формирующейся в изотермических условиях на металлической поверхности масляной пленки как функцию содержания присадки и температуры нанесения и её реологические свойства.
4. Исследовать уровень и природу водопоглощения и влагопроницаемо-сти консервационных составов на базе минерального масла и ИФХАН-29А. Их зависимость от природы растворителя-основы защитной композиции, концентрации ПАВ, толщины масляной пленки.
5. Изучить влияние всех указанных выше факторов на проницаемость БСЬ через защитную пленку.
Научная новизна:
1. Впервые получены и интерпретированы экспериментальные данные по защитной эффективности сухих и обводненных масляных композиций на основе ИФХАН-29А в атмосфере сернистого газа. Обобщены закономерности влияния природы ПАВ, РО и концентрации добавок на защитное действие составов в условиях атмосферной коррозии меди и латуни в БОг - содержащих средах.
2. Впервые интерпретированы и обобщены экспериментально полученные закономерности влияния пленки защитного состава (сухой и обводненной) на кинетику ПЭР на меди и латуни в 0,5 М растворах №01, находящихся в равновесии с БОг - содержащей атмосферой как функции природы добавки, РО, Спав и С^.
3. Оценены толщины масляных пленок, формирующихся на поверхности меди и латуни и их зависимость от концентрации присадки, кинематической вязкости составов и температуры нанесения.
4. Всесторонне изучены и обобщены технологические характеристики консервационных материалов на базе ИФХАН-29А и минерального масла, в том числе водопоглощающая способность и массоперенос Н2О и БОг через барьерные плёнки.
Практическая значимость:
Полученные экспериментальные данные и обобщенные закономерности представляют собой научную основу создания малокомпонентных антикоррозионных консервационных материалов на базе ингибированных минеральных масел, создаваемых для защиты металлоизделий из меди и ее сплавов при их хранении и эксплуатации в 802 - содержащих атмосферах.
Положения, выносимые на защиту:
1. Методику и результаты расчетов равновесных концентраций 802 и продуктов взаимодействия диоксида серы с водой в газовой и жидкой фазах в БОг - содержащей атмосфере.
2. Экспериментальные результаты по защитной эффективности составов на базе ИФХАН-29А и минеральных масел по отношению к меди и латуни в хлоридных растворах, термовлагокамере и атмосфере сернистого газа при различной относительной (70 - 100%) влажности. Связь уровня их исходного обводнения и противокоррозионного действия составов.
3. Закономерности влияния маслорастворимой присадки ИФХАН-29А на кинетику парциальных электродных процессов, протекающих на меди и латуни под тонкими масляными пленками в нейтральных хлоридных растворах и при напуске сернистого газа.
4. Экспериментально полученные закономерности, характеризующие проницаемость воды и сернистого газа через защитные составы. Особенности влияния на эти процессы концентрации ПАВ и структуры композиций (мицел-лярные системы, эмульсии типа «вода в масле»).
Апробация работы. Основные положения, результаты и выводы, содержащиеся в диссертации, докладывались на региональной научно-практической конференции «Проблемы химии и химической технологии» (Тамбов, 2003 г.), на II Всеросийской конференции «Физико-химические процессы в конденсированном состоянии и на межфазных границах ФАГРАН - 2002» (Воронеж, 2004 г.), на международных конференциях «Физико-химические основы новейших технологий XXI века» (Москва, 2005 г.), 10th European Symposium on Corrosion and Scale Inhibitors (10 SEIC) Ann. Univ. Ferrara (2005), Eurocorr 2005. Lisbon, Portugal. (2005), на научных конференциях аспирантов и преподавателей Тамбовского госуниверситета (2002-2005 г.г.).
Публикации. Содержание диссертации отражено в 12 печатных работах, в том числе 5 статьях (3 в центральной печати) и 7 материалах и тезисах докладов.
Объем работы. Диссертация содержит 178 страниц машинописного текста, в том числе 51 рисунок, 33 таблицы и состоит из введения, 5 глав и обобщающих выводов. Список цитируемой литературы включает 244 наименования отечественных и зарубежных авторов.
Похожие диссертационные работы по специальности «Технология электрохимических процессов и защита от коррозии», 05.17.03 шифр ВАК
Полифункциональные свойства производных полиэтиленполиамина и диметилгидразина как маслорастворимых ингибиторов коррозии металлов 2000 год, кандидат химических наук Таныгина, Елена Дмитриевна
Высшие алифатические амины как полифункциональные компоненты антикоррозионных консервационных материалов на масляной основе 2002 год, кандидат химических наук Шубина, Анна Геннадиевна
Научные основы создания антикоррозионных консервационных материалов на базе отработавших нефтяных масел и растительного сырья 2012 год, доктор химических наук Князева, Лариса Геннадьевна
Малокомпонентные консервационные материалы на основе отработанных масел 2004 год, кандидат химических наук Парамонов, Сергей Юрьевич
Исследование полифункциональных свойств эмульгина как компонента антикоррозионных составов на масляной основе 1999 год, кандидат химических наук Поздняков, Алексей Петрович
Заключение диссертации по теме «Технология электрохимических процессов и защита от коррозии», Вервекин, Александр Сергеевич
1. Скорость коррозии меди и латуни увеличивается с ростом относительной влажности воздуха и концентрации сернистого газа в атмосфере. Защитная эффективность составов на базе минеральных масел И-20А и ТМ возрастает по мере увеличения концентрации полифункциональной присадки ИФХАН-29А. В термовлагокамере Z как сухих, так и обводненных композиций, приближается к 99 %, независимо от содержания активного начала и растворителя-основы. В солевом растворе защитная эффективность существенно снижается. Появляется сильная зависимость от концентрации полифункциональных присадок. То же имеет место в атмосфере сернистого газа. Защитное действие составов максимально при использовании масляных композиций, содержащих 10 и 20 мае. % добавки достигает 62 и 74 % при толщинах пленок порядка 15 мкм. Обводнение составов в исследованных условиях практически не снижает их Z как по отношению к меди, так и по отношению к латуни (солевой раствор, термовлагока-мера, атмосфера БОг). Целесообразнее использовать в качестве растворителя-основы индустриальное масло И-20А, как дающее большую защитную эффективность.
2. Природа минерального масла и наличие водной фазы не оказывают определяющего влияния на кинетику парциальных электродных реакций на меди и латуни под тонкими масляными пленками исследуемых составов. Их действие не обусловлено исходной вязкостью составов и, следовательно, загущающей способностью. Торможение катодной реакции увеличивается с ростом концентрации добавки, независимо от РО. Величина тафелева наклона катодного участка поляризационной кривой мало изменяется с СдоСавки, как в ТМ, так и в И-20Л. Коррозия меди и латуни под тонким слоем масляной пленки протекает по электрохимическому механизму. И хотя одновременно происходит незначительное торможение анодной реакции, основной эффект защитного действия добавки обусловлен замедлением именно катодного процесса. Из полученных данных следует, что ИФХАН-29А ингибитор смешанного анодно-катодного действия, а сернистый газ является стимулятором катодного процесса.
3. Композиции на базе ИФХАН-29А и минеральных масел легко образуют эмульсии типа в/м в присутствии значительных количеств воды. За счет этого они обладают высокой водопоглощающей способностью. Водопоглощению составов способствует рост Спав
4. Толщины (Ь) пленок масляных композиций, формирующихся на металлической поверхности, подчиняются уравнению Левича Ь = к-укт, приведение которого к линейному виду позволяет графически определить величины к и у для безводных и эмульгированных исследуемых масляных композиций. Это дает возможность рассчитать толщину формирующейся защитной пленки как функцию вязкости консервационного состава ук, а с учетом у,^ (Т) оценить оптимальный расход консервационного материала при конкретных условиях. Величина Ь пленок КМ одного и того же состава, сформированных в одинаковых условиях на разных металлических поверхностях уменьшается в ряду: медь>латунь Л62>сталь (СтЗ) и при использовании трансформаторного масла, а также закономерно увеличивается с ростом концентрации присадки.
5. Массоперенос воды при 100 %-ной относительной влажности воздуха существенно замедляется при увеличении концентрации ИФХАН-29А в масляной пленке. Снижение относительной влажности воздуха до 70 % качественно не изменяет характера зависимости. Присутствие оксида серы (IV) ускоряет процесс переноса воды через слой консервационных материалов по сравнению с чистой атмосферой. Эффект торможения влагопроницаемости при шестичасовых опытах и 100 %-ной влажности для эмульсий композиций ИФХАН-29А в И-20А достигает 84 % при 10 об. % 802, и 69 % при 20 об. % БСХ Для исходных сухих составов характер влияния Спав и природы масла при 100 %-ной относительной влажности воздуха качественно остается прежним. Массоперенос воды усиливается во времени, и с повышением относительной влажности воздуха. С ростом концентрации присадки во всех случаях происходит торможение массопереноса воды через барьерную пленку.
6. Величина массопереноса сернистого газа возрастает во времени и при использовании трансформаторного масла. Торможение массопереноса оксида серы (IV) защитной пленкой на основе кубовых остатков талловых масел в исходном РО тем лучше, чем выше Сифхан-29а и ниже значения Н и ф (БСЬ) в газовой фазе.
7. ИФХАН-29А перспективен как полифункциональная присадка к минеральным маслам для создания композиций, используемых в качестве антикоррозионных консервационных материалов, защищающих металлоизделия из меди и латуни в атмосфере 802 при значительных концентрациях оксида серы.
Список литературы диссертационного исследования кандидат химических наук Вервекин, Александр Сергеевич, 2005 год
1. Розенфельд И.Л. Атмосферная коррозия металлов М.: Изд-во АРГ. СССР.1960.372 с.
2. Колотыркин Я.М. Металл и коррозия. М.: Металлургия. 1985. 88 с.
3. Шехтер Ю.Н., Школьников В.М., Богданов Т.И. и др. Консервационныесмазочные материалы. М.: Химия. 1979. 256 с.
4. Шехтер Ю.Н., Ребров И.Ю. // Защита металлов. 1995. Т. 31. № 5.1. С. 553 -554.
5. Акимов Г.В. Теория и методы исследования коррозии металлов.
6. М.: Изд-во АН. СССР. 1945. 414 с.
7. Томатов Н.Д. Теория коррозии и защиты металлов. М.: Изд-во1. АН. СССР. 1959. 592 с.
8. Колотыркин Я.М., Флорианович Г.М. // Защита металлов. 1971. Т. 1.4. С. 438-463.
9. Розенфельд И.Л. Ингибиторы коррозии. М: Химия. 1977. 552 с.
10. Балезин С.А. // ЖФХ. 1973. Т. 47. Вып. 12. С. 2961 2964.
11. Розенфельд И.Л., Персианцева В.П. Ингибиторы атмосферной коррозии.
12. М.: Наука. 1965. 278 с. И. Шель Н.В., Арзамасцев A.A. // Вестник ТГУ. 1999. Т. 4. № 3. С. 287-300.
13. Северный А.Э., Пучин Е.А., Ефимов И.А., Гладких В.Т. Противокоррозионная защита автомобилей. М.: .ГосНИТИ. 1991. 208 с.
14. Харитонов Ю.С., Вайншток В.В., Гинцберг С.А. и др. // Химия и технология топливных и масел. 1972. № 9. С. 51 54.
15. Жук Н.П. Курс коррозии и защиты металлов. М.: Металлургия. 1968.407 с.
16. Зусман Л.Л. Проблема оборонного металла. М.: Металлургия. 1964.125 с.
17. Зрунек М. Противокоррозионная защита металлических конструкций.
18. М.: Машиностроение. 1984. 136 с.17.
Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.