Антикорозионни свойства на цинкови покрития, химични реакции, защита от корозия с
Корозия на стомана и антикорозионни свойства на цинкови покрития
Корозията е спонтанно разрушаване на метални материали поради физическото и химичното им взаимодействие с околната среда. Процесът на корозия протича на границата на две фази, т.е. това е хетерогенен процес на взаимодействие на течна или газообразна среда с метал.
Корозията от електрохимичен тип ще бъде разгледана по-долу в условията на естествена въздушна атмосфера. При тези условия в повечето случаи върху металите се образуват електролити, т.е. проводими течни среди.
На границата между две взаимодействащи фази - метал и електролит (вода, воден разтвор на соли, киселини и др.) Възниква разлика в електрическите потенциали. Електродвижещата сила на елемент, съставен от изследвания електрод (например метал в електролит) в сравнение с e. д.с. електрод, чийто потенциал условно се приема за 0 (стандартен водороден потенциал), се нарича електроден потенциал на метала. И така, потенциалът на обратимия електрод на желязо V (Fe) \u003d -0,440 V и цинк V (Zn) \u003d -0,761 V.
Електрохимичното разтваряне на метал е сложен процес, състоящ се от три основни части:
а) аноден процес - образуването на хидратирани йони на корозивния метал Me в електролита и некомпенсирани електрони e на местата на анода A според реакцията
б) катоден процес - асимилацията на електрони от всякакви йони или електролитни молекули (D-деполяризатори), способни да бъдат редуцирани в местата на катода чрез реакцията
в) процесът на потока на електрони през метала от анода към катодните секции при съответното движение на аниони (А (-)) и катиони (К (+)) в разтвора.
Покрай границатаразделянето на две фази, при което възниква разлика в електрическите потенциали, наблюдава се локализация на анодните и катодните секции. Основните причини за възникване на електрохимична нехомогенност на границата метал-електролит са наличието на разнородни атоми в твърдия разтвор на метала, появата на дислокации на повърхността му, микровключвания, макро- и микропори в оксидния филм върху повърхността на метала, неравномерно разпределение на вторичните корозионни продукти върху повърхността му, нехомогенност на електролита и др.
Механичните въздействия често водят до изместване на потенциала на електрода към отрицателни стойности и следователно до повишена корозия на метала. Потенциалното изместване може да бъде причинено както от процеса на деформация, така и от деформираното състояние на метала.
Степента на хетерогенност (хетерогенност) на тази повърхност се характеризира с разликата в електродните потенциали на секциите на анода (с по-отрицателен потенциал V(A)) и катода (с по-положителен електроден потенциал V(K)).
Втората особеност на процеса на електрохимична корозия е осъществяването на материалния ефект върху анодните зони на повърхността на корозиращия метал.
По този начин електрохимичната корозия на металите е резултат от работата на голям брой корозивни галванични елементи върху корозиращата метална повърхност в контакт с електролита. Това води до неравномерна или локализирана повреда от корозия.
Най-често срещаните видове електрохимична корозия са мокра и влажна атмосферна корозия. Корозия от първия тип възниква, когато върху металната повърхност има видим филм от влага; корозия от втори тип - в случай на най-тънкия, невидим филм от влага, който се образува в резултат на капилярна, адсорбцияили неговата химическа кондензация.
Скоростта на атмосферна корозия на металите се влияе от редица фактори. Влажността е един от най-важните. При достигане на определена влажност на въздуха скоростта на корозия рязко нараства. По този начин критичната влажност за чиста повърхност на желязо в чист въздух е 100%, а за повърхност, леко корозирала във вода, е 65%.
Примесите във въздуха значително влияят на скоростта на атмосферна корозия на метала: газове (SO2, H2S и др.), твърди частици соли, въглища, пясък.
Скоростта на атмосферна корозия се увеличава с увеличаване на продължителността на мокрия филм върху металната повърхност и намалява с повишаване на температурата на околната среда.
За защита на повърхността на тънките стоманени ленти от корозия се използват метални покрития. Те могат да бъдат разделени на два вида: катодни и анодни. За катодни покрития се използват метали с по-положителен потенциал от стоманата (например Cu, Ni, Cr). В този случай на местата, където основният метал е изложен, се създава такова направление на хидратирани йони, при което се засилва неговата корозия (фиг. 3а). Следователно е необходимо броят на порите в катодните покрития да бъде минимален и тези пори, ако има такива, да бъдат възможно най-малки. Това би затруднило водата да проникне в основния метал.
В случай на анодни покрития (по-специално цинковите покрития принадлежат към тях) възниква електрохимична защита на стоманата. Процесът се развива по следния начин.
Реакция на анодна йонизация на цинк
Zn + mH2O = Zn(3+) x mH3O + 2е
и катодна реакция на асимилация на електрони
O2 + 4e + 2H2O \u003d 4OH (-)
са първичните процеси на електрохимична корозия и техните продукти (Zn(2+)x mH2O и OH(-)) са първични продукти на корозия. Тези корозионни продукти при определени стойности на околната среда (например във воден разтвор на NaCl) образуват трудно разтворим оксиден хидрат
Zn(2+) x tH2O + 2OH(-) = tH2O + Zn(OH)2 (утайка)
е вторичен продукт на корозия.
Филм от вторични трудноразтворими продукти на корозия покрива зоната, изложена на покритието (в резултат на драскотини, образуване на проходен отвор, след запояване и др.), Защитавайки стоманената повърхност.
За да се определи степента на защита на протектора, непокритата стоманена тел беше навита върху стоманена пръчка, покрита с цинк и без него. Продължителността на теста беше 1 месец. Условия - покрив на градска къща (лято A и зима B) и железопътен тунел (лято C):
Тестовете позволиха да се установи, че защитният ефект на цинка се открива на разстояние няколко милиметра; в студения сезон този ефект е по-слабо изразен, отколкото през топлия сезон.
Подобен резултат е получен при по-дълги тестове по същия метод. Установено е, по-специално, че загубата на маса на незащитена стоманена тел с диаметър 0,5 mm, навита на поцинкован цилиндър, възлиза на 8-11 mg за 6 месеца, а навита на непоцинкован цилиндър (и в двата случая с диаметър 18 mm) достига 351-378 mg за същия период. Изчислението показа, че 1 g цинк предотвратява загубите от корозия на 10 g стомана годишно. Пълна защита на голите ръбове на поцинкована ламарина благодарение на анодния характер на повърхностното покритие се осигурява при дебелина до 1,6 mm.
Цинковото покритие е анодно спрямо стоманата в почти всички корозивни среди. Характерно е, че скоростта на корозия на цинковите покрития практически не се променя през целия период на тяхната експлоатация. Това ви позволява да изчислите точно времето преди тяхнотоунищожаване.
Скоростта на корозия на цинка е 10-30 пъти по-малка от скоростта на корозия на стоманата.
На повърхността нагорещо поцинкована стомана по време на излагане на открита агресивна атмосфера (промишлена атмосфера, съдържаща серен диоксид), се образува мрежа от кристали. Рентгеновият анализ на тези кристали показа, че те са 98% цинков сулфат. Във влажна атмосфера, съдържаща SO3, пасивиращият въздушно-оксиден слой върху цинка се разрушава и скоростта на саморазтваряне се увеличава с два порядъка в сравнение с чиста атмосфера.
Корозиятана поцинкованите листове през зимата е значително по-голяма, отколкото през лятото. Това се обяснява главно с факта, че през зимата има относително повече CO2, SO2 във въздуха, отколкото през лятото, както и с по-голямата влажност на зимния въздух.
Такъв специфичен ефект на температурата на водата, под влиянието на която се намира цинковото покритие, върху процеса на неговата корозия се обяснява с факта, че при 50-60 ° C цинковият хидроксид и цинковият карбонат, които се появяват на повърхносттана поцинкована ламарина, се превръщат в стабилен цинков оксид, който е по-благороден по потенциал от желязото, т.е. е катод спрямо него. В случай на повреда на цинковото покритие стоманената основа започва да корозира интензивно; такава корозия под филма разрушава покритието за кратко време. При температура на водата над 85 ° C, цинковото покритие на стоманената лента в контакт с нея отново става анод.
Минималната скорост на корозия на цинка се наблюдава в леко алкална среда: ако рН е под 5 или над 12, възниква силна корозия.
Междинните слоеве на цинковото покритие, т.е. слоят Fe-Zn, обогатен с желязо, и слоят, обогатен с цинк, имат най-висока устойчивост на корозия.
Проучване, завършено в рамките на 80 днипроби от поцинкована ламарина, корозирала в градска среда, се установи следното.стомана, поцинкована с електролитен цинк, която не съдържа примеси, има най-висока устойчивост на корозия. С повишено съдържание на алуминий, олово (повече от 0,25-0,35%) и калай в цинка, устойчивостта на корозия на цинковото покритие намалява.
Час на последна промяна 1271980337