Анодная защита металлов от коррозии

Обновлено: 06.01.2025

Электрохимическая коррозия — распространенный вид коррозионного процесса, возникающий при взаимодействии металлоконструкции с окружающей средой. Явление вызвано термодинамической неустойчивостью металлов в окружающих их средах и наличия в них блуждающих токов. Блуждающие токи, появляющиеся в грунте при его использовании как токопроводящей среды, несут с собой опасность для трубопроводов из металла. Под их воздействием трубы разъедает ржавчина, возникает течь — в результате металлические сооружения разрушаются и приходят в негодность. Продлить период службы трубопроводов и прочих подземных металлических сооружений позволяет строительство электрохимзащиты. Это один из самых надежных способов предохранения металлоконструкций от электрохимической коррозии.

Понятие электрохимической защиты

Электрохимическая защита оборудования и сооружений из металлов — комплекс мероприятий, предпринимаемых с целью предотвращения коррозионных процессов, поддержания работоспособности защищаемых объектов в период эксплуатации. Основной результат от использования средств ЭХЗ — охрана инженерных коммуникаций от воздействия коррозии, влекущей огромные экономические потери из-за преждевременного износа оборудования. Суть ЭХЗ состоит в управлении токами коррозии, всегда образующимися при контакте металлоконструкции и электролита. Посредством электрохимзащиты анодная разрушающаяся зона переходит с защищаемого объекта на анодное заземление или стороннее изделие из более активного металла. В результате смещения электродного потенциала металла распространение коррозии останавливается. Главное при устройстве электрохимзащиты — обеспечить обязательный контакт защищаемого сооружения и внешнего анода с помощью металлического кабеля или контакта и электролита. Электрическая цепь, в которую входит защищаемый объект, кабель ЭХЗ, анод и электролит, должна замкнуться — в противном случае защитного тока в системе не возникнет. Различают 2 вида ЭХЗ от коррозии: анодная; катодная и ее разновидность — протекторная.

Анодная

При анодной защите потенциал металла смещается в положительную сторону. Ее эффективность зависит от свойств металла и электролита. Методика используется для конструкций из углеродистых, высоколегированных и нержавеющих сталей, титановых сплавов и различных пассивирующихся металлов. Такая ЭХЗ отлично решает поставленные задачи в средах, хорошо проводящих ток.Анодная электрохимзащита применяется реже, чем катодная, поскольку к защищаемому объекту выдвигается немало строгих требований. Однако у нее есть свои преимущества: значительное замедление скорости коррозионного процесса, исключение возможности попадания продуктов коррозии в среду или производимую продукцию. Оборудование ЭХЗ этого типа выбирают на основе малорастворимых элементов: платины, нержавеющих высоколегированных сплавов, никеля, свинца.Анодная защита реализуется различными способами: смещением потенциала в положительную сторону посредством источника внешнего тока или введением окислителей в коррозионную среду.

Катодная

поляризация от внешнего источника электротока;
снижение скорости протекания катодного процесса;
контакт с металлом, потенциал коррозии у которого в этой среде более электроотрицательный.

Протекторная

Строительство ЭХЗ протекторного типа подразумевает применение протектора. В этом случае к защищаемому сооружению присоединяют металл, имеющий более электроотрицательный потенциал. В результате разрушается не металлический объект, а протектор, который постепенно корродирует и требует замены на новый.Данный тип электрохимзащиты эффективен в тех случаях, когда переходное сопротивление между окружающей средой и протектором небольшое. У каждого протектора есть свой радиус действия — это максимальное расстояние, на которое его можно удалить, не рискуя потерять защитный эффект.Протекторная ЭХЗ применяется для предохранения от коррозионного разрушения сооружений, находящихся в нейтральных средах: в воздухе, почве, морской или речной воде. Протекторы для электрохимической защиты трубопроводов изготавливают из магния, цинка, алюминия, железа с дополнительным введением легирующих компонентов.

Статьи

Анодная электрохимическая защита менее распространена, чем катодная электрохимическая защита. Это обусловлено тем, что она применяется для конструкций и сооружений, которые изготавливаются из низколегированных нержавеющих, углеродистых сталей, железистых высоколегированных сплавов, титана, и других разнородных пассивирующихся (способных к самостоятельной защите от коррозии) металлов. Анодная защита может применяться в хорошо электропроводных коррозионных средах.

При использовании анодной защиты, потенциал защищаемого металла смещается в более положительную сторону до тех пор, пока не будет достигнуто пассивное устойчивое состояние системы. При этом, достоинством анодной электрохимической защиты является не только очень значительное замедление скорости коррозии конструкции, но также и тот факт, что в производимый продукт и окружающую среду не попадают продукты коррозии.

Существуют несколько способов применения анодной защиты: смещение потенциала в положительную сторону используя источник внешнего электрического тока или введение в коррозионную среду окислителей или элементов в сплав, повышающих эффективность катодного процесса на поверхности металла. Анодная защита с использованием окислителей по механизму защиты схожа с анодной поляризацией.

При использовании пассивирующих ингибиторов с окисляющими свойствами, защищаемая поверхность переходит в пассивное состояние под воздействием возникающего тока. К таким ингибиторам относят бихроматы, нитраты и др. Однако их использование достаточно сильно загрязняет окружающую технологическую среду.

Реакция восстановления деполяризаторов, протекающая на катоде, при введении в сплав добавок, проходит с меньшим перенапряжением, чем на защищаемом металле. Введение таких добавок осуществляется, в основном, с помощью легирования благородными металлами.

При пропускании электрического тока через защищаемую конструкцию, происходит смещение её потенциала в положительную сторону.

Установка для анодной электрохимической антикоррозионной защиты состоит из источника внешнего тока, электрода сравнения, катода и самого защищаемого объекта.

Для того, чтобы узнать, имеется ли возможность применить анодную электрохимическую защиту для определенного объекта, снимают анодные поляризационные кривые, помогающие определить потенциал коррозии исследуемой конструкции в определенной коррозионной среде, область устойчивой пассивности и плотность тока в этой области.

При изготовления катодов используют малорастворимые металлы, к которым относят высоколегированные нержавеющие стали, тантал, никель, свинец, платину.

Для того, чтобы анодная электрохимическая защита в определенной среде была эффективной, возникает необходимость использования легкопассивируемых металлов и сплавов. При этом электрод сравнения и катод должны все время находится в растворе, а также соединительные элементы должны быть выполнены качественно. Для каждого индивидуального случая анодной защиты схема расположения катодов проектируется отдельно.

Чтобы анодная защита была эффективной для определенного объекта, необходимо, чтобы он отвечал следующим требованиям:

- все сварные швы должны быть выполнены качественно;

- материал, из которого выполнен защищаемый объект, в технологической среде должен переходить в пассивное состояние;

- количество щелей и воздушных карманов должно быть минимальным;

- на конструкции не должны присутствовать заклепочные соединения;

- в защищаемом устройстве электрод сравнения и катод должны всегда находиться в растворе.

Часто для реализации анодной защиты в химической промышленности используют теплообменники и установки, которые имеют цилиндрическую форму.

Электрохимическая анодная защита нержавеющих сталей используется для производственных хранилищ серной кислоты, минеральных удобрений, растворов на основе аммиака, а также всевозможных цистерн, сборников, мерников.

Анодная защита также применяется для недопущения коррозионного разрушения ванн химического никелирования, теплообменных установок на производствах искусственного волокна и серной кислоты.

Защита металлических изделий от коррозии

Человек с глубокой древности использует предметы из металлов. До сих пор они остаются важной составляющей нашей жизни, причем самыми востребованными являются изделия из железа и его сплавов. Однако все они имеют один серьезный минус, а именно подверженность коррозии, то есть способность разрушаться в процессе окисления. Своевременная защита металлических изделий от коррозии дает возможность увеличить их срок службы.

Почему так важна защита металлических изделий от коррозии

Коррозия оказывает негативное электрохимическое, химическое воздействие на целостность поверхности предметов из стали, чугуна. В результате происходит разъедание металлических изделий, они портятся и не могут использоваться по назначению.

По статистике экспертов, каждый год примерно 10 % от объема всех добываемых на планете металлов приходится расходовать на устранение потерь, вызванных коррозией. Ведь последняя приводит к полной утрате металлическими предметами своих эксплуатационных свойств.

Как только на изделиях из чугуна или стали появляются признаки коррозии, у них снижается герметичность, прочность. Параллельно падает их способность проводить тепло, пластичность, отражательный потенциал, иными словами, утрачивается целый ряд немаловажных свойств. Все это приводит к тому, что конструкции оказываются непригодны для использования по назначению. Вот почему так важно грамотно и своевременно применять существующие способы защиты металлических изделий от коррозии, о которых далее пойдет речь.

Основные виды коррозии

Прежде чем приступать к защите металлических изделий от коррозии, важно понять природу этого процесса. Принято выделять такие типы коррозии:

Атмосферная. Причиной окисления становится контакт металлического предмета с кислородом и содержащимися в воздухе водяными парами. Ржавчина образуется быстрее, когда в воздухе присутствуют загрязнения в виде химически активных веществ.
Жидкостная. Формируется на металлических предметах, находящихся в водной среде. Если речь идет о морской воде, то в ней окисление значительно ускоряется за счет содержащегося в жидкости большого объема солей.
Почвенная. Данному типу подвержены металлические изделия, конструкции, находящиеся в грунте. Химические реакции запускаются и протекают под действием химических элементов, входящих в состав грунта, грунтовых вод, разного рода утечек.

Коррозия на металлических изделиях может проявляться по-разному:

формируется сплошной ржавый слой или его отдельные фрагменты;
появляются небольшие участки ржавчины, проникающей внутрь детали;
образуются глубокие трещины;
окисляется один из компонентов сплава;
происходит глубинное проникновение по всему объему;
сочетаются сразу несколько симптомов.

Причины возникновения могут иметь природу двух видов:

Химическую, то есть металл разрушается в результате химических реакций с активными веществами.
Электрохимическую, связанную с тем, что при контакте с электролитическими растворами возникает электрический ток, под его действием замещаются электроны металлов. Это приводит к тому, что страдает кристаллическая структура, образуется ржавчина.

Способы защиты металлических изделий от коррозии

Можно выделить несколько основных способов защиты металлических изделий от коррозии:

легирование металлов;
защитные покрытия (металлические, неметаллические);
электрохимическая защита;
изменение свойств коррозионной среды;
рациональное конструирование изделий.

1. Легирование металлов.

Это один из действительно эффективных способов, позволяющих увеличить стойкость металлов к ржавчине. В процессе легирования в состав сплава или металла вносят легирующие элементы, такие как хром, никель, молибден, пр. Они приводят к пассивации металла, то есть металл или сплав переходит в состояние повышенной коррозионной устойчивости за счет торможения анодного процесса. Пассивное состояние металла достигается благодаря тому, что на его поверхности формируется совершенная по структуре оксидная пленка. Она обеспечивает защиту изделия лишь при условии, что кристаллические решетки металла и образующегося оксида имеют между собой максимальное сходство.

Рекомендуем статьи по металлообработке

Легирование активно используется для защиты, например, закладных деталей от коррозии. Такую обработку проводят для железа, алюминия, меди, магния, цинка и сплавов на их основе. Получившиеся сплавы, по сравнению с исходными металлами, отличаются повышенной коррозионной стойкостью, а также жаростойкостью и жаропрочностью.

Жаростойкость – способность металла сохранять свои свойства даже при высоких температурах, когда повышается вероятность газовой коррозии.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

Жаропрочность – сохранение конструкционным материалом высокой механической прочности при значительном повышении температуры. Этого свойства обычно достигают легированием металлов и сплавов. Так, сталь легируется хромом, алюминием и кремнием. При высоких температурах они окисляются первыми, в результате чего формируются плотные защитные оксидные пленки, например Al₂O₃ и Cr₂O₃.

Кроме того, легирование позволяет снизить скорость электрохимической коррозии, особенно когда она сопровождается выделением водорода. Ярким примером коррозионностойких сплавов являются нержавеющие стали, где роль легирующих компонентов играют хром, никель и ряд прочих металлов.

2. Защитные покрытия.

В этом случае на поверхности металлического изделия искусственно формируются дополнительные слои для защиты. На самом деле, этот подход является наиболее распространенным среди существующих способов борьбы с коррозией. Мало того, что подобные покрытия оберегают предмет от появления ржавчины, они придают поверхностям ценные физико-химические характеристики. Речь идет об износостойкости, электрической проводимости и еще ряде свойств. Такие покрытия могут быть металлическими и неметаллическими. Однако, вне зависимости от состава, к ним предъявляются единые требования: хорошие адгезионные качества, сплошность и способность сохранять свои свойства в агрессивной среде.

Металлические покрытия выделяются на фоне других способов защиты металлических изделий от коррозии тем, что обладают неоднозначным действием. Пока защитный слой сохраняет свою целостность, он изолирует поверхность изделия от воздействия окружающей среды. То есть по своему действию близок к любой механической обработке, например, окраске, оксидной пленке, пр. В целом, металлические покрытия не должны пропускать коррозионные агенты.

Если такое покрытие повреждается либо в нем есть поры, образуется гальванический элемент. Нужно понимать, что характер коррозионного разрушения материала во многом зависит от электрохимических характеристик обоих металлов. Защитные антикоррозионные покрытия бывают катодными или анодными. В число первых входят покрытия, потенциалы которых в данной среде являются более положительными, чем у основного металла. Анодные покрытия обладают наиболее отрицательным потенциалом, чем потенциал материала изделия.

Если повреждается никелевое покрытие, на анодных участках железо окисляется за счет образования микрокоррозионных гальванических элементов. На катодных участках происходит восстановление водорода. Таким образом, катодные покрытия обеспечивают защиту металлических изделий от коррозии только при условии, что в покрытии нет пор и повреждений.

Если в цинковом слое появляется местное повреждение, защита продолжит разрушаться, но поверхность железа не пострадает от коррозии. На анодных участках происходит процесс окисления цинка, а на катодных участках – восстановление водорода.

Электродные потенциалы металлов зависят от компонентов и их доли в растворах, поэтому характер используемого для защиты покрытия может быть изменен за счет изменения состава.

Защита деталей от коррозии горячим методом осуществляется при помощи разных металлов и подходов. Сформировать металлические защитные покрытия позволяют несколько способов: электрохимический (гальванические покрытия); погружение в расплавленный металл (горячее цинкование, лужение); металлизация (нанесение расплавленного металла на защищаемую поверхность струей сжатого воздуха); химический (защита изделия посредством восстановителей, таких как гидразин).

Материалами для металлических защитных покрытий могут быть как чистые металлы (цинк, кадмий, алюминий, никель, медь, хром, серебро и др.), так и их сплавы (бронза, латунь и др.).

Неметаллические защитные покрытия делятся на неорганические и органические. Суть такой обработки состоит преимущественно в изоляции металла от окружающей среды.

Для защиты металлических изделий от коррозии неметаллическими покрытиями используют неорганические эмали, оксиды металлов, соединение хрома, фосфора, пр. В число органических входят лакокрасочные покрытия, смолы, пластмассы, полимерные пленки, резина.

По своему составу неорганические эмали являются силикатами, иначе говоря, это соединения кремния. Нужно понимать, что подобные покрытия хрупкие и растрескиваются из-за тепловых и механических ударов.

Лакокрасочные покрытия встречаются более часто. Главные условия для защиты металлических изделий от коррозии с помощью лакокрасочных покрытий: покрытие должно быть сплошным, газо- и водонепроницаемым, химически стойким, эластичным, обладать высоким сцеплением с материалом, механической прочностью, твердостью.

3. Химические способы.

Существует множество методов защиты металла, относящихся к этой группе. Одним из них является обработка поверхности веществами, вступающими с ней в химическую реакцию, в результате чего формируется пленка устойчивого химического соединения. Речь идет о таких способах как оксидирование, фосфатирование, сульфидирование, пр.

Оксидирование представляет собой способ защиты за счет образования оксидных пленок на поверхности металлических изделий.

Наиболее современным вариантом этого метода является химическая и электрохимическая обработка деталей в щелочных растворах.

Для железа и его сплавов наиболее часто используется щелочное оксидирование в растворе, содержащем NaOH, NaNO₃, NaNO₂ при температуре +135…+140 °С. Оксидирование черных металлов называется воронением.

Фосфатирование является методом формирования фосфатных пленок на изделиях из цветных и черных металлов. Для фосфатирования металлическое изделие погружают в растворы фосфорной кислоты и ее кислых солей (H₃PO₄ + Mn(H₂PO₄)₂) при температуре +96…+98 °С.

Фосфатная пленка оказывается химически связана с материалом изделия и состоит из сросшихся между собой кристаллов, разделенных порами ультрамикроскопических размеров. Главными достоинствами фосфатных пленок являются хорошая адгезия и развитая шероховатая поверхность. Благодаря этому, такие пленки становятся отличной основой для лакокрасочных покрытий и пропитывающих смазок. Обычно данный подход выбирают для защиты деталей от коррозии, когда те будут использоваться в закрытых помещениях, либо если изделие подвергнется последующей окраске или покрытию лаком. Однако у таких пленок есть свои минусы, в первую очередь к ним относятся низкая прочность и эластичность, хрупкость.

Анодированием называется защита поверхности металла при помощи формирования оксидных пленок, обычно данный способ используется для защиты алюминия. На поверхности этого металла всегда есть тонкая оксидная пленка Al₂O₃ или Al₂O₃ ×∙(H₂O)_n. Однако она не способна противостоять появлению ржавчины, поэтому в результате воздействия окружающей среды на алюминии постепенно образуется слой продуктов коррозии.

Для искусственного формирования оксидных пленок используют химический и электрохимический способы. Во втором случае алюминиевое изделие используется в качестве анода электролизера. Тогда как роль электролита играет раствор серной, ортофосфорной, хромовой, борной или щавелевой кислот. Катодом может быть металл, не вступающий в реакцию с раствором электролита, допустим, нержавеющая сталь. На катоде выделяется водород, за счет чего на аноде формируется оксид алюминия.

От точного выполнения при защите деталей от коррозии требований ГОСТа зависят надежность, сроки эксплуатации изделий. Не менее важно правильно выбрать метод обработки, принимая во внимание условия эксплуатации изделий, а также их изначальные характеристики. В результате удастся обеспечить надежную защиту от ржавчины, а изделие сможет служить значительно дольше, при этом использоваться по своему прямому назначению.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

цветные металлы;
чугун;
нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Электрохимическая защита — основные понятия, принцип работы

Блуждающие токи, появляющиеся в грунте при его использовании как токопроводящей среды, несут с собой опасность для трубопроводов из металла. Под их воздействием трубы разъедает ржавчина, возникает течь — в результате металлические сооружения разрушаются и приходят в негодность.

Продлить период службы трубопроводов и прочих подземных металлических сооружений позволяет строительство электрохимзащиты. Это один из самых надежных способов предохранения металлоконструкций от электрохимической коррозии.

Понятие электрохимической защиты

Суть ЭХЗ состоит в управлении токами коррозии, всегда образующимися при контакте металлоконструкции и электролита. Посредством электрохимзащиты анодная разрушающаяся зона переходит с защищаемого объекта на анодное заземление или стороннее изделие из более активного металла. В результате смещения электродного потенциала металла распространение коррозии останавливается.

Главное при устройстве электрохимзащиты — обеспечить обязательный контакт защищаемого сооружения и внешнего анода с помощью металлического кабеля или контакта и электролита. Электрическая цепь, в которую входит защищаемый объект, кабель ЭХЗ, анод и электролит, должна замкнуться — в противном случае защитного тока в системе не возникнет.

Типы ЭХЗ

Различают 2 вида ЭХЗ от коррозии:

анодная;
катодная и ее разновидность — протекторная.

Анодная

Анодная электрохимзащита применяется реже, чем катодная, поскольку к защищаемому объекту выдвигается немало строгих требований. Однако у нее есть свои преимущества: значительное замедление скорости коррозионного процесса, исключение возможности попадания продуктов коррозии в среду или производимую продукцию. Оборудование ЭХЗ этого типа выбирают на основе малорастворимых элементов: платины, нержавеющих высоколегированных сплавов, никеля, свинца.

Анодная защита реализуется различными способами: смещением потенциала в положительную сторону посредством источника внешнего тока или введением окислителей в коррозионную среду.

Катодная

Катодная электрохимзащита используется в случаях, когда металлу не присуща склонность переходить в пассивное состояние. Ее суть заключается в приложении к металлоизделию внешнего тока от отрицательного полюса, поляризующего катодные участки, тем самым приближая показатель потенциала к анодным. Положительный полюс, который имеет источник тока, присоединяется к аноду, за счет чего коррозия защищаемого объекта минимизируется. При этом анод постепенно разрушается, требуя замены.

Катодная защита может быть реализована различными способами:

Поляризация от источника электротока, расположенного снаружи, часто используется при защите конструкций, находящихся в воде или почве. Этот вид системы ЭХЗ применяется для олова, алюминия, цинка, углеродистых и легированных сталей. В качестве внешнего источника тока выступают станции катодной защиты.

Протекторная

Данный тип электрохимзащиты эффективен в тех случаях, когда переходное сопротивление между окружающей средой и протектором небольшое. У каждого протектора есть свой радиус действия — это максимальное расстояние, на которое его можно удалить, не рискуя потерять защитный эффект.

Протекторная ЭХЗ применяется для предохранения от коррозионного разрушения сооружений, находящихся в нейтральных средах: в воздухе, почве, морской или речной воде. Протекторы для электрохимической защиты трубопроводов изготавливают из магния, цинка, алюминия, железа с дополнительным введением легирующих компонентов.

Для обеспечения высокого уровня протекторной защиты нужно правильно выбрать тип протектора в зависимости от объекта ЭХЗ (корпуса судов, резервуары с нефтепродуктами и пожарной водой, нефте газопроводы и другие металлоконструкции), а также важна среда где будет установлена протекторная группа (грунт, морская или речная вода, подтоварная вода). Данное условие является необходимым для обеспечения безопасности эксплуатации объекта ЭХЗ и увеличит эффективность протекторной защиты.

О станциях катодной защиты

Эффективное оборудование для ЭХЗ трубопроводов, расположенных под землей, — комплекс станции катодной защиты (СКЗ), состоит из следующих элементов:

станция катодной защиты;
анодные заземлители;
кабельные линии
пункт контроля и измерения;

Станции подключают к сети электроснабжения или автономным устройствам. Выходное напряжение на СКЗ может регулироваться вручную или в автоматическом режиме — по току защиты или потенциалу защищаемого объекта.

Строительство электрохимзащиты требует использования надежных составляющих системы. Наша компания предлагает широкий выбор качественного оборудования для защиты разных объектов. Оставьте заявку на сайте: мы вышлем вам прайс по оборудованию ЭХЗ и подробно проконсультируем по возникшим вопросам.

Читайте также: