Регион:

Катодная защита от коррозии


Все элементы различаются по энергии,  которую необходимо приложить, чтобы оторвать электрон от атома элемента. Те элементы, которые легко отдают электроны, относятся к группе металлов. Те же элементы, которые отдают электроны с большим трудом, но легко поглощают их, дополняя электронную оболочку до заполненной, относятся к неметаллам (металлоидам). Металлы обладают различной энергией отрыва электронов - есть металлы, которые легко отдают электроны (окисляются) - это щелочные и щелочноземельные металлы, другие - с трудом окисляются даже сильнейшими окислителями. Сравнительную стойкость металлов к коррозии описывает ряд электроотрицательности (напряжений) металлов (таблица 2.6), который изучается еще в школе. Если рассмотреть этот ряд, то мы увидим, что железо стоит левее водорода, то есть в нормальных условиях оно должно выделять водород из воды (окисляться даже водой). Правда, на практике этого в большинстве случаев не происходит из-за наличия перенапряжения данной реакции, но во влажной атмосфере (особенно при наличии влаги на поверхности изделия) процесс коррозии протекает энергично.

Таблица 2.6. Ряд напряжений (электроотрицательности) элементов и значения их нормальных электродных потенциалов (НЭП).

Элемент

Li

K

Ca

Na

Mg

Be

Al

НЭП

-3,04

-2,93

-2,87

-2,71

-2,37

-1,85

-1,66

Элемент

Fe

Zn

Ni

H

Cu

Ag

Pt

НЭП

-0,76

-0,44

-0,25

0,00

0,34

0,79

1,2

Если посмотреть упомянутый выше ряд напряжений металлов, то мы увидим, что цинк является более активным элементом, чем железо. Поэтому, если соединить между собой эти два металла, то электроны от цинка перейдут к железу, последнее станет более электроположительным и не станет окисляться, а окисляться будет именно цинк. В этой системе железо будет катодом, а цинк - анодом. Если поместить пару “железо-цинк” в электролит, а затем замкнуть между собой металлическим проводником, то по нему пойдет ток. При этом металлический цинк будет растворяться. Ток будет идти до тех пор, пока будет в наличии металлический цинк. Таким образом, металлический цинк, защищая железо, приносится в жертву. Такой анод называется жертвенным анодом. Можно сделать и несколько по-другому. Например, нам необходимо защитить стальное оборудование, находящееся в земле (сваи, буровые трубы). В этом случае поступают следующим образом - рядом с защищаемым оборудованием помещают слегка зарытое в землю бросовое стальное оборудование, и между защищаемым оборудованием и жертвенным анодом прикладывают небольшое (порядка 1 вольта) напряжение, в результате чего защищаемое оборудование “становится более благородным” и перестает ржаветь. В качестве анодных материалов используются: магниевые аноды (общеприняты для подземных сооружений), высококремнистые сплавы, графитовые аноды (для подземных труб), полимерные аноды (для решеток в  бетонах, загрязненных солями), а также малоизнашиваемые аноды (например, сплавы свинца с 2% серебра). Первый способ был предложен для защиты морских судов - к килю корабля плотно крепится лист специального цинкового сплава, который защищает корабль от преждевременного ржавления. Причем именно сплава, а не чистого цинка - последний не  в состоянии поддерживать постоянные величины рабочего потенциала и, следовательно, плотности тока. Особым требованием к такому протекторному аноду является величина анодной плотности тока, причем в большинстве случаев рабочие режимы составляют 1-4 А/кв.м, при которых сплавы имеют высокие и стабильные значения потенциала и рабочего тока. Схемы защиты оборудования по указанным схемам даны на рис.№ 2.2.

Второй способ (а именно, с использованием в качестве анода бросовых стальных изделий с приложением определенной разницы потенциалов) применяется в нефтедобыче и при защите сооружений, находящихся в земле.

Впервые принцип катодной защиты был предложен Хэмфри Дэви в 1820-х годах.

Механизм катодной защиты от коррозии

Рис. 2.2.  Способы катодной защиты сооружений: А – с помощью жертвенного анода; Б – с помощью наложенного потенциала.

Сравнение между жертвенным анодом и подавляемой током катодной защиты дано в таблице 2.7

Таблица 2.7. Сравнение двух способов катодной защиты по эффективности.

 

Жертвенный анод

Подавление током

Оформление

Просто

Сложно

Контроль

Малый или отсутствие

Требует контроля

Область использования

Работает лучше в проводящих средах

Может работать в непроводящих средах

Преимущества и недостатки

Меньшая стоимость. Более высокие капиталовложения для больших систем

Низкие капиталовложения для больших систем. Может вызвать следующие проблемы: коррозия под действием блуждающих токов; водородное охрупчивание

Возможно Вас так же заинтересуют следующие статьи:

comments powered by HyperComments