Файл: Соголовская А.Г. Прогрессивные методы горячего цинкования.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 04.04.2024
Просмотров: 78
Скачиваний: 2
c L 4
Пр е д и с л о в и е
Вдирективах XXIII съезда КПСС по пяти летнему плану развития народного хозяйства
СССР на 1966—1970 гг. предусмотрено значи тельное увеличение производства черных и цвет ных металлов, особенно свинца, цинка, .маг ния, олова, никеля и др. Однако многие, и осо бенно черные металлы подвергаются коррозион ному разрушению. В связи с этим проблема надежной защиты металлов от коррозионного разрушения приобретает важное значение.
Среди разнообразных способов защиты чер ных металлов от коррозии одним из наиболее эффективных и распространенных является горя чее цинкование. Несмотря на широкое приме нение горячего цинкования, литературных дан ных по современной технологии этого процесса еще недостаточно.
Вместе с тем, изучение работы многих цехов горячего цинкования бытовых емкостей показало, что большинство из них работает по устаревшей технологии, не используя опыт передовых пред приятий страны и научные достижения. Поэтому
I* |
з |
часто защитные и декоративные свойства цинко вого покрытия на бытовых емкостях далеки от мировых стандартов.
В настоящей брошюре кратко описаны про грессивные методы горячего цинкования бытовых емкостей и других изделий. В брошюре исполь зованы литературные данные и обобщен опыт передовых предприятий страны.
Отзывы и пожелания просьба направлять по адресу: Киев, 4, Пушкинская, 28, издательство «Техшка».
КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О КОРРОЗИИ И ЗАЩИТЕ МЕТАЛЛОВ
Коррозия металлов — это разрушение их вследствие воздействия внешней среды, в результате которого металл переходит в окисленное (ионное) со
стояние и теряет присущие ему свой |
|
|||||
ства. Различают два основных типа |
|
|||||
коррозии: химическую и электрохи |
|
|||||
мическую. Механизм химической кор |
|
|||||
розии сводится к диффузии атомов |
|
|||||
или ионов металла сквозь постепенно |
|
|||||
утолщающуюся пленку продуктов кор |
|
|||||
розии и встречной диффузии атомов |
|
|||||
или ионов кислорода (рис. |
1). |
|
|
|||
|
Примером |
химической |
коррозии |
|
||
может быть взаимодействие |
металла |
|
||||
с |
жидкими |
неэлектролитами |
(жид |
|
||
костями, не проводящими электри |
|
|||||
ческий ток) или сухими газами в та |
Рис. 1. Модель процес |
|||||
ких условиях, при которых |
влага на |
|||||
поверхности металла не |
конденсиру |
са химической корро |
||||
ется, а также воздействие |
на металл |
зии: |
||||
I — металл; 2 — пленка |
||||||
жидких металлических расплавов (раз |
окислов (Меп От У; 3— кор |
|||||
рушение стальных ванн при горячем |
розионная среда; 4 — поры. |
|||||
. цинковании). |
распространенная |
коррозия — электрохими- |
||||
] |
Наиболее |
)ческая.
/ |
5 |
|
Воздух, вода и земля — основные «питательные среды» коррозии. В этих средах коррозия носит электрохимиче ский характер и механизм ее сводится к работе множества мельчайших гальванических элементов, г Прежде всего, в любом металле имеется определенное
количество свободных (валентных) электронов, которые называются коллективизированными. Эти электроны спо собны, подобно молекулам газа, легко перемещаться в ме талле, равномерно заполняя все пространство последне го. И если по тем или иным причинам плотность «электрон ного газа» на различных участках металла не одинакова, то электроны будут «перетекать» от участков с большей концентрацией к участкам с меньшей.
Таким образом, электропроводность в проводниках пер вого рода — металлах осуществляется за счет перемещения электронов.
В проводниках второго рода, например в водных ра створах электролитов, проводимость осуществляется заря женными атомами (ионами), которые образуются за счет распада (диссоциации) молекул солей, кислот и оснований, растворенных в воде.
Если погрузить металл в водный раствор электролита, то положительные ионы металла, находящиеся на поверх ности его, будут испытывать электростатическое притяжение со стороны дипольных молекул воды. При этом, если силы
притяжения больше, чем энергия связи ионов в |
кристалли |
|||||
ческой |
решетке |
металла, |
молекулы |
воды могут |
отор |
|
вать и |
перенести |
в раствор некоторое |
количество |
ионов |
||
металла |
(рис. 2). Эти ионы, вследствие электростатиче |
|||||
ского притяжения электронами, оставшимися |
в металле, |
|||||
удалиться от поверхности |
раздела не |
могут |
и образуют |
на границе металл — раствор двойной электрический слой
(рис. 3).
6
Таким образом, на границе раздела между проводником первого рода — металлом и проводником второго рода — раствором электролита возникает скачок потенциала, вели чина которого определяется степенью «благородства» того или иного металла и электролита.
Рис. 2. Схема перехода |
Рис. 3. Схема строе |
ионов металла из кри |
ния двойного электри |
сталлической решетки |
ческого слоя на грани |
в раствор электролита. |
це металл—электролит. |
Для металла, погруженного в электролит, содержащий его ионы, скачок потенциала, или так называемый равно весный потенциал, определяется по формуле Нернста
Ф= Фо + - ^ 1пСа.
где <ро— нормальный потенциал, имеющий место при стан дартной концентрации (равной единице) ионов металла в растворе; R — газовая постоянная; п — число зарядов иона; F — константа Фарадея (96 500 кулонов); Са — активная концентрация ионов металла.
Величины равновесных потенциалов исчисляются отно сительно условного нуля, за который принят потенциал
7
водородного электрода при определенных стандартных ус ловиях.
Электродные потенциалы некоторых металлов, измерен ные в 3%-ном растворе хлористого натрия, в порядке воз растания благородных свойств приведены в табл. 1 [2].
Таблица 1
Электродные потенциалы некоторых металлов
Ион |
А13+ |
Мп^"Ь |
Zn2+ Fe2+ |
Sn2+ |
Pb2+ |
Ni2+ Cu2+ |
Ag+ |
метал |
|||||||
ла |
|
|
|
|
|
|
|
Потен |
—0,63 |
—0,91 |
—0,83 -0 ,5 0 |
—0,25 |
-0 ,2 6 |
—0,02 +0,05 |
+0,20 |
циал |
|
|
|
|
|
|
|
Если в водный раствор электролита погрузить два раз личных по своей природе металла, то образуется гальвани ческий элемент (рис. 4).
Так, в водный раствор сернокислого никеля погружают соединенные проводником железную и никелевую пластины. В этой паре электродов железо, как менее благородный ме талл, легче никеля отдает некоторое количество атомов (в виде положительных ионов) раствору. При этом освобожда ется эквивалентное количество электронов, которые пере текают по проводнику к никелевой пластине.
Положительно заряженные ионы водорода, находящие ся в растворе у электрода, будут присоединять к себе избы точные электроны, выделяясь в виде нейтральных атомов, группирующихся в молекулы на никелевой пластине. Таким образом, работа приведенного элемента будет обу словлена двумя электродными процессами:
Fe — 2е — Fe2+; 2Н+ + 2е = Ш .
Однако такой элемент мог бы работать длительное время только в условиях непрерывно обновляющегося элек
8
тролита. В противном случае за счет увеличения кон центрации ионов железа потенциал железного электрода
будет непрерывно смещаться |
в |
сторону |
положительных |
|||||||
значений, |
следствием чего |
явится |
|
|
||||||
снижение |
электродвижущей |
|
силы |
|
|
|||||
элемента. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Однако если в электролите на |
|
|
||||||||
ходится |
только |
один |
металл, |
то |
|
|
||||
на его поверхности образуются ко |
|
|
||||||||
роткозамкнутые |
микрогальваниче- |
|
|
|||||||
ские элементы. |
Такое, на |
первый |
|
|
||||||
взгляд, странное обстоятельство объ |
|
|
||||||||
ясняется энергетической неоднород |
|
|
||||||||
ностью |
различных участков метал |
|
|
|||||||
ла. Неоднородность в реальных ме |
|
|
||||||||
таллах |
может |
|
быть |
обусловлена |
Рис. 4. Схема работы же |
|||||
посторонними |
|
включениями, |
не |
|||||||
равномерной |
деформацией |
метал |
лезо-никелевого гальвани |
|||||||
|
ческого элемента: |
|||||||||
ла, различными структурными со |
/ |
— никель; 2 — железо. |
||||||||
ставляющими |
и т. д. |
При |
этом |
|
|
энергетически более активные участки становятся анодами ми кроэлементов и растворяются. Другие же участки выполня ют функцию второго нерастворимого электрода.
Допустим, что обнаженная поверхность металла находит ся под длительным воздействием атмосферного воздуха, в ко тором содержится в виде пара или мельчайшего тумана некоторое количество влаги. Она не является идеально чистой водой, а содержит растворенные соли и служит про водником электрического тока. При наличии электропро водной жидкости, покрывающей участки металла с различ ной активностью, создаются условия для электрохимиче ской (гальванической) коррозии. Металл с активных уча стков переходит в виде положительно заряженных атомов
9
(ионов) в'раствор, освобождая соответствующее количество электронов, которые устремляются к пассивным (менее активным) участкам металла и там ассимилируются кисло родом воздуха, проникающим сквозь тонкую пленку вла ги к поверхности металла (рис. 5, а, б, в). В результате образуются продукты коррозии — окислы металлов.
Рис. 5. Схема процесса коррозии с кислородной деполяризацией.
Если доступ кислорода воздуха к поверхности металла будет прекращен и освободившиеся на активных участках электроны не будут ассимилироваться, коррозионный про цесс прекратится.
Поскольку коррозия возникает при соприкосновении металла с окружающей его средой, существуют три пути предотвращения коррозии.
Первый из них заключается в облагораживании самого металла, второй — в специальной обработке коррозионной среды, а третий — в создании непроницаемого барьера меж ду металлом и коррозионной средой.
Облагораживание металла является металлургическим процессом и состоит в добавлении к нему различных эле ментов, способных повысить его коррозионную стойкость.
Ю
Так, например, железо и малоуглеродистые стали можно облагородить добавками к ним определенных количеств хрома и никеля, получив нержавеющую сталь. Однако по вышение антикоррозионности металлов путем легирования их различными добавками является дорогим и не всегда доступным способом.
Если металлические конструкции эксплуатируются в среде, хорошо проводящей электрический ток, например
вводе или влажной почве, то их стойкость против коррозии можно повысить так называемым электрохимическим обла гораживанием. Например, если погрузить стальной предмет
вречную, а еще лучше в морскую воду, он быстро начнет покрываться бурыми продуктами коррозии. Но, если вме сте с ним в воду погрузить кусок цинка, имеющий надежный контакте этим предметом, ржавчина образовываться не бу дет, так как получится короткозамкнутый гальванический эле мент, в котором стальной предмет является нерастворимым, более благородным электродом. Цинк же принимает на себя роль защитника стали от разрущающего действия корро зионной среды и сам подвергается интенсивному разруше нию. В технике такая защита стали от морской и подземной коррозии называется протекторной. Роль протектора для черных металлов обычно выполняет цинк.
Еще более надежным и эффективным методом электро химического облагораживания является катодная защита, которая по механизму действия не отличается от протектор ной и применяется для хорошо проводящих электриче ский ток коррозионных сред.
Сущность этой защиты заключается в том, что между металлоконструкцией и каким-либо вспомогательным элек тродом включается мощный источник постоянного тока так, чтобы защищаемый металл был соединен с отрицательным полюсом этого источника.
11