А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Электрохимическая защита

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ЗАЩИТА металлов от коррозии, основана на зависимости скорости коррозии от электродного потенциала металла. В общем случае эта зависимость имеет сложный характер и подробно описана в ст. Коррозия металлов. В принципе, металл или сплав должен эксплуатироваться в той области потенциалов, где скорость его анодного растворения меньше нек-рого конструктивно допустимого предела, к-рый определяют, исходя из срока службы оборудования или допустимого уровня загрязнения технол. среды продуктами коррозии. Кроме того, должна быть мала вероятность локальных коррозионных повреждений. Это т. наз. потенциостатич. защита.
К собственно электрохимической защите относят катодную защиту, при к-рой потенциал металла специально сдвигают из области активного растворения в более отрицат. область относительно потенциала коррозии, и анодную защиту, при к-рой электродный потенциал сдвигают в положит. область до таких значений, когда на пов-сти металла образуются пассивирующие слои (см. Пассивность металлов).

Катодная защита. Сдвиг потенциала металла м. б. осуществлен с помощью внеш. источника постоянного тока (станции катодной защиты) или соединением с др. металлом, более электроотрицательным по своему электродному потенциалу (т. наз. протекторный анод). При этом пов-сть защищаемого образца (детали конструкции) становится эквипотенциальной и на всех ее участках протекают только катодные процессы, а анодные, обусловливающие коррозию, перенесены на вспомогат. электроды. Если, однако, сдвиг потенциала в отрицат. сторону превысит определенное значение, возможна т. наз. перезащита, связанная с выделением водорода, изменением состава приэлектродного слоя и др. явлениями, что может привести к ускорению коррозии. Катодную защиту, как правило, совмещают с нанесением защитных покрытий; необходимо учитывать возможность отслаивания покрытия.
Катодную защиту широко применяют для защиты от морской коррозии. Гражданские суда защищают с помощью А1-, Mg- или Zn-протекторных анодов, к-рые размещают вдоль корпуса и вблизи винтов и рулей. Станции катодной защиты используют в тех случаях, когда требуется отключение защиты для устранения электрич. поля корабля, при этом потенциал обычно контролируют по хлорсеребряным электродам сравнения (х. с. э.). Критерием достаточности защиты является значение потенциала -0,75 В по х. с. э. или сдвиг от потенциала коррозии, составляющий 0,3 В (на практике обычно 0,05-0,2 В). Существуют автоматич. станции катодной защиты, расположенные на судне либо на берегу (при стоянке или ремонте). Аноды обычно изготовлены из платинированного титана, линейной или круглой формы, с околоанодными непроводящими экранами для улучшения распределения потенциала и плотности тока вдоль корпуса судна. Конструкция анодов обеспечивает их защиту от мех. повреждений (напр., в ледовых условиях).
Особенно важно использование катодной защиты для стационарных нефтегазопромысловых сооружений, трубопроводов и хранилищ к ним на континентальном шельфе. Подобные сооружения не могут быть введены в сухой док для восстановления защитного покрытия, поэтому электрохимическая защита является осн. методом предотвращения коррозии. Морская нефтепромысловая вышка, как правило, снабжена в своей подводной части протекторными анодами (на одну вышку приходится до 10 т и более протекторных сплавов).


Широко распространена катодная защита подземных сооружений. Практически все магистральные и городские трубопроводы, кабели, подземные хранилища и скважины, особенно в засоленных грунтах, снабжены устройствами для катодной защиты в сочетании с защитными покрытиями. Как правило, электрохимическая защита осуществляется от станций катодной защиты, протекторные аноды применяют лишь при отсутствии источников тока. Потенциал сооружения контролируют по сульфатно-медным электродам сравнения; ток катодной защиты периодически регулируют, исходя из потенциала защиты в разл. точках сооружения. По мере разрушения защитного покрытия ток защиты увеличивают. Протекторные аноды м. б. изготовлены из железокремниевых сплавов или графитопластов, снабжаются околоанодной засыпкой (кокс, уголь) для снижения общего сопротивления растеканию тока с анода в землю. По мере удаления анода от защищаемого сооружения увеличивают необходимое напряжение защиты (обычно до 48 В, для сильно удаленных анодов до 200 В), при этом улучшается распределение защитного тока. Для защиты разветвленных городских сетей или для совместной защиты неск. сооружений применяют глубинные аноды, расположенные под землей на глубине 50-150 м.
Важное значение имеет электрохимическая защита подземных сооружений в поле блуждающих токов, осн. причина возникновения таких токов - работа электротранспорта, реже - заземление электрооборудования. Борьба с коррозией в этих условиях сводится к контролю потенциала и установке дренажных устройств, обеспечивающих электрич. соединение источников токов утечки с защищаемым сооружением. Используют автоматич. дренажные устройства с включением и выключением в соответствии со значением защитного потенциала. Такие дренажные устройства обеспечивают надежную защиту вне зависимости от изменения знака потенциала на защищаемом сооружении.
Катодную защиту стальной арматуры в железобетоне применяют для свай, фундаментов, дорожных сооружений (в т. ч. горизонтальных покрытий) и зданий. Арматура, сваренная, как правило, в единую электрич. систему, корродирует при проникновении в бетон влаги и хлоридов. Последние могут попадать в результате воздействия морской воды или использования солей-антиобледенителей дорожных сооружений, применения хлоридов для ускорения твердения бетона. Весьма эффективна санация бетона старых зданий с установкой катодной защиты. При этом устанавливают первичные аноды из кремнистого чугуна, платинированных титана или ниобия, графита, титана с металлооксидным покрытием, к-рые обеспечивают подвод тока к вторичным (распределительным) анодам (титановой сетке с металлооксидным покрытием или электропроводящим неметаллич. покрытием, титановому стержню с покрытием), расположенным вдоль всей пов-сти сооружения и закрытым сверху относительно тонким слоем бетона. Потенциал арматуры регулируют, изменяя внеш. ток.
Разрабатываются способы катодной защиты кузовов транспортной техники (автомобилей). Протекторные аноды используют для защиты отд. декоративных элементов кузова, при этом электронные устройства обеспечивают постоянный или импульсный ток; аноды, наклеиваемые на кузов, изготавливают из электропроводящего полимера (напр., графитопласта, углепластика) или нержавеющей стали. Для увеличения зоны действия защиты необходимо размещать аноды в наиб. коррозионноопасных точках или использовать электропроводящую окраску.

Анодная защита применяется в хим. и смежных с ней отраслях пром-сти в принципиально иных условиях, чем катодная защита; оба типа электрохимической защиты в агрессивных средах дополняют друг друга. Металл конструкции или сооружения должен иметь область пассивности с достаточно низкой скоростью растворения, к-рая лимитируется не только разрушением металла, но и возможным загрязнением среды. Широко применяют анодную защиту для оборудования, работающего в серной к-те, средах на ее основе, водных р-рах аммиака и минер, удобрений, фосфорной к-те, в целлюлозно-бумажной пром-сти и ряде отд. произ-в (напр., роданида натрия). Особенно важна анодная защита теплообменного оборудования из легир. сталей в произ-ве серной к-ты; защита холодильников со стороны к-ты позволяет повысить рабочую т-ру, интенсифицировать теплообмен, повысить эксплуатац. надежность. Регулирование потенциала металла осуществляют автоматич. станциями анодной защиты (регуляторами потенциала), работающими с контролем потенциала и управляющим сигналом от электрода сравнения. Вспомогат. электроды изготавливают из высоколегир. сталей, кремнистого чугуна, платинированной латуни (бронзы) или меди. Электроды сравнения - выносные и погружные, близкие по составу к анионному составу агрессивной среды (сульфатно-ртутные, сульфатно-медные и т. п.). М. б. использованы любые электроды, имеющие в данной среде к.-л. устойчивый потенциал, напр. потенциал коррозии (электроды из чистого цинка) или потенциал электрохим. р-ции (осаждения покрытия, выделения хлора или кислорода). Зона действия защитных потенциалов зависит от области оптим. запассивированности металла и изменяется от неск. В (титановые сплавы) до неск. десятков мВ (нержавеющие стали при повышенных т-рах).
Анодная защита ванн для хим. осаждения покрытий обеспечивает защиту ванны от коррозии и случайных осаждений покрытия на стенки ванны. Возможно возникновение вторичной пассивной области потенциалов, расположенных положительнее области питтингообразования, что обеспечивает анодную защиту от питтинговой коррозии. Для стабилизации систем защиты применяют протекторные катоды с высоким положит. потенциалом (графитопластовые электроды), поляризация создается с помощью оксидных электродов или кислородных электродов, используемых в топливных элементах.
В злектрохим. произ-вах для защиты оборудования от токов утечки по электролиту устанавливают дополнит. электроды, устраняющие протекание тока через защищаемую пов-сть.

Лит.: Красноярский В. В., Электрохимический метод защиты металлов от коррозии, М., 1961; Фрейман Л.И., Макаров В.А., Брыксин Е. И., Потенциостатические методы в коррозионных исследованиях и электрохимической защите, Л., 1972; Люблинский Е. Я., Протекторная зашита морских судов и сооружений от коррозии, Л., 1979; Кузуб B. C., Анодная защита технологического оборудования, М., 1989.

В. А. Макаров.

А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я
Активные темы форума