Дослідження протикорозійних властивостей електрометалізаційних алюмінієвих покриттів

 

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА

Кафедра хімії і технології неорганічних речовин

Курсова робота

з дисципліни Технічна електрохімія

на тему: Дослідження протикорозійних властивостей електрометалізаційних алюмінієвих покриттів

Виконала: Панасюк А.М

Керівник роботи: професор Хома М.С

Львів-2014

ЗМІСТ

Вступ

. Характеристика алюмінію

1.1 Фізичні властивості алюмінію

.2 Добування алюмінію

.3 Порошки алюмінію

.4 Застосування алюмінію

2. Методи нанесення алюмінієвих покриттів

2.1 Підготовка поверхні виробів перед нанесенням покриттів

.2 Знежирення

.3 Травлення

.4 Пасивування

3. Корозійно-електрохімічні властивості алюмінію (за різних pH)

3.1 Корозійна тривкість алюмінію

.2 Корозія алюмінію у водних середовищах

.2.1 Прісна вода

.2.2 Морська вода

.3 Контактна корозія

.4 Атмосферна корозія алюмінію

.5 Корозія алюмінію в кислотах

4. Методи дослідження, матеріали та середовище

. Дослідження електрохімічних властивостей алюмінієвих покриттів в сірководневих середовищах

5.1 Корозійна тривкість металізаційного алюмінієвого захисного покриття

.2 Електрохімічні дослідження алюмінієвих покриттів

Висновки

ВСТУП

Корозія - це процес руйнування металів унаслідок хімічної або електрохімічної взаємодії їх із корозивним середовищем. Корозія призводить до значних збитків у всіх промислово розвинених країнах. Втрати від корозії складаються з вартості виготовлених металевих виробів (конструкцій), що стають непридатними у виробництві в результаті корозії, і незворотніх втрат металу у вигляді продуктів корозії. З розвитком промислового потенціалу у всіх країнах темп зростання корозійних втрат став перевищувати темп зростання металофонду. Це обумовлено двома основними причинами:

) зміною структури використання металу;

) значним підвищенням агресивності атмосфери і природних вод унаслідок забруднення їх промисловими викидами.

Електрохімічна корозія - це процес мимовільного руйнування металевих матеріалів унаслідок електрохімічної взаємодії їх з навколишнім середовищем, при якій іонізація атомів металу і відновлення окисного компонента корозивного середовища проходять не в одному акті, а їх швидкості залежать від величин електродного потенціалу металу, що кородує. Електрохімічні процеси - це сукупність двох процесів - анодного і катодного:

·анодна реакція - іонізація металу: Ме ? Men+ + n? ;

·катодна реакція - процес відновлення окисного компонента корозійного середовища Ox + n? ? Red

Алюміній використовується як захисне покриття для заліза і сталі, а також для деяких високо- і середньо- міцних алюмінієвих сплавів. У деяких випадках оптимальний захист досягається при використанні алюмінієвих сплавів для протекторних покриттів. Алюміній застосовують також як декоративне покриття металевих і неметалевих поверхонь. Існує кілька методів нанесення алюмінієвих покриттів, і вибір методу залежить значною мірою від того, які функції в основному має виконувати покриття - захисні чи декоративні. Алюмінієве покриття має низку цінних властивостей: відзначається пластичністю, механічною міцністю, високою корозійною тривкістю. Не руйнуючи алюмінієвого покриття, таку сталь можна витягувати, штампувати, пресувати.

Нанесення алюмінієвих покриттів здійснюється в різних цілях: для захисту від корозії, створення різних екранів з декоративними цілями і рідше для відновлення розмірів та усунення ливарних дефектів.

Незважаючи на малі енергетичні затрати (t =200оС), нанесення алюмінієвих покриттів за низькотемпературного електролізу супроводжується певними складнощами: не завжди вдається досягти доброї адгезії, великих товщин і структури покриття. Для покращення адгезії, а також збільшення товщини покрить використовують неорганічні додатки: цинку, хрому, титану хлориди (до 0,4%). Поверхнево-активні органічні речовини спричиняють катодну поляризацію, що сприяє утворенню дрібнокристалічного непоруватого покриття. Так, введення карбаміду 0,1 моль % дає змогу одержати гладке покриття завтовшки до 60 мкм на різних основах.

Нанесення захисних металевих покриттів - один із найпоширеніших методів боротьби з корозією.

1. ХАРАКТЕРИСТИКА АЛЮМІНІЮ

Алюміній (Al) - хімічний елемент III групи періодичної системи, його атомний номер 13, відносна атомна маса 26,9815. В природі існує єдиний стабільний ізотоп 27Al. Третій за вмістом елемент (і найпоширеніший метал) земної кори (після кисню і кремнію). На його частку припадає 8% маси земної кори. Основна маса його зосереджена в алюмосилікатах - сполуках Алюмінію з Силіцієм. Продуктом руйнування цих гірських порід є глина, а з інших мінералів, утворених Алюмінієм, найбільше значення мають боксит, корунд, і кріоліт. Вперше чистий алюміній був отриманий Велером у 1827 році при взаємодії алюміній хлориду з металевим калієм. Однак, незважаючи на широку поширеність у природі, до кінця XIX століття алюміній належав до числа рідкісних металів. Сьогодні у промисловості алюміній одержують електролізом глинозему Аl203, у розплавленому кріоліті.

У періодичній системі Менделєєва Алюміній знаходиться в третьому періоді, у головній підгрупі третьої групи Заряд ядра +13 . Найбільш характерний ступінь окиснювання атома Алюмінію +3. Негативний ступінь окиснювання проявляється рідко. Електронна конфігурація атома Алюмінію:1s2 2s22p63s2.

Алюміній - типовий амфотерний елемент, він утворює як аніонні, так і катіонні комплекси. У вигляді простої речовини алюміній - сріблясто-білий, досить щільний метал із густиною 2,7 г/см3 температурою плавлення 660 °С і температурою кипіння 2500 °С. Кристалічний алюміній має гранецентровану кубічну решітку. Характеризується високою тягучістю, високою тепло- електропровідністю. З цим пов'язане його використання у виробництві електричних дротів, при однаковій електричній провідності алюмінієвий дріт удвічі легший за мідний. На повітрі алюміній вкривається найтоншою (0,00001 мм), але дуже щільною плівкою оксиду Аl203, що вберігає метал від подальшого окиснення і надає йому матового вигляду. Алюміній легко витягується в дріт і сплощується в тонкі листи. Алюмінієва фольга (завтовшки 0,005 мм) застосовується для упакування в харчовій і фармацевтичній промисловості.

Основну масу алюмінію використовують для отримання різних сплавів, які крім високих механічних властивостей характеризуються своєю легкістю. Найважливіші і цих сплавів - дюралюміній (94 % Аl; 4 % Сu; по 0.5 % Mg,Mn, Fe, Si) і силумін (сплав Al-Si). Алюмінієві сплави застосовують в ракетній техніці, в приладобудуванні, виробництві посуду й у багатьох інших галузях промисловості. За широтою застосування сплави алюмінію займають третє місце після сталі й чавуну. Алюміній, крім того, застосовується й у вигляді добавки до багатьох сплавів з метою надання їм жаростійкості. При розжарюванні подрібненого алюмінію він енергійно згоряє на повітрі. Алюміній помітно розчиняється в розчинах солей, що мають внаслідок їхнього гідролізу кислу або лужну реакцію, наприклад, у розчині Na2CO3. В усіх своїх стійких сполуках Алюміній тривалентний, у ряді напруг він розташовується між Mg і Zn.

Реакція сполучення алюмінію і кисню супроводжується виділенням величезної кількості тепла. Ця властивість знайшла застосування у зварюванні сталевих частин, зокрема стиків трамвайних рейок. Ця суміш складається зазвичай з порошків алюмінію й феруму оксиду Fe304, а підпалюється вона за допомогою запалу із суміші Аl і Ва02. Основна реакція йде за рівнянням:

Аl + 3Fe304 -> 4Аl203, + 9Fe + 3350 кДж.

Температура при цьому сягає 3000 °С. Алюмінію оксид - це біла, дуже тугоплавка й нерозчинна у воді маса. Природний Аl203 (мінерал корунд) відрізняється великою твердістю й стійкістю до кислот. Він застосовується для виготовлення шліфувальних кругів, брусків, наждаку. Червоний рубін (корунд із домішкою хрому) і синій сапфір (корунд із домішками заліза й титану) - дорогоцінні камені. Їх одержують також штучно і використовують для технічних цілей, наприклад, для виготовлення деталей точних приладів, каменів у годинниках тощо. Кристали рубінів, що містять малу домішку Сr203, застосовують для створення лазерних випромінювачів. Алюміній гідроксид Аl(ОН)3, - драглистий осад білого кольору, який майже не розчиняться у воді, але легко розчиняється в кислотах і лугах. Отже, він має аморфний характер. Однак і основні, і особливо, кислотні його властивості виражені досить слабко. При взаємодії його із сильними лугами утворюються відповідні солі - алюмінати:

+ Al(OH), -> Na[Al(OH)4].

Алюмінати найбільш активних одновалентних металів у воді розчиняються добре, але через сильний гідроліз їхні розчини стійкі лише при наявності надлишку лугу. Алюмінати, шо походять від слабших основ, гідролізуються в розчині практично повністю і тому можуть бути отримані тільки сухим шляхом - сплавленням А1203 з оксидами відповідних металів. З кислотами Аl(ОН)3, утворює солі. Солі Al більшості сильних кислот добре розчиняються у воді, при цьому досить сильно гідролізовані. Унаслідок цього сульфід, карбонат, ціанід і деякі інші солі. алюмінію з водних розчинів отримати не вдається. У водному середовищі аніон Аl3+ безпосередньо оточений шістьма молекулами води. Такий гідратований іон трохи дисоційований (тобто розділений на два більш простих іони) за схемою:

[Al(OH2)6]3+ + Н20 -> [А1(ОН2)5]2+ ОН-

Унаслідок дисоціації цей іон є слабкою кислотою, близької за силою до оцтової.

Сполуки Алюмінію, Силіцію та Оксигену з лужними металами (алюмосилікати) утворюють польові шпати, на частку яких припадає більше половини маси земної кори. Головні їхні представники - мінерали: ортоклаз K2Al2Si6016, альбіт Na2Al2Si1O16, анортит CaAl2Si2O8,а також мінерали групи слюд (наприклад мусковіт). Мінерал нефелін KNa3[AlSiO4]4 використовується для виробництва цементу. Деякі алюмосилікати мають пухку структуру і здатні обмінюватися іонами з іншими сполуками. Такі алюмосилікати, природні й особливо штучні, застосовуються для пом'якшення водопровідної води. Крім того, завдяки своїй сильно розвинутій поверхні, їх використовуються як матеріали, що просочуються каталізаторами і застосовуються в хімічній промисловості. Сполуки Алюмінію з галогенами (галогеніди) у звичайних умовах - безбарвні кристалічні речовини. Серед них за властивостями сильно вирізняється алюмінію фторид AlF3. Він мало розчиняється у воді, хімічно неактивний. Сполуки Алюмінію з Хлором, Бромом і Йодом, легкоплавкі, досить реакційноздатні і добре розчиняються не тільки у воді, але й у багатьох хімічних розчинниках. Взаємодія алюмінію галогенідів з водою супроводжується значним виділенням теплоти. Уводному розчині усі вони сильно гідролізовані. Унаслідок гідролізу алюмінію хлорид, бромід і йодид димлять у вологому повітрі. Вони можуть бути отримані прямою взаємодією простих речовин.

Алюміній сульфат Al2(S04)3 18Н20 отримують при дії гарячої сірчаної кислоти на алюміній оксид. Застосовується він для очищення води, а також при виготовленні деяких сортів паперу. Алюмокалієві галуни KAl(S04)2 12Н20 застосовують у великих кількостях для дублення шкір, а також у фарбувальній справі, як травник для бавовняних тканин.

З інших сполук Алюмінію слід згадати його ацетат або оцтовокислу сіль Аl(СН3СОО)3, що використовується при фарбуванні тканин і в медицині. Алюміній нітрат легко розчиняється у воді. Алюмінію фосфат не розчиняється у воді й оцтовій кислоті, але розчиняється у сильних кислотах і лугах.

Як правило, рослини містять мало Алюмінію, хоча великі кількості цього елемента є в бруньках. Ще меншим є його вміст у тваринних організмах. У людини він складає лише десятитисячні частки відсотка за масою. Біологічна роль Алюмінію не з'ясована; відомо лише те, що його сполуки не отруйні ні для людини, ні для тварин.

Порошкоподібний алюміній при температурі вище 800 °C утворює з азотом алюмінію нітрид. При взаємодії атомарного водню з парами алюмінію при ?196 °C утворюється гідрид (AlH)x(x=1, 2). Вище 200 °C алюміній реагує з сіркою даючи сульфід Al2S3. З фосфором при 500 °C утворює фосфід AlP. При взаємодії розплавленого алюмінію з бором утворюються бориди AlB2, AlB12. При 1200 °C алюміній реагує з вуглецем утворюючи карбід алюмінію Al4C3. В присутності розплавлених солей (кріоліт та ін.) ця реакція протікає при меншій температурі - 1000 °C. Вище 800 °C можуть утворюватись сполуки одновалентного алюмінію, наприклад

З рядом металів і неметалів алюміній утворює сплави, які містять інерметалічні сполуки- алюмініди, зазвичай досить тугоплавкі і володіють високою твердістю і жаростійкістю.

Завдяки утворенню оксидної плівки алюміній досить стійкий не тільки на повітрі, а й у воді. З водою алюміній не взаємодіє навіть при нагріванні. Але коли оксидну плівку зруйнувати, алюміній енергійно взаємодіє з водою, витісняючи водень:

Алюміній має амфотерні властивості, він реагує з кислотами і лугами.

Він легко взаємодіє з розбавленими азотною і сільфатною кислотами:

Дуже розбавлені, а також дуже міцні HNO3 і H2SO4 на алюміній майже не діють. У відношенні до ортофосфатної і нітратної кислот алюміній стійкий. Чистий метал також стійкий до хлоридної кислоти ,але звичайний технічний в ній розчиняється.

У розчинах сильних лугів (NaOH, КОН) алюміній розчиняється з виділенням водню і утворенням алюмінатів:

.1 Фізичні властивості алюмінію

Алюміній - сріблясто-білий легкий метал, добрий провідник тепла і електрики, пластичний, легко піддається механічній обробці.

Алюміній має кубічну гранецентровану кристалічну гратку. Найближча відстань між двома атомами становить 2,863Å. Період кристалічної гратки алюмінію a = 4,0414 Å, при кімнатній температурі. Кристалічна ґратка стабільна при температурах від 4К до температури плавлення 933К. Параметр ґратки дуже слабо змінюється від наявності домішок. Атомний радіус алюмінію визначений як половина між найближчими атомами-сусідами в кристалічній структурі і рівний 1,43Å.

Теоретична густина алюмінію обрахована за параметрами його кристалічної гратки становить 2,69872 г/см³. Експериментальні дані густини для полікритсалічного алюмінію 99,996% чистоти становлять 2,6989 (при 20 °C) г/см³. Так, густина розплавленого алюмінію чистотою 99,996%, що на 6,6% менше, ніж у твердого металу, і при температурі 973 К становить 2357 кг/м³ і майже лінійно знижується до 2304 кг/м³ при температурі 1173 К. Термічне розширення відпаленого алюмінію чистотою 99,99% при температурі 293 К становить 23·10?6 і практично лінійно зростає до 37,3·10?6 К?1 при температурі 900 К. Теплопровідність повністю відпаленого алюмінію в твердому стані знижується з ростом температури від 2,37 (298 К) до 2,08 Вт·см?1·К?1 (933,5 К) і при температурах вище 100 К вона малочутлива до чистоти металу. При нагріванні алюмінію і переході його з твердого стану в рідкий у нього різко зменшується теплопровідність: з 2,08 до 0,907 Вт·см?1·К?1, а далі з ростом температури вона збільшується і при температурі 1000 оС складає 1,01 Вт·см?1·К?1.

Питомий опір алюмінію високої чистоти (99,99%) при температурі 20 °C становить 2,6548·10?8. Провідність алюмінію сильно залежить від його чистоти, причому вплив різних домішок залежить не тільки від концентрації цієї домішки, а й від того чи вона знаходиться в твердому розчині чи поза ним. Найбільш сильно підвищують опір алюмінію домішки Хрому, Літію, Мангану, Магнію та Ванадію. Питомий опір ? (мкОм·м) відпаленого алюмінієвого дротика в залежності від вмісту домішок (%) можна приблизно визначити за наступною формулою:

? = 0,0264 + 0,007Si + 0,0007Fe + 0,04(Ti + V + Cr +Mn)

При температурі 1,175 ± 0,001 К алюміній переходить в надпровідний стан. Питомий опір алюмінію при переході з твердого стану в рідкий стрибком зростає з 11 до 24 МкОм·см.

Температура плавлення алюмінію дуже чутлива до чистоти металу і для високочистого алюмінію (99,996%) становить 933,4 К (660,3 °C), а температура початку кристалізації алюмінію за Міжнародною шкалою температур (1968 р.) вважається рівною 660,37 °C і використовується протягом десятків років для калібрування термопар. Підвищення зовнішнього тиску збільшує температуру плавлення алюмінію, і вона досягає 700 °C при тиску близько 100 МПа.

Температура кипіння алюмінію становить приблизно 2452 °C, прихована теплота плавлення чистого алюмінію - 397 Дж·г?1, а прихована теплота випаровування 9462Дж·г?1. Ср алюмінію при 0 °C становить 0,90 Дж·г?1·К?1, зі збільшенням температури вона зростає і визначається рівнянням:

Ср = С0 + bT,

де С0 - теплоємість при температурі 0 °C;

b = 2,96·10?3; T - температура, К.

Поверхневий натяг ? має максимальне значення при температурі плавлення і з ростом температури він знижується:

? = 868 - 0,152(t - tп),

де ? - поверхневий натяг, Н/м;

t - температура,

°C; tп - температура плавлення алюмінію, °C.

В'язкість алюмінію при температурі плавлення становить 0,012 Па·с і збільшується при наявності навіть невеликого вмісту твердих включень, наприклад, оксиду алюмінію і нерозчинних домішок. З ростом температури в'язкість знижується.

.2 Добування алюмінію

Алюміній отримують електролізом розчину глинозему (техн. Al2O3) в розплавленому кріолітіNa3[AlF6] при 950-960 °C. Склад електроліту 75-90% за масою Na3[AlF6], 5-12% AlF3, 2-10% CaF2, 1-10% Al2O3, молярне відношення NaF/AlF3 = 2,20-2,85 .

Промисловий комплекс з отримання алюмінію включає виробництво глинозему з алюмінієвих руд, кріоліту та інших фторидів, вуглецевих анодних і футеровочних матеріалів і власне електролітичне отримання алюмінію. Електроліз проводять в апаратах катодом в яких служить дно ванни, анодом - попередньо обпалені вугільні блоки або самообпалюючі електроди, поміщені в розплавлений електроліт. У розплаві відбуваються такі реакції:

3[AlF6] ? 3Na+ + 2F? + AlF4?4? ? F? + AlF33 ? F? + AlF+2+2 ? F? + AlF+22+ ? F? + Al3+2O3 ? AlO+ + AlO2?, AlO?2 ? Al3+ + 2O2?+ ? Al3+ + O2?, Al3+ + 3e ? Al

O2? - 4e ? O2

Розплавлений алюміній при температурі електролізу важчий, ніж електроліт, тому накопичується на дні ванни. На аноді виділяється O2, який взаємодіє з вуглецем анода, який вигорає, утворюючи СО та СО2.

Густина струму на аноді 0,7-0,9 А/см², на катоді - 0,4-0,5 А/см², для різних типів електролізерів сила струму становить 100-250 кА, робоча напруга 4,2-4,5 В.

Для отримання 1 т чорнового алюмінію витрачається 14500-17500 кВт·год електроенергії, 1925-1930 кг глинозему, 500-600 кг анодного матеріалу, 50-70 кг фтористих солей. Добова продуктивність однієї ванни середньої потужності - від 550 до 1200 кг алюмінію. Алюміній відбирають з електролізера один раз на 1-2 доби.

Одним з найважливіших споживачів алюмінію є електрохімічна промисловість. Основна кількість провідникової продукції - голі, обмоткові і ізольовані проводи, кабелі в одно- і багатожиловому виконанні виробляють за двостадійною технологією: спочатку на алюмінієвих заводах з рідкого сплаву отримують заготовку діаметром 9-10 мм, а потім на кабельних заводах волочінням її доводять до потрібного діаметру. Алюміній у вигляді фольги товщиною 0,00635 мм використовують в сильнострумних статичних конденсаторах для покращення коефіцієнта потужності, а також для телефонних кабелів, радіаторів для охолодження великих напівпровідникових випрямлячів та в багатьох інших виробах. Алюміній високої чистоти (не більше 0,05% домішок) отримують електролітичним рафінуванням чорнового алюмінію, який містить до 1% домішок. В якості електроліту найчастіше використовують розплав Na3[AlF6], BaCl2 (до 60%) NaCl (до 4%). Для отримання алюмінію особливої чистоти (не більше 0,001% домішок) застосовують зонну плавку.

Алюміній розливають в злитки, які потім переробляють в листи, фольгу, профілі, дріт. Він добре зварюється, піддається куванню, штампуванню, прокатці, волочінню і пресуванню, а також обробляється методами порошкової металургії.

.3 Порошки алюмінію

Велике практичне значення мають алюмінієві порошки і частинки. Розмір частинок становить від 0,015 до 17000 мкм, а розмір порошків - від 1 до 1000 мкм. Форма може бути сферичною, в вигляді тонких лусочок і частинок неправильної форми.

Порошки виробляються за різними технологіями і відрізняються розмірами і фізико-хімічними властивостями. Отримують порошки розпиленням в струмені повітря чи води, методом відцентрового литим, гранулюванням через вібруюче сито з наступним охолодженням водою, розмолом в млинах, охолодженням алюмінію з газової фази тощо.

Алюмінієві порошки використовуються в металургії в якості легуючих добавок, в алюмотермії (для термічного зварювання та відновлення сполук Хрому, Магнію, Ванадію). Порошки застосовуються в хімічній промисловості для синтезу алюміноорганіних сполуки в якості каталізатора, а також для отримання ряду сполук алюмінію. Також з алюмінієвих порошків виготовляють різноманітні деталі методами порошкової металургії. Це дає змогу знизити відходи металу до мінімуму, а також деталі зі спечених порошків мають унікальні характеристики і в ряді випадків заміняють такі метали як титан і високоміцні марки сталі. Порошкоподібний алюміній енергійно згорає на повітрі. Якщо поверхня алюмінію потерти сіллю ртуті (HgCl2), то відбудеться наступна реакція:

Al + 3 HgCl2 -> 2 AlCl3 + 3Hg

.4 Застосування алюмінію

Широке застосування алюмінію зумовлене його властивостями. Поєднання легкості з достатньо високою електропровідністю дозволяє застосовувати алюміній як провідник електричного струму. Алюміній і його сплави використовують практично у всіх галузях сучасної техніки: в авіаційній й автомобільній промисловості, залізничному і водному транспорті, машинобудуванні тощо. Завдяки високій корозійній тривкості алюміній широко застосовують при виготовленні апаратури для виробництва харчових продуктів та деяких хімічних речовин. З полірованого алюмінію виготовляють дзеркала та поверхні нагрівальних і освітлювальних рефлекторів. Алюміній використовують як розкисник сталей та інших сплавів. Ним відновлюють метали з їхніх оксидів.

2. МЕТОДИ НАНЕСЕННЯ АЛЮМІНІЄВИХ ПОКРИТТІВ

Нанесення алюмінієвих покриттів здійснюють з різною метою: для захисту від корозії, створення різних екранів з декоративними цілями і рідше для відновлення розмірів та усунення ливарних дефектів

Підготовка поверхні і нанесення алюмінієвого покриття ведуть звичайними способами. Особливу увагу необхідно звернути на чистоту металізаційної поверхні. Підготовку поверхні і нанесення алюмінієвого покриття виконують звичайними способами.

Спосіб металізації напиленням полягає в нанесенні алюмінієвих покриттів на поверхню виробів будь-якої форми шляхом напилення розплавленого металу струменем стисненого повітря. Цей спосіб придатний для нанесення алюмінієвих покриттів на поверхню різних деталей і виробів з різних матеріалів.

Нанесення алюмінієвих покриттів методом електроерозійної обробки істотно підвищує корозійну тривкість нелегованої сталі в нейтральних водно-сольових середовищах. Технологія нанесення покриттів проста і не вимагає спеціального обладнання. Алюмінієве покриття наноситься електродуговим способом. Після нанесення алюмінієвого покриття слід провести тривкість покриття. Алюмінієве покриття застосовується переважно для нових баків та для баків, що знаходилися в експлуатації, допускається його застосування при глибині окремих виразок на металі не більше 20% товщини металу і середню кількість всіх виразок менше 40 на площі 100X100 мм. Спосіб металізації напиленням полягає в нанесенні алюмінієвих покриттів на поверхню виробів будь-якої форми шляхом напилення розплавленого металу струменем стисненого повітря. Цей спосіб придатний для нанесення алюмінієвих покриттів на поверхню різних деталей і виробів з різних матеріалів.

Нанесення покриття зануренням деталі в розплав знижує міцність сталі і збільшує крихкість за рахунок утворення крихкого дифузійного проміжного шару. Нанесення гальванічних покриття призводить до небезпеки водневої крихкості.

.1 Підготовка поверхні виробів перед нанесенням покриттів

Для одержання якісних покриттів, що наносять електрохімічним, хімічним методами, поверхня металу повинна відповідати певним вимогам, насамперед таким:

бути гладкою;

не містити жирових забруднень;

не містити окалини; іржі, оскидів.

Для надання поверхні гладкості, тобто усунення шерхатості, дрібних раковин та інших дефектів застосовують механічну обробку - різні типи шліфування та поліруванння. В процесі анодування алюмінію проводиться попередня хімічна обробка поверхні. Метою такої обробки є:

усунення жиру, масла і забруднень з поверхні;

усунення невеликої кількості можливої попередньої корозії з поверхні;

оптичне вирівнювання алюмінієвих поверхонь;

активація поверхні для наступної електролітичної реакції.

.2 Знежирення

Знежирення - це процес очистки поверхні металу від бруду та жиру за допомогою спеціальних розчинів.

Найбільш часто при лужному знежирюванні застосовується розчин, що містить 5 - 10% натрію гідроксиду і 0,3 - 0,5% мила. Процес: лужне знежирення; промивка теплою водою; занурення на 1 - 2хв в 15% - ний розчин ортофосфорної кислоти НзPО4 при 65 С; промивка холодною водою; промивка гарячою водою; сушка. Вироби з алюмінієво-магнієвих сплавів можуть хромовані безпосередньо, без осадження проміжних покриттів. Після лужного знежирення і промивання у воді їх протравлюють в 5% розчині плавикової кислоти, в суміші HNO3: HF (3: 1) і суміші HNO3: H2SO4 (1: 1), промивають і хромують в електроліті звичайного складу.

Перед алюмінюванням деталі ретельно очищають. Якщо покриття не декоративне, застосовують піскострумне очищення. Через збільшення шорсткості в цьому випадку доводиться наносити більш товсте покриття. Для сталі, якій не загрожує воднева крихкість, застосовують лужне знежирення. Випаровування алюмінію проводять звичайно при температурі 1350 оС і тиску 101 Па. Покриття товщиною від 25 до 50 мкм отримують за кілька хвилин. При дії на жири і масла лугів насамперед відбувається нейтралізація вільних жирних кислот з утворенням мил. У разі застосування досить міцного розчину лугів і їх нагрівання, що практично буває рідко, відбувається також розщеплення і омилення всіх жирів і масел тваринного і рослинного походження. Утворені водорозчинні мила сприяють утворенню емульсій неомилених мінеральних масел. Так як металеві вироби в більшості випадків забруднені мінеральними оліями, то при лужному знежирюванні основним процесом є утворення емульсій.

.3 Травлення

Травлення - це процес, при якому метал видаляється хімічним способом. Таке видалення здійснюється зануренням металу в розчин, що протравлює (розчин кислоти) або в розчин хлоридів. Усі ці розчини небезпечні, їх зберігання, застосування й обіг з ними вимагає обережності. Ті ділянки металу, які не повинні зазнати травлення, захищають так званим "резистом".

Рідинне травлення металів включає в себе багато електрохімічних процесів. Хімічна реакція викликає протікання струму, причому метал є анодом. Більшість металів покрито природним оксидом. Для видалення цього пасивуючого шару додається допоміжний травник. Рідинне травлення Al супроводжується відходом краю профілю травлення на 1-2 мкм. Відтворюваність розмірів при травленні партії пластин становить ± 1 мкм. Структури зазвичай перетравлені, так як металеві плівки містять дефекти.

Метали при контакті один з одним змінюють свій електрохімічний потенціал (гальванічний ефект), що прискорює їхнє травлення. Наприклад, шар Al в NaOH стравлюється сам по собі за 7 хв. При контакті з Pt / Au його травлення закінчується через 1 хв.

Травлення алюмінію проводиться в лужному або кислотному середовищі. Широко застосовується травник, що складається з концентрованої H3PO4 (76%), крижаної оцтової кислоти (15%), концентрованої азотної кислоти (3%) і води (5%) за обсягом.

Вода у фосфорній кислоті перешкоджає розчиненню Al2O3, але вона сприяє розчиненню вторинного продукту AlPO4. Сила струму пропорційна швидкості травлення. Якщо струм прикладений до алюмінію, то відзначається анізотропія травлення.

Енергія активації травлення Al в H3PO4/HNO3 дорівнює 13.2 ккал / моль, що передбачає обмеження процесу швидкістю розчинення Al2O3 в H3PO4. Виділяється газ є суміш Н2, NO і NO2. Адсорбція газів на поверхні Al є постійною проблемою при використанні в'язких травників. Бульбашки здатні сповільнювати травлення - під ними утворюються острівці недотравленного металу, які можуть замикати близько розташовані провідники. Неякісне травлення Al обумовлено декількома факторами: недопроявленний резист,нерівномірність товщини, напруження у плівках поверх сходинок,гальванічне прискорення травлення через наявність преципітатів Al-Cu,нерівномірність товщини оксиду, нестабільність температури (> ± 1оС). Ці фактори призводять до перетравлення.

2.4 Пасивування

Пасивування, пасивація металів - перехід поверхні металу в пасивний стан, при якому різко сповільнюється корозія. Пасивування викликається поверхневим окисленням металів. Практичне значення пасивування виключно велике, оскільки всі конструкційні метали без їх мимовільного пасивування піддавалися б швидкій корозії не лише в агресивних хімічних середовищах, але і у вологій земній атмосфері або прісній воді.

Концентровані сульфатна і нітратна кислоти на холоді не діють на алюміній (пасивують). При нагріванні алюміній здатний відновлювати ці кислоти без виділення водню:

Al + 6H2SO4(конц) à 2AL2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O,

Al + 6HNO3(конц) à 2Al(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O.

Пасивований алюміній не кородує в дистильованої воді навіть при високих температурах.

3. КОРОЗІЙНО-ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ (ЗА РІЗНИХ pH)

Корозія алюмінію - руйнування металу під впливом навколишнього середовища. Для реакції Al3 + +3e ? Al стандартний електродний потенціал алюмінію складає -1,66 В. Температура плавлення алюмінію - 660 ° C. Густина алюмінію - 2,6989 г/см3 ( при нормальних умовах). Алюміній, хоч і є активним металом, відрізняється досить високою корозійною тривкістю. Це можна пояснити здатністю пасивуватися в багатьох агресивних середовищах.

.1 Корозійна тривкість алюмінію

Корозійна тривкість алюмінію залежить від багатьох факторів: чистоти металу, корозивного середовища, концентрації агресивних домішок у середовищі, температури тощо. Сильний вплив робить рН розчинів. Оксид алюмінію на поверхні металу утворюється тільки в інтервалі рН від 3 до 9. Дуже сильно впливає на корозійну стійкість Al його чистота. Для виготовлення хімічних агрегатів, обладнання використовують тільки метал високої чистоти (без домішок) наприклад алюміній марки АВ1 і АВ2. Корозія алюмінію не спостерігається тільки в тих середовищах, де на поверхні металу утворюється захисна оксидна плівка.

При нагріванні алюміній може реагувати з деякими неметалами:

Al + N2 ? 2AlN - взаємодія алюмінію та азоту з утворенням алюмінію нітриду;

Al + 3С ? Al4С3 - реакція взаємодії алюмінію з вуглецем з утворенням алюмінію карбіду;

Al + 3S ? Al2S3 - взаємодія алюмінію і сірки з утворенням алюмінію сульфіду.

3.2 Корозія алюмінію у водних середовищах

Взаємодія чистого алюмінію (не покритого оксидною плівкою) з водою можна описати за допомогою рівняння реакції :

Al + 6H2O = 2Al (OH)3 + 3H2 ? .

Процес закислення водойм за участі алюмінію можна умовно розділити на 3 фази:

Зниження рН при зменшенні кількості іонів гідрокарбонату. Значення рН тоді падає нижче 5,5. Найбільш чутливі види живих організмів починають гинути вже при рН = 6,5.

При рН = 4,5 кислотність розчину стабілізується. У цих умовах кислотність розчину регулюється реакцією гідролізу алюмінію. У такому середовищі здатні жити тільки деякі види комах, рослинний і тваринний планктон, а також білі водорості.

Іон алюмінію утворює з іоном ортофосфата нерозчинний фосфат алюмінію, який осідає.. Як правило зменшення рН води йде паралельно з скороченням популяцій і загибеллю риб, земноводних, фіто-і зоопланктону, а також безлічі різних інших організмів.

Токсичність солей алюмінію є одним з основних чинників, що знижують продуктивність рослин в умовах кислих ґрунтів. У природних водах алюміній присутній у іонній, колоїдній формах, він утворює досить стійкі комплекси, в тому числі органомінеральні, що знаходяться у воді в розчиненому або завислому стані. До числа сполук алюмінію відносяться різні оксиди, гідрооксиди та їх комплекси з різними органічними кислотами, якими багаті ґрунтові розчини і поверхневі води. У кислому середовищі (рН 4,5) нерозчинні форми алюмінію можуть переходити в розчинні, що сприяє різкому підвищенню вмісту його рухомих форм.

3.2.1 Прісна вода

Корозія більшості стійких алюмінієвих сплавів у воді, так само як і в атмосфері протікає нерівномірно. Така відмінність пов'язана з електропровідністю води, практично завжди більш високою, ніж електропровідність тонких плівок вологи , в якій зазвичай розвивається корозія в атмосферних умовах. Нерівномірність розподілу вогнищ корозії часто ускладнює точну їх оцінку і тому результати вимірів пітінгової корозії часто носять випадковий характер, при якому надійне визначення основних закономірностей корозійної поведінки алюмінію і його сплавів у воді не завжди можливо. Проте аналіз результатів, накопичених до теперішнього часу у світовій практиці, показує, що глибина пітінга у воді, так само як і в атмосферних умовах, зростає відповідно до формули h=R?1/3. Коефіцієнт R в більшості випадків при випробуваннях у воді істотно вищий, ніж в атмосферних умовах.

Найбільший вплив на корозію алюмінію надають такі фактори, як жорсткість води (присутність у воді комплексів солей карбонатів, сульфатів і хлоридів), рН , вміст домішок важких металів (особливо міді і ртуті ), насичення киснем та ін.. У зв'язку з цим важливе значення у визначенні швидкості корозійного процесу мають такі умови, як швидкість руху води і температура.

Крім впливу на електропровідність, перераховані фактори можуть значною мірою змінювати захисні властивості природної оксидної плівки алюмінію і його сплавів, прискорювати або сповільнювати катодні і анодні реакції тощо. На практиці багато перерахованих факторів можуть діяти одночасно і значно прискорювати процес корозії на алюмінієвих сплавах.

Невелике відхилення значення рН від нейтрального середовища в кислотне (рН до 4,0) або слабо лужне збільшує швидкість росту пітінга в природній свіжій воді. Мінімальна швидкість розвитку спостерігається при рН від 6 до 7. Бікарбонат незначно впливає на корозію алюмінію. Його роль може бути помітною у присутності таких домішок, як мідь і хлориди. Максимальні втрати спостерігалися при вмісті карбонатів 90 мг/л. Присутність у воді сульфатів може підвищувати опір пітінгової корозії.

Найбільш помітний ефект викликає наявність у воді солей важких металів, а особливо міді і ртуті. Вміст у 1 л дистильованої води тільки 0,10 мг міді цілком достатньо, щоб викликати появу пітінга на алюмінії. Проте вплив міді в значній мірі визначається наявністю в середовищі інших речовин, наприклад хлоридів, карбонатів, при спільній присутності яких збільшуються корозійні втрати вже при вмісті іонів міді 0,06 мг/л. У свою чергу негативний вплив міді пов'язане з рН середовища і проявляється в основному при значенні рН нижче 8 .

Присутність у воді іржі підсилює корозію алюмінію і його сплавів, особливо при підвищенні температури і зміні швидкості потоку. У цьому випадку прямі ділянки трубопроводів покриваються щільним захисним шаром іржі, а в місцях турбулентного потоку або зміни швидкості іржа не утримується, і вони служать ефективними анодами.

Значно більш агресивна дія на алюміній і його сплави у воді може давати ртуть. Різке зниження корозійної тривкості спостерігається навіть у присутності слідів металевої ртуті.

Великий вплив на корозійну активність води мають хлориди. Деяке помітне збільшення швидкості корозії спостерігається при збільшенні їх концентрації від 50 до 300 мг/л. Як вже зазначалося, вплив хлоридів різко зростає в присутності іонів міді і помітно у присутності карбонатів.

Корозія алюмінію майже не спостерігається при взаємодії з чистою прісною, дистильованою водою. Підвищення температури до 180°С особливого впливу не робить. Гаряча водяна пара на корозію алюмінію не впливає. Якщо у воду, навіть при кімнатній температурі, додати трохи лугу - швидкість корозії алюмінію в такому середовищі трохи збільшиться.

3.2.2 Морська вода

У морській воді контактна корозія значно небезпечніша, ніж в атмосферних умовах. Ступінь - небезпеки контактної корозії алюмінієвих сплавів в 3,5 %-ном розчині NaCl зменшується в ряду мідь >> сталь 3 > нержавіюча сталь > титановий сплав. Відносно висока електропровідність морської води значною мірою полегшує захист алюмінієвих сплавів електрохімічним способом. Дуже ефективно в даному випадку застосування анодного плакування.

Сплави системи А1 - Mg та інші алюмінієві сплави можуть бути досить легко захищені при використанні витратних анодів. Найбільш ефективними вважаються аноди зі сплавів на основі системи А1 - Zn - Hg. Поряд з ними можна застосовувати аноди на основі цинку та алюмінієвого сплаву системи А1 - Zn - Mg. Застосовувати аноди з магнію не можна, так як це призводить до захисту внаслідок підвищення рН біля катода.

При взаємодії з морською водою чистий алюміній починає кородуровати. Для експлуатації алюмінію в морській воді до його складу вводять невелику кількість магнію і кремнію. Корозійна стійкість алюмінію і його сплавів, при впливі морської води, значно знижується, якщо до складу метала входитиме мідь.

.3 Контактна корозія

Контакт алюмінію і його сплавів з будівельними матеріалами (бетон, штукатурка, гіпс, дерево та ін), що знаходяться в сухому стані, не є небезпечний. У цьому випадку в бетоні та інших подібних матеріалах корозійні процеси, можуть протікати практично тільки в період твердіння, далі швидкість цих процесів знижується, в деяких випадках навіть до нуля. При контакті з бетоном в атмосферних умовах, як показали десятирічні випробування в Канаді на зразках з алюмінієвих сплавів без захисту, спостерігали в основному слабку рівномірну поверхневу корозію. Тільки в окремих випадках на замурованих у бетон зразках була виявлена пітінгова корозія, максимальної глибини до 140 мкм.

Прямий вплив дерева на корозію алюмінієвих сплавів є незначною. Корозія алюмінію в контакті з деревом розвивається, коли вологість деревини перевищує 8-20 %. У свою чергу вологість деревини залежить від відносної вологості і досягає критичної величини при відносній вологості повітря 85 %. Корозія посилюється тим, що волога деревина більшості порід має кислу реакцію (рН 3). Корозійні ефекти більше залежать від фізичних властивостей деревини і умов випробувань, ніж від кислотності деревини. Алюмінієві сплави із звичайним захистом лакофарбовими покриттями можуть застосовуватися практично з усіма породами дерев.

.4 Атмосферна корозія алюмінію

Алюміній при взаємодії з повітрям переходить в пасивний стан. При зіткненні чистого металу з повітрям на поверхні алюмінію миттєво з'являється тонка захисна плівка оксиду алюмінію. Далі зростання плівки сповільнюється.

Реакція взаємодії алюмінію з киснем :

Al + 3O2 ? 2Al2O3.

Товщина цієї оксидної плівки складає від 5 до 100 нм (залежно від умов експлуатації). Оксид алюмінію володіє хорошим зчепленням з поверхнею, задовольняє умові щільності оксидних плівок.

При зберіганні на складі, товщина оксиду алюмінію на поверхні металу становить близько 0,01 - 0,02 мкм. При взаємодії з сухим киснем - 0,02 - 0,04 мкм.

При термічній обробці алюмінію товщина оксидної плівки може досягати 0,1 мкм. Алюміній досить стійкий як на чистому повітрі, так і перебуваючи в промисловій атмосфері (яка містить пари сірки, сірководень, газоподібний аміак, сухий хлороводень).

.5 Корозія алюмінію в кислотах

З підвищенням чистоти алюмінію його стійкість у кислотах збільшується.

Для алюмінію і його сплавів дуже небезпечна сульфатна кислота ( володіє окислювальними властивостями) середніх концентрацій. Реакція з розбавленою сульфатною кислотою описується рівнянням :

Al + 3H2SO4 ? Al2 (SO4) 3 + 3H2 ? .

Концентрована холодна сульфатна кислота не діє на Аl,а при нагріванні він кородує:

Al + 6H2SO4 ( конц ) ? Al2 (SO4) 3 + 3SO2 ? + 6H2O.

При цьому утворюється розчинна сіль - алюмінію сульфат.стійкий в олеумі (димляча сірчана кислота) при температурах до 200°С. Завдяки цьому його використовують для виробництва хлорсульфатної кислоти (HSO3Cl) і олеума.

У хлоридній кислоті алюміній та його сплави швидко розчиняються (особливо при підвищенні температури):

Al + 6HCl ? 2AlCl3 + 3H2 ?.

Аналогічно діють розчини HBr та HF.

Концентрований розчин нітратної кислоти відрізняється високими окисними властивостями. Алюміній в азотній кислоті при нормальній температурі стійкий (стійкість вища, ніж у нержавіючої сталі). Його навіть використовують для виробництва концентрованої нітратної кислоти методом прямого синтезу.

При нагріванні корозія алюмінію в нітратній кислоті проходить за реакцією:

+ 6HNO3( конц ) ? Al (NO3) 3 + 3NO2 ? + 3H2O.

Алюміній має досить високу стійкість до впливу оцтової кислоти будь-яких концентрацій, але тільки якщо температура не перевищує 65 °С. Його використовують для виробництва формальдегіду та оцтової кислоти. При більш високих температурах алюміній розчиняється (виняток становлять концентрації кислоти 98 - 99,8 %).

У бромовій, слабких розчинах хромової ( до10 %), фосфатної (до 1 %) кислотах при кімнатній температурі алюміній стійкий.

Слабкий вплив на алюміній і його сплави надають лимонна, масляна, яблучна, винна, пропіонова кислоти. Щавлева, мурашина, хлорорганічні кислоти руйнують метал. На корозійну тривкість алюмінію дуже сильно впливає пароподібна і рідка ртуть. Після недовгого контакту метал і його сплави інтенсивно кородують, утворюючи амальгами.

Луги легко розчиняють захисну оксидну плівку на поверхні алюмінію, він починає реагувати з водою, в результаті чого метал розчиняється з виділенням водню (корозія алюмінію з водневою деполяризацією).

Al + 2NaOH + 6H2O ? 2Na [Al (OH) 4 ] + 3H2 ? ;

( NaOH H2O ) + 2Al ? 2NaAlO2 + 3H2 ? .

Утворюються алюмінати.

Також оксидну плівку руйнують солі ртуті, міді та іони хлору.

4. МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ, МАТЕРІАЛИ ТА СЕРЕДОВИЩЕ

Алюмінієві покриття наносили на зразки зі сталі 20 методом електродугового напилення (U = 30В; I = 15А; тиск повітря 6 атм.; відстань до зразка 150 мм). Товщина покриття 250 мкм (рис. 1).

Рис.1 - Мікроструктура електродугового алюмінієвого покриття.

Товщина 250 µm. х100.

Для досліджень використовували:

- стандартний розчин NACE (5%-ий водний розчин NaCl + 0,5% CH3COOH, насичення H2S, pH 3 - 4, 22+3оС);

- модельну морську воду: NaCl ? 86,5%; Ca 2+ ? 1,5%; Mg 2+ ? 2,0%; нерозчинні у воді речовини ? 3,0%;

- модельну морську воду, насичену сірководнем;

- модельну морську воду з різним вмістом сірководню: 15 мг/л; 75 мг/л; 150 мг/л;

- дистильовану воду для дослідження водопоглинання захисним покриттям згідно з ГОСТом 21513-76.

4.1 Дослідження корозійної тривкості покрить масометричним методом

Зразки для корозійних досліджень масометричним методом знежирювали в ацетоні та висушували. Використовували 3 зразки на один дослід. До використання зразки зберігали в ексикаторі. Після корозійних досліджень їх промивали водою, висушували, видаляли продукти корозії, промивали в ацетоні та висушували. Після 2-х годинної витримки в ексикаторі зразки зважували

Швидкість корозії (Km,) розраховували за формулою:

,

де m0, m - маса зразка до і після експерименту, відповідно, г;

S - площа зразка, м2;

t - час витримки зразків у корозивному середовищі, год.

5. ДОСЛІДЖЕННЯ ЕЛЕКТРОХІМІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ АЛЮМІНІЄВИХ ПОКРИТТІВ В СІКОВОДНЕВИХ СЕРЕДОВИЩАХ

.1 Корозійна тривкість металізаційного алюмінієвого покриття

Досліджували алюмінієві покриття, нанесені методом електродугового напилення на листову сталь 20. На рис.2, приведені результати досліджень зразків з алюмінієвим покриттям у морській воді, морській воді, насиченій сірководнем, у розчині NACE та цьому ж розчині за відсутності сірководню.

А б

Рис.2 - Корозійна тривкість зразків з алюмінієвим покриттям у морській воді (а, крива 1) та морській воді, насиченій сірководнем (а, крива2) та у розчині NACE (б, крива 1) і в цьому ж розчині за відсутності сірководню (б, крива 2).

Зразки з алюмінієвими покриттями показали високу корозійну тривкість у всіх випробувальних середовищах. Покриття не зазнало змін навіть після 60 денної витримки у морській воді, насиченій сірководнем. Встановлено, що сірководень практично не впливає на швидкість корозії цих зразків. Випробування, проведені в найбільш агресивному середовищі NACE та цьому ж розчині за відсутності сірководню показали практично однакову швидкість корозії протягом всього часу випробувань: 0,2248 г/м2·год та 0,2231 г/м2·год (720 год) відповідно; 0,2876 г/м2·год та 0,2847 г/м2·год (240 год) відповідно.

а б в

Рис.3 - Зовнішній вигляд зразків з алюмінієвим покриттям після витримки протягом 30 діб у морській воді (а); морській воді, насиченій сірководнем (б) та розчині NACE (в)

Виходячи з отриманих результатів досліджень алюмінієвих покрить, нанесених методом електродугового напилення на сталь 20, можна рекомендувати такі покриття для захисту металевих поверхонь в кислих та нейтральних сірководневих середовищах.

алюміній корозія кислота покриття

5.2 Електрохімічні методи досліджень захисних покрить

Електрохімічні дослідження швидкості корозії сталі 20 у розчині NACE показали, що потенціал електрода набуває негативнішого значення порівняно з таким у розчині без сірководню (5% NaCl + 0,5% CH3COOH), швидкість корозії при цьому зростає більш ніж на порядок. Змішення електродного потенціалу (~ 41 мВ) зумовлене суттєвим збільшенням швидкості анодного процесу порівняно з катодним (рис. 4).

Рис.4 - Поляризаційні криві сталі 20 у розчинах NACE (1, 1) та 5% NaCl + 0,5% CH3COOH (2, 2)

У морській воді з сірководнем та без нього потенціал сталі 20 практично не змінюється, а швидкість корозії у морській воді без сірководню суттєво вища (у 7 разів) (табл.1). В цьому випадку зміна швидкості корозії зумовлена зміною кисневої деполяризації на водневу, ефективність якої в околі потенціалу корозії є меншою.

Рис.5 - Поляризаційні криві сталі 20 у морській воді (1,1l) та насиченому розчині сірководню у морській воді (2,2l)

Спостерігається також зменшення швидкості анодного процесу, що зумовлено утворенням на поверхні сталі сульфідів (рис. 5, крива 2l).

Відомо, що алюміній у водних розчинах сульфідів не утворює, тому наявність сірководню у розчинах не мала б суттєво впливати на його електродний потенціал та швидкість корозії. У розчинах NACE та 5% NaCl + 0,5% CH3COOH, рН яких приблизно однакове, значення електродного потенціалу для металізаційного алюмінієвого покриття практично не відрізняються, однак швидкість корозії у розчині NACE зростає ~ на 45% (табл. 1). Це зумовлено переважно підвищенням ефективності катодного процесу.

Таблиця 1 Значення електродного потенціалу та швидкості корозії в різних розчинах

СередовищеpHПотенціал електрода Е(н), ВШвидкість корозії, (мА/см2)/(г/м2×год)Al покриттяСт. 20Al покриттяСт. 205% NaCl + 0,5% H3COOH2,7-0,484-0,3850,012/0,04030,010/0,1045NACE2,95-0,486-0,4210,019/0,06380,133/1,3896Морська вода6,4-0,595-0,4724×10-4/0,00130,014/0,1463Морська вода + H2S(нас.)4,0-0,501-0,4777×10-4/0,00240,002/0,0209

Рис.6 - Поляризаційні криві алюмінієвого покриття на сталі 20 у середовищі NACE (1,1l) та 5% NaCl + 0,5% CH3COOH (2,2l)

У морській воді за додавання сірководню потенціал алюмінієвого покриття зсувається в сторону додатніших значень, а швидкість корозії зростає на 75 % (табл.1). Для алюмінієвого покриття у морській воді за додавання сірководню зростає швидкість катодного та анодного процесів, однак швидкість катодного - у більшій мірі, ніж анодного, тому потенціал електрода зсувається в сторону додатніших значень (рис.7).

Рис.7 - Поляризаційні криві алюмінієвого покриття на сталі 20 у морській воді насиченій сірководнем (1,1l) та без нього (2,2l)

ВИСНОВКИ

. Корозія алюмінію - руйнування металу під впливом навколишнього середовища. 2. На корозійну тривкість алюмінію впливає безліч факторів: чистота металу, корозійне середовище, концентрація агресивних домішок у середовищі, температура.

. Існує кілька методів нанесення алюмінієвих покриттів, і вибір методу залежить значною мірою від того, які функції в основному має виконувати покриття - захисні або декоративні.

. Алюмінієві покриття наносили на зразки зі сталі 20 методом електродугового напилення.

·Покриття не зазнало змін навіть після 60 денної витримки у морській воді, насиченій сірководнем. Встановлено, що сірководень практично не впливає на швидкість корозії цих зразків. Випробування, проведені в найбільш агресивному середовищі NACE та цьому ж розчині за відсутності сірководню показали практично однакову швидкість корозії протягом всього часу випробувань.

·У морській воді з сірководнем та без нього потенціал сталі 20 практично не змінюється, а швидкість корозії у морській воді без сірководню суттєво вища. В цьому випадку зміна швидкості корозії зумовлена зміною кисневої деполяризації на водневу.

·Для алюмінієвого покриття у морській воді за додавання сірководню зростає швидкість катодного та анодного процесів, однак швидкість катодного більша, ніж анодного

. Зразки з алюмінієвими покриттями показали високу корозійну тривкість у всіх випробувальних середовищах. Алюмінієві покриття, нанесені методом електродугового напилення на сталь 20, можна рекомендувати для захисту металевих поверхонь в кислих та нейтральних сірководневих середовищах.

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА Кафедра хімії і технології неорганічних речовин

Больше работ по теме: