Защита от газовой коррозии

Для защиты металлов от наиболее распространенного и вредного вида химической коррозии – газовой коррозии существуют следующие основные методы:

1) жаростойкое легирование, т.е. введение в сплав компонентов, повышающих жаростойкость;

2) защитные покрытия, т.е. нанесение на поверхность металлических конструкций защитного металлического или неметаллического слоя;

3) защитные или контролируемые атмосферы, т.е. искусственно создаваемые газовые атмосферы. Этот метод применяется главным образом при термообработке металлов;

4) уменьшение окисления металлов, достигаемое различными путями.

При оценке коррозионной стойкости металлов часто пользуются шкалой (табл 5.5.1).

Таблица 5.5.1 – Десятибалльная шкала коррозионной стойкости металлов

1. Для повышения жаростойкости металлы легируют элементами, которые, окисляясь, образуют на поверхности сплава или свой защитный оксид (например Al2O3, SiO2 и др.) или двойной с основным металлом оксид типа шпинели с повышенными защитными свойствами. В стали вводят Cr (до 30%), Al(до 10%), Si(до 5%), в Ni в Co-Cr(до 30%), Cu, Be, Mq и др. Малые добавки легирующих элементов могут повысить жаропрочность металлов, уменьшая в их оксидах число дефектов, по которым идет диффузия реагентов. Для этого валентность ионов легирующих элементов должна быть меньше валентности ионов основного металла, образующего оксид с недостатком металла (Сu2O, FeO, NiO, CoO) и большие валентности ионов основного металла, образующего оксид с избытком металла (ZnO, CdO, BeO, Al2O3, α -Fe2O3, TiO2 и др.). Улучшение жаростойкости стали малыми добавками Cr, Co, Si, Al бывает также обусловлено повышением температуры появления наименее защитного при высоких температурах оксида FeO –вюстита.

2. Для защиты металлов от газовой коррозии применяют:

а) металлические покрытия (для стали –Al, Cr, Si и некоторые жаростойкие сплавы), наносимые термодиффузионным методом, наплавкой, плакированием и напылением;

б) неметаллические покрытия – жаростойкие эмали, тугоплавкие соединения (карбиды, нитриды, бориды, силициды), металлокерамические покрытия (получаемые введением в оксиды и другие тугоплавкие соединения металлических добавок);

в) защитные термостойкие краски и обмазки (ингибированные смазки) – для временной защиты деталей при их нагреве.

3. Изменение газовой среды до состава, исключающего возможность протекания коррозионного процесса, применяется при термообработке металлов в виде защитных (или контролируемых) атмосфер. В качестве защитных атмосфер применяют, помимо баллонных газов (N2, H2, углеводороды), диссоциированный аммиак, очищенный от кислорода технический азот и очищенные и осушенные продукты частичного сжигания топлива, главным образом газа. Уменьшение агрессивности нагревающих металл газов может быть достигнуто введением в них паров лития, а частичное устранение ванадиевой коррозии (ускоренного окисления сталей под влиянием золы топлива, содержащего V2O5) введением в топливо, содержащего ванадий, присадок CaO, MqO, SiO2 и др., образующих с V2O5 тугоплавкие соединения.

Введение в газовую атмосферу SO2 и CO2 сильно снижают скорость окисления магния за счет образования на нем защитных пленок MqSO4 и MqCO3.

4. Малоокислительный нагрев является во многих случаях достаточно эффективным и более экономичным чем полное прекращение окисления металлов при применении защитных атмосфер.

5. Рациональное конструирование:

а) рациональное решение конструктивных форм и элементов аппаратуры, устраняющие возможность ускорения коррозии металла и удлиняющие срок службы конструкции: герметичность устройств при приме- нении защитных атмосфер; отсутствие в печах элементов соприкасающихся с защитной атмосферой и вызывающих нежелательное изменение ее состава (кладка, окисленные металлы, водяной затвор и т.д.); надежное отделение продуктов сжигания топлива от защитной атмосферы (применение муфелей); отсутствие в печах конструкционных элементов, разрушающихся при взаимодействии с защитной атмосферой; равномерное распределение теплового потока на нагреваемой металлической поверхности для устранения перегрева; закатка концов теплообменных труб валиком для защиты их от обгорания; нейтрализация влияния высоких температур холодным газовым слоем и др.

б) специальные предохраняющие устройства: тепловые защитные экраны, защита концов теплообменных труб от обгорания керамическими втулками.

Ингибиторы атмосферной коррозии подразделяются на нелетучие – контактные, и летучие – парофазные.

Нелетучие ингибиторы применяют в основном при хранении изделий на складе. Их наносят либо на поверхность изделий, при этом их действие ограничено местом контакта. Примером нелетучего ингибитора атмосферной коррозии может служить NaNO2 (стальное изделие сначала погружают в горячий 25…30% водный раствор NaNO2, затем извлекают и сушат). При этом на поверхности изделия образуется пассивная пленка, обладающая высокими защитными свойствами, а также слой сухого NaNO2, непрерывно возобновляющий пассивную пленку в случае ее механического повреждения.

Летучие ингибиторы применяют для защиты как в сухой, так и во влажной атмосфере. Как правило, это нетоксичные вещества с невысоким, но достаточным для защиты давлением паров. Испаряясь, они быстро заполняют окружающую изделие воздушную среду. Последующая адсорбция их паров на поверхности металла приводит к образованию пленок с анодным и катодным механизмами защитного действия, а также обладающими гидрофобными свойствами. К летучим ингибиторам относятся нитриты и карбонаты замещенных аминов, сложные эфиры карбоновых кислот и др. соединения. Особенно эффективен среди них нитрит дициклогексиламмония, одним граммом которого можно насытить около 550 м3 воздуха, сделав его мало агрессивным по отношению к стали. При правильной упаковке и надлежащей концентрации ингибитора изделия могут храниться, не подвергаясь коррозии, более 10 лет.