Дослідження протикорозійних властивостей електрометалізаційних алюмінієвих покриттів

2Al + 3H2SO4 → Al2 (SO4) 3 + 3H2 ↑ .

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

2Al + 6H2SO4 ( конц ) → Al2 (SO4) 3 + 3SO2 ↑ + 6H2O.

При цьому утворюється розчинна сіль - алюмінію сульфат.

Al 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):

2Al + 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:

Al + 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).

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

2 ( NaOH • H2O ) + 2Al → 2NaAlO2 + 3H2 ↑ .

Утворюються алюмінати.

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

 

 

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.

 

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;

       – час витримки зразків у корозивному середовищі, год.

 

 

 

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.

 

 

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

 

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)

 

 

1. 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.

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

4. 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

5. 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.