Эмали что такое. Эмали. Что это такое виды эмалей, как работать с эмалями

Изменения эмали зубов

Изменения эмали зубов.

  1. Состав и свойства эмали зуба.
  2. Причины, ведущие к повреждению эмали.
  3. Заболевания эмали.
  4. Изменение цвета эмали – дисколорит зубов.
  5. Способы лечения поврежденной эмали.

Эмаль – это защитная оболочка зуба. Состоит эмаль в основном из минеральных неорганических соединений, которые составляют около 97% (среди них кальций, магний, фтор, фосфор, углерод, магний, железо, медь, цинк и др. микроэлементы), воды – 2-3% и примерно 1-2% составляют органические соединения (белки, липиды и углеводы).

Твердость эмали придают органические соединения, однако, несмотря на это эмаль с возрастом становится достаточно хрупкой в виду того, что из нее вымывается вода и органические соединения, такие как фтор и кальций. Поэтому во многих зубных пастах содержится фтор, чтобы при чистке зубов восполнять его естественную потерю.

Эмаль имеет разную толщину, так в области шейки зуба слой эмали составляет всего около 0,01 мм, а на других участках зуба толщина эмали колеблется в пределах 1,7-2 мм. Эмаль полупрозрачная, оттенок ее может быть белого, желтоватого, бледно-серого, розоватого, а визуально цвет эмали определяет дентин. Чаще всего цвет эмали, как и ее структура, передаются по наследству.

Эмаль защищает зубы от внешних механических и температурных воздействий.

Под воздействием различных неблагоприятных факторов, в результате неправильного питания, вредных привычек, при механических травмах зубы вместе с эмалью разрушаются.

Причины, ведущие к повреждению эмали.

Ниже мы рассмотрим основные причины, ведущие к повреждению эмали зубов. Различают внешние и внутренние причины.

К внешним причинам, повреждающим эмаль зубов, относят:

  • механические, такие как: скрежет зубами (бруксизм), из-за различных повреждений, ударов, ушибов, открывание зубами крышек от бутылок, употребление слишком твердых продуктов и пр. – все это ведет к истиранию эмали и к образованию сколов;
  • термические, в результате одновременного приема разнотемпературной пищи, вследствие чего на эмали появляются трещины и разрушается коронка зуба;
  • химические: частое употребление в пищу слишком кислых продуктов (цитрусовые), красящихся напитков ведет к разрушению эмали;
  • плохая гигиена полости рта вызывает воспалительные процессы и кариес.

К внутренним причинам, повреждающим эмаль зубов, относят различные заболевания и плохое питание:

  • гастрит, при котором повышается кислотность желудка и одновременно ухудшается всасывание фосфора и кальция, из-за этого снижается прочность эмали;
  • гипертония. Назначаемые при гипертонии лекарства вызывают сухость во рту в результате своего негативного действия на секрецию слюны. По этой причине бактерии плохо смываются слюной и остаются в ротовой полости, попадая затем в микротрещины и разрушая защитную оболочку зуба;
  • нарушения работы эндокринной системы вызывают проблемы в работе всех органов, в том числе негативно сказываются и на эмали, которая может истончаться и становиться более хрупкой;
  • недостаток кальция приводит к образованию ослабленных участков на эмали зубов, подверженных воздействию патогенных микроорганизмов;
  • нарушения в работе ЖКТ;
  • неправильный прикус вызывает нарушения в структуре эмали;
  • наследственность, в результате патологические изменения структуры эмали могут проявиться уже с детского возраста;
  • неправильное питание приводит к нехватке необходимых для организма витаминов и минералов, что в свою очередь вызывает хрупкость и деминерализацию эмали;
  • чрезмерное употребление сладостей;
  • плохие привычки, такие как курение и алкоголь:
  • переизбыток или недостаток фтора.

Заболевания эмали.

Среди наиболее частых болезней эмали зубов выделяют:

  • патологическую стираемость;
  • клиновидный дефект;
  • трещины;
  • гипоплазию эмали (недоразвитие) и др.

Рассмотрим каждое заболевание более подробно.

Патологическая стираемость эмали возникает в результате воздействия на эмаль постоянного механического трения, которое может проявляться из-за следующих причин: скрежета зубами, неправильного прикуса, неравномерного распределения жевательной нагрузки из-за отсутствия зубов, неправильно изготовленных съемных протезов, а также в результате профессиональных и бытовых воздействий: например при чистке зубов слишком абразивными зубными пастами либо при неаккуратном и слишком усердном использовании зубочисток. Из-за стираемости эмали высота, а также анатомическая форма зуба также уменьшаются.

К патологической стираемости эмали также приводят заболевания щитовидной и паращитовидной железы, гипофиз и другие болезни, связанные с нарушением гормонального фона. По степени стирания различают:

  • незначительную степень стирания бугров и режущего края эмали;
  • стадию стирания, при которой происходит обнажение дентина;
  • обширное стирание эмали и слоя дентина до уровня полости зуба.

Как лечат: при небольших повреждениях эмали применяют реминерализацию эмали, а также проводят ряд ортопедических процедур, таких как исправление прикуса, переделка протезов. В более сложных случаях, при сильных повреждениях применяют имплантацию эмали или пломбирование зубов.

Клиновидный дефект – это заболевание, при котором эмаль поражается в области шейки зуба, а само поражение имеет форму клина. На первоначальной стадии появляются мелкие дефекты в форме трещин, щелей либо незначительных ссадин, которые можно увидеть только с помощью лупы. Со временем дефекты становятся больше и принимают форму клина. Чаще всего клиновидные дефекты встречаются у людей среднего и пожилого возраста, а также у людей с неправильным прикусом из-за неравномерного распределения механической нагрузки. В результате эмаль растрескивается и вылущивается в клинообразной форме.

Также на образование клиновидного дефекта в эмали влияют кислоты, содержащиеся в продуктах, к примеру, в цитрусовых, повышенное выделение желудочной кислоты в ротовую полость (кислотный рефлюкс), различные химические вещества (хлор и др.).

Читайте также:
Сухая стяжка: плюсы и минусы для пола, отзывы

В результате стирания эмали и образования клиновидного дефекта возникает ее повышенная чувствительность к сладким, кислым и соленым продуктам, горячему и холодному.

Как лечат: эмаль восстанавливают различными препаратами, такими как фторсодержащие лаки и мази, снижающие чувствительность эмали, реминерализирующие составы, а также проводят ортопедическое лечение – пломбирование с использованием различных композитных материалов и стеклоиономеров, устанавливают виниры и люминиры и пр.

Гипоплазия эмали – недоразвитие эмали, проявляющееся как на молочных, так и на постоянных зубах. Бывают также случаи, когда эмаль полностью отсутствует на зубе, такое заболевание называется аплазия. При гипоплазии эмали на зубах появляются белесые и пигментированные участки в форме бороздок и углублений, при этом изменяется как форма, так и внешний вид зубов; при аплазии зубы становятся очень чувствительными и болезненно реагируют на различные раздражители. Следствием гипоплазии являются такие болезни зубов и десен как: глубокий кариес, пульпит, формируется неправильный прикус. Гипоплазия молочных зубов – врожденное заболевание, которое возникает в результате патологий, связанных с развитием и формированием плода у будущей матери. Гипоплазия на постоянных зубах связана с нарушением обменных процессов у ребенка с 5-6 месячного возраста и клинически встречается гораздо чаще, чем на молочных зубах, примерно в 40% случаях.

Как лечат: при легких формах гипоплазии проводят лечение кариеса и назначают особо тщательный уход за ротовой полостью. Для устранения косметических дефектов, таких как пятна и точечные углубления на эмали, зубы отбеливают, шлифуют, либо пломбируют, используя композитные материалы. При сильных повреждениях эмали и дентина устанавливают коронки из металлокерамики.

Трещины на эмали могут появляться в результате самых разных причин, их легко заметить – на зубах трещины выглядят в виде тонких полосок разной глубины и располагаются вертикально, горизонтально либо по косой.

Причины, ведущие к образованию трещин в эмали следующие:

  • кариес: сначала на месте пораженного участка появляется небольшое пятнышко, а затем при более глубоком поражении образуется трещина;
  • пародонтит, при котором оголяется корень зуба и на нем могут появиться трещины, так как эмаль в этом месте очень тонкая и легко повреждается;
  • в результате нарушения кислотно-щелочного баланса полости рта из-за болезней желудочно-кишечного тракта, длительного приема лекарственных препаратов;
  • из-за резкой смены температуры принимаемой пищи: к примеру, горячий кофе заедается холодным мороженым и т.п.;
  • курение на морозе также повреждает эмаль в результате смены температуры горячего дыма и вдыхания морозного воздуха;
  • из-за частого отбеливания зубов, так как эмаль повреждается под воздействием агрессивных химических веществ и абразивов;
  • вредные привычки, такие как скрежет зубами, стремление открывать зубами крышки от бутылок, грызть твердые предметы и пищу (орехи, семечки)
  • в результате механического воздействия: различные травмы, удары и ушибы.

Как лечат: при неглубоких поражениях эмали проводят реминерализацию, в случае глубоких трещин и при расколах зуба применяют специальные пластинки-виниры, которые накладывают на поврежденные зубы.

Изменение цвета эмали – дисколорит зубов

Если эмаль потемнела, либо ее цвет изменился, то данный факт свидетельствует о наличии скрытого заболевания. Дисколорит зубов бывает врожденным, который является следствием неправильного развития плода и приобретенным. Приобретенный дисколорит вызывается различными заболеваниями, такими как: некроз пульпы, гипертиреоз, флюороз, болезни надпочечников, гематогенная желтуха, заболевания эндодонта и другие.

Также причиной окрашивания эмали могут быть следующие факторы:

  • примеси минералов и солей, содержащиеся в питьевой воде;
  • внешние неблагоприятные факторы, такие как плохая экология, воздействие на организм химикатов и тяжелых металлов и пр.;
  • механическое воздействие: травмы могут приводить к образованию трещин, через которые в эмаль проникают различные красящие вещества;
  • чрезмерное употребление красящих продуктов и напитков;
  • курение, в результате чего эмаль приобретает коричневый либо почти черный оттенок;
  • прием некоторых лекарств, содержащих соли металлов, некоторых антисептиков;
  • плохая гигиена полости рта приводит к образованию желтого налета на эмали;
  • возрастные изменения эмали, при которых она теряет прозрачность и становится матовой.

Как лечат: для устранения нежелательного цвета эмали применяют разные системы отбеливания зубов, ультразвуковую профессиональную чистку, при сложных случаях используют художественную реставрацию винирами, люминирами. Однако отбеливание эмали лишь первая ступень лечения, для полного устранения заболевания нужно установить его первопричину, для чего вам потребуется квалифицированная помощь врачей.

Способы лечения поврежденной эмали.

Все способы лечения эмали зависят, прежде всего, от степени ее повреждения. Так при незначительных повреждениях эмали, а также для ее укрепления проводят процедуры: фторирование и реминерализацию.

Фторирование. Зубы покрывают специальным фторсодержащим лаком либо гелем, в результате эмаль насыщается молекулами фтора и укрепляется.

Реминерализация. При этом способе восстановления на эмаль также наносится специальное покрытие, содержащее фтор и кальций, которое укрепляет эмаль. Также применяют реминерализацию эмали без фторидов с укрепляющими покрытиями на основе кальция и фосфатов.

Композитная реставрация. После укрепляющих процедур мелкие дефекты эмали закрывают светоотверждаемыми лаками, содержащими оздоравливающие и укрепляющие компоненты. Покрытие композитными лаками необходимо проводить 2 раза в год из-за быстрой стираемости лаков.

Читайте также:
Чем можно заменить прикроватную тумбу

Винирование. В случаях глубоких повреждений эмали и дентина проводят лечение керамическими винирами, которые накладывают на поврежденные зубы, устраняя косметические дефекты и одновременно защищая зубы от механических повреждений. Цвет виниров подбирают максимально близким к цвету эмали зубов.

Отбеливание. Процедуру отбеливания проводят, используя различные современные и щадящие методики, при этом на эмаль наносят специальные высококонцентрированные препараты.

Существуют следующие методики отбеливания:

  • химическое отбеливание с помощью перекиси водорода, результат от которого сохраняется довольно продолжительное время, но при этом одновременно повышается чувствительность эмали;
  • механическое отбеливание при помощи воздушно-абразивной системы. При этом способе эмаль высветляют на несколько тонов путем механической подачи на зуб водной смеси с абразивным порошком и сжатого воздуха;
  • ультразвуковое отбеливание заключается в применении ультразвука и различных отбеливающих препаратов;
  • фотоотбеливание: при данном способе на эмаль наносят раствор, который под действием галогенового света осветляет эмаль;
  • лазерное отбеливание производится при помощи лазера с использованием осветляющих препаратов.

Имплантация эмали. Данная методика считается инновационным и одним из самых эффективных способов восстановления эмали при ее значительных повреждениях. При этом способе на эмаль наносят вещество, которое по своему составу практически не отличается от природной эмали. Наращивание эмали происходит на клеточном уровне и существенным преимуществом является возможность нанесения покрытия на любой поврежденный участок эмали. С помощью имплантации эмали устраняются следующие дефекты:

  • неправильный прикус и неправильная форма зубов;
  • высокая чувствительность эмали;
  • изменение цвета эмали.

Коррозия металлов и способы защиты от нее

Коррозия – это процесс разрушения металлов и металлических конструкций под воздействием различных факторов окружающей среды – кислорода, влаги, вредных примесей в воздухе.

Коррозионная стойкость металла зависит от его природы, характера среды и температуры.

  • Благородные металлы не подвергаются коррозии из-за химической инертности.
  • Металлы Al, Ti, Zn, Cr, Ni имеют плотные газонепроницаемые оксидные плёнки, которые препятствуют коррозии.
  • Металлы с рыхлой оксидной плёнкой – Fe, Cu и другие – коррозионно неустойчивы. Особенно сильно ржавеет железо.

Различают химическую и электрохимическую коррозию.

Химическая коррозия сопровождается химическими реакциями. Как правило, химическая коррозия металлов происходит при действии на металл сухих газов, её также называют газовой.

При химической коррозии также возможны процессы:

Fe + 2HCl → FeCl2 + H2

2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3

Как правило, такие процессы протекают в аппаратах химических производств.

Электрохимическая коррозия – это процесс разрушения металла, который сопровождается электрохимическими процессами. Как правило, электрохимическая коррозия протекает в присутствии воды и кислорода, либо в растворах электролитов.

В таких растворах на поверхности металла возникают процессы переноса электронов от металла к окислителю, которым является либо кислород, либо кислота, содержащаяся в растворе.

При этом электродами являются сам металл (например, железо) и содержащиеся в нем примеси (обычно менее активные металлы, например, олово).

В таком загрязнённом металле идёт перенос электронов от железа к олову, при этом железо (анод) растворяется, т.е. подвергается коррозии:

Fe –2e = Fe 2+

На поверхности олова (катод) идёт процесс восстановления водорода из воды или растворённого кислорода:

2H + + 2e → H2

O2 + 2H2O + 4e → 4OH –

Например, при контакте железа с оловом в растворе соляной кислоты происходят процессы:

Анод: Fe –2e → Fe 2+

Катод: 2H + + 2e → H2

Суммарная реакция: Fe + 2H + → H2 + Fe 2+

Если реакция проходит в атмосферных условиях в воде, в ней участвует кислород и происходят процессы:

Анод: Fe –2e → Fe 2+

Катод: O2 + 2H2O + 4e → 4OH –

Суммарная реакция:

Fe 2+ + 2OH Fe(OH)2

4Fe(OH)2 + O2+ 2H2O → 4Fe(OH)3

При этом образуется ржавчина.

Методы защиты от коррозии

Защитные покрытия

Защитные покрытия предотвращают контакт поверхности металла с окислителями.

  • Катодное покрытие – покрытие менее активным металлом (защищает металл только неповреждённое покрытие).
  • Покрытие краской, лаками, смазками.
  • Создание на поверхности некоторых металлов прочной оксидной плёнки химическим путём (анодирование алюминия, кипячение железа в фосфорной кислоте).

Создание сплавов, стойких к коррозии

Физические свойства сплавов могут существенно отличаться от свойств чистых металлов. Добавление некоторых металлов может приводить к повышению коррозионной стойкости сплава. Например, нержавеющая сталь, новые сплавы с большой коррозионной устойчивостью.

Изменение состава среды

Коррозия замедляется при добавлении в среду, окружающую металлическую конструкцию, ингибиторов коррозии. Ингибиторы коррозии — это вещества, подавляющие процессы коррозии.

Электрохимические методы защиты

Протекторная защита: при присоединении к металлической конструкции пластинок из более активного металла – протектора. В результате идёт разрушение протектора, а металлическая конструкция при этом не разрушается.

Электрохимическая коррозия

Электрохимическая коррозия – самый распространенный вид коррозии. Электрохимическая коррозия возникает при контакте металла с окружающей электролитически проводящей средой. При этом восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекает не одновременно с ионизацией атомов металла и от электродного потенциала металла зависят их скорости. Первопричиной электрохимической коррозии является термодинамическая неустойчивость металлов в окружающих их средах. Ржавление трубопровода, обивки днища морского суда, различных металлоконструкций в атмосфере – это, и многое другое, примеры электрохимической коррозии.

Читайте также:
Строительство душа для дачи

К электрохимической коррозии относятся такие виды местных разрушений, как питтинги, межкристаллитная коррозия, щелевая. Кроме того процессы электрохимической коррозии происходят в грунте, атмосфере, море.

Механизм электрохимической коррозии может протекать по двум вариантам:

1) Гомогенный механизм электрохимической коррозии:

– поверхностный слой мет. рассматривается как гомогенный и однородный;

– причиной растворения металла является термодинамическая возможность протекания катодного или же анодного актов;

– К и А участки мигрируют по поверхности во времени;

– скорость протекания электрохимической коррозии зависит от кинетического фактора (времени);

– однородную поверхность можно рассматривать как предельный случай, который может быть реализован и в жидких металлах.

2) Гетерогенный механизм электрохимической коррозии:

– у твердых металлов поверхность негомогенная, т.к. разные атомы занимают в сплаве различные положения в кристаллической решетке;

– гетерогенность наблюдается при наличии в сплаве инородных включений.

Электрохимическая коррозия имеет некоторые особенности: делится на два одновременно протекающих процесса (катодный и анодный), которые кинетически зависимы друг от друга; на некоторых участках поверхности электрохимическая коррозия может принять локальный характер; растворение основного мет. происходит именно на анодах.

Поверхность любого металла состоит из множества короткозамкнутых через сам металл микроэлектродов. Контактируя с коррозионной средой образующиеся гальванические элементы способствуют электрохимическому его разрушению.

Причины возникновения местных гальванических элементов могут быть самые разные:

1) неоднородность сплава

– неоднородность мет. фазы, обусловленная неоднородностью сплава и наличием микро- и макровключений;

– неравномерность окисных пленок на поверхности за счет наличия макро- и микропор, а также неравномерного образования вторичных продуктов коррозии;

– наличие на поверхности границ зерен кристаллов, выхода дислокации на поверхность, анизотропность кристаллов.

2) неоднородность среды

– область с ограниченным доступом окислителя будет анодом по отношению к области со свободным доступом, что ускоряет электрохимическую коррозию.

3) неоднородность физических условий

– облучение (облученный участок – анод);

– воздействие внешних токов (место входа блуждающего тока – катод, место выхода – анод);

– температура (по отношению к холодным участкам, нагретые являются анодами) и т. д.

При работе гальванического элемента одновременно протекает два электродных процесса:

Анодный – ионы металла переходят в раствор

Происходит реакция окисления.

Катодный – избыточные электроны ассимилируются молекулами или атомами электролита, которые при этом восстанавливаются. На катоде проходит реакция восстановления.

O2 + 2H2O + 4e → 4OH – (кислородная деполяризация в нейтральных, щелочных средах)

O2 + 4H + + 4e → 2H2O (кислородная деполяризация в кислых средах)

2 H + + 2e → H2 (при водородной деполяризации).

Торможение анодного процесса приводит к торможению и катодного.

При соприкосновении двух электропроводящих фаз (например, мет. – среда), когда одна из них заряжена положительно, а другая отрицательно, между ними возникает разность потенциала. Это явление связано с возникновением двойного электрического слоя (ДЭС). Заряженные частицы располагаются несимметрично на границе раздела фаз.

Скачек потенциалов в процессе электрохимической коррозии может происходить из-за двух причин:

При достаточно большой энергии гидратации ионы металла могут отрываться и переходить в раствор, оставляя на поверхности эквивалентное число электронов, которые определяют ее отрицательный заряд. Отрицательно заряженная поверхность притягивает к себе катионы мет. из раствора. Так на границе раздела фаз возникает двойной электрический слой.

На поверхности металла разряжаются катионы электролита. Это приводит к тому, что поверхность мет. приобретает положительный заряд, который с анионами раствора образует двойной электрический слой.

Иногда возникает ситуация, когда поверхность не заряжена и, соответственно, отсутствует ДЭС. Потенциал, при котором это явление наблюдается называется потенциалом нулевого заряда (φN). У каждого металла потенциал нулевого заряда свой.

Величина электродных потенциалов оказывает очень большое влияние на характер коррозионного процесса.

Скачок потенциала между двух фаз не может быть измерен, но при помощи компенсационного метода можно измерить электродвижущую силу элемента (ЭДС), который состоит из электрода сравнения (его потенциал условно принят за ноль) и исследуемого электрода. В качестве электрода сравнения берется стандартный водородный электрод. ЭДС гальванического элемента (стандартный водородный электрод и исследуемый элемент) называют электродным потенциалом. Электродами сравнения могут также выступать хлорсеребряный, каломельный, насыщенный медно-сульфатный.

Международной конвенцией в Стокгольме 1953г. решено при записях электрод сравнения всегда ставить слева. При этом ЭДС рассчитывать, как разность потенциалов правого и левого электродов.

Если положительный заряд внутри системы движется слева направо – ЭДС элемента считается положительной, при этом

где F – число Фарадея. Если положительные заряды будут двигаться в противоположном направлении, то уравнение будет иметь вид:

При коррозии в электролитах самыми распространенными и значимыми являются адсорбционные (адсорбция катионов или анионов на границе раздела фаз) и электродные потенциалы (переход катионов из металла в электролит или наоборот).

Электродный потенциал, при котором металл находится в состоянии равновесия с собственными ионами называется равновесный (обратимый). Он зависит от природы металлической фазы, растворителя, температуры электролита, активности ионов мет.

Равновесный потенциал подчиняется уравнению Нернста:

где, E ο – стандартный потенциал мет.; R – молярная газовая постоянная; n – степень окисления иона мет.; Т – температура; F – число Фарадея;αMe n+ – активность ионов мет.

Читайте также:
Что такое пенетрон и как его использовать. Гидроизоляция пенетрон: технология нанесения, расход

При установленном равновесном потенциале электрохимическая коррозия не наблюдается.

Если по электроду проходит электрический ток – равновесное состояние его нарушается. Потенциал электрода изменяется в зависимости от направления и силы тока. Изменение разности потенц., приводящее к уменьшению силы тока, принято называть поляризацией. Уменьшение поляризуемости электродов называют деполяризацией.

Скорость электрохимической коррозии тем меньше, чем больше поляризация. Поляризация характеризуется величиной перенапряжения.

Поляризация бывает трех типов:

– электрохимическая (при замедлении анодного или катодного процессов);

– концентрационная (наблюдается, когда скорость подхода деполяризатора к поверхности и отвода продуктов коррозии мала);

– фазовая (связана с образованием на поверхности новой фазы).

Электрохимическая коррозия наблюдается также при контакте двух разнородных металлов. В электролите они образуют гальванопару. Более электроотрицательный из них будет анодом. Анод в процессе будет постепенно растворяться. При этом идет замедление или даже полное прекращение электрохимической коррозии на катоде (более электроположительном). Например, при контакте в морской воде дюралюминия с никелем интенсивно растворятся будет именно дюралюминий.

Причины электрохимической коррозии и способы защиты металла

Электрохимическая коррозия металлов – одна из насущных проблем человечества с того момента, как в производстве различных, необходимых человеку предметов, стали использоваться изделия из металла. Проблема защиты металлов от коррозии всегда стояла остро, потому что под действием разрушительных процессов окисления предметы теряли функциональность, деформировались и приходили в негодность, и нужно было искать способы их защиты.

Когда химия выделилась в отдельную науку, а использование металлов стало приобретать широкое промышленное значение, человечество начало исследовать эти процессы и искать способы борьбы с разрушениями от внешних воздействий.

Что такое коррозия

Процесс разрушения верхнего слоя металлического материала под влиянием внешних воздействий называется коррозией в широком смысле.

Термин коррозия в данном случае – только характеристика того, что металлическая поверхность вступает в химическую реакцию и теряет под её влиянием свои изначальные свойства.

4 основных признака, по которым можно определить, что этот процесс существует:

  • процесс, развивающийся на поверхности, и со временем проникающий внутрь металлического изделия;
  • реакция возникает самопроизвольно от того, что нарушается устойчивость термодинамического баланса между окружающей средой и системой атомов в сплаве или монолите;
  • химия воспринимает этот процесс не просто, как реакцию разрушения, но как реакцию восстановления и окисления: при вступлении в реакцию одни атомы замещают другие;
  • свойства и особенности метала при такой реакции претерпевают значительные изменения, или утрачиваются там, где она происходит.

Виды коррозии

В зависимости от типа металла и окислительно-восстановительной реакции, происходящей с ним, коррозия может быть:

  • равномерной или неравномерной;
  • местной и точечной (отдельные участки почему-либо вступили в реакцию, а другие – нет);
  • язвенной, известной еще как питтинг;
  • подповерхностной;
  • растрескивающейся;
  • межкристаллической, возникающая вдоль границ кристалла металла.

Также в зависимости от того, какие именно внешние факторы воздействуют на поверхность, коррозия бывает химической и электрохимической. Химическая коррозия происходит в результате некоторых реакций под влиянием химических взаимодействий, но без участия электрического тока, и может быть присуща даже нефти и газу. Электрохимическая отличается определенными процессами, она более сложная, чем химическая.

На видео: коррозия металлов.

Причины и признаки электрохимической коррозии

Электрохимическая коррозия отличается от химической тем, что процесс разрушения проходит в системе электролитов, отчего внутри этой системы возникает электрический ток. Два сопряжённых процесса, анодный и катодный, приводят к удалению из кристаллической решетки металла неустойчивых атомов. Ионы при анодном переходят в раствор, а электроны от анодного процесса попадают в ловушку к веществу-окислителю и связываются деполяризатором.

Таким образом, деполяризация – это отвод с катодных участков свободных электронов, а деполяризатор – вещество, которое отвечает за этот процесс. Основные реакции происходят с участием водорода и кислорода в роли деполяризаторов.

Существует множество примеров электрохимической коррозии разного типа, которая оказывает воздействие на металлические поверхности в природе и проходит под влиянием различных условий. Водород при этом работает в кислой среде, а кислород – в нейтральной.

Практически все металлы подвергаются электрохимической коррозии, и по этому признаку их разбивают на 4 группы, определяют величину их электродного потенциала:

  • активные коррозируют даже в той среде, где нет окислителей;
  • среднеактивные вступают в реакцию окисления в кислотной среде;
  • малоактивные не вступают в реакцию при отсутствии окислителей и в нейтральных, и в кислых средах;
  • не вступают в реакцию — высокой стабильности (благородные металлы, палладий, золото, платина, иридий).

Самый распространенный вид электрохимической коррозии – атмосферная.

Но эта же реакция может протекать и в воде, в растворах оснований, солей и кислот. В узкоспециальном различии атмосферной коррозии различают почвенную и аэрационную, морскую и биологическую (протекающую под воздействием бактерий).

Есть даже электрическая коррозия, которая протекает под воздействием электрического тока, и является результатом работы блуждающих токов, возникающих там, где электрический ток используется человеком для осуществления определенной деятельности.

Гомогенная металлическая поверхность при этом разрушается из-за термодинамической неустойчивости к окружающей среде. А гетерогенная – из-за состава кристаллической решётки, в которой атомы одного металла держатся плотнее, чем атомы инородных вкраплений. Эти реакции отличаются скоростью протекания ионизации ионов, и восстановления окислительных компонентов окружающей среды.

Читайте также:
Техноблок «ТехноНИКОЛЬ»: технические характеристики и плотность, продукция «Стандарт» размером 1200х600х50 мм, отзывы мастеров

Разрушение металлических поверхностей при электрохимической коррозии состоит в одновременном протекании двух процессов: анодного и катодного, и отличия процессов состоят в том, что растворение происходит на анодах, которые и контактируют с окружающей средой через множество микроэлектродов, которые входят в состав поверхности любого металла и замкнуты на себя.

Характерными примерами электрохимической коррозии можно считать протекание коррозионных процессов на днищах морских судов или в атмосфере на металлических конструкциях.

Необходимость антикоррозионной защиты

Защита металла от воздействий, которые разрушающе действуют на его поверхность – одна из основных задач, возникающих перед теми людьми, которые работают с механизмами, агрегатами и машинами, морскими судами и строительными процессами.

Любой металл, кроме благородных, в той или иной степени, подвергается воздействию разрушительных процессов.

Чем активнее эксплуатируется устройство или деталь, тем больше шансов у нее подвергнуться разрушительному воздействию и атмосферных условий, жидкостей, с которыми приходится сталкиваться в процессе работы. Над защитой металла от коррозии работают многие отрасли науки и промышленного производства, но основные способы остаются при этом неизменными, и состоят в создании защитных покрытий:

  • металлических;
  • неметаллических;
  • химических.

Неметаллические покрытия создаются с помощью органических и неорганических соединений, их принцип действия достаточно эффективен и отличается от остальных типов защиты. Для создания неметаллической защиты в промышленном и строительном производстве используются лакокрасочные составы, бетон и битум и высокомолекулярные соединения, особенно активно взятые на вооружение в последние годы, когда больших высот достигла химия полимеров.

Химия внесла свой вклад в создание защитных покрытий методами:

  • оксидирования (создания защитной пленки на металле с помощью оксидных пленок);
  • фосфатирования (фосфатных пленок);
  • азотирования (насыщения поверхности стали азотом);
  • цементации (соединения с углеродом);
  • воронения (соединения с органическими веществами);
  • изменения состава металла путем введения в него антикоррозийных добавок);
  • модификации окружающей коррозийной среды путем введения ингибиторов, влияющих на нее.

Электрохимическая защита от коррозии – это процесс, обратный электрохимической коррозии. В зависимости от смещения потенциала металла в положительную или отрицательную стороны, различают анодную и катодную защиту. Путем подсоединения к металлическому изделию протектора или источника постоянного тока на металлической поверхности создается катодная поляризация, которая и препятствует разрушению металла через анод.

Электрохимические методы защиты состоят в двух вариантах:

  • металлическое покрытие защищено другим металлом, у которого более отрицательный потенциал (то есть, защищающий металл менее устойчив, чем защищаемый), и это называется анодное покрытие;
  • покрытие нанесено из менее активного металла, и тогда он является и называется катодным.

Анодная защита от коррозии – это, например, оцинкованное железо. Пока не израсходуется весь цинк с защитного слоя, железо будет в относительной безопасности.

Защита катодным способом – это никелирование или нанесение меди. В этом случае разрушение защитного слоя приводит и к разрушению того слоя, который он защищает. Присоединение протектора для предохранения металлического изделия ничем не отличается от протекания реакции в других случаях. Протектор выступает в роли анода, а то, что находится под его протекторатом, остается в сохранности, используя созданные ему условия.

Способы защиты металла

Электрохимическая коррозия – одно из основных препятствий, которые встречаются на пути человеческой деятельности. Защита от воздействия разрушительных процессов и их протекания на поверхности конструкций и сооружений – одна из перманентных и насущных задач любого промышленного производства, и любой бытовой деятельности человека.

Разработано несколько способов такой защиты, и все они активно применяются в повседневном цикле жизнедеятельности:

  • Электрохимическая защита – электролитическое по принципу работы использование химических закономерностей, защищает металл с помощью анодного, катодного и протекторного принципа.
  • Э лектроискровая обработка с использованием различных установок – бесконтактных, контактных, анодно-механических.
  • Электродуговое напыление – основное преимущество в толщине наносимого слоя и относительной дешевизне производимого процесса.
  • Эффективная антикоррозийная обработка – удаление загрязнений и очистка обрабатываемой поверхности, с последующим нанесением на поверхность сначала противокоррозионного, а затем и дополнительного защитного слоя.

Все эти способы наработаны в процессе деятельности человека с целью защиты инструментария, средств передвижения и транспортировки на стыке нескольких промышленных отраслей, и с использованием научных достижений.

Электрохимическая коррозия, которая является естественным процессом разрушения поверхности металла под воздействием нейтральных или агрессивных факторов окружающей среды, представляет собой сложную проблему. Убытки от нее терпят и машиностроительные, и транспортные, и промышленные предприятия, средства передвижения. И это проблема, которая требует ежедневного разрешения.

Подробнее о коррозии и ее процессах (1 видео)

Причины, особенности и методы защиты от электрохимической коррозии

Среди всех существующих видов разрушения металлов наиболее часто встречается электрохимическая коррозия, которая возникает в результате его взаимодействия с электролитически проводящей средой. Основная причина данного явления – это термодинамическая неустойчивость металлов в средах, которые их окружают.

Этому виду коррозии подвержены многие объекты и конструкции:

  • газовые и водные трубопроводы;
  • элементы транспортных средств;
  • другие конструкции, изготовленные из металла.

Коррозийные процессы, то есть, ржавчина, могут возникать в атмосфере, в грунте, и даже в соленой воде. Очистка металлоконструкций от проявлений электрохимической коррозии является сложным и длительным процессом, поэтому проще предотвратить ее возникновение.

Читайте также:
Сокол штукатурный: назначение, виды, технология применения

Основные разновидности

При коррозии в электролитах происходит преобразование химической энергии в электрическую. В связи с этим ее называют электрохимической. Принято различать следующие виды электрохимической коррозии.

Межкристаллитная

Под межкристаллитной коррозией подразумевается такое опасное явление, при котором происходит разрушение границ зерна никеля, алюминия и других металлов избирательным образом. Как следствие, прочностные и пластичные свойства материала утрачиваются. Главная опасность этой разновидности коррозии в том, что далеко не всегда она заметна визуально.

Питтинговая

Питтинговая электрохимическая коррозия представляет собой точечное поражение отдельных участков поверхности меди и других металлов. В зависимости от характера поражения, различают закрытый, открытый, а также поверхностный питтинг. Размеры пораженных участков могут варьироваться от 0,1 мм до 1,5 мм.

Щелевая

Щелевой электрохимической коррозией принято называть усиленный процесс разрушения металлических конструкций в местах расположения щелей, зазоров и трещин. Протекание щелевой коррозии может происходить в воздушной атмосфере, газовых смесях, а также морской воде. Данный вид разрушения характерен для газопроводов, днищ морских судов и многих других объектов.

Распространено протекание коррозии в условиях небольшого количества окислителя из-за затрудненного подхода к стенкам щели. Это приводит к накоплению коррозийных продуктов внутри зазоров. Электролит, содержащийся во внутреннем пространстве зазора, может изменяться под воздействием гидролиза продуктов коррозии.

С целью защиты металлов от щелевой коррозии принято применять несколько методов:

  • уплотнение зазоров и щелей;
  • электрохимическая защита;
  • процесс ингибирования.

В качестве профилактических методов следует использовать только те материалы, которые в наименьшей степени подвержены возникновению ржавчины, а также изначально грамотно и рационально конструировать газопроводы и другие важные объекты.

Грамотная профилактика во многих случаях представляет собой более простой процесс, чем последующая очистка металлоконструкций от въевшейся ржавчины.

Как проявляется коррозия разных видов

В качестве примера протекания коррозийного процесса можно привести разрушение различных приборов, компонентов автомобилей, а также любых конструкций, произведенных из металла и расположенных:

  • в атмосферном воздухе;
  • в водах – моря, реки, содержащиеся в почве и под слоями грунта;
  • в технических средах и т.д.

В процессе ржавления металл становится многоэлектронным гальваническим элементом. Так, например, если в электролитической среде происходит контакт меди и железа, медь является катодом, а железо – анодом. Отдавая электроны меди, железо в виде ионов попадает в раствор. Ионы водорода начинают двигаться по направлению к меди и там разряжаются. Становясь все более и более отрицательным, катод вскоре приравнивается к потенциалу анода, в результате чего коррозийный процесс начинает замедляться.

Разные виды коррозии проявляются по-разному. Более интенсивно электрохимическая коррозия проявляется в тех случаях, когда в катоде присутствуют вкрапления металла с меньшей активностью по сравнению с корродирующим – на них ржавчина появляется быстрее и является довольно выразительной.

Протекание атмосферной коррозии происходит в условиях влажного воздуха и обычной температуры. В данном случае на поверхности металла образуется пленочка из влаги с растворенным кислородом. Процесс разрушения металла становится интенсивнее по мере увеличения влажности воздуха и содержания газообразных оксидов углерода и серы при условии наличия:

  • трещин;
  • шероховатостей;
  • других факторов, провоцирующих облегчения процесса конденсации.

Почвенная коррозия в наибольшей степени поражает разнообразные подземные сооружения, газопроводы, кабели и другие конструкции. Разрушение меди и других металлов происходит по причине их тесного соприкосновения с почвенной влагой, в составе которой также присутствует растворенный кислород. Разрушение трубопроводов может произойти уже спустя полгода с момента их строительства в том случае, если для почвы, в которой они установлены, характерна повышенная кислотность.

Под воздействием блуждающих токов, исходящих от посторонних объектов, возникает электрическая коррозия. Ее главными источниками являются электрические железные дороги, линии электропередач, а также специальные установки, функционирующие на постоянном электротоке. В большей степени данный вид коррозии провоцирует разрушение:

  • газопроводов;
  • всевозможных сооружений (мосты, ангары);
  • электрокабелей;
  • нефтепроводов.

Действие тока провоцирует возникновение участков входа и выхода электронов – то есть, катодов и анодов. Наиболее интенсивным разрушительный процесс является именно на участках с анодами, поэтому на них ржавчина более заметна.

Коррозия отдельных компонентов газопроводов и водяных трубопроводов может быть вызвана тем, что процесс их инсталляции является смешанным, то есть, происходит с использованием различных материалов. Наиболее частыми примерами является точечная коррозия, возникающая в элементах из меди, а также коррозия биметаллов.

При смешанной установке железных элементов со сплавами меди и цинка, процесс коррозии отличается меньшей степенью критичности, чем при медном литье, то есть со сплавами меди, цинка и олова. Предотвратить коррозию трубопроводов можно, используя специальные методы.

Способы защиты от ржавления

Для борьбы с коварной ржавчиной применяются различные методы. Рассмотрим те из них, который являются наиболее эффективными.

Способ №1

Один из самых популярных методов – это электрохимическая защита чугуна, стали, титана, меди и других металлов. На чем же она основывается?

Электрохимическая обработка металлов представляет собой особый способ, направленный на изменение формы, размеров и шероховатости поверхности путем анодного растворения в электролите под воздействием электротока.

Чтобы обеспечить надежную защиту от ржавчины, необходимо еще перед началом эксплуатации металлических изделий обрабатывать их особым средствами, которые в своем составе содержат различные компоненты органического и неорганического происхождения. Данный метод позволяет предотвратить появление ржавчины на определенное время, однако позже придется обновлять покрытие.

Читайте также:
Технология укладки брусчатки под автомобиль

Схема катодной защиты трубопроводов

Электрозащита представляет собой процесс, при котором металлическая конструкция подключается к внешнему источнику постоянного электрического тока. В результате этого на ее поверхности формируется поляризация электродов катодного типа, и все анодные области начинают преобразовываться в катодные.

Электрохимическая обработка металлов может происходить с участием анода или катода. В некоторых случаях происходит попеременная обработка металлического изделия обоими электродами.

Катодная защита от коррозии необходима в тех ситуациях, когда у металла, подлежащего защите, не наблюдается предрасположенность к пассивации. К металлическому изделию подключается источник внешнего тока – специальная станция катодной защиты. Данный метод подходит для защиты газопроводов, а также трубопроводов водоснабжения и отопления. Однако есть у этого метода определенные недостатки в виде растрескивания и разрушения защитных покрытий – это происходит в случаях значительного смещения потенциала объекта в отрицательную сторону.

Способ №2

Электроискровая обработка металлов может осуществляться при помощи установок различных типов – бесконтактной, контактной, а также анодно-механической.

Способ №3

Для надежной защиты газопроводов и других трубопроводов от ржавчины часто применяется такой метод, как электродуговое напыление. Преимущества данного способа очевидны:

  • значительная толщина защитного слоя;
  • высокий уровень производительности и надежности;
  • применение относительно недорогого оборудования;
  • несложный технологический процесс;
  • возможность применения автоматизированных линий;
  • невысокие энергетические затраты.

Среди недостатков данного метода – невысокая эффективность при обработке конструкций в коррозийных средах, а также недостаточная прочность сцепления со стальной основой в некоторых случаях. В любых других ситуациях такая электрозащита очень эффективна.

Способ №4

Для защиты разнообразных металлических конструкций – газопроводов, мостовых сооружений, всевозможных трубопроводов – требуется эффективная антикоррозийная обработка.

Данная процедура осуществляется в несколько этапов:

  • тщательное удаление жировых отложений и масел с применением эффективных растворителей;
  • очистка обрабатываемой поверхности от солей, растворимых в воде, – выполняется при помощи профессиональных аппаратов высокого давления;
  • удаление имеющихся конструкционных погрешностей, выравнивание кромок – это необходимо для предотвращения сколов наносимого лакокрасочного покрытия;
  • тщательная очистка поверхности при помощи пескоструйного аппарата – это делается не только для удаления ржавчины, но и для придания нужной степени шероховатости;
  • нанесение противокоррозийного материала и дополнительного защитного слоя.

Правильная предварительная обработка газопроводов и всевозможных металлоконструкций обеспечит им надежную защиту от электрохимической коррозии в процессе эксплуатации.

X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум – 2018

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ И ЗАЩИТА ОТ НЕЁ

  • Авторы
  • Файлы работы
  • Сертификаты

Коррозия – самопроизвольное разрушение материалов вследствие их физико-химического взаимодействия с окружающей средой (агрессивной атмосферой, морской водой, растворами кислот, щелочей, солей, различными газами и т.п.).

Актуальность темы работы: коррозия металлов наносит государству большой экономический ущерб и может приводить к аварийным ситуациям, угрожающим жизни и здоровью людей.

Разработка эффективных методов защиты металлов от коррозии приведет к уменьшению материальных потерь в результате коррозии трубопроводов, деталей машин, судов, мостов, морских конструкций и т.д. Не менее важной задачей является повышение надежности оборудования, которое в результате коррозии может разрушаться с катастрофическими последствиями, к примеру, паровые котлы, металлические контейнеры, сосуды высокого давления, мосты, детали самолётов. Надёжность является важнейшим условием при разработке оборудования АЭС и систем захоронения радиоактивных отходов. Большое значение имеет сохранность металлического фонда, мировые ресурсы которого ограничены. Кроме того, человеческий труд, затрачиваемый на проектирование и реконструкцию металлического оборудования, пострадавшего от коррозии, может быть направлен на решение других общественно полезных задач.

Цель работы: изучить сущность электрохимической коррозии металлов и способы защиты металлов от коррозии.

– изучить виды коррозии металлов;

– изучить механизм электрохимической коррозии;

– изучить методы защиты металлов от коррозии;

– провести экспериментальное исследование процесса коррозии металлов.

Теоретическаячасть

Электрохимическая коррозия – взаимодействие металла с коррозионной средой, при котором ионизация металла и восстановление окислителя протекают раздельно, но являются сопряженными процессами, сопровождающимися протеканием электрического тока. Электрохимическая коррозия следует законам электрохимической кинетики, и её скорость зависит от величины электродного потенциала. Электрохимическая коррозия может иметь место только в электропроводных системах материал – среда, т.е. для металлических материалов – в растворах и расплавах электролитов.

Причиной ее возникновения является химическая, энергетическая и другие виды неоднородности поверхности любого металла или сплава, т.е. разделение на катодные и анодные участки. Последние, имея очень малые размеры и чередуясь друг с другом, в токопроводящей среде представляют собой совокупность огромного числа короткозамкнутых микрогальванических элементов, поэтому электрохимическую коррозию часто называют гальванической коррозией.

Процессы электрохимической коррозии протекают в водных растворах. При соприкосновении металлической поверхности с раствором электролита происходит взаимодействие металла с заряженными частицами раствора и переход ионов металла в раствор. Согласно теории А.Н. Фрумкина, при взаимодействии металла и раствора протекают два сопряженных процесса:

Читайте также:
Установка акрилового вкладыша в ванну своими руками

1. Переход ионов из металла в раствор с образованием гидратированных ионов (анодный процесс): Me + mН2O = Меn + · mН2O + ne

2. Переход ионов из раствора с выделением их на поверхности металла в виде нейтральных атомов, входящих в состав кристаллической решетки металла (катодный процесс): Меn + · mН2O + ne = Ме + mН2O

Поверхность любого металла состоит из множества короткозамкнутых через сам металл микроэлектродов. Контактируя с коррозионной средой образующиеся гальванические элементы способствуют его электрохимическому разрушению.

Отличительными особенностями электрохимического процесса коррозии являются следующие:

– одновременное протекание двух раздельных процессов − окислительного (растворение металла) и восстановительного (выделение водорода, восстановление кислорода, выделение металла из раствора и др.);

– процесс растворения металла сопровождается направленным перемещением электронов в металле и ионов в электролите, т.е. возникновением электрического тока;

– продукты коррозии образуются в результате вторичных реакций.

Окислительно−восстановительные процессы, протекающие при электрохимической коррозии, могут быть представлены в виде следующих реакций:

Ме − nē→ Меn + (анодный процесс) (1)

R(ox) + nē → Rn – (катодный процесс), (2)

где R(ox) – окислитель;

Rn – (red) – восстановленная форма окислителя;

nē – количество переданных электронов.

В качестве примера электрохимической коррозии можно привести процесс окисления (ржавления) железа под воздействием воды:

А(–) Fe − 2ē → Fе 2+ (анодный процесс – растворение железа) К(+) H2O + ½О2 +2ē → 2OH – (катодный процесс – восстановление кислорода)

Fe 2+ + 2OH – → Fe(OH)2 (образование продуктов коррозии)

Реакции (1) и (2) протекают сопряженно, но подчиняются своим кинетическим закономерностям. При этом необходимо соблюдение условий стационарности процесса, т.е. равенства скоростей окисления металла и восстановления окислителя. Данные реакции могут быть территориально разделены – протекать на разных участках поверхности. Из условий стационарности вытекает, что достаточно затормозить одну из сопряженных реакций, чтобы скорость всего процесса уменьшилась.

Виды электрохимической коррозии:

Коррозия в кислой среде.

Железо в кислой среде окисляется до Fe 2+ .

Процессы окисления-восстановления на электродах:А (–) Fe 0 – 2ē → Fe 2+ │1 – процесс окисления на аноде К (+) 2Н + + 2ē → Н2↑ │1 – процесс восстановления на катоде

Суммируя реакции на аноде и катоде, получаем уравнение, которое в ионной форме, выражает происходящую в гальванической паре реакцию: Fe 0 + 2H + → Fe 2+ + Н2

Уравнение электрохимической коррозии в молекулярной форме:Fe + H2SO4 → FeSO4 + Н2

Схема коррозионного элемента: А (–) Fe | Fe 2+ ||2H + | H2 (+) К

Коррозия в атмосфере влажного воздуха.

Процессы окисления-восстановления на электродах: А (–) Fe 0 – 2ē → Fe 2+ │2 – процесс окисления на аноде К (+) 2H2O + О2 + 4ē → 4OH – │1 – процесс восстановления на катоде

Суммируя реакции на аноде и катоде, получаем уравнение, которое в ионной форме, выражает происходящую в гальванической паре реакцию:2Fe 0 + 2H2O + О2 → 2Fe 2+ + 4OH –

Уравнение электрохимической коррозии в молекулярной форме:2Fe + 2H2O + О2 → 2Fe(OH)2

Схема коррозионного элемента:

Коррозия в морской воде.

А (–) Fe 0 -2ē → Fe 2+

Схема коррозионного элемента: А (–) Fe | Fe 2+ ||2H2O | H2; 2OH – (+) К

Основным отличием процессов электрохимической коррозии от процессов в гальваническом элементе является отсутствие внешней цепи. Электроны в процессе коррозии не выходят из корродирующего металла, а двигаются внутри металла.

Процесс отвода электронов с катодных участков называется деполяризацией. Вещества, при участии которых осуществляется деполяризация, называются деполяризаторами. На практике чаще всего приходится встречаться с двумя типами деполяризации: водородной и кислородной.

В кислой среде электрохимическая коррозия протекает с водородной деполяризацией. Рассмотрим коррозию железной пластинки с примесями меди во влажной хлористоводородной атмосфере. В этом случае железо будет анодом (E°= –0,44В), а медь – катодом (E°=+0,34В). На анодном участке будет происходить процесс окисления железа, а на катодном – процесс деполяризации ионами водорода, которые присутствуют в электролите:

А (–) Fe – 2ē → Fe 2+ – окисление

К (+) 2H + + 2ē → H2↑ – восстановление

Схема возникающего короткозамкнутого гальванического элемента выглядит следующим образом:

A (–) Fe | HCl | Cu (+) К

В нейтральной среде коррозия протекает с кислородной деполяризацией, т.е. роль деполяризатора выполняет кислород, растворенный в воде. Этот вид коррозии наиболее широко распространен в природе: он наблюдается при коррозии металлов в воде, почве и в незагрязненной промышленными газами атмосфере. Если коррозии во влажном воздухе подвергается железо с примесями меди, то электродные процессы можно записать в виде:

А (–) Fe – 2ē → Fe 2+ – окисление

К (+) 2H2O + O2 + 4ē → 4OH – – восстановление

Схема короткозамкнутого гальванического элемента:

У поверхности металла в электролите протекают следующие реакции:

Методы защиты металлов от коррозии

При разработке методов защиты от коррозии используют различные способы снижения скорости коррозии, которые выбираются в зависимости от характера коррозии и условий ее протекания. Выбор того или иного способа определяется его эффективностью, а также экономической целесообразностью.

Читайте также:
Советы по выбору алюминиевых радиаторов отопления

В зависимости от причин, вызывающих коррозию, различают следующие методы защиты.

1) Легирование. Применяется для изменения или улучшения физических и химических свойств металлов, сплавов. В особенности, для придания металлам и сплавам повышенной коррозионной стойкости. Металл, подвергшийся легированию, называется легированным.

2) Наиболее распространены неметаллические защитные покрытия эмали, лаки, краски, пластмассы, различные смолы, полимеры. Защитное действие этих покрытий сводится в основном к изоляции металлов от окружающей среды. Достоинство этого способа защиты – простота технологии их нанесения. Недостаток – легко разрушаются из-за хрупкости и растрескивания при тепловых и механических ударах; эти покрытия защищают до тех пор, пока сохраняется их целостность.

3) Металлические защитные покрытия.

Классифицируя металлопокрытия по способу защиты основного металла, их обычно подразделяют на катодные и анодные.

Анодные покрытия. Если на металл нанести покрытие из другого, более электроотрицательного металла, то в случае возникновения условий для электрохимической коррозии разрушаться будет покрытие, т.к. оно будет выполнять роль анода. В этом случае покрытие называется анодным. Примером анодного покрытия может служить хром, нанесенный на железо. В случае нарушения целостности покрытия при контакте с влажным воздухом будет работать гальванический элемент:

на аноде: Cr – 2ē → Cr 2+

Cr 2+ + 2 OH – → Cr(OH)2

Гидроксид хрома (II) окисляется кислородом воздуха до Cr(OH)3:

Катодные покрытия. У катодного покрытия стандартный электродный потенциал более положителен, чем у защищаемого металла. Пока слой покрытия изолирует металл от окружающей среды, электрохимическая коррозия не протекает. При нарушении целостности катодного покрытия оно перестает защищать металл от коррозии. Более того, оно даже интенсифицирует коррозию основного металла, т.к. в возникающей гальванопаре анодом служит основной металл, который будет разрушаться. В качестве примера можно привести оловянное покрытие на железе (луженое железо). Рассмотрим работу гальванического элемента, возникающего в этом случае (например, в атмосфере влажного воздуха).

на аноде: Fe – 2ē → Fe 2+

Fe 2+ + 2 OH – → Fe(OH)2

Разрушается защищаемый металл. Таким образом, при сравнении свойств анодных и катодных покрытий можно сделать вывод, что наиболее эффективными являются анодные покрытия. Они защищают основной металл даже в случае нарушения целостности покрытия, тогда как катодные покрытия защищают металл лишь механически.

4) Электрохимическая защита перевод металла в коррозионно-устойчивое со­стояние путём торможения катодных и анодных реакций коррозионного процесса электрохимическими методами. Различают три вида электрохимической защиты: катодная, протекторная и анодная.

Катодная защита. Суть катодной защиты заключается в том, что защищаемое изделие подключается к отрицательному полюсу источника электрического напряжения, т.о. становится катодом. В качестве противоэлектрода используется металлический лом или графит.

Протекторная защита. Суть протекторной защиты состоит в следующем. К изделию, подвергающемуся электрохимической коррозии, присоединяют деталь-протектор из более активного металла, чем металлы изделия: протектор является анодом и будет разрушаться, а изделие останется неизменным.

Анодная защита. Анодная защита используется только для тех металлов, которые при анодной нагрузке способны образовывать на своей поверхности пассивные оксидные или солевые пленки, защищающие металл от коррозии, например, железо в серной кислоте. Анодная защита отличается от катодной тем, что защищаемая конструкция присоединяется к положительному полюсу внешнего источника тока.

5) Обработка внешней среды, в которой протекает коррозия. Сущность метода заключается либо в удалении из окружающей среды тех веществ, которые выполняют роль деполяризатора, либо в изоляции металла от деполяризатора. Максимально замедлить процесс коррозии можно путем введения в окружающую среду специальных веществ – ингибиторов. Механизм действия ингибиторов заключается в том, что их молекулы адсорбируются на поверхности металла, препятствуя протеканию электродных процессов.

Данные способы защиты находят широкое применение в промышленности в силу многих своих преимуществ – уменьшения потерь материалов, увеличения толщины покрытия, наносимого за один слой, уменьшения расхода растворителей, улучшение условий производства окрасочных работ и т.д. Защита от коррозии является одной из важнейших проблем, имеющей большое значение для народного хозяйства.

Задачи практической части работы:

– исследовать влияние различных сред на коррозию железа;

– изучить электрохимическую коррозию при контакте металлов;

– ознакомиться с защитными свойствами анодных и катодных покрытий.

Опыт 1. Изучение влияния среды на коррозию железа

Посуда и реактивы: пять химических пробирок, пять железных гвоздей, водопроводная вода, дистиллированная вода, 0,1н раствор хлорида натрия, 0,1н раствор гидроксида натрия, 0,1н раствор соляной кислоты.

Порядок выполнения работы

Пять одинаковых железных гвоздей опускают в пять пробирок. В первую пробирку приливают 0,1н раствор NaCl, во вторую – 0,1н раствор NaOH, в третью – 0,1н раствор HCl, в четвертую – дистиллированную воду, в пятую – водопроводную воду. Закрывают пробирки пробками и в течение месяца наблюдают за происходящими изменениями.

Результаты исследования представлены в таблице.

Электрохимическая защита — основные понятия, принцип работы

Электрохимическая коррозия — распространенный вид коррозионного процесса, возникающий при взаимодействии металлоконструкции с окружающей средой. Явление вызвано термодинамической неустойчивостью металлов в окружающих их средах и наличия в них блуждающих токов.

Блуждающие токи, появляющиеся в грунте при его использовании как токопроводящей среды, несут с собой опасность для трубопроводов из металла. Под их воздействием трубы разъедает ржавчина, возникает течь — в результате металлические сооружения разрушаются и приходят в негодность.

Читайте также:
Строительство навеса с односкатной крышей: как построить своими руками

Продлить период службы трубопроводов и прочих подземных металлических сооружений позволяет строительство электрохимзащиты. Это один из самых надежных способов предохранения металлоконструкций от электрохимической коррозии.

Понятие электрохимической защиты

Электрохимическая защита оборудования и сооружений из металлов — комплекс мероприятий, предпринимаемых с целью предотвращения коррозионных процессов, поддержания работоспособности защищаемых объектов в период эксплуатации. Основной результат от использования средств ЭХЗ — охрана инженерных коммуникаций от воздействия коррозии, влекущей огромные экономические потери из-за преждевременного износа оборудования.

Суть ЭХЗ состоит в управлении токами коррозии, всегда образующимися при контакте металлоконструкции и электролита. Посредством электрохимзащиты анодная разрушающаяся зона переходит с защищаемого объекта на анодное заземление или стороннее изделие из более активного металла. В результате смещения электродного потенциала металла распространение коррозии останавливается.

Главное при устройстве электрохимзащиты — обеспечить обязательный контакт защищаемого сооружения и внешнего анода с помощью металлического кабеля или контакта и электролита. Электрическая цепь, в которую входит защищаемый объект, кабель ЭХЗ, анод и электролит, должна замкнуться — в противном случае защитного тока в системе не возникнет.

Типы ЭХЗ

Различают 2 вида ЭХЗ от коррозии:

  • анодная;
  • катодная и ее разновидность — протекторная.

Анодная

При анодной защите потенциал металла смещается в положительную сторону. Ее эффективность зависит от свойств металла и электролита. Методика используется для конструкций из углеродистых, высоколегированных и нержавеющих сталей, титановых сплавов и различных пассивирующихся металлов. Такая ЭХЗ отлично решает поставленные задачи в средах, хорошо проводящих ток.

Анодная электрохимзащита применяется реже, чем катодная, поскольку к защищаемому объекту выдвигается немало строгих требований. Однако у нее есть свои преимущества: значительное замедление скорости коррозионного процесса, исключение возможности попадания продуктов коррозии в среду или производимую продукцию. Оборудование ЭХЗ этого типа выбирают на основе малорастворимых элементов: платины, нержавеющих высоколегированных сплавов, никеля, свинца.

Анодная защита реализуется различными способами: смещением потенциала в положительную сторону посредством источника внешнего тока или введением окислителей в коррозионную среду.

Катодная

Катодная электрохимзащита используется в случаях, когда металлу не присуща склонность переходить в пассивное состояние. Ее суть заключается в приложении к металлоизделию внешнего тока от отрицательного полюса, поляризующего катодные участки, тем самым приближая показатель потенциала к анодным. Положительный полюс, который имеет источник тока, присоединяется к аноду, за счет чего коррозия защищаемого объекта минимизируется. При этом анод постепенно разрушается, требуя замены.

Катодная защита может быть реализована различными способами:

  • поляризация от внешнего источника электротока;
  • снижение скорости протекания катодного процесса;
  • контакт с металлом, потенциал коррозии у которого в этой среде более электроотрицательный.

Поляризация от источника электротока, расположенного снаружи, часто используется при защите конструкций, находящихся в воде или почве. Этот вид системы ЭХЗ применяется для олова, алюминия, цинка, углеродистых и легированных сталей. В качестве внешнего источника тока выступают станции катодной защиты.

Протекторная

Строительство ЭХЗ протекторного типа подразумевает применение протектора. В этом случае к защищаемому сооружению присоединяют металл, имеющий более электроотрицательный потенциал. В результате разрушается не металлический объект, а протектор, который постепенно корродирует и требует замены на новый.

Данный тип электрохимзащиты эффективен в тех случаях, когда переходное сопротивление между окружающей средой и протектором небольшое. У каждого протектора есть свой радиус действия — это максимальное расстояние, на которое его можно удалить, не рискуя потерять защитный эффект.

Протекторная ЭХЗ применяется для предохранения от коррозионного разрушения сооружений, находящихся в нейтральных средах: в воздухе, почве, морской или речной воде. Протекторы для электрохимической защиты трубопроводов изготавливают из магния, цинка, алюминия, железа с дополнительным введением легирующих компонентов.

Для обеспечения высокого уровня протекторной защиты нужно правильно выбрать тип протектора в зависимости от объекта ЭХЗ (корпуса судов, резервуары с нефтепродуктами и пожарной водой, нефте газопроводы и другие металлоконструкции), а также важна среда где будет установлена протекторная группа (грунт, морская или речная вода, подтоварная вода). Данное условие является необходимым для обеспечения безопасности эксплуатации объекта ЭХЗ и увеличит эффективность протекторной защиты.

О станциях катодной защиты

Эффективное оборудование для ЭХЗ трубопроводов, расположенных под землей, — комплекс станции катодной защиты (СКЗ), состоит из следующих элементов:

  • станция катодной защиты;
  • анодные заземлители;
  • кабельные линии
  • пункт контроля и измерения;

Станции подключают к сети электроснабжения или автономным устройствам. Выходное напряжение на СКЗ может регулироваться вручную или в автоматическом режиме — по току защиты или потенциалу защищаемого объекта.

Строительство электрохимзащиты требует использования надежных составляющих системы. Наша компания предлагает широкий выбор качественного оборудования для защиты разных объектов. Оставьте заявку на сайте: мы вышлем вам прайс по оборудованию ЭХЗ и подробно проконсультируем по возникшим вопросам.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: