Нанесення металевих покриттів

За характером захисної дії металеві покриття можна розділити на анодні та катодні. Метал, який використовують для анодного покриття, повинен мати більш негативний потенціал (більш активний). Наприклад, вироби із заліза покривають цинком, де більш активний цинк, захищає від корозії залізо. При катодному покритті, наприклад, залізо, покрите оловом (луджене залізо), навпаки, герметичність є обов’язковою. У цьому випадку треба слідкувати за герметичністю консервних банок, виготовлених із лудженої бляхи.

Дуже розповсюдженим є використання нержавіючих сплавів. Нержавіючу сталь розробив у 1913 році хімік Гаррі Бріарлі. Його сталь не розчинялася в кислоті. Ця сталь не піддається корозії тому, що на її поверхні утворюється плівка хром (ІІІ) оксиду. На відміну від іржі, на цей оксид не діє вода, й він міцно зчеплений з металевою поверхнею. Маючи товщину всього лише в кілька нанометрів, оксидна плівка є невидимою для неозброєного ока й не приховує природного металевого блиску металу. При цьому вона є непроникною для повітря й води і захищає метал. Якщо зруйнувати поверхневу плівку, вона швидко відновиться. Але нержавіюча таль дорога, і її використання не завжди економічно виправдане, тому нині часто використовується покриття залізних виробів тонким шаром цинку (оцинковане залізо) або олова (луджене залізо). Останнє особливо часто використовується при виготовленні консервів.

Нанесення неметалевих покриттів

До неметалевих захисних покриттів відносять покриття лаками, фарбами, полімерами, а також пасивними плівками з малорозчинних сполук металів. Сьогодні все ширше застосовують захисні покриття з органічних полімерів. Ці плівки є або продуктами корозії, або утворюються при оксидуванні. Неметалеві покриття забезпечують лише механічний захист металів від корозії. Ці покриття мають добру водостійкість.

Електрохімічні методи захисту

До електрохімічних методів відносяться протекторний та катодний захист. Протектори – це більш активні метали, які приєднують до металевих конструкцій, виробів, вони мають більш негативне значення Е⁰. При протекторному способі захисту два метали утворюють штучний гальванічний елемент, у якому відбувається анодне розчинення протектора, що захищає основний метал від корозії. Наприклад, вироби із сталі (заліза) можна захистити протекторами з цинку або магнію. При катодному захисті металеві конструкції з’єднують з негативним полюсом постійного джерела струму. Це приводить до затримки розчинення металу і відновлення на ньому окисників з навколишнього середовища.

Іноді залізо покривають тонким шаром іншого металу. Деякі виробники виготовляють кузови автомобілів зі сталі із захисним цинковим покриттям. При такій обробці утворюється шар цинк оксиду, й коли покриття не ушкоджене, воно добре захищає від іржі. Навіть якщо таке покриття має вади, сталевий корпус машини все ж таки захищений від швидкого руйнування, оскільки в цій системі переважно кородує цинк, а не залізо, тому що Цинк є більш активним металом, ніж Ферум.

Хімічні методи захисту

Для захисту металів від корозії застосовують інгібітори корозії – неорганічні та органічні речовини, які зменшують швидкість корозії.

Найчастіше застосовують речовини, які виявляють поверхнево-активні властивості. Вони утворюють суцільні адсорбційні плівки на поверхні металу, захищаючи його від дії агресивних речовин.

На жаль, виробництво продуктових консервів і напоїв не обходиться без труднощів. Різні продукти створюють усередині банки середовище, яке по-різному діє на метал і може викликати корозію. На початку ХХ століття почали випускати банкове пиво. Успіх до нового продукту прийшов не відразу, й причина полягала в тому, що банки кородували зсередини. Тонкий шар олова, який вкривав банки, рідко виходив суцільним, він мав найдрібніші дефекти. У водному розчині Ферум окиснюється швидше за Станум (внаслідок вищої активності). Іони Ферум Fe²⁺ розчинялися в пиві, додавали напою присмак металу й зменшували його прозорість. Виробникам удалося подолати цю проблему після того, як вони почали покривати банку зсередини спеціальним органічним лаком.

У банках з консервованими фруктами присутні органічні кислоти, наприклад, лимонна кислота. У розчині ці кислоти сприяють зв’язуванню іонів Стануму Sn²⁺ і цим збільшують швидкість розчинення олов’яного покриття. Тому в консервованих фруктах (персиках та ін.) переважно кородує олово. Іони Стануму, які потрапляють у такий спосіб до їжі, нетоксичні. Вони не чинять помітного впливу на смакові якості консервованих фруктів. Проблеми виникають, коли така банка зберігається занадто довго. Такий шар олова, що окиснюється, зрештою руйнується і під впливом органічних кислот починає кородувати залізний шар.

Найкращим способом захисту заліза від корозії є добування високо очищеної речовини. Так, у ХХ столітті в Індії був знайдений стовп висотою 3м, виготовлений з найчистішого заліза. Цей залізний стовп простояв кілька тисячоліть і до цього часу анітрохи не прокородував і навіть не втратив свого металевого блиску. Досі залишається загадкою походження цього релікта, оскільки невідомо, чи існувала на той час технологія виготовлення заліза такої високої чистоти.

ХІД РОБОТИ

Три залізні пластинки однакової товщини очистіть від іржі, знежирте віденським вапном, промийте протягом 3-5 секунд в 1% розчині Н₂SO₄, водою, спиртом і висушіть фільтрувальним папером. Потім протягом 30 секунд витримайте у гарячому повітрі над плиткою, охолодіть і зважте.

____________________________________________________________________________________________________________________________________

Один із зразків на 30 секунд занурте у 0,05% розчин желатину. Після чого занурте у 10% розчин Н₂SO₄.

Другий зразок занурте у 10% розчин Н₂SO₄, що вміщує сечовину (0,05г на 100мл води), а третій зразок – контрольний – занурте у чистий 10% розчин Н₂SO₄.

Після витримки зразків протягом 1, 3, 5, 10 і 20 хвилин у розчині Н₂SO₄ вийміть їх, промийте, висушіть та зважте. Через 1 хвилину: ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Через 3 хвилини:

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Через 5 хвилин:

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Через 10 хвилин:

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Через 20 хвилин:

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Для кожного моменту часу обчисліть швидкість корозії за формулою:

W= (m_t – m₀)/S∙t,

де m₀ і m_t - маси до і після корозії;

S – площа зразка;

t – час витримки зразка у розчині кислоти.

За результатом розрахунків побудуйте графік залежності швидкості корозії від часу. Порівняйте швидкості корозії зразків та зробіть висновок про вплив на неї інгібіторів.

 

 

Висновок:____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольні питання та практичні завдання

1. Які Вам відомі способи запобігання корозії металів?

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

2. Поясніть суть процесу: а) хімічної; б) електрохімічної корозії.

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Що таке інгібітори?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Які речовини в якості інгібіторів Ви могли б запропонувати?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

5. Чим пояснити, що метали легко реагують з неметалами?

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

6. Завдання. Зачищені до блиску пластинки і на половину вкриті тонкою плівкою воску занурити:

a) Одна пластинка в посудину з дистильованою водою;

b) Три пластинки поміщаються в посудину з розчином NaCl, причому одна з них обмотується невеликим відрізком мідного дроту, а до іншої прикріплюється цинкова пластинка;

 

 

c) Три пластинки занурюються в розчин NaCl з додаванням лугу. Підготовка пластинок така сама, як і в другому досліді (b).

Поясніть результати досліджень та зробіть висновки.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

Розділ 1: Фізична хімія