Типы защиты

Наиболее часто применяемые защиты относятся к двум типам и по существу отличаются как способом применения, так и функционированием.

Защита органического характера

Первый тип, органического характера, состоит в поверхностном покрытии, как правило, эмалевыми красками, изготовленными на основе смол и пластмасс. Но этот противокоррозионный метод гарантирует только пассивное сопротивление путем изоляции от внешней среды. Таким образом, остается риск разрушения защищенного изделия воздействием коррозии вследствие разных факторов, одиночных или действующих совместно: проницаемость слоя покрытия, его разрывы из-за ударов, абразивных царапин и т. д. Это те дефекты, которые часто выявляются в процессе перемещения, складирования, транспортирования и монтажа изделий, и опасность еще более возрастает в случае объектов, значительных по размеру и весу.
Чтобы запустить процесс окисления и разрушения, достаточно маленького начального прохода. Так выявляется подслойная коррозия, пузыри и вспучивания, которые открывают путь к процессу разрушения. Постепенно продукты коррозии растут в объеме и начинается необратимый процесс окисления с отделением защитного слоя и последующим открытием новых участков изделия процессу разрушения.
Типичным явлением является „взрыв ржавчиной“, который выявляется в бетоне: ржавчина атакует стальной пруток арматуры и сильно увеличившаяся толщина, которая при этом образуется, вызывают повреждение и дальнейшее взрывание цемента.

Защита неорганического характера

Второй метод защиты, неорганического характера, на основе металлов, демонстрирует все свойства для совершенной защиты. Если исключить наиболее дорогие или трудно наносимые металлы, для защиты стали пригодны кадмий, алюминий, магний, и, прежде всего, цинк, ввиду экономичности, практичности процесса нанесения и надежности результатов.

Реакция Fe + Zn

В случае горячего цинкования нанесение защиты относится к металлургическому типу процессов. Действительно, вызывается реакция между цинком и железом, которая формирует непрерывный межметаллический сплав между защитным слоем и металлической основой. Это действительно сплав Fe+Zn: диффузия цинка в железо и наоборот.

Основные характеристики идеальной защиты

При защите неорганического типа, за исключением обработок, выполненных неорганическими лаками, основа и покрытие становятся единым телом, реализуя таким образом идеальные условия для защиты стали:
— сцепление с основой;
— непроницаемость;
— сопротивление абразивному износу;
— тягучесть и гибкость защитного слоя.

Электрохимическая коррозия и катодная защита

Защита, гарантированная „горячим цинкованием“, является наиболее эффективной, поскольку соединяет оптимальным образом эффект „барьера“ с эффектом катодной защиты.

На практике применяется именно электролитический процесс, который лежит в основе коррозии, но с позитивным результатом.

процесс коррозии состоит в потоке электронов между двумя металлами (или между двумя частями одного металла), с того, у которого электрический потенциал ниже, на тот, у которого электрический потенциал выше, что сопровождается разрушением первого за счет второго.
Это происходит потому, что, когда два разных металла (или слоя), частично или полностью окруженные электролитом, соединяются между собой, получается гальванический элемент, в котором ионные потенциалы рассматриваемых металлов определяют, какой из них будет анодом и какой — катодом.
Следовательно, если вся поверхность защищаемого железного или стального изделия будет покрыта металлом с более низким электрическим потенциалом (который функционирует как анод) относительно защищаемого материала (который становится катодом), то в ходе электролитического процесса поток электронов Анод-Катод проявит действие в пользу основы, вредя покрытию. Откуда и происходит понятие и выражение „расходуемый анод“.
Именно это и происходит при горячем цинковании.

При работе в нормализованной ситуации стало возможным создать таблицу металлов и сплавов, расположенных в соответствии с растущими величинами их нормальных ионных потенциалов относительно водородного электрода.

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ РЯД, построенный на НОРМАЛЬНЫХ ИОННЫХ ПОТЕНЦИАЛАХ, не является, однако, абсолютным ориентиром, поскольку многие факторы влияют на поведение элементов относительно коррозии. РЯД, в действительности, относится не к элементам как таковым, а к электродам, то есть к электродным процессам, которые обнаруживаются в некоторых определенных условиях.
Если процессы или условия, в которых они протекают, изменяются, порядок следования металлов может отличаться от того, который показан в таблице.
Теоретически каждый из металлов более электроотрицательных, чем сталь, мог бы использоваться для этой цели, но по разным причинам катодная защита осуществляется преимущественно с помощью цинка.
Некоторые из этих металлов, хотя и обладают более низким, чем у стали, электрическим потенциалом и соответственно подходят для катодной защиты, не используются по соображениями цен, из-за трудностей нанесения или по разным другим причинам.

В других случаях условия применения или побочные эффекты ограничивают их применение; например:
магний имеет электропотенциал более низкий, чем у цинка; в условиях высокой проводимости, как в случае с предметами, погруженными в морскую воду, поток электронов более высокий и вызывает более быстрое повреждение защитного слоя.
При использовании алюминия катодная защита гораздо лучше функционирует в условиях более низкой проводимости, как в пресной воде. Алюминий стремится к созданию изолирующей от коррозийных агентов поверхности, уменьшая их воздействие. Входя в правильном соотношении в состав сплава, он используется особенно в морских сооружениях.
Алюминий и магний могут производить искры; поэтому покрытия, их содержащие, не используются там, где существует опасность взрыва.
На практике, когда покрытие цинка на стали, оцинкованной горячим способом, повреждается из-за наличия влажности в воздухе (который служит электролитом), создается гальванический элемент. В ней цинк является полюсом, который приносится в жертву ( или растворяющимся) и корродируется, а сталь является катодом и остается защищенной.
Часто на начальном этапе на поверхности стали видна ржавчина в точке повреждения, но через некоторое время образуются зоны беловато-серого цвета, которые распространяются постепенно за пределы точки повреждения.
Цирковое покрытие корродируется и нерастворимые соединения цинка передвигаются внутрь гальванического элемента, к поверхности катода, где они осаждаются и защищают сталь.

Самопокрытие

Это явление часто определяется как „самопокрытие“, но речь идет о неточном определении, поскольку цинковое покрытие не восстанавливается.
При воздействии воды, например, продукты коррозии цинка часто не осаждаются на точке повреждения, поскольку они смываются, но если повреждение, нанесенное цинковому покрытию, не слишком велико, защитный эффект сохраняется. Поверхность стали в поврежденной точке защищена от тока, возникающего в гальваническом элементе, когда корродируется цинковое покрытие. Благодаря катодной защите, ржавчине не удается „просочиться“ под цинковое покрытие, как это ей удается с лакокрасочным покрытием.

В особых условиях катодная защита может быть осуществлена также с помощью различных систем; например, путем электрического соединения структуры и элементов из цинка (катод). Представьте себе корпус судна: структура погружена в соленую воду, прекрасный проводник: для получения катодной защиты будет достаточно соединить с корпусом цинковые пластины определенного размера. Весь корпус становится катодом и не подвергается коррозии, а цинк, ставший анод, будет подвергаться коррозии.
То же самое можно сказать о структурах в грунте.
Другой альтернативой является катодная поляризация стальной структуры, с соединением с источником электроэнергии, который может обеспечить катодный потенциал.