CC BY
35
ХИМИЯ
Вестник Омского университета, 2002. №1. С. 30-33.
© Омский государственный университет УДК 620.197.5
ВЫБОР АКТИВАТОРА ДЛЯ ПРОТЕКТОРА ИЗ МАГНИЕВОГО СПЛАВА
В.А. Мухин|, И.М. Зырянова, В.А. Кандаев, А.С. Проненко^
| Омский государственный университет, кафедра неорганической химии 644077, Омск, пр. Мира, 55A, \Омский государственный университет путей сообщения, кафедра химии 644010, Омск, пр. Маркса, 35
Получена 22 ноября 2001 г.
For protection metallic constructions from underground corrosion can be used such method as protector. Alloy of magnesium could be used as a protector. Effective and long usage of protectors can be assured by submerging them into special mixture-activator. Based on electrochemical measurings, a new blend of activator from local materials was suggested. It has descriptions, which is maximum close to parameters of standard activator.
Проблема коррозии металлических сооружений во всем мире привлекает большое внимание из-за огромных потерь в результате коррозионных разрушений, достигающих многих десятков тысяч тонн в год. Поэтому защита металлов от коррозии является одной из важнейших задач всей производственной деятельности. Широко распространенным случаем коррозии является подземная коррозия, ей подвержены трубопроводы, сваи, опоры контактной сети, оболочки электрокабелей и другие металлоизделия. Вблизи электрофицированных железнодорожных линий в результате утечки блуждающих токов наблюдается интенсивное разрушение металлических сооружений, для защиты которых используется метод протекторов. К защищаемому изделию, например трубопроводу, присоединяют протектор, который изготавливают из металла или сплава, имеющего более отрицательный электродный потенциал, чем защищаемая конструкция.
Благодаря разности потенциалов между протектором и трубопроводом, в цепи образовавшегося гальванического элемента проходит ток. Протектор является анодом, трубопровод - катодом, внешней частью цепи служит соединительный проводник, а электролитом - грунт, почва. Чтобы повысить эффективность работы анода, устранить образование плотных слоев продуктов коррозии на поверхности протектора, обычно погружают протектор в специальную смесь, называемую активатором (заполнителем). Роль активатора также сводится к снижению собственной коррозии протектора, при этом обеспечивается
ихЮ2 В 6
5
4
3
2
1
0
0 0,5 1 1,5 2 2,5 х,час
Рис. 1. Зависимость разности потенциалов в присутствии стандартного 1 и 11 и предложенных активаторов 2 и 3 от времени при различных температурах (1 — 280 ;
11 — 250 ; 2 — 240 ; 3 — 250 )
стабильный ток в цепи протектор - трубопровод и повышается ресурс установки.
Для создания недорогого активатора из местных материалов, который соответствует по своим рабочим характеристикам стандартному, было проведено сравнение электрохимических характеристик стандартного активатора и активаторов нескольких других составов.
Как известно, основными компонентами активатора к протектору из магниевого сплава являются: гипс, глина, сульфаты магния и натрия [1,3]. Нами в качестве составляющих было предложено использовать более доступные в нашем
Выбор активатора для протектора из магниевого сплава
31
Рис. 4. Зависимость потенциала магния (1) железа (2) и напряжения (3) от времени для активатора системы 2
Рис. 2. Схема установки: 1- стальная пластина; 2- ки предлагаемого активатора были максимально
хлорсеребрянный электрод сравнения; 3 - вольтметр
РВ7-22А; 4 - миллиамперметр М-254; 5-протектор приближены к стандарту. С Этой целью была про-
(Мд - Zn); 6- активатор-заполнитель; 7- влажный грунт ведена серия предварительных экспериментов по
изучению зависимости разности потенциалов от времени в цепи протектор - стальное изделие в водопроводной воде. В течение 3-4 часов через 3-6 мин при различных температурах фиксировали разность потенциалов со стандартным активатором (состав 1: 20% МдБОА А7Н О; 15% N0,2А10Я2О; 15% СаБОА А2НО; 50% глина) и с активаторами ряда других составов, из которых наиболее близкими к стандарту оказались составы: 2 (5% NaCl, 45% гипс, 50% глина) и 3 (8% NaCl, 42% гипс, 50% глина).
По результатам эксперимента построены графики (рис.1), из которых следует, что стабилизация процесса начинается к 3 часам. Просматривается температурная зависимость. Форма кривых практически не меняется. При сравнении кривых 1 и 11 - стандарт и 2 (5% NaCl) и 3 (8% NaCl) видно, что форма кривой 2 больше соответствует стандарту.
Сравнение электрохимических характеристик стандартного и исследуемых активаторов
Рис. 3. Зависимось потенциала магния (1) железа (2) и разности потенциалов (3) от времени со стандартым активатором
Состав Влажная t0 C Время, Ток, Разность E x/c, В E м/c, В
среда сутки mA потенциалов, В
11 Песок 24 2 1,2 1,223 -1,023 -0,884
12 Песок 22 1 - 1,141 -0,941 -0,801
13 Песок 22 1 - 1,143 -0,943 -0,803
14 Земля 22 3 1,1 1,186 -0.986 -0,846
2 Песок 23 5 1,4 1,200 -1,000 -0,860
3 Песок 22 3 1,4 1,247 1,047 -0,907
2 Земля 22 3 1,0 1,180 -0,980 -0,840
3 Земля 24 3 0,8 1,224 -1,024 -0,884
регионе компоненты - бентонитовую глину аскон-гель марки Б сорт II, III; гипс CaSO4, 2H2O и хлорид натрия NaCl [2].
Необходимо было подобрать массовые соотношения компонентов так, чтобы характеристи-
В дальнейшем проводились эксперименты по измерению потенциала стальной пластины (защищаемое изделие) во влажном грунте относительно насыщенного хлорсеребряного электрода сравнения в паре с протектором типа ПМ в ак-
32
В.А. Мухин, И.М. Зырянова, В.А. Кандаев, А.С. Проненко
тиваторах различного состава по общепринятой методике.
В течение 2-5 суток через определенные интервалы времени фиксировались зависимости токов и разности потенциалов от времени для активаторов тех же составов 1, 2 и 3. В качестве среды использовался влажный песок, а также влажная земля. В течение 30 - 40 минут значения тока и разности потенциалов стабилизировались. Вычислены значения потенциала стального катода относительно насыщенного хлорсеребряно-го электрода (Ех/е), сделан пересчет и на медно-сульфатный электрод сравнения (Ем/е)б, часто применяемый при изучении подземной коррозии. Результаты максимальных значений представлены в таблице. При сравнении полученных результатов видно, что в целом оба активатора предлагаемого состава вписываются в рабочий интервал стандартного активатора и обеспечивают достаточно стабильную работу, следовательно, могут быть рекомендованы для использования в качестве активатора для протекторов марки ПМ5, ПМ10, ПМ20. Для дальнейших исследований выбран активатор состава 2, т.к. характер кривой 2 на рис. 1 лучше соответствует стандарту.
Для выяснения характера защитного действия протектора с выбранным типом активатора состав 2 и стандартного активатора (состав 1) изучалась зависимость потенциала стальной пластины и потенциала протектора (магниевый сплав) во влажном грунте от времени. Измерения проводились относительно хлорсеребряного электрода сравнения в электрохимической ячейке (рис 2):
В течение 150 часов фиксировались значения токов и потенциалов катода и анода для активаторов составов 1 и 2. Результаты опытов представлены на рис. 3 и 4.
Анализ полученных данных позволяет сделать следующие выводы:
1. Характер анодных кривых аналогичен для обоих активаторов.
2. По данным графика ( рис.4 ) можно судить о вкладе основных стадий электрохимической коррозии в общий процесс: катодная поляризация (железо) составляет около 47% ; анодная поляризация (магний ) составляет примерно 16% и остальные - омическое падение в грунте - около 37% соответственно. Необходимо отметить ,что при увлажнении грунта возрастает ток коррозии и уменьшается омическая составляющая за счет увеличения потенциала катода и уменьшения потенциала анода.
3. После резкого смещения значений потенциала катода в отрицательную сторону устанавливается более или менее постоянное значение потенциала.
4. Изменение потенциала в положительном
направлении можно объяснить начавшейся диффузией кислорода к поверхности металла через слой гидроксидно-оксидного осадка.
5. При использовании стандартного активатора разность потенциалов всегда меньше, чем в случае применения разработанного активатора.
Теоретическое значение защитного потенциала может быть рассчитано по формуле: <£>защ = -(0,050 + 0,0592 рН).
В среднем защитный потенциал для стали в почве принимает значения = - 0,85 В относительно медносульфатного электрода сравнения или <£> = -0,51В В относительно хлорсеребряного электрода.
Хотя указанная величина защитного потенциала вошла в справочники [4] (ГОСТ 9015-74, критерий 1), ее нельзя принять за теоретическое значение защитного потенциала для всех случаев коррозии, поскольку в приэлектродном слое имеет место подщелачивание в результате протекания катодных реакций восстановления.
В прикатодной пленке (слое электролита, непосредственно прилегающем к катодно поляризуемому металлу) величина рН может принимать значения 10 - 12, при исходном значении рН в обьеме, равном 2 . В нашем случае значение = 9.2, тогда ^защ = -(0, 050 + 0, 0592Д9, 2) = 0, 5946В.
При использовании активатора состава 2 сдвиг потенциала стального электрода в отрицательную сторону превышает величину защитного потенциала и составляет не менее - 0,825 В.
6. В соответствии с американским стандартом ИР - 01- 69 для снижения скорости коррозии до технически допустимых значений необходимо сдвигать потенциал защищаемого изделия в отрицательную сторону на 300 мВ от стандартного значения потенциала. В нашем случае сдвиг потенциала составил не менее 400 мВ. Таким образом, предложенный активатор соответствует требованиям ГОСТ и стандартов.
[1] Красноярский В.В., Цикерман Л.Я. Коррозия и защита подземных металлических сооружений. М.: Высшая школа, 1968. C. 210.
[2] Красноярский В. В. Электрохимический метод защиты металлов от коррозии. М.: Машиностроительная литература, 1968. C. 26.
[3] Стрижевский И.В., Сурис М.А. Защита подземных теплопроводов от коррозии. М.: Недра, 1983. C. 244.
[4] Стрижевский И.В., Зиневич А.М., Никольский К.К. Справочник // Защита металлических сооружений от подземной коррозии. М.: Недра, 1981. C.161-162.
