Физика коррозии. Часть вторая.

Танк Пантера

Мощный тягач волок искореженную «Пантеру». Нет, не в мартене предстояло ей очутиться. Танку на этот раз уготовили редкостный конец. Это происходило на строительстве газопровода Дашава—Киев. Чтобы магистраль служила долго, надо было защитить ее от коррозии. Только как это сделать?

Один способ мы уже знаем: обеспечить в металле избыток электронов или, как выразится электрохимик, сообщить ему отрицательный потенциал — сделать катодом. Для этого достаточно подключить трубу газопровода к отрицательному полюсу источника тока. Положительный же полюс можно соединить с любым металлическим предметом, находящимся в земле. Это будет анод. Заряжаясь положительно, он начнет изгонять из себя ионы металла. Ведь они тоже положительные, а одноименные заряды отталкиваются. Ясно, что анод при этом станет разрушаться. Ну и пусть, зато катод — труба газопровода — уцелеет. (К слову порой коррозии поддается и различное компрессорное оборудование, особенно если оно сделано из металлов. Хотя, разумеется, чем оно более качественное, а про качественное компрессорное оборудование подробнее можете узнать по ссылке, тем более устойчиво к разрушительному влиянию коррозии).

Киевские ученые предложили использовать в качестве анодов остатки разбитых немецких танков. Им предстояло играть роль «козлов отпущения». Расчеты показали, что эти многотонные махины способны в течение многих лет защищать газопровод от коррозии.

Этот способ называют катодной защитой. Он удобен, но есть у него и недостаток: требуются источники тока. Однако можно обойтись и без них. Пусть ток дает сама коррозия. Для этого к трубопроводу подсоединяют пластину из сплава магния с цинком. Получается гальваническая пара. Она вырабатывает ток, который защищает трубопровод от коррозии. Пластина корродирует, но зато трубопроводу коррозия не опасна. Такая защита называется протекторной. Ее применяют и на химических комбинатах, и на океанских лайнерах, и на нефтепромыслах Каспия.

КАТОД — ДА НЕ ТОТ

Название доклада не сулило ничего интересного. «Катодное поведение…» — дальше я и не читал. Вздохнув, я прервал свой очередной эксперимент, на всякий случай взял книжку, которую берег для поездок в метро, и пошел на семинар.

Мельком глянув на развешанные по стенам таблицы и графики, я уселся в углу. Но книгу так и не раскрыл. После первых же нескольких фраз, произнесенных докладчиком, вернее докладчицей — это была старший научный сотрудник Г. М. Флорианович, — я забыл и о книге, и прерванном эксперименте, ибо рассказывалось о вещах неожиданных и интересных.

Говоря о коррозии, я то и дело подчеркивал, что этот процесс электрохимический. Недаром для нас, коррозионистов, электрохимия — самая близкая наука. Но в докладе, который я слушал, говорилось, что иногда процесс коррозии не имеет никакого отношения к чистой электрохимии. Это воспринималось так, как если бы я услышал, что падение камня определяется отнюдь не законом всемирного тяготения.

Так вот, в экспериментах, которые проводились под руководством профессора Я. М. Колотыркина, изучалось поведение металлов в серной кислоте. Хотелось выяснить, как в таких условиях металлу помогает катодная защита. И тут оказалось, что при повышенной температуре эта защита вовсе не защищает. Самым удивительным результатом было то, что при любой величине тока защиты катод растворялся с одной и той же скоростью.

Можно было подумать, что на ионы перестали действовать электрические силы. Но, разумеется, этого быть не могло. Оставалось предположить, что исследователи столкнулись с каким-то новым явлением. Было похоже, что процесс растворения здесь шел совсем не так, как описывается в учебниках. А как же? Это пока не ясно. Но вот одна из гипотез: по-видимому, растворение в этом случае представляет собой обычную химическую реакцию металла с какими-то незаряженными молекулами, скорее всего — с молекулами воды.

До того памятного семинара никто из нас не сомневался, что на катодную защиту всегда можно положиться. Но в столбиках экспериментальных данных, в непривычной форме кривых на графиках как бы слышалось предупреждение: осторожней, вы еще не все знаете!

СПАСИТЕЛЬНАЯ ПАССИВНОСТЬ

Цистерна была самая обыкновенная. Начальник сернокислотного цеха решил, что ее подали по ошибке. Пятидесятипроцентную кислоту в такой цистерне везти нельзя. Напрасно представитель института металлов уверял, что все будет в порядке. Только после звонка директору завода начальник цеха сдался. В горловину стали заливать кислоту.

Цистерна благополучно прибыла к месту назначения. Придирчивый осмотр ее и анализ кислоты не оставляли никаких сомнений: найден еще один способ предотвращать коррозию — анодная защита. Суть ее в том, что предмет, который нужно защитить, делают анодом, то есть подключают к положительному полюсу источника тока. Здесь может появиться недоумение. Мы уже знаем, что анод в таком случае должен быстро растворяться. Но цистерна не растворялась. Она вела себя так, будто была не из стали, а из платины.

Чтобы понять, в чем тут дело, нам придется познакомиться с очень интересным явлением — пассивностью металлов. Да, анод действительно растворяется. И чем больше его потенциал, тем быстрее это происходит. Но так до поры до времени. При каком-то значении потенциала скорость коррозии резко падает, иногда в миллион раз. Металл вдруг становится стойким в очень агрессивных жидкостях. При этом простое железо, скажем, мало чем уступает благородным металлам.

Почему металл становится пассивным? До недавнего времени на этот вопрос отвечали так: в растворе на поверхности металла образуется окисная пленка, которая препятствует растворению. Однако сейчас электрохимики понимают, что так просто пассивность не объяснить.

По-видимому, пассивность вызывается не окисной пленкой, а какими-то частицами (ионами, молекулами), которые, попав на поверхность, резко меняют ее свойства. В растворах, где есть вещества — окислители, металл может пассивироваться самопроизвольно. В других случаях необходимый для пассивации потенциал надо создавать искусственно. Именно таким способом «примирили» железо и серную кислоту.

А разве нельзя было позвать на помощь ингибиторы? Можно, но ингибиторы загрязняют кислоту и к тому же многие из них в ней сами неустойчивы. Может быть, нас выручила бы катодная защита? Тоже нет. Во-первых, при этом выделяется водород, а он и горит, и взрывается. Во-вторых, для катодной защиты в кислоте требуется большой ток. Не возить же за каждой цистерной вагон с аккумуляторами! Анодная же защита совершенно безопасна и куда экономичней. Токи здесь в тысячи раз меньше.

Пассивным металлам ионы хлора особенно опасны. Когда такой ион садится на металлическую поверхность, пассивности в этом месте как не бывало. Таких точек не так уж много, но зато растворение здесь идет с большой скоростью. Иногда прямо на глазах пластина как бы просверливается незримыми сверлами. И это не просто образ: отверстие и в самом деле получается столь правильной формы, что напрашивается мысль использовать такой вид коррозии вместо сверлильного станка.

Автор: Г. Макаревич.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *