СПОСОБ ЗАЩИТЫ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ ОТ ГАЗОВОЙ КОРРОЗИИ Российский патент 1996 года по МПК C23F13/00 

Изобретение относится к защите металлов от неблагоприятного воздействия окружающей среды, конкретно, к области защиты металлоконструкций от коррозии в условиях атмосферы, других газовых и парообразных сред.

Известен способ электрохимической защиты металлических конструкций от коррозии с помощью нанесения на защищаемую поверхность покрытия из металла, имеющего более электроотрицательный электродный потенциал. В процессе гальванической коррозии покрытие, являющееся анодом, разрушается и тем самым защищает находящийся с ним в контакте металл (катод) [1]
Однако в результате нарушения однородности покрытий поверхности металлоконструкций корродируют и разрушаются. Кроме того, нанесение покрытий довольно трудоемкий и продолжительный процесс.

Известен способ защиты металлоконструкций от коррозии, предусматривающий поляризацию их поверхности током от внешнего источника питания или электрода-протектора. В первом случае используют источник низковольтного постоянного напряжения, к отрицательному полюсу которого подсоединяют защищаемую конструкцию, а к положительному полюсу вспомогательный электрод, который, являясь анодом, в процессе работы разрушается. Во втором случае нет необходимости использования источника питания, поскольку электрод-протектор, к которому подсоединяют защищаемую конструкцию, выполняется из металла с более электроотрицательным потенциалом по сравнению с материалом конструкции. Протектор работает как анод и, растворяясь в окружающей среде, инжектирует электроды в защищаемую конструкцию, поляризуя ее [1]
Однако этот способ защиты эффективен при сравнительно большой электропроводности коррозионной среды и мало подходит для условий атмосферы, других газовых и парообразных сред, обладающих недостаточной электропроводностью. Кроме того, при использовании источника постоянного тока значительная доля энергии идет на бесполезный нагрев окружающей среды.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному способу является известный способ защиты металлических конструкций от коррозии в малопроводящих средах, в частности от коррозии в газовой среде, включающий подачу на защищаемую поверхность отрицательного или положительного потенциала от внешнего источника тока, величину защитного потенциала устанавливают в зависимости от типа защищаемого металла, состава газовой среды, температуры [2]
Целью изобретения является повышение эффективности защиты от коррозии в средах с малой электропроводностью и уменьшение потребляемой источником мощности.

Для реализации предлагаемого способа используют высоковольтный источник питания, формирующий короткие импульсы тока длительностью 10^-7-10^-4 с, к одному из полюсов которого подключают электрод-протектор из более электроотрицательного металла по сравнению с материалом конструкции, а к другому защищаемую конструкцию. Устанавливают такую амплитуду напряжения источника, при которой появляется коронный разряд на электроде-протекторе или защищаемой конструкции. Коронный разряд ионизирует среду, повышая ее электропроводность на несколько порядков, а ток от внешнего источника постоянного тока поляризует поверхность защищаемой конструкции, тем самым исключая ее разрушение.

Проверка предлагаемого способа защиты проводилась в парах 3% раствора NaCl при температуре +(40-50)^оС. Использовался источник, формировавший высоковольтные импульсы тока длительностью 10^-5-10^-6 с. Поскольку технические возможности этого источника не позволили получать импульсы тока длительностью менее 10^-6 с и более 10^-5 с, у нас нет примера, подтверждающего получение эффекта при более коротких, чем 10^-6 с и более длинных, чем 10^-5 с, длительностях импульсов, хотя на наш взгляд это является очевидным. Вместе с тем, использование импульсов тока длительностью менее 10^-7 из-за увеличения мощности источника питания.

П р и м е р 1. Используют два образца из стали Ст-3 площадью 25 см². Один образец является контрольным, а второй (защищаемый) подсоединяют к отрицательному полюсу высоковольтного импульсного источника питания, положительный полюс которого подключают к электроду-протектору из цинка, который имеет более электроотрицательный потенциал по сравнению со сталью. Устанавливают напряжение источника примерно 16 кВ, при котором на цинковом электроде возникает коронный разряд. С помощью источника формируют и подают на защищаемый образец импульсы тока длительностью 1 мкс, амплитудой 20 мА и частотой 100 Гц. За 4 ч работы источника поверхности контрольного образца и протектора окислились, а защищаемый образец практически не изменил внешнего вида.

П р и м е р 2. При напряжении примерно 16 кВ на защищаемый образец подают импульсы тока длительностью 10 мкс, амплитудой 2 мА и частотой 100 Гц. Получены результаты, аналогичные примеру 1.

П р и м е р 3. Эксперименты проводят в условиях примеров 1 и 2, но при смене полярности высоковольтных импульсов тока источника, т.е. защищаемый образец подсоединяют к положительному, а электрод-протектор из цинка к отрицательному полюсам источника питания. За время работы источника (4 ч) поверхности контрольного образца и протектора окислились. Видимое окисление защищаемого образца было примерно вдвое больше по сравнению с примерами 1 и 2.

При использовании в примерах 1, 2, 3 обычного низковольтного источника постоянного тока на 12 В окисление поверхностей защищаемых образцов происходило с той же интенсивностью, что и контрольных.

Таким образом, данные эксперименты подтверждают суть предложенного способа. Разряд ионизирует различные газовые среды, что расширяет сферу применения предложенного способа электрохимической защиты. Использование коротких импульсов тока приводит к экономии энергии, так как за время действия импульса окружающая среда успевает ионизоваться, а в периодах между импульсами расхода энергии нет. Сравнительно небольшая мощность внешнего источника питания, недостаточная для воспламенения горючих веществ, дает возможность реализовать данный способ во взрыво- и пожароопасных средах.

Изобретение позволяет обеспечить эффективную защиту металлических конструкций от коррозии в условиях атмосферы, газовых и парообразных сред, обладающих малой электропроводностью, и при этом уменьшить энергопотребление. Для этого осуществляют ионизацию окружающей среды короткими импульсами тока от высоковольтного источника питания при напряжении возникновения коронного разряда на аноде или защищаемой конструкции. За время действия импульса тока электропроводность окружающей среды увеличивается на несколько порядков, а в периодах между импульсами расхода энергии нет. 1 з. п. ф-лы.

1. СПОСОБ ЗАЩИТЫ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ ОТ ГАЗОВОЙ КОРРОЗИИ, включающий подачу на защищаемую поверхность электрического потенциала от внешнего источника тока, отличающийся тем, что в качестве источника тока берут высоковольтный источник тока, второй полюс которого подсоединяют к дополнительному электроду, обладающему более электроотрицательным потенциалом, чем защищаемый объект, а величину подаваемого потенциала устанавливают достаточной для возникновения коронного разряда на дополнительном электроде или на защищаемом объекте. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что от высоковольтного источника подают короткие импульсы тока длительностью 10^- 7 - 10^- 4 с.