Анод для катодной защиты Советский патент 1984 года по МПК C23F13/00 

Изобретение относится к защите металлов от коррозии с помощью като ной поляризации от внешнего источни ка постоянного тока и может быть ис пользовано, например, в качестве малорастворимого анода для катодной защиты речных и морских гидротехнических сооружений, Известен сплав титана с никелем, соответствующий интерметаллиду Ti2Ni tl . Данный сплав обладает сравнитель но высокой коррозионной стойкостью и эффективностью по выделению кислорода и хлора в хлоридсодержащих растворах, превосходящими стойкость и эффективность углеграфитовых мате риалов и модифицированного ферросилицида. Однако высокая твердость и хрупкость не позволяют использовать этот сплав для изготовления массивных анодов. Наиболее близким к предлагаемому является анод для катодной защиты, выполненный из сплава на основе титана с повеохностным слоем из интер металлического соединения 2. Недостатками известного анода являются невысокая эффективность по выделению кислорода и хлора в хлоридсодержащих растворах (150-500А/м и сложная технология его изготовления: приготовление слитка , его измельчение и отбор определенной фракции, приготовление на ее ос нове водной суспензии, многократное нанесение водной суспензии на титановую основу с последующим закрепле нием Ti2Ni путем прокатки, напрессо ки, спекания или плавления. Кроме того, срок службы такого анода огра ничен толщиной активного йнтерлютал лического слоя. , Цель изобретения - повышение эффективности при увеличении срока службы в хлоридсодержаидих растворах Поставленная цель достигается тем, что в аноде для катодной защиты, выполненном из сплава на основе титана с поверхностным слоем, в качестве сплава использован интерметаллид TiNi . с поверхностным анодным слоем. Известно,что интерметаллид TiNi по сравнению с интерметаллидом Ti2Ni обладает хорошими технологиче скими свойствами - относительно высокой прочностью и пластичностью (обрабатывается на станках и прокатывается) , что позволяет использовать его в качестве материала для изготовления массивных анодов. Одна ко интерметаллид TiNi в хлоридных и сульфатно-хлоридных растворах под вергается питтинговой коррозии, что исключает возможность использования его в качестве малорастворимо го анода в хлориде од ержа1дих средах. в связи с этим проводят поисковые исследования, направленные на изыскание условий, способствующих предотвращению питтинговой коррозии TiNi в хлоридсодержащих средах. Коррозионные и электрохимические исследования проводят на литом интерметаллиде TiNi при 25с на свежезачищенных образцах. Интерметаллид TiNi выплавляют из химически чистых компонентов титана марки ВТ 1-0 и никеля марки НП-1 с соотнсяиеннем титана 45 вес,% и никеля 55 вес.% методом электроннолучевой.плавки в вакууме ( торр) с 10-кратным переплавом. Идентификацию сплава производят рентгенофазовым анализом. Из полученного слитка TiNi на фрезерном станке готовят образцы размером 10x10x8 мм, к образцам припаивают изолированный медный токоотводный провод и армируют их в эпоксидную смолу. Рабочая поверхность каждого образца составляет 1 см. Зачистку поверхности образцов проводят на абразивной бумаге до 8-10 класса чистоты поверхности, В качестве коррози онной среды выблрают нейтральные чисто хлоридные и сульфатно-хлоридные среды различной концентрации, имитирующие основной анионный состав речной и морской воды. Анодные поляризационные кривые снимают от стационарных потенциалов корррзии со скоростью 2 МВ/с. Потенциалы приводятся относительно нормального водородного электрода. На чертеже представлены результаты исследования влияния коррозионной среды на анодное поведение TiNi в широкой области потенциалов. Видно, что в 0,01 н,растворе KCI (кривая 1) TiNi растворяется по механизму питтингообразования и не поляризуется до высоких анодных потенциалов , При уменьшении концентрации хлорид-ионов до 0,001 н . (крив.ая 2), несмотря на поляризацию сплава до потенцисшов выделения кислорода и хлора, на его поверхности образуются мелкие питтинги. В сульфатно-хлоридных растворах, соответствующих по рсновному анионному составу и концентрациям речной воде - 0,001 н, КСе + 0,001 н. (кривая 3) - и морской воде - :1н.КС +0,1 н. (кривая 4), - в области потенциалов 0,6-1,5 В на кривых наблюдается пет ля растворения сплава из питтинга. Микроскопическими исследованиями установлено, что в потенциостатичеСКО.М режиме при потенциалах вьаделения кислорода и хлора 1,7-2,3 В в хлоридных растворах на поверхности TiNi также образуются питтинги. Известно,что в случае анодирования титана на его поверхности получается окисная плен« а TiOjr не обладающая электронной проводимостью, что препятствует использованию анодированного; титана в качестве анода для катодной защиты. Однако в отличие от титана при анодировании образиов из интерметаллида TiNi на их поверхности получают окисную пленку обладающую высокой, электронной прово димостью, которая способствует -свободному протеканию реакции выделения кислородсд и хлора из хлоридсодер жащих растворов.

Анодирование образцов из интерметаллида TiNi проводят в 0/1-1 н.растворах сульфата калия при и анодной плотности тока 100-1000 А/м в течение 30-60 мин. Полученная окисная пленка обладает устойчивость к активирующему действию хлоридных ионов как в сульфатно-хлоридных, так и в чисто хлоридных растворах вышеуказанных концентраций во всей изученной области потенциалов (кривая 5, соответствующая анодному процессу на TiNi в сульфатно-хлоридных и чисто хлоридных растворах, совпадает с кривой 6, полученной на TiNi образце в 1 н. растворе сульфата калия). В потенциостатическом режиме в области потенциалов 1,7-2,3 В анодированные образцы TiNi не проявляют склонности к питтинговой коррозии даже в горячих () насыщенных хлоридах (24% КСС|в течение 50 ч испытаний, что подтверждается микроскопическими исследованиями поверхности .

Установлено, что на защитные свой ства пленки не влияет класс чистоты исходной поверхности образцов TiNi Следует отметить, что анодирование . TiNi можно проводить не только в сульфате калия, но и в тех растворах, которые содержат кислородные ионы, например HSQJ , fO, СгО, ОН, СгОД, COj и др.

Во всех изученных хлоридсодержащих растворах в процессе работы анода устанавливается динамическое равновесие между растворением и образованием защитной окисной пленки, т.е. осуществляется ее воспроизволство. В результате этого срок службы предлагаемого анодированного TiNi анода не ограничивается толщиной получающейся окисной пленки.

Электрохимические испытания аноди рованногр TiNi в 1н.КС показывают, что данный анод при потенциалах 1,9-2,3 В имеет значения анодного тока 65-4000 А/м, которые не изменяются по времени. На растворение анода в этих условиях приходится около 1% от общего анодного тока; скорость коррозии при плотности тока 100 А/м равиа 0,47 .

Пример 1. АНОД выполнен из массивного литого интерметаллида

(95% Ti) с анодированной поверх ностью. В качестве исходных компонентов служат титан марки ВТ 1-0 и никель марки НП-1. Анодирование поверхности заготовки TtNi проводят в 0,1 н.растворе К25 0 при . Потенциал формирования пленки составляет 2,1 В, что соответствует плотности анодного тока 900 А/м. Время формирования пленки 30 мин.

П-р и м е р 2. Анод выполнен, как в примере 1. Анодирование поверхности заготовки TiNi проводят в 1 н. KjSO при и потенцигше 2,0 В, что соответствует плотности анодного тока 250 А/м2 , Бремя формирования пленки 60 мин.

Примерз. Анся выполнен, как в примере 1. Анодирование поверхности заготовки Т }Ni проводят в 0,1 н. КОН, при и потенциале 2,1 В, что соответствует плотности анодного тока 950 А/М. Время формирования пленки 30 мин.

В качестве массивной основы может быть использован не только литой интерметаллид, но и полученный путем прокатки. Анодирование поверхности ТлМ можно проводить не -только в сульфатных и щелочных, но и любых других кислородсодержащих растворах. Режим формирования пленки (потенциал и время) также можно варьировать; потенциал формирования пленки в пределах 1,9-2,3 В; время формирования 20-60 мин.

Для определения эффективности и скорости раство{эения полученного ано да проводят гальваностатические испытания при плотности анодного тока 100 А/м в искусственной морской воде в течение 50 ч.

В таблице приведены данные сравнительных испытаний.

Из данных таблицы следует, что анод из анодированного интерг 1еталлида TiNi по предельной плотности тока в 10-20 раз превосходит титановый анод с интерметаллидным покрытием Ti Ni , а также графитовый и железо-кремниевый аноды, т.е. является более эффективным по выделению кислорода и хлора в хлоридсодержащих средах. В то же время по коррозионной стойкости он практически неуступает известному и значительно превосходит графитовый и железо-алюминиевый аноды.

Данный анод для катодной защиты речных и морских гидротехнических сооружений экономичен и прост в изготовлении, срок службы такого анода не ограничен толщиной активного слоя, так как его можно использовать в виде массивных анодов (литых и прокатанных листов), обладает достаточной прочностью и технологичностью а также высокой эффективностью и

повышенной коррозионной скойкостью в агрессивных хлоридсодержащих растворах.

Предлагаемый анод может быть широ ко использован в промдоленности в

различных производствах: в опресни- . тельных электродиализных установках, в хлорном производстве, в ряде электрохимических синтезов и др. производствах.:

АНОД ДЛЯ КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ, выполненный из сплава на основе, тита на с поверхностным слоем, отличающийся тем, что, с цепью повышения эффективности при увеличении срока службы в хлоридсодержащих растЬораис, в качестве сплава использован интерметаллид TlNi с поверхностным анодным слоем. (Л о: со Oi

морских судов) Т1,Ы1-анод (прототип) TiNi-анод (без анодирования) Предлагаемый TiNi-анод ;(с анодированием) Для графитового и железо-кремниевого для плотности тока 22 А/м. Для прототипа и предлагаемого анодов плотности тока 100 А/м. 150-500 П 4000 0,008-0,025 Равномерная и н г 0,035-0,040 Равномерная анодов скорость коррозии приведена скорость коррозии приведена для