Анод для катодной защиты

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

3(я) С 23 F 13 00 с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ "

Н ABTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

: 4 ° 11

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3531284/22-02 (22) 29.12.82 (46) 28.02.84. Бюл. 9 8 (72) Н.Д.Томашов, Т.Н.Ипатова, Е,H.Óñòèíñêêé и T.B.×óêàëoâñêàÿ (71) Ордена Трудового Красного Знамени институт физической химии AH

СССР (53) б 20.197.5 (088,8) (56) 1. Степанова Т.П,, Красноярский В,В., Томашов Н.Д. и Дружинина И.П. Защита металлов, Т. 14, с. 169.

2. Авторское свидетельство СССР

В 505751, кл. С 23 F 13/00, 1976, „„SU„„4 А (54) (57) АНОД ДЛЯ КАТОДНОЯ ЗАЩИТЫ выполненный из сплава на основе тита на с поверхностным слоем, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности при увеличении срока службы в хлоридсодераащих растЬорах, в качестве сплава использован интерметаллид Т101 с поверхностным анодным слоем.

1076496

Изобретение относится к защите металлон от коррозии с помощью катод ной поляризации от внешнего источника постоянного тока и может быть использовано, например, и качестве малорастворимого анода для катодной защиты речных и морских гидротехнических сооружений.

Известен сплав титана с никелем, соответствующий интерметаллиду

Т1 Ni (13 ° 10

Данный сплав обладает сравнительно высокой коррозионной стойкостью и эффективностью по выделению кислорода и хлора в хлоридсодержащих р аст ворах, пре восходящими стойкость ) 5 и эффективность углеграфитовых материалов 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 поверхностным слоем из интерметаллического соединения ) 2 3.

Недостатками известного анода являются невысокая эффективность по выделению кислорода и хлора в хлоридсодержащих растворах (150-500A/м )

2 и сложная технология его изготовления: приготовление слитка Ti Ni его измельчение и отбор определенной фракции, приготовление на ее основе нодной суспензии, многократное нанесение водной суспензии на титановую основу с последующим закреплением T12Ni путем прокатки, напрессов ки, спекания или плавления, Кроме того, срок службы такого анода ограничен толщиной активного интерметал- 40 лического слоя. ф

Цель изобретения — повышение эфективности при увеличении срока службы в хлор идсодерж ащих растворах, Поставленная цель достигается 45 тем, что в аноде для катодной защиты, выполненном из сплава на основе титана с поверхностным слоем, в качестве сплава использован интерметаллид TiNi с поверхностным 5р анодным слоем.

Известно,что интерметаллид TiNi по сравнению с интерметаллидом

T1gNi обладает хорошими технологическими свойствами — относительно высокой прочностью и пластичностью (обрабатынается на станках и прокатывается), что позволяет испольэовать его в качестве материала для изготовления массивных анодов. Однако интерметаллид TiNi в хлоридных и сульфатно-хлоридных растворах подвергается питтинговой коррозии, что исключает возможность использо- вания его в качестве малорастворимого анода в хлоридсодержащих средах. 65

В связи с этим проводят поисковые исследования, направленные на изыскание условий, способствующих предотвращению питтингоной коррозии

TiNi в хлоридсбдержащих средах.

Хорроэионные и электрохимические исследонания проводят на литом интерметаллиде TiNi при 25 С на свежезачищенных образцах. Интерметаллид

TiNi выплавляют из химически чистых компонентов титана марки ВТ 1-0 и никеля марки НП-1 с соотношением титана 45 вес,В и никеля 55 вес,Ъ методом электроннолучевой. плавки н вакууме (10 " торр) с 10-кратным переплавом. Идентификацию сплава производят рентгенофазоным анализом. Из полученного слитка TiNi на фрезерном станке готовят образцы размером

10х10х8 мм, к образцам припаивают изолированный медный токоотнодный провод и армируют их в эпоксидную смолу. Рабочая поверхность каждого образца составляет 1 cM . Зачистку поверхности образцов проводят на абразивной бумаге до 8-10 класса чистоты поверхности, В качестве корроэи онной среды выбирают нейтральные чисто хлоридные и сульфатно-хлоридные среды различной концентрации, имитирующие основной аниониый состав речной и морской воды. Анодные поляризационные кривые снимают от стационарных потенциалов корррэии со скоростью 2 вВ/с. Потенциалы приводятся относительно нормального водородного электрода, На чертеже представлены результаты исследования влияния корроэионной среды на анодное поведение TiNi в широкой области потенциалов.

Видно, что в 0,01 н.растворе KCI (KpHBctH 1) TiNi растворяется по механизму питтингообраэования и не поляризуется до высоких анодных потенциалов. При уменьшении концентрации хлорид-ионов до 0,001 н ° (кривая 2), несмотря на поляризацию сплава до потенциалов выделения кислорода и хлора, на его поверхности образуются мелкие питтинги. В сульфатно-хлоридных растворах, соответствующих по основному анионному составу и концентрациям речной воде — 0,001 н, KCI? + 0,001 н.К БО (кривая 3) — и морской воде — 1н.КСФ +0,1 н.К 50+ (кривая 4), - в области потенциалов

0,6-1,5 В на кривых наблюдается пет ля растворения сплава иэ питтинга, Микроскопическими исследованиями установлено, что в потенциостатическом режиме при потенциалах выделения кислорода и хлора 1,7-2,3 В в хлоридных растворах на поверхности

TiNi также образуются питтинги.

Известно,что н случае анодирования титана на его поверхности получается офисная пленка Ti02, не обладаю1076496

60 щая электронной проводимостью, что препятствует использованию анодированного; титана в качестве анода для катодной защиты. Однако в отли- чие 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 кислород и хлора из хлоридсодер 10 жащих растворов.

Анодирование образцов из интерметаллида TiNi проводят в 0,1-1 н,растворах сульфата калия при 25 С и анодной плотности тока 100-1000 A/ì 35 в течение 30-60 мин, Полученная окисная пленка обладает устойчивостью к активирующему действию хлоридных ионов как в сульфатно-хлоридных, так и в чисто хлоридных растворах -2О 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 (50 С) насыщенных хлоридах (24% КСВ)в течение

50 ч испытаний, что подтверждается микроскопическими исследованиями поверхности. 35

Установлено, что на защитные свой ства пленки не влияет класс чистоты исходной поверхности образцов TiNi

Следует отметить, что анодирование .

Tiki можно проводить не только в 40 сульфате калия, но и в тех растворах, которые содержат кислородные ионы, например HSO, РО+, СгО

ОН р С204 у СО3 H др

Во всех изученных хлоридсодержа- 45 щих растворах в процессе работы анода устанавливается динамическое равновесие между растворением и образованием защитной окисной пленки, т.е. осуществляется ее воспроизводство. В результате этого срок службы предлагаемого анодированного

TiNi анода не ограничивается толщиной получающейся окисной пленки., Электрохимические испытания аноди рованного Т1 Ni в 1н.KCf показывают, что данный анод при потенциалах

1,9-2,3 В имеет значения анбдного тока 65-4000 А/M2, которые не изменяются по времени . На растворение анода в этих условиях приходится около 1% от общего анодного тока; скорость коррозии при плотности тока

100 A/м равна 0,47 г/м ч, Пример 1 ° Анод выполнен иэ массивного литого интерметаллида 65

Т М1 (65% Т1 ) с анодированной поверх ностью. В качестве исходных компонентов служат титан марки ВТ 1-0 и никель марки НП-1. Анодирование поверхности заготовки TiNi проводят в О, 1 н.растворе К 5 О при 25 С.

Потенциал формирования пленки составляет 2,1 В, что соответствует плотности анодного тока 900 А/м

Время формирования пленки 30 мин, Пример 2. Анод выполнен, как в примере 1. Анодирование поверхности заготовки Т1 Й1 проводят в 1 н.

К>50< при 25 С и потенциале 2,0 В, что соответствует плотности анодного тока 250 А/м, Время формирования пленки 60 мин.

Пример 3. Анод выполнен, как в примере 1, Анодирование поверхности заготовки Т1Ni проводят в

О, 1 н. КОН, при 25 С 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

Т М 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 растворения 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 сравни. тельных испытаний.

Из данных таблицы следует, что анод из анодированного интерметаллида Тi8i по предельной плотности тока в 10-20 раз превосходит титановый анод с интерметаллидным покрытием T1g %, а также графитовый и железо-кремниевый аноды, т.е. является более эффективным по выделению кисло. рода и хлора в хлоридсодержащих средах, В то же время по коррозионной стойкости он практически не уступает 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 ано да 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

1076496 повышенной корроэионной скойкостью в агрессивных хлоридсодержащих растворах.

Предлагаемый анод может быть широ ко использован в промжшенности в различных производствах в опресни- . тельных электродиалиэных установках, в хлорном производстве, в ряде электрохимических синтезов и др. производствах.

Предельная плотность тока, А/м

Х арактер коррозии

Анод

0,67-0,9

110

Местная

0,23-0,45

270

Из бирательн

0,008-0,025 Равномерная

Ф

Ti Ni-анод (прототип) 150-500

TiNi-анод (беэ аноднрования) Пи ттин г

О, 035-0, 040" Равномерная

Предлагаемый TXNi — анод (с анодированием) 4000

Для графитового и железо-кремниевого анодов скорость коррозий приведена для плотности тока 22 A/M, Ф Для прототипа и предлагаемого анодов скорость коррозии приведена для плотности тока 100 A/M

Составитель С.Пономарев

Редактор С.Квятковская Техред T.Ôàíòà Корректор А. Повх

Тираж 900

ВНИИПИ Государственного коьытета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб. д. 4/5

Заказ 671/25

Подписное

Филиал ППП Патент, г,ужгород, ул,Проектная, 4

Гр афи то вый ан од (базовый объект в стационарных условиях) Железо-кремниевый анод (базовый объект для за циты морских судов) Скорость коррозии, кг/А. г