Магниевые протекторы

Титан обладает тремя основными преимуществами по сравнению с другими техническими металлами: малым удельным весом (4,5 Г/см3), высокими механическими свойствами (предел прочности 50—60 кГ/мм2 у технического титана и 80—140 кГ/мм2 у сплавов на его основе) и отличной коррозионной стойкостью, подобной стойкости нержавеющей стали, а в некоторых средах и выше. Сочетание малого удельного веса с высокой прочностью, обеспечивающее наибольшую удельную прочность (т. е. прочность на единицу веса), делает титан особенно перспективным материалом для авиационной промышленности, а коррозионная стойкость — в судостроении и в химической промышленности. Для современной высокоскоростной авиации особенно ценным свойством титановых сплавов является также их высокая жаропрочность сравнительно с алюминиевыми и магниевыми сплавами. Титановые сплавы по абсолютной и тем более по удельной прочности превосходят магниевые, алюминиевые сплавы и легированные стали в довольно широком температурном интервале.

Для изготовления протекторов применяются главным образом магний, алюминий, цинк (табл. 73). На основе этих металлов готовят магниевые, алюминиевые и цинковые сплавы. В качестве активатора для магниевых и цинковых протекторов широко используется смесь сернокислых солей магния или натрия с сернокислым кальцием и глиной. Состав активаторов дан в табл. 74.

ПРИПОИ — металл или сплав, применяемый при пайке для заполнения зазора между соединяемыми деталями с целью получения монолитного паяного соединения. П. обладают более низкой темп-рой полного расплавления, чем темп-pa начала расплавления паяемого материала, способны образовывать с паяемым материалом прочную связь; смачивать в жидком состоянии паяемый материал и растекаться по нему, заполняя зазор между соединяемыми поверхностями. Очень важной хар-кой П. является способность их в жидком состоянии растворять осн. материал, образовывать по месту контакта с ним прослойки хрупких интерметаллидов, проникать по границам зерен, охрупчивать паяемый материал и т. п. Технология, хар-ки П. изменяются в зависимости от состава и состояния паяемого материала. П. различают по металлич. основам, напр, оловянные, кадмиевые, цинковые, магниевые, алюминиевые, медные, никелевые П. и т. п.; по ха-

Литье под давлением Центробежное литье Цветные сплавы: цинковые магниевые алюминиевые медные v5(v8) 5 3-4

Титан обладает тремя основными преимуществами по сравнению с другими техническими металлами: малым удельным весом (4,5 Г/см3), высокими механическими свойствами (предел прочности 50—60 кГ/мм2 у технического титана и 80—140 кГ/мм2 у сплавов на его основе) и отличной коррозионной стойкостью, подобной стойкости нержавеющей стали, а в некоторых средах и выше. Сочетание малого удельного веса с высокой прочностью, обеспечивающее наибольшую удельную прочность (т. е. прочность на единицу веса), делает титан особенно перспективным материалом для авиационной промышленности, а коррозионная стойкость — в судостроении и в химической промышленности. Для современной высокоскоростной авиации особенно ценным свойством титановых сплавов является также их высокая жаропрочность сравнительно с алюминиевыми и магниевыми сплавами. Титановые сплавы по абсолютной и тем более по удельной прочности превосходят магниевые, алюминиевые сплавы и легированные стали в довольно широком температурном интервале.

Под давлением Цинковые, магниевые, алюминиевые сплавы 5 *— 7, (8)

Литье под давлением: на машинах с горизонтальными и вертикальными камерами прессования 0,10 Магниевые, алюминиевые, цинковые и свинцо-во-оловянные сплавы, сталь Отливки сложной конфигурации (тройники, колена, кольца электродвигателей, детали приборов, блок двигателя)

Литье выжиманием Панели размером до ЮООх х 2500 мм с толщиной 2,5 — 5 мм Магниевые и алюминиевые сплавы Крупногабаритные отливки, в том числе ребристые

Цинковые . . . Магниевые . . . Алюминиевые . 0,8 2,0 2,0 3,0 6 12 5 10 3 5 3 4 0,2—0,5 0,3—0,6 0,4—0,8 0,8—1,5 0./5 1,0 1,0 1,5 6 6 12 12 10 15 20

Существуют различные классификационные признаки литейных сплавов: химический состав, структура металла (основа), их свойства и назначение и т.д. В промышленной классификации литейные сплавы делятся на черные и цветные сплавы. К черным сплавам относят стали (углеродистые и легированные), чугуны (серые, высокопрочные, ковкие и др.). Цветные сплавы делятся на тяжелые - плотностью более 5000 кг/м3 (медные, никелевые, цинковые и др.) и на легкие - плотностью менее 5000 кг/м3 (литиевые, магниевые, алюминиевые, титановые).

Цинковые Магниевые Алюминиевые Медные 1 1,5 1,5 2,5 6/12 4,5/12 4,5/6 7,5/10 0,2 0,3 0,5 0,8 0,3 0,5 1,0 1,5

Для защиты сооружений в морской воде с использованием внешнего тока могут быть рекомендованы коррозионностойкие аноды из плакированной платиной меди, сплава серебра с 2 % РЬ, платинированных титана или ниобия 12—14. Магниевые протекторы требуют замены примерно каждые 2 года, аноды из сплава серебра с 2 % РЬ служат более 10 лет, а аноды из сплава, содержащего 90 % Pt и 10 % 1г, — еще дольше [13].

Из таблицы видно, что наличие контура заземления требует увеличения количества протекторов в три раза, а при катодной защите увеличивается металлоемкость анодов в два раза. Поэтому для оптимальной защиты заземленных емкостей и резервуаров необходимо выполнить следующие условия: , 1) за контур заземления принять магниевые протекторы;

Для защиты водоподогревателей (бойлеров) от коррозии их можно снабжать эмалевой футеровкой, стойкой в горячей воде, и дополнительно применять магниевые протекторы (см. раздел 21.2). В нормали Западногерманского объединения по водопроводному и газовому делу W 511 [29] регламентированы требования к качеству и правила испытания такой защитной системы. Наряду с требованиями к конструкции, самой стали и магниевым протекторам предъявляются серьезные требования также и к эмалированию. Из этих требований следует отметить, что суммарная площадь всех дефектов на резервуаре не должна превышать 7 см2-м-2 и что протяженность одного дефекта не должна быть более 3 мм. При плотности защитного тока около 0,1 А-м~2 требуемый ток для внутренней поверхности должен иметь плотность не более 70 мкА-м~2. Для резервуаров вместимостью до 500 л, таким образом, достаточно установить один магниевый протектор.

Даже у эффективных магниевых сплавов и при благоприятных условиях значения а2 не превышают 0,55—0,65. Причиной большой доли собственной коррозии является выделение водорода, образующегося по катодной параллельной реакции согласно уравнению (7.56), или же развитие свободной коррозии частиц, отделенных от протектора при сильно трещиноватой его поверхности (см. раздел 7.1.1 [2—4, 19— 21]). Магниевые протекторы изготовляют в основном из сплавов. Содержание железа и никеля не должно превышать 0,003 %, так как при этом их свойства ухудшаются. Влияние меди не является однозначным. Верхним пределом ее содержания считается 0,02 %. При добавке марганца железо выпадает из расплава и при затвердевании становится безвредным ввиду образования кристаллов железа с оболочкой из марганца. Кроме того, марганец повышает токоотдачу (выход по току) в хлоридсодержащих средах. Содержание марганца должно быть не менее 0,15 %. Алюминий облегчает удаление вредного железа благодаря выпадению вместе с марганцем. Впрочем, чувствительность к повышенным содержаниям железа (более 0,003 %) в присутствии алюминия заметно повышается. При добавке цинка коррозионное разъедание становится более равномерным, к тому же снижается чувствительность к другим загрязнениям. Важнейшим магниевым протекторным сплавом является сплав AZ 63, который удовлетворяет также и требованиям стандарта военного ведомства США MIL-A-21412 А [22].

К труднорастворимым соединениям, образующимся на магниевых протекторах при обычной токовой нагрузке, относятся гидроксид, карбонат и фосфат магния. Впрочем, растворимость гидроксида и карбоната еще сравнительно высока. Очень низкую растворимость имеет только фосфат магния. Движущее напряжение у магниевых протекторов при защите стали при не слишком малой электропроводности и> >500 мкСм-см"1 составляет около 0,65 В, т.е. в три раза выше, чем у цинка и алюминия. Магниевые протекторные сплавы применяются преимущественно там, где движущее напряжение цинковых и алюминиевых протекторов недостаточно или где опасность пассивации слишком велика. Магниевые протекторы используют при повышенном электросопротивлении среды и для получения большей плотности защитного тока. Объектами такой защиты могут быть стальные конструкции в пресной воде, балластные танки для пресной воды, водоподогреватели и резервуары для питьевой воды. В случае резервуаров для питьевой воды важное значение имеет физиологическая безвредность продуктов коррозии (см. раздел 21.4). Здесь нельзя, например, применять алюминиевые протекторы, активированные ртутью. В грунте магниевыми протекторами можно защищать небольшие сооружения при удельном сопротивлении грунта до 250 Ом-м и более крупные резервуары и трубопроводы при сопротивлении грунта до 100 Ом-м. На объектах, имеющих органические покрытия для защиты от коррозии, в средах со сравнительно хорошей проводимостью иногда может оказаться необходимым промежуточное включение омического сопротивления для ограничения тока, чтобы не допустить повреждения покрытия слишком большим защитным током, или чтобы предотвратить установление слишком низких потенциалов (см. раздел 6).

опасных участках нельзя. Падающие протекторы, если они изготовлены из соответствующего материала, могут вызвать искру. По этой причине на танкерах во взрывоопасных помещениях (полостях) применять магниевые протекторы запрещено, а алюминиевые протекторы можно применять только до такой высоты, чтобы энергия при их падении не превысила 275 Дж. Цинковые протекторы допускаются без ограничений (см. раздел 18.4).

Это общее утверждение впрочем не означает, что сплавы со сте-хиометрической потерей материала от коррозии совершенно непригодны для изготовления заземлителей на станциях катодной защиты. Иногда в качестве материала для анодных заземлителей применяют даже железный лом; кроме того, при электролитической обработке воды используют алюминиевые аноды (см. раздел 21.3). Цинковые сплавы находят применение как материал для анодов лри электролитическом травлении для удаления ржавчины, чтобы предотвратить образование гремучего хлорного газа на аноде. Для внутренней защиты резервуаров при очень низкой электропроводности содержащейся в них воды на магниевые протекторы иногда накладывают ток от внешнего источника с целью увеличить токоотдачу (в амперах); (см. раздел 21.1). По так называемому способу Кателько наряду с алюминиевыми анодами (протекторами) намеренно устанавливают медные, чтобы наряду с защитой от коррозии обеспечить также и предотвращение обрастания благодаря внедрению токсичных соединений меди в поверхностный слой. Впрочем, все такие области применения являются сугубо специальными. На практике число материалов, пригодных для изготовления анодных заземлителей, сравнительно ограничено. В основном могут применяться следующие материалы: графит, магнетит, ферросилид с различными добавками, сплавы свинца с серебром, а также так называемые вентильные металлы с покрытиями из благородных металлов, например платины. Вентильными называют металлы с пассивными поверхностными слоями, не имеющими электронной проводимости и сохраняющими стойкость даже при очень положительных потенциалах, например титан, ниобий, тантал и вольфрам.

ной на рис. 11.5. При наличии блуждающих токов протекторы применять не следует, поскольку слишком малое движущее напряжение не только не обеспечит достаточного отвода блуждающих токов, но даже может вызвать их повышенное натекание. Магниевые протекторы могут даже выпрямить переменные токи, превратив их в анодный ток, текущий к трубопроводу [17].

При катодной защите подземных резервуаров-хранилищ с помощью протекторов обычно применяют магниевые протекторы, поскольку цинковые протекторы имеют слишком малое движущее напряжение (см. раздел 7.2.2). Достигаемая величина защитного тока /s при использовании протекторов зависит от движущего напряжения С/т, действующего между объектом катодной защиты и протекторами (анодами), а также от сопротивления растеканию тока в грунт с объекта защиты RK и с протекторов RA [см. формулу (7.13)]. Поправками на расстояние между протекторами и на сопротивление подводящих проводов можно пренебречь, и защитный ток составит

Резервуар с мазутом (мазутохранилище), нуждающийся в защите, располагается (рис. 12.2) под землей поблизости от здания. Граница имеющегося в распоряжении земельного участка проходит на расстоянии нескольких метров от резервуара со стороны, противоположной зданию. Стальные трубопроводы, подсоединенные к мазутному резервуару, которые тоже должны быть подключены к системе защиты, имеют изоляционное покрытие. Изолирующие фланцы, необходимые для электрической изоляции мазутного резервуара, располагаются внутри здания. Для расчета системы катодной защиты приняты следующие параметры, полученные при пробном пуске системы: емкость резервуара (двухстенная конструкция) 20 м3; площадь поверхности резервуара и трубопроводов 50 м2; сопротивление растеканию тока с мазутного резервуара в грунт 30 Ом; сопротивление изолирующих фланцев (вставок) 28 Ом; удельное электросопротивление грунта в месте расположения анодных зазем-лителей, измеренное при расстояниях между зондами 1,6 и 3,2 м (среднее значение для восьми измерений) 35 Ом'М; требуемый защитный ток (при потенциале выключения по медносульфатному электроду ^Cu/CusO4 =—",88 В) 10 мА; плотность защитного тока 200 мкА-м~2. В качестве источника защитного тока в этом случае выбрали магниевые протекторы, поскольку, во-первых, при протекторной защите благодаря сравнительно малому сопротивлению грунта может быть

Рис, 12.2. Катодная защита резервуара мазутохранилища магниевыми протекторами: / — здание; 2 — изолирующие фланцы; 3 — посторонние сооружения; 4 — магниевые протекторы а\ и а^\ 5 — анодные и катодные кабели; 6 — трубопроводы; 7 — измерительный канал на глубине около 2,3 м; 8 — регулируемое сопротивление (резистор, настраиваемый на 8 Ом); 9 — измерительный пункт