Учебно-методическое пособие «Защита материалов от коррозии», страница 28

Коррозионная стойкость алюминия определяется защитными свойствами оксидной пленки Al₂O₃, которая легко образуется на его поверхности в атмосфере или в растворах, содержащих кислород или другие окислители. В обычных атмосферных условиях толщина оксидной пленки не превышает 0.005¸0.02 мкм. Для повышения защитных свойств оксидную пленку алюминия утолщают путем химического, а чаще электрохимического оксидирования – анодирования. Анодирование позволяет получить на алюминии пленку толщиной порядка 5¸20 мкм, а при необходимости - до 200 мкм. Пленка оксида алюминия при анодном окислении образуется в результате анодной реакции:

2Al + 3H₂O = Al₂O₃ + 6H⁺ + 6e.

Одновременно с этим протекает химическая реакция частичного растворения пленки:

Al₂O₃ + 6H⁺ = 2Al⁺³ + 3H₂O,

что позволяет получать оксидную пленку значительной толщины. Если оксидную пленку дополнительно обработать в горячей воде или в растворах хроматов (процесс наполнения пленки), то её защитные свойства заметно возрастают в результате образования в её порах гидратированного оксида алюминия, имеющего объем больший, чем объем Al₂O₃. При обработке оксида в водном растворе бихромата калия поры закрываются в результате образования (AlO)₂CrO₄ или (AlO)HCrO₄, оказывающих пассивирующее действие на алюминий.

Для придания изделиям красивого внешнего вида их часто после анодирования пропитывают в растворах красителей. Анодирование алюминия можно проводить в растворах серной, хромовой и щавелевой кислот, но наиболее эффективен раствор серной кислоты. Процесс анодирования алюминия в растворе серной кислоты более экономичен и экологичен.

Химическое оксидирование алюминия можно проводить в слабо щелочных растворах, содержащих в качестве окислителя Na₂CrO₄. Толщина оксидных пленок, полученных таким путем, составляет 3¸5 мкм. Химическое оксидирование применяют для создания подслоя, обеспечивающего лучшее сцепление алюминия с лакокрасочными покрытиями.

Фосфатирование

Фосфатирование - процесс получения фосфатных пленок на изделиях из цветных металлов и стали. Для фосфатирования металлическое изделие погружают в растворы H₃PO₄ и ее кислых солей (для горячего фосфатирования используют препарат “Мажеф” - смесь гидрофосфатов марганца).

Фосфатирующий раствор имеет рH < 7, поэтому при погружении в него металла сначала наблюдается коррозия с водородной деполяризацией, затем образующиеся при окислении ионы металла взаимодействуют с растворами фосфорной кислоты и ее кислых солей с образованием нерастворимых фосфатов, которые выделяются в виде пленки на поверхности металла. Образуется фосфатная пленка, химически связанная с металлом, и состоящая из сросшихся между собой кристаллов, разделенных микроскопическими порами. Процесс описывается следующими уравнениями: Fe ® Fe⁺² + 2e,  H₃O⁺ + e ® 1/2H₂ + H₂O. В растворе гидрофосфатов образуются катионы металлов и фосфатные анионы в результате трехступенчатой диссоциации:

Me(H₂PO₄)₂ = Me⁺² + 2H₂PO₄^-;

H₂PO₄^- = H⁺ + HPO₄^-2

HPO₄^-2 = H⁺ + PO₄^-3,

где Me - железо или марганец.

Протекание указанных реакций приводит к последующей кристаллизации фосфатного покрытия на поверхности железа по реакциям:

Me⁺² + HPO₄^-2 = MeHPO₄¯;

3Me⁺² + 2PO₄^-3 = Me₃(PO₄)₂¯.

Процесс получения фосфатных пленок можно интенсифицировать, добавляя в раствор окислители, растворы солей металлов менее активных, чем фосфатируемый. Окислитель, добавленный в малых количествах, выступает в роли деполяризатора, ускоряя анодный процесс, перенасыщение раствора фосфатами и последующую их кристаллизацию на поверхности металла. Ионы менее активных металлов, например, меди, осаждаясь контактно, увеличивают катодную поверхность, что повышает скорость образования покрытия.

Фосфатные покрытия применяют для защиты металлов от атмосферной коррозии в закрытых помещениях и для подготовки к последующей окраске или покрытию лаком изделий, эксплуатирующихся в жестких условиях - в морской воде, в тропиках.

Выполнение работы

1. Приборы, посуда и реактивы:

Опыт 1: установка для проведения анодирования, образцы алюминия, свинцовые пластины, раствор 20% H₂SO₄, конц. HCl, кристаллы K₂Cr₂O₇, H₂O дистиллят.