Кратко — причины и химические стратегии защиты в морской среде.
Механизмы коррозии железа в солёной воде
- Электрохимическая (общая) коррозия: анодная реакция растворения железа
$$\text{Fe}\to {\text{Fe}}^{2+}+2e^{-}$$ и катодная (в нейтральной/щелочной среде) — восстановление кислорода
$${\text{O}}_2+2{\text{H}}_2\text{O}+4e^{-}\to 4{\text{OH}}^{-}.$$ - Хлориды (${\text{Cl}}^{-}$) увеличивают проводимость электролита и вызывают локальную коррозию (питтинг, расщепление пассивации), особенно опасны в концентрации морской воды ($\text{солёность}\sim 35\text{g/kg},{\text{Cl}}^{-}\approx 19.4\text{g/kg}$).
- Крейвис- и дифференциально-аэраторная коррозия: в щелях образуются клетки с разным доступом кислорода.
- Галваническая коррозия: сочетание разных металлов приводит к анодному растворению менее благородного.
- Микробиологически обусловленная коррозия (MIC): сульфатредуцирующие бактерии и др. ускоряют локальную коррозию.
- Образование ржавчины и гидроксидов:
$${\text{Fe}}^{2+}+2{\text{OH}}^{-}\to {\text{Fe(OH)}}_2$$ последующая окисление до ${\text{Fe}}^{3+}$ и гидратированных оксидов (ржавчины).
- Стресс-коррозионное растрескивание (SCC) в присутствии хлоридов при напряжениях и благоприятных температурах.
Химические стратегии защиты (рекомендации)
1. Комбинация барьера + катодной защиты
- Органические покрытия: эпоксидные праймеры + полиуретан/полимеры как топкоут. Ключ — своевременное нанесение и контроль дефектов.
- Катодная защита:
- Жертвенные аноды (Zn, Al, Mg) — простая и надёжная для судов и подводных конструкций.
- Импрессованный ток (ICCP) для больших конструкций. Совместить с покрытием: покрытие даёт снижение плотности тока.
2. Применение коррозионно-стойких сплавов и защита контактных зон
- Нержавеющие стали типа 316L (ограниченно в агрессивных зонах), а также дуплексные стали (например, $\text{2205}$) или сплавы Cu–Ni для морской воды. Выбирать по зоне эксплуатации и стоимости.
- Клэддинг/облицовка более стойким металлом в критических участках.
3. Химические ингибиторы
- Анионные/катионные ингибиторы для воды в замкнутых системах (балластные танки, теплообменники):
- Катодные/фильмобразующие: нитриты (${\text{NO}}_2^{-}$), молибдаты (${\text{MoO}}_4^{2-}$), фосфаты, силикатные распылители — образуют защитную плёнку.
- Органические ингибиторы (амины, азолы) для определённых сплавов/контуров.
- Ограничения: токсичность (хроматы запрещены), совместимость с биоцидной/экологической регуляцией и с катодной защитой (некоторые ингибиторы пассивируют и изменяют токи CP).
4. Борьба с микроорганизмами и биообрастанием
- Антифоулинговые покрытия, биоциды (с учётом экологического регулирования) и механическое/химическое обслуживание для снижения MIC.
5. Конструктивные и технологические меры (с химическим контекстом)
- Избегать щелей/стояний воды; обеспечить дренаж и вентиляцию, препятствующие локальным анодам.
- Электрическая изоляция разных металлов, использование изоляционных прокладок/покрытий.
6. Мониторинг и обслуживание (химические параметры)
- Контроль потенциалов катодной защиты, концентраций коррозионных и ингибирующих добавок, pH и содержания растворённого кислорода.
- Ревизия покрытий, замена анодов, очистка от отложений.
Практическая рекомендация для морских конструкций (комплексно)
- Основной подход: качественное многослойное покрытие + катодная защита (жертвенные аноды для мелких/средних объектов, ICCP для больших) + выбор материалов в критичных участках (дуплекс/Cu–Ni) + локальное применение ингибиторов/фильмобразующих средств в замкнутых контурах. Регулярный мониторинг и борьба с биофильмом обязательны.