Эффективные способы борьбы с коррозией

Коррозия металлов и способы защиты от нее

Коррозия – это процесс разрушения металлов и металлических конструкций под воздействием различных факторов окружающей среды – кислорода, влаги, вредных примесей в воздухе.

Коррозионная стойкость металла зависит от его природы, характера среды и температуры.

• Благородные металлы не подвергаются коррозии из-за химической инертности.
• Металлы Al, Ti, Zn, Cr, Ni имеют плотные газонепроницаемые оксидные плёнки, которые препятствуют коррозии.
• Металлы с рыхлой оксидной плёнкой – Fe, Cu и другие – коррозионно неустойчивы. Особенно сильно ржавеет железо.

Различают химическую и электрохимическую коррозию.

Химическая коррозия сопровождается химическими реакциями. Как правило, химическая коррозия металлов происходит при действии на металл сухих газов, её также называют газовой.

При химической коррозии также возможны процессы:

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂

2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃

Как правило, такие процессы протекают в аппаратах химических производств.

Электрохимическая коррозия – это процесс разрушения металла, который сопровождается электрохимическими процессами. Как правило, электрохимическая коррозия протекает в присутствии воды и кислорода, либо в растворах электролитов.

В таких растворах на поверхности металла возникают процессы переноса электронов от металла к окислителю, которым является либо кислород, либо кислота, содержащаяся в растворе.

При этом электродами являются сам металл (например, железо) и содержащиеся в нем примеси (обычно менее активные металлы, например, олово).

В таком загрязнённом металле идёт перенос электронов от железа к олову, при этом железо (анод) растворяется, т.е. подвергается коррозии:

Fe –2e = Fe 2+

На поверхности олова (катод) идёт процесс восстановления водорода из воды или растворённого кислорода:

2H + + 2e → H₂

O₂ + 2H₂O + 4e → 4OH –

Например, при контакте железа с оловом в растворе соляной кислоты происходят процессы:

Анод: Fe –2e → Fe 2+

Катод: 2H + + 2e → H₂

Суммарная реакция: Fe + 2H + → H₂ + Fe 2+

Если реакция проходит в атмосферных условиях в воде, в ней участвует кислород и происходят процессы:

Анод: Fe –2e → Fe 2+

Катод: O₂ + 2H₂O + 4e → 4OH –

Суммарная реакция:

Fe 2+ + 2OH – → Fe(OH)₂

4Fe(OH)₂ + O₂+ 2H₂O → 4Fe(OH)₃

При этом образуется ржавчина.

Методы защиты от коррозии

Защитные покрытия

Защитные покрытия предотвращают контакт поверхности металла с окислителями.

• Катодное покрытие – покрытие менее активным металлом (защищает металл только неповреждённое покрытие).
• Покрытие краской, лаками, смазками.
• Создание на поверхности некоторых металлов прочной оксидной плёнки химическим путём (анодирование алюминия, кипячение железа в фосфорной кислоте).

Создание сплавов, стойких к коррозии

Физические свойства сплавов могут существенно отличаться от свойств чистых металлов. Добавление некоторых металлов может приводить к повышению коррозионной стойкости сплава. Например, нержавеющая сталь, новые сплавы с большой коррозионной устойчивостью.

Изменение состава среды

Коррозия замедляется при добавлении в среду, окружающую металлическую конструкцию, ингибиторов коррозии. Ингибиторы коррозии — это вещества, подавляющие процессы коррозии.

Электрохимические методы защиты

Протекторная защита: при присоединении к металлической конструкции пластинок из более активного металла – протектора. В результате идёт разрушение протектора, а металлическая конструкция при этом не разрушается.

Источник

Коррозия металлов

Коррозия – разрушение поверхности сталей и сплавов под воздействием различных физико-химических факторов – наносит огромный ущерб деталям и металлоконструкциям. Ежегодно этот невидимый враг «съедает» около 13 млн. т металла. Для сравнения – металлургическая промышленность стран Евросоюза в прошлом, 2014 году произвела всего на 0,5 млн. тонн больше. И это только – прямые потери. А длительная эксплуатация стальных изделий без их эффективной защиты от коррозии вообще невозможна.

Что такое коррозия и её разновидности

Основной причиной интенсивного окисления поверхности металлов (что и является основной причиной коррозии) являются:

1. Повышенная влажность окружающей среды.
2. Наличие блуждающих токов.
3. Неблагоприятный состав атмосферы.

Соответственно этому различают химическую, трибохимическую и электрохимическую природу коррозии. Именно они в совокупности своего влияния и разрушают основную массу металла.

Химическая коррозия

Такой вид коррозии обусловлен активным окислением поверхности металла во влажной среде. Безусловным лидером тут является сталь (исключая нержавеющую). Железо, являясь основным компонентом стали, при взаимодействии с кислородом образует три вида окислов: FeO, Fe2O3 и Fe3O4. Основная неприятность заключается в том, что определённому диапазону внешних температур соответствует свой окисел, поэтому практическая защита стали от коррозии наблюдается только при температурах выше 10000С, когда толстая плёнка высокотемпературного оксида FeO сама начинает предохранять металл от последующего образования ржавчины. Это процесс называется воронением, и активно применяется в технике для защиты поверхности стальных изделий. Но это – частный случай, и таким способом активно защищать металл от коррозии в большинстве случаев невозможно.

Химическая коррозия активизируется при повышенных температурах. Склонность металлов к химическому окислению определяется значением их кислородного потенциала – способности к участию в окислительно-восстановительных реакциях. Сталь – ещё не самый худший вариант: интенсивнее её окисляются, в частности, свинец, кобальт, никель.

Электрохимическая коррозия

Эта разновидность коррозии более коварна: разрушение металла в данном случае происходит при совокупном влиянии воды и почвы на стальную поверхность (например, подземных трубопроводов). Влажный грунт, являясь слабощёлочной средой, способствует образованию и перемещению в почве блуждающих электрических токов. Они являются следствием ионизации частиц металла в кислородсодержащей среде, и инициирует перенос катионов металла с поверхности вовне. Борьба с такой коррозией усложняется труднодоступностью диагностирования состояния грунта в месте прокладки стальной коммуникации.

Электрохимическая коррозия возникает при окислении контактных устройств линий электропередач при увеличении зазоров между элементами электрической цепи. Помимо их разрушения, в данном случае резко увеличивается энергопотребление устройств.

Трибохимическая коррозия

Данному виду подвержены металлообрабатывающие инструменты, которые работают в режимах повышенных температур и давлений. Антикоррозионное покрытие резцов, пуансонов, фильер и пр. невозможно, поскольку от детали требуется высокая поверхностная твёрдость. Между тем, при скоростном резании, холодном прессовании и других энергоёмких процессах обработки металлов начинают происходить механохимические реакции, интенсивность которых возрастает с увеличением температуры на контактной поверхности «инструмент-заготовка». Образующаяся при этом окись железа Fe2O3 отличается повышенной твёрдостью, и поэтому начинает интенсивно разрушать поверхность инструмента.

Методы борьбы с коррозией

Выбор подходящего способа защиты поверхности от образования ржавчины определяется условиями, в которых работает данная деталь или конструкция. Наиболее эффективны следующие методы:

• Нанесение поверхностных атмосферостойких покрытий;
• Поверхностная металлизация;
• Легирование металла элементами, обладающими большей стойкостью к участию в окислительно-восстановительных реакциях;
• Изменение химического состава окружающей среды.

Механические поверхностные покрытия

Поверхностная защита металла может быть выполнена его окрашиванием либо нанесением поверхностных плёнок, по своему составу нейтральных к воздействию кислорода. В быту, а также при обработке сравнительно больших площадей (главным образом, подземных трубопроводов) применяется окраска. Среди наиболее стойких красок – эмали и краски, содержащие алюминий. В первом случае эффект достигается перекрытием доступа кислороду к стальной поверхности, а во втором – нанесением алюминия на поверхность, который, являясь химически инертным металлом, предохраняет сталь от коррозионного разрушения.

Положительными особенностями данного способа защиты являются лёгкость его реализации и сравнительно небольшие финансовые затраты, поскольку процесс достаточно просто механизируется. Вместе с тем долговечность такого способа защиты невелика, поскольку, не обладая большой степенью сродства с основным металлом, такие покрытия через некоторое время начинают механически разрушаться.

Химические поверхностные покрытия

Коррозионная защита в данном случае происходит вследствие образования на поверхности обрабатываемого металла химической плёнки, состоящей из компонентов, стойких к воздействию кислорода, давлений, температур и влажности. Например, углеродистые стали обрабатывают фосфатированием. Процесс может выполняться как в холодном, так и в горячем состоянии, и заключается в формировании на поверхности металла слоя из фосфатных солей марганца и цинка. Аналогом фосфатированию выступает оксалатирование – процесс обработки металла солями щавелевой кислоты. Применением именно таких технологий повышают стойкость металлов от трибохимической коррозии.

Недостатком данных методов является трудоёмкость и сложность их применения, требующая наличия специального оборудования. Кроме того, конечная поверхность изменяет свой цвет, что не всегда приемлемо по эстетическим соображениям.

Легирование и металлизация

В отличие от предыдущих способов, здесь конечным результатом является образование слоя металла, химически инертного к воздействию кислорода. К числу таких металлов относятся те, которые на линии кислородной активности находятся возможно дальше от водорода. По мере возрастания эффективности этот ряд выглядит так: хром→медь→цинк→серебро→алюминий→платина. Различие в технологиях получения таких антикоррозионных слоёв состоит в способе их нанесения. При металлизации на поверхность направляется ионизированный дуговой поток мелкодисперсного напыляемого металла, а легирование реализуется в процессе выплавки металла, как следствие протекания металлургических реакций между основным металлом и вводимыми легирующими добавками.

Изменение состава окружающей среды

В некоторых случаях существенного снижения коррозии удаётся добиться изменением состава атмосферы, в которой работает защищаемая металлоконструкция. Это может быть вакуумирование (для сравнительно небольших объектов), или работа в среде инертных газов (аргон, неон, ксенон). Данный метод весьма эффективен, однако требует дополнительного оборудования — защитных камер, костюмов для обслуживающего персонала и т.д. Используется он главным образом, в научно-исследовательских лабораториях и опытных производствах, где специально поддерживается необходимый микроклимат.

Кто нам мешает, тот нам поможет

В завершение укажем и на довольно необычный способ коррозионной защиты: с помощью самих окислов железа, точнее, одного из них — закиси-окиси Fe3O4. Данное вещество образуется при температурах 250…5000С и по своим механическим свойствам представляет собой высоковязкую технологическую смазку. Присутствуя на поверхности заготовки, Fe3O4 перекрывает доступ кислороду воздуха при полугорячей деформации металлов и сплавов, и тем самым блокирует процесс зарождения трибохимической коррозии. Это явление используется при скоростной высадке труднодеформируемых металлов и сплавов. Эффективность данного способа обусловлена тем, что при каждом технологическом цикле контактные поверхности обновляются, а потому стабильность процесса регулируется автоматически.⁠

Источник

Основные методы борьбы с коррозией металлов

Коррозия представляет процесс разрушения металлов и сплавов под воздействием агрессивной внешней среды.

Ржавчина образуется на поверхности железа в результате химических, электрохимических и физико-химических реакций.

Комплекс антикоррозийных мероприятий предполагает проведение анализа качества материалов, причин коррозии, глубины поражения металла. Только потом выбираются методы борьбы с коррозией.

• Определение вида металла: черный или цветной, сплав металлов.
• Вид коррозии на поверхности металла: химический, электрохимический.
• Условия проведения антикоррозийной обработки металла (открытое, закрытое помещение, температурные условия, влажность и т.д.).
• Какому виду обработки подлежит металл.
• Выбор материалов для антикоррозийной обработки.

Антикоррозийные методы

1. Покраска изделия ЛКМ. Один из самых доступных распространенных видов защиты металла от ржавчины. Предполагает предварительное обезжиривание и очищение поверхности. Нанесение эмалей или лака на металл можно проводить с помощью кисточки, валика или распылителя.
2. Смазывание силиконовой смазкой. Использование силиконовых смазок дает возможность защитить края металлических изделий и всю поверхность от проникновения влаги. Таким образом, металл полностью защищен от контакта с влагой и не подвергается коррозии.
3. Грунтовка. Все виды грунтовки, как предварительного слоя перед покраской, создают на металле невидимый слой, не пропускающий влаги. Грунтовка наносится после предварительного обезжиривания и очистки поверхности от ржавчины, жирных пятен и грязи. Грунтовка обеспечивает последующую адгезию ЛКМ с поверхностью изделия, защищает от проникновения влаги и кислорода, замедляет коррозию.
4. Покрытие металлом. На поверхность черных металлов наносят легкий слой другого металла с антикоррозийной стойкостью разными способами.
5. Гальванический метод борьбы с коррозией. Перед обработкой металлический предмет надо обезжирить и очистить от грязи. Метод гальваники предполагает химическую реакцию электролиза водного раствора солей металла, используемого для создания верхнего слоя. Накладывается антикоррозийный вид металла (хром, никель, свинец и т.д.).
6. Метод оксидирования. Обезжиренный и очищенный металлический предмет опускают в ванную с электроподогревом и наполнителями. Поверхность постепенно покрывает оксидная пленка.
7. Метод фосфатирования тоже проводится способом погружения металлического предмета в ванную. В подогретой воде растворяется фосфористая соль. В результате образуется прочная водонепроницаемая пленка.
8. Легирование металлов улучшает антикоррозийные свойства. Процедура легирования предполагает введение в существующий состав разных примесей, как металлических, так и неметаллических.

Все методы борьбы с коррозией направлены на создание защитного барьера для металлов, продолжения периода их эксплуатации, экономии средств на замену деталей и проведение ремонта.

Виды процесса разрушения металлов

Коррозию металлов ученые разделили на два вида:

1. Химическая коррозия металлов;
2. Электрохимическая коррозия.

Первый вид коррозии еще называют газовым, это связано с тем, что часто данный процесс происходит под воздействием газовых составляющих, которые находятся в окружающей среде, но при этом высокая температура обязательный фактор.

Агрессивные среды также могут вызвать химическую коррозию металла. И все же главная отличительная черта химической коррозии – это отсутствие электрического тока в системе, где она образуется.

Продукты окисления, образующиеся на поверхности металла, служат толчком к разрушению самого металла

Ко второму виду коррозии металлов относится коррозия, где процесс разрушения происходит под воздействием электрического тока.

Здесь необходимо дать пояснения и привести примеры, которые точно раскроют процесс электрохимической коррозии металлов.

Начнем с примеров. Любые виды металлических конструкций, расположенных

• В грунтах;
• Воде морской или пресной;
• В атмосфере;
• Закрытые пленкой, где образуется влага.

Узлы и детали машин и механизмов, работающих в охлаждающих жидкостях, растворах, предназначенных для технических нужд и так далее. Это все подвержено электрохимической коррозии металлов.

Как было сказано выше, данный процесс происходит на поверхности металла. И здесь главную роль играют электроны, которые под воздействием определенных химических реакций переносятся от одной среды в другую.

Точнее сказать, между двумя веществами, одним из которых является металл, а с другой стороны выступают, к примеру, вода или грунт, образуется электрический ток, разделяющий вещества на катоды и аноды. Особенно это сильно заметно, если металл имеет примеси и различные включения, то есть масса металла является неоднородной.

И здесь участки металла, разделенные примесями, создают катодные и анодные зоны, которые в свою очередь и разрушают сам металл.

Из школьного курса химии можно вспомнить один опыт, где простой стальной гвоздь, обмотанный медной проволокой, опускали в раствор поваренной соли. Через пару дней гвоздь начинал сильно ржаветь.

Опыт показывал, как происходит процесс коррозии металлов. В данном случае роль анода выполняет гвоздь, а роль катода – медная проволока.

В процессе химической реакции, а раствор поваренной соли – это прекрасный электролит, происходит передача электронов от гвоздя (железо) к меди.

Электроны в данном случае выступают в роли ионов. Перешедшие в раствор ионы двигаются к медной проволоке, где и разряжаются.

Медь набирает отрицательный потенциал, который со временем выравнивается с гвоздем. И здесь коррозия металла, в данном случае гвоздя, прекращается.

К сожалению, все металлические детали подвержены коррозии

Электрохимическая коррозия металла в основном зависит от присутствия влаги. Но, к примеру, атмосферная коррозия будет также зависеть от качества самого металла.

Трещины, шероховатость поверхности и другие дефекты будут только ускорять процесс коррозии.

А почвенная коррозия металлов сделает любой трубопровод, не защищенный специальной изоляцией, негодным. И для этого понадобится всего несколько месяцев.

Ведь в почве большое количество не только влаги, но и различных химически активных элементов, которые создают повышенную кислотную среду.И сегодня защита трубопроводов – это неотъемлемая часть в строительной области.

Необходимо отметить и блуждающие токи, которые создают все условия для образования коррозии металлов. Здесь необходимо отметить:

• Линии электропередач;
• Электроустановки;
• Железная дорога, которая работает на электрическом токе;
• И так далее.

Типы ржавчины

В большей степени коррозии подвержено железо. С точки зрения химии ржавчина — это окислительный процесс (как и горение). Элементы возникающие при окислении в кислородной среде называются Оксиды. Можно выделить 4 основных типа.

1. Желтая ржавчина — химическая формула FeO(OH)H2O (оксид железа двухвалетный). Возникает во влажной, недонасыщенной кислородом среде. Часто встречается под водой. В природе существует в виде минерала вюстита, при этом являясь монооксидом (те содержит 1 атом кислорода).

2. Коричневая ржавчина — Fe2O3 (двойной оксид железа): растет без воды и встречается редко.

3. Черная ржавчина — Fe3O4 (оксид железа четырех валентый). Образуется при малом содержании кислорода и без воды поэтому стабильна и распространяется очень медленно. Этот оксид является ферромагнетиком (при определенных условиях обладает намагниченностью в отсутствие внешнего магнитного поля), поэтому потенциально применим для создания сверх-проводников.

4. Красная ржавчина — химическая формула Fe2O3•H2O (оксид железа трехвалентный). Возникает под воздействием кислорода и воды, самый частый тип, процесс протекает равномерно и затрагивает всю поверхность. В отличии от всех вышеперечисленных не столь опасных для железа видов окисления этот в своей толще образует гидроксид железа, который, начиная отслаиваться, открывает для разрушения все новые слои металла. Реакция может продолжатся до полного разрушения конструкции. Применяется при выплавке чугуна и как краситель в пищевой промышленности. Встречается в природе в естественном виде под названием гематид.

Несколько видов ржавления могут протекать одновременно, не особо мешая друг другу.

Химическая и электрохимическая коррозия

Железо ржавеет, если в нем есть добавки и примеси (например, углерод) и при этом контактирует с водой и кислородом. Если же в воде растворена соль (хлорида натрия и калия), реакция становится электрохимической и процесс ржавления ускоряется. Массовое применение этих солей как в бытовой химии так и для борьбы с льдом и снегом делают электрохимическую коррозию очень распространенным и опасным явлением: потери в США от использования солей в зимний период составляют 2,5 млрд. долларов. При одновременном воздействии воды и кислорода образуется гидроксид железа, который, в отличие от оксида, отслаивается от металла и никак его не защищает. Реакция продолжается либо до полного разрушения железа, либо пока в системе не закончится вода или кислород.

Электрохимическую коррозию могут вызывать блуждающие токи, возникающие при утечке из электрической цепи части тока в водные растворы или в почву и оттуда — в конструкции из металла. В тех местах, где блуждающие токи выходят из металлоконструкций обратно в воду или в почву, происходит разрушение металлов. Особенно часто блуждающие токи возникают в местах движения наземного электротранспорта (например, трамваев и ж/д локомотивов на электрической тяге). Всего за год блуждающие токи силой в 1А способны растворить железа — 9,1 кг, цинка — 10,7 кг, свинца — 33,4 кг.

Сферы применения коррозийно-устойчивых сплавов

Получаемые сплавы с примесью титана активно применяют в аэрокосмической промышленности и рекреационных сферах, мельхиора – в медицине, латуни – в химической промышленности и машиностроении.

В целом, комбинируя различные металлы в разном соотношение можно получить огромное количество коррозионно-стойкий сплавов, пригодных для использования в ряде сфер деятельности современного человека.

Мы — продавцы металлопроката — как никто сталкивается с этим наваждением — ржавиной. И мы точно знаем вред от коррозии. В этой статье мы скажем несколько слов об этой проблеме, ее проявлениях, ее масштабах.

Ущерб, ущерб.

Все видели эти оранжево-бурые или желтоватые пятна ржавчины на металлических деталях. Экономический ущерб от коррозии металлов огромен. В США и Германии подсчитанный ущерб от коррозии и затраты на борьбу с ней составляют примерно 3 % ВВП. При этом потери металла, в том числе из-за выхода из строя конструкций, изделий, оборудования, составляют до 20 % от общего объема производства стали в год. По России точные данные о потерях от коррозии не подсчитаны.

Доподлинно известно, что именно проржавевшие металлоконструкции стали причиной обрушения нескольких мостов в Соединенных Штатах, в том числе с многочисленными человеческими жертвами. Крайне неприятен и экологический вред: утечка газа, нефти при разрушении трубопроводов приводит к загрязнению окружающей среды.

Грунтовка от коррозии

Что может нам предоставить предварительное грунтование металла? Все просто и практично. Грунтовка позволяет производителю металлических деталей или конструкций складировать продукцию и хранить изделия до востребования. Некоторые виды грунтовки предназначены для предварительной обработки поверхности металла перед финишной покраской. Коррозия металла останавливается сразу послу грунтования поверхности. В зависимости от составов грунтовки, ее могут применять в следующих условиях:

• Ингибирирующие;
• Изолирующие – основное свойство грунта, уберечь поверхность от влаги и перекрыть доступ кислорода к поверхности;
• Фосфатирующие – чаще всего используются для оцинкованной стали, листовой металл с таким типом грунтовки улучшает свою адгезию к краскам;
• Пассивирующие – понижают активность химических составов;
• Протекторные – повышают защитные свойства за счет входящих в ее состав высокодисперсионных порошков.

Источник