Корозия способы защиты от корозии

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

Виды коррозии металла и борьба с ней

Череповецкий завод металлоконструкций специализируется на производстве качественных металлических изделий. Наши сотрудники знают все о работе с ними, в том числе о способах защиты металла от коррозии. Из данной статьи вы узнаете о сущности этого явления, различных промышленных и бытовых технологиях обработки изделий.

Виды коррозии

Разнообразные металлы используются повсеместно. Почти все они со временем поддаются действию коррозии. Так называют процесс разрушения материала вследствие окисления. Именно поэтому вопрос защиты от коррозии так актуален. Своевременная обработка продлевает время эксплуатации металлических изделий, защищает от вредного воздействия окружающей среды.

Чтобы правильно защитить конструкцию от разрушения, необходимо разобраться в классификации коррозионных процессов. Это поможет корректно подобрать средство и способ обработки.

Выделяют три вида коррозии металла:

Атмосферная коррозия вызвана влиянием приземистого слоя атмосферы. При этом виде разрушения металлические изделия контактируют с кислородом и водяными парами воздуха. Химически активные вещества в качестве примесей ускоряют процесс разрушения металла.

Относительная влажность воздуха — основной критерий для деления на подвиды. Различают сухую, влажную и мокрую атмосферную коррозию. По своей сути первая является химическим процессом, а влажная и мокрая — электрохимическими.

Это самый распространенный вид разрушения, так как ему подвергаются все металлические конструкции, которые находятся на открытом воздухе. В частности, речь о:

• трубопроводах;
• металлических частях строений;
• опорах;
• мостах;
• транспортных средствах.

Жидкостная коррозия поражает конструкции, находящиеся в жидкой среде. Условия взаимодействия с водой позволяют выделить следующие подвиды:

• коррозия при неполном погружении — только часть конструкции находится в коррозионной среде;
• по ватерлинии;
• при полном погружении — металл полностью погружен в жидкость;
• подводная;
• коррозия при переменном погружении — конструкция погружается в жидкую среду периодически, полностью или частично.

На срок эксплуатации наземных и подземных металлических конструкций влияет состав грунта и грунтовых вод. Происходящие за счет этих особенностей химические процессы вызывают почвенную коррозию. Вследствие этого процесса ржавчина может появиться на:

• трубопроводах;
• подземных герметичных резервуарах;
• опорах различных металлоконструкций.

Характерные типы поражения металлов ржавчиной

В большинстве случаев ржавчина возникает на поверхности металла. Однако в некоторых случаях поражение может проникнуть и вглубь. В зависимости от того, каким образом распространяется коррозия, она может быть:

• равномерной — когда конструкция разрушается по всей поверхности, что характерно для сплавов с однофазной структурой;
• местной (пятнами, язвенной, точечной) — поражает преимущественно многофазные сплавы с грубой структурой, реже чистые металлы или однофазные сплавы после разрушения защитной пленки;
• межкристаллитной — самая опасная за счет того, что разрушение незаметно внешне, ей подвержены сплавы алюминия и хромоникелевые стали;
• растрескивающей;
• подповерхностной;
• комбинированной.

Другой критерий для категоризации — это механизм коррозионного процесса. Согласно ему, коррозия может быть химической или электрохимической.

Химическое разрушение обусловлено окислением поверхности изделия в жидкой среде. Влиянию влаги из всех металлов сильнее всего подвержена сталь, за исключением нержавеющей. Содержащееся в ней железо образует три вида окислов. В большинстве случаев надежная защита стальной конструкции от разрушения невозможна. Также под действием жидкости быстро разрушаются кобальт, никель и свинец.

Электрохимическая коррозия сопровождается возникновением электрического тока. Может протекать в различных средах, всегда связана с серьезными разрушительными процессами. Например, если корродируют линии электропередач, элементы электрической цепи, то помимо самой коррозии, значительно возрастает энергопотребление.

Способы защиты от коррозии

Существует множество способов антикоррозионной обработки металлов, разработанных инженерами и учеными. Их можно разделить на две большие группы:

• Промышленные способы — применяются для защиты габаритных конструкций, в том числе строительных, транспортных, индустриальных. Это сложные и дорогостоящие методы.
• Бытовые способы —подходят для хозяйственных нужд. Это относительно простые и доступные методы обработки металлических изделий.

Промышленные способы защиты

Способы защиты металла от коррозии в промышленных целях включают:

• термическую обработку;
• лакокрасочное покрытие;
• пассивацию или легирование;
• защитное покрытие из металла;
• электрозащиту;
• применение ингибиторов.

Термическая обработка сводится главным образом к повышению жаропрочности металлов. Этого можно достичь различными путями. Такой способ защиты нацелен на борьбу с избирательным, точечным и межкристаллическим разрушением. Вследствие термообработки устраняется структурная неоднородность, сплав лишается внутреннего напряжения.

Защита от коррозии с помощью лакокрасочного покрытия весьма популярна благодаря надежности. Это доступный способ с простой технологией, позволяющий к тому же изменить цвет и внешний вид конструкции. В результате применения такой технологии защиты на поверхности изделия образуется сплошная пленка. Она препятствует разрушению металлической конструкции, защищает от агрессивного воздействия окружающей среды. Антикоррозионные лакокрасочные материалы обычно состоят из пленкообразующих веществ, растворителей, пластификаторов, пигментов, наполнителей, катализаторов. Эффективность применения такого способа во многом зависит от правильной технологии нанесения и подготовки поверхности. Немаловажным фактором является толщина покрытия.

Пассивация заключается в добавлении легирующих компонентов при плавке металлов. К таким примесям относятся хром, никель, молибден. Этот действительно эффективный способ замедляет анодный процесс. Металлический сплав переходит в состояние повышенной устойчивости к разрушению — происходит пассивация. На поверхности образуется оксидная пленка, обладающая совершенной структурой. Таким образом обрабатывают железо, алюминий, медь, магний, цинк, сплавы на их основе. В результате пассивации металлы приобретают не только коррозионную стойкость, но и жаропрочность.

Металлическое покрытие получило широкое распространение в качестве защитного средства. Оно может быть катодным или анодным. Целостность защитного слоя гарантирует эффективную защиту металла от нежелательного воздействия. Однако повреждение или образование пор на внешнем слое может спровоцировать окисление внутреннего. Поэтому данный способ вызывает споры. Формирование защитного металлического покрытия может происходить по-разному:

• электрохимическим путем;
• погружением в расплавленный металл;
• нанесением расплавленного покрытия на обрабатываемую поверхность струей сжатого воздуха;
• химическим.

Электрозащиту применяют, когда нужно защитить котлы, стальные детали, подводные детали морского транспорта, детали буровых платформ. Изделие подключают к отрицательному полюсу источника тока. Благодаря этому ток в электролите проходит через пластины-аноды, а не через защищаемую деталь.

Ингибиторами называют вещества, замедляющие или останавливающие химические реакции, которые провоцируют возникновение ржавчины. При введении в агрессивную среду ингибиторы создают на поверхности изделия адсорбционную пленку. Благодаря ей происходит изменение электрохимических параметров металлов, электродные процессы замедляются. Это эффективное и технологически несложное защитное мероприятие.

Бытовые способы защиты

Способы защиты от коррозии, которые применяются в быту, отличаются простотой и доступностью. Все мероприятия сводятся к нанесению лакокрасочных покрытий. Защита металла предполагает использование различных по составу средств. Среди компонентов могут быть:

• смолы на основе силикона;
• полимерные материалы;
• ингибиторы;
• металлические опилки.

В случае, если ржавчина уже повредила металлическую поверхность, предотвратить распространение коррозии можно при помощи:

• Грунтующих средств. Они обеспечивают хорошую адгезию, поэтому их нанесение на поверхность перед покраской экономит расход финишного покрытия. В составе содержатся ингибирующие вещества, за счет чего грунты так эффективны при защите металла от коррозии.
• Стабилизаторов — с их помощью происходит преобразование оксидов железа в другие вещества. Такие химические соединения не подвержены ржавлению.
• Веществ, преобразовывающих оксиды железа в соли. Замедляют повторное образование ржавчины.
• Смол и масел. Их действие заключается в нейтрализации ржавчины. Масла и смолы связывают ее частицы, уплотняя их.

Если при обработке поверхности с целью предотвращения коррозии используется несколько средств, лучше чтобы они были от одного производителя. Они должны подходить друг другу по химическому составу.

Работы по нанесению лакокрасочных средств в домашних условиях можно провести самостоятельно. В большинстве случаев для этого не требуется привлекать мастеров.

В быту чаще всего нуждаются в такой обработке следующие металлоконструкции:

• крыши;
• ворота;
• различные ограждения;
• спортивные снаряды;
• трубы;
• радиаторы;
• дверцы и ручки.

Обрабатывать можно как новые изделия для предотвращения их разрушения, так и те, которые эксплуатируются уже много лет, но их срок службы необходимо продлить.

Как провести обработку металла своими руками?

Самостоятельно проведение антикоррозионных работ требует соблюдения определенной последовательности действий:

1. Поверхность, которую нужно уберечь от коррозии, необходимо подготовить. Ее тщательно очищают от пятен масла, ржавчины и прочих загрязнений. Это можно сделать при помощи металлических щеток или специальных насадок для болгарки.
2. Когда поверхность должным образом подготовлена к нанесению грунтовки или преобразователя ржавчины, наносят слой средства. Он должен полностью впитаться и просохнуть.
3. После этого на поверхность металла наносят защитную краску. Необходимо нанести два слоя, дав хорошо высохнуть каждому. Стоит позаботиться о защитных средствах для выполнения работ: перчатках, очках, респираторе.

Это стандартная схема обработки металлической поверхности для защиты от разрушения.

Защитные краски для металла

Нанесение на металлическую поверхность специальных защитных красок — одно из самых эффективных средств против коррозии. При высыхании они образуют твердую пленку с пигментами. Толщина этой пленки может варьироваться в зависимости от назначения металлического изделия. Толщина и характер взаимодействия краски с поверхностью определяют защитные свойства покрытия.

Антикоррозионные средства по металлу можно разделить на три группы:

• грунтовки;
• краски;
• средства для нанесения прямо поверх ржавчины.

Выбирая защитную краску, важно учитывать свойства металлической поверхности, на которую она будет наноситься. Например, для черных металлов, таких как сталь, лучше выбрать грунтовку, содержащую цинк. Дело в том, что оцинкованная поверхность в течение долгого времени способна противостоять разрушениям. Как правило, инструкция содержит информацию о том, для какого типа поверхности предназначается данный продукт.

Краска по ржавчине становится удачным решением в ситуации, когда поверхность невозможно качественно очистить от ржавчины. Она проста и удобна в использовании, ложится ровным плотным слоем. Покрытие, которое создает такая краска, отличается прочностью и устойчивостью к коррозии. Несмотря на то что на металлической поверхности уже имеются коррозионные очаги, краска по ржавчине не позволит им увеличиваться и распространяться.

Большинство средств подходят для того, чтобы наносить их вручную в бытовых условиях. Некоторые краски лучше ложатся, если их распылять. В составе красок учитывают то, что они будут использоваться в том числе для защиты конструкций, находящихся на улице. Средства можно наносить в уличных условиях. Как правило, антикоррозионные краски для лучшего эффекта наносят достаточно толстым слоем.

Окрашенная поверхность выглядит эстетично. При этом она надежно защищена от коррозии. Образовавшаяся в результате окрашивания пленка предотвращает отрицательное влияние света, влаги, примесей в атмосфере. Защита поверхности от окисления обеспечивается на срок до 8 лет.

Нормы и правила СНиП

Защита металлических конструкций от разрушения на предприятиях — это технологический процесс, при котором необходимо соблюдать установленные нормы. Официальный документ, который регулирует нормы и правила при антикоррозионных работах — СНиП 2.03.11—85.

Данный документ указывает допустимые методы обработки металлических поверхностей для предотвращения коррозии. Они включают:

• покрытие лакокрасочными материалами;
• пропитку антикоррозионным составом;
• оклейку специальными защитными пленками.

При выполнении защитных работ документ предписывает учитывать особенности среды: степень агрессивности, физическое состояние и характер действия. Для разных сред предусмотрено использование материалов, которым можно обеспечить эффективную защиту от разрушения.

Если обработка металлоконструкций от разрушения проводится самостоятельно, рекомендации и правила из СНиП необходимо учитывать.

На Череповецком заводе металлоконструкций все работы по предотвращению коррозии начиная от соответствующего проектирования и заканчивая послемонтажным обслуживанием, проводятся с учетом госстандартов и правил. Уверенность в высоком качестве металлоконструкций позволяет давать нашим клиентам гарантию до 24 месяцев на всю продукцию.

Источник