Коррозия металлов и способы её предотвращения
3.10.1 Виды коррозии. Коррозия — разрушение металлов и сплавов вследствие химического или электрохимического воздействия внешней среды. Участки металла, подвергшиеся коррозионному разрушению, полностью теряют свои механические свойства.
Вследствие коррозии теряется большое количество сплавов на основе железа. Каждая пятая тонна из выплавленных черных металлов расходуется на восполнение потерь от коррозии.
Различают два вида коррозии: химическую и электрохимическую.
Химическая коррозия возникает в результате воздействия на металл сухих газов при повышенной температуре (газовая коррозия) и агрессивных жидкостей неэлектролитов (топливо, масло). При химической коррозии происходит прямое гетерогенное взаимодействие металла с окислителем, находящимся в окружающей среде. Примером химической коррозии может служить окисление клапанов двигателя внутреннего сгорания, топливных баков, трубопроводов и деталей системы питания автомобильных двигателей.
В процессе газовой коррозии на поверхности металла образуется пленка оксида. У алюминия, хрома, никеля, свинца, олова эта пленка очень прочна и предохраняет металл от дальнейшей коррозии. Такие металлы называют пассивирующимися. Пленка оксида железа непрочна и не препятствует развитию коррозии вглубь. Образование окалины на деталях выпускной системы автомобиля наглядно демонстрирует распространение химической коррозии в глубь изделий. В неэлектролитах коррозия происходит вследствие наличия в них агрессивных соединений, разрушающих металл.
Электрохимическая коррозия является результатом воздействия таких электролитов, как водные растворы кислот, щелочей, различных солей, проводящих электрический ток. Электролитической коррозией является также атмосферная коррозия, при которой влага из воздуха, содержащая оксиды азота, серы и другие примеси, конденсируется на поверхности металла. Пыль и другие загрязнения на поверхности металла усиливают адсорбцию влаги и газов, образуется влажная пленка, являющаяся электролитом.
При наличии электролита на поверхности металлы и сплавы, обладающие разными потенциалами, образуют гальванические пары. Поскольку металлы и сплавы практически всегда физически и химически неоднородны (разные структурные и химические составляющие сплава, оксидные пленки), то при наличии на их поверхности электролита образуется множество микроскопических гальванических пар. При этом металл с более высоким потенциалом становится катодом, а с менее высоким — анодом. Это приводит к тому, что участки металла, представляющие
аноды гальванических пар, начинают разрушаться, их атомы переходят в электролит
в форме ионов, оставляя эквивалентное число электронов в аноде. Чем выше разность потенциалов металлов, образующих гальванические пары, степень неоднородности структур, температура и внутренние напряжения, тем интенсивнее коррозия. В гальванической паре разрушается тот металл, который выделяет большее число положительно зараженных ионов, и, следовательно, сам получает высокий отрицательный заряд.
Если металлы расположить в ряд: магний, алюминий, марганец, цинк, хром, железо, кадмий, кобальт, никель, олово, свинец, сурьма, висмут, медь, ртуть, серебро, золото, то каждый металл в паре с другим в электролитах образует гальванический элемент с разрушением металла, расположенного слева. Так, в паре железо-цинк будет разрушаться цинк, а в паре железо-никель разрушается железо. Разрушение будет происходить тем сильнее, чем дальше эти металлы находятся друг от друга в представленном ряду.
Чистые металлы коррозируют в меньшей степени, чем сплавы; однофазные сплавы сопротивляются коррозии сильнее, а многофазные слабее. Меньше коррозируют металлы, имеющие чистую поверхность изделий. Снижает интенсивность коррозии отсутствие внутренних напряжений. Повышение температуры ускоряет коррозию в 1,5—2 раза на каждые 10 °С.
3.10.2 В зависимости от характера разрушения коррозия может быть сплошной, местной, межкристаллитной (по границам зерен). При этом сплошная коррозия может быть равномерной и неравномерной, а местная — пятнами, язвенной, точечной, сквозной, ножевой, трещинами (рисунок 3.5).
Сплошная и местная коррозия может быть подповерхностной и послойной. Оба вида обусловливаются химическим взаимодействием, а межкристаллитная коррозия имеет электрохимическую природу. Она наиболее опасна, так как сопровождается заметным снижением прочности сплава, а обнаружить ее по внешним признакам очень трудно.
Многие детали автомобилей подвергаются коррозионному изнашиванию, которое возникает под действием знакопеременной нагрузки и коррозионного воздействия окружающей среды.
3.10.3 Способы защиты металлических деталей от коррозии можно разделить на следующие группы:
· нанесение неметаллических веществ или металлических покрытий;
· диффузионное насыщение поверхностного слоя;
· покрытие стойкими пленками оксидов или солей (химические покрытия);
· использование коррозионно-стойких сплавов;
· применение ингибиторов коррозии;
а – равномерное; б – неравномерное; в – избирательное; г – пятнами;
д – язвенное; е – точечное; ж – сквозное; з – ножевое; и– трещины;
к – межкристаллитное; л – подповерхностное; м– послойное
Рисунок 3.5 Виды коррозионных разрушений
Покрытие неметаллическими веществами — нанесение на поверхность металла красок, лаков, противокоррозионных паст, защитных смазок, пластмасс, резины или эбонита. Покрытие резиной и эбонитом называется гуммированием, применяют для защиты цистерн для перевозки кислот, щелочей, растворов солей.
Металлическое покрытие – нанесение металла на поверхность стального изделия горячим и гальваническим способами. При горячем способе нанесения покрытия (оцинкование, лужение оловом, свинцевание) изделие погружают в ванну с расплавленным металлом. На автомобилях используют оцинкованные кузовные и крепежные детали, покрытые оловом ленты для трубок радиатора, освинцованные наконечники зажимов проводов электрооборудования, топливные баки и т. Д
Лужение применяют при производстве белой жести и медной посуды;
оцинкование — для проволоки, кровельного железа, труб; свинцевание — для химической аппаратуры и труб. Гальванический способ был рассмотрен выше. Например, на автомобилях устанавливают хромированные декоративные детали (бамперы, ободки фар и др.).
Диффузионный способ состоит в насыщении поверхностных слоев стальной детали различными химическими элементами, вступающими с ним в химическое соединение. К нему относятся цементация, цианирование, алитирование.
Покрытие пленками окислов имеет две разновидности — оксидирование и фосфатирование. Оксидирование (воронение) применяют для защиты черных металлов путем создания на поверхности окисной пленки погружением деталей в кипящий водный раствор едкого натрия, селитры и перекиси марганца.
Полученная пленка стойкая в сухом воздухе, менее стойка во влажном, особенно в воде.
Фосфатирование позволяет получить на поверхности металла пленку нерастворимых фосфатов, изолирующих изделие от окружающей среды.
Создание коррозионно-стойких сплавов осуществляется введением в сталь легирующих добавок: хрома, никеля, алюминия, кремния, вольфрама и других химических элементов, повышающих коррозионную стойкость и улучшающих другие свойства металла.
Ингибиторы коррозии — вещества, при добавлении которых в агрессивную среду происходит затормаживание коррозии. Этим методом можно защищать практически любые металлы и почти в любых средах, включая охлаждающие жидкости, масла, жидкое топливо.
Защищают металлы от коррозии и с помощью органосиликатов, которые в исходном состоянии представляют собой суспензии. Их наносят на поверхность кистью, валиком, пульверизатором и т. п. При нагревании они превращаются в керамику и приобретают повышенные защитные свойства, становясь термо- и даже жаростойкими. Их удобно использовать для выхлопных систем с наружной стороны деталей. Они затвердевают от собственной температуры детали. Они легко обрабатываются, что позволяет в случае необходимости оперативно восстанавливать поврежденные участки.
Для получения органосиликатных покрытий используют кремнийорганические полимеры (лаки), пигменты, оксиды, слюду, тальк, асбест.
Протекторная защита заключается в создании гальванической пары из вышеприведенного ряда металлов с целью заведомого разрушения одного из них при гарантированном сохранении ответственной детали, выполненной из другого металла.
1. Что такое коррозия, её влияние на качество и срок службы деталей?
2. Какие виды коррозии вам известны, причины их возникновения?
3. Что такое ржавление, отчего оно происходит?
4. Какие материалы быстрее коррозируют: чистые металлы или сплавы, и от чего это зависит?
5. Назовите основные способы защиты металлов от коррозии.
Литература
1. Стуканов В.А. Материаловедение: учебное пособие – М.: ИД «ФОРУМ»; ИНФРА-М, 2008
2. Черепахин А.А. Материаловедение: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования / А.А. Черепахин. – 3-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2008
3. Чумаченко Ю.Т., Чумаченко Г.В., Герасименко А.И. Материаловедение для автомехаников. – Ростов н/Д: изд-во «Феникс», 2002
4. Онищенко В.И. Технология металлов и конструкционные материалы. – 2-ое изд., перераб. и доп. – М.: Агропромиздат, 1991
5. Ржевская С.В. Материаловедение: практикум. – М.: Логос, 2004
6. Макиенко Н.И. Слесарное дело с основами материаловедения – учбн. Для подготовки рабочих на производстве.- М. «Высш. школа», 1987
7. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. Учебник для машинострои-тельных ВУЗов – 2-ое изд., перераб. и доп. – М.:Машиностроение,1980
8. Затравкина С.А. Материаловедение, Курс лекций. Псковский индустриальный техникум. – Псков, 2005
Источник
Борьба с коррозией: методы защиты металлических конструкций
Металл — это материал, который не имеет аналогов в мире по своим качествам, прочности, долговечности, и, что немаловажно, стоимости. Однако, у него есть один недостаток, который может свести на нет все выгоды от его использования. Беззащитный металл, подверженный воздействию природных осадков, химических реагентов, воды и других катаклизмов часто подвергается коррозии, или как говорят в простонародье, “ржавчине”. Все вы видели старые автомобили, за которыми не ухаживает хозяин — они прогнивают насквозь и иногда страшно подумать, что на этом транспорте еще передвигаются люди. Коррозия проедает металл насквозь, и, если не озаботиться заранее о том, чтобы защитить свое имущество от коррозии, то вы рискуете с ним расстаться намного раньше срока. В статье я расскажу, как защитить металл от ржавчины и продлить срок службы металлического изделия.
Причины возникновения коррозии
Начну статью с пояснения причин возникновения коррозии. Коррозия металла – серьезная проблема, но знание причин поможет не допустить распространения заразы.
- Самой распространенной причиной возникновения коррозии металла является электрохимическая – ситуация, когда металл соприкасается с влажной средой. Электрохимическая коррозия зачастую вызвана неправильным хранением или неверной эксплуатацией.
- Вторая причина возникновения коррозии – химическая. Химическая коррозия возникает как правило при соприкосновении с сухими газовыми соединениям или солями. Например, когда дорогу посыпают солью зимой, в надежде защитить автомобили от скольжения. В таком случае детали авто покрываются солями натрия и калия, которые в итоге разъедают металл. Она неприятна тем, что ей подвержены абсолютно все металлы.
- Ну и последняя причина разрушения металлов – это биологическая. То есть металлы разрушаются под воздействием микроорганизмов, радиоактивных излучений. По-другому биологическая коррозия еще называется биокоррозией.
Как же избежать неприятных последствий коррозии металла? Существует множество способов борьбы с коррозией, но самыми эффективными считаются превентивные меры – когда вы заблаговременно покрываете металл специальными антикоррозийными растворами.
Органические покрытия против коррозии
Наиболее удачно решение по борьбе с коррозией – органические смеси для предотвращения ржавчины. Преимуществами органических покрытий можно назвать простоту нанесения, разнообразие дизайнов, легкость восстановления испорченного покрытия и приемлемая стоимость. Однако, недостатком органических растворов является их неустойчивость к нагреванию. Среди органических антикоррозийных растворов выделяют:
Стоит отметить, что большую роль в успешной антикоррозийной защите играет качество смеси (то есть лака, краски или эмали), которой вы покрываете металл. От ее состава напрямую зависит, сколько прослужит металл. Правильное соотношение краски, смягчителя, катализаторов и других компонентов напрямую влияет на долговечность защиты.
Другими важными факторами являются:
- качество подготовки поверхности;
- метод нанесения;
- толщина покрытия.
Зачастую эффективнее и выгоднее воспользоваться услугами профессионалов, если необходимо защитить дорогостоящее металлическое оборудование. На производстве специалисты обладают возможностями, гарантирующими долгосрочную и качественную защиту металла от ржавчины:
- химическая обработка металлов;
- погружение в расплав;
- напыление;
- электролитическое осаждение;
- гуммирование;
- покрытие смазками и пастами;
- покрытие смолами и пластмассами.
Неорганические покрытия против коррозии
К неорганическим антикоррозийным покрытиям относятся следующие методы:
- Оксидирование металла. Этот процесс применяется в современном производстве для защиты металлов от атмосферных факторов. В процессе работы детали погружают в щелочные смеси.
- Анодирование металла. Применяется в основном для защиты алюминия и алюминий содержащих сплавов путем покрытия их антикоррозийной пленкой.
- Фосфатирование металла. Применяется для черных и цветных металлов, путем погружения в фосфорно-соляной раствор.
Применение неорганических методов борьбы с ржавчиной, в отличие от покрытия эмалями и лаками, используется в узких областях промышленности.
Подводя итоги, можно сделать определенный вывод. Для бытового использования больше подходит использование органических антикоррозийных покрытий, так как применение неорганических покрытий по большей части невозможно в домашних условиях. Кроме того, хорошее покрытие не может быть дешевым и при принятии решения самостоятельность заниматься мерами по предотвращению коррозии и гниения, стоит понимать, что в таком случае оно не будет таким долговечным, как если вы сделаете это в специально предназначенной мастерской.
Источник
