Коррозия и защита от коррозии

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.⁠

Защита металлических изделий от коррозии

Вопросы, рассмотренные в материале:

• Почему важна защита металлических изделий от коррозии
• Какие виды коррозии существуют
• Какие есть способы защиты металлических изделий от коррозии

Человек с глубокой древности использует предметы из металлов. До сих пор они остаются важной составляющей нашей жизни, причем самыми востребованными являются изделия из железа и его сплавов. Однако все они имеют один серьезный минус, а именно подверженность коррозии, то есть способность разрушаться в процессе окисления. Своевременная защита металлических изделий от коррозии дает возможность увеличить их срок службы.

Почему так важна защита металлических изделий от коррозии

Коррозия оказывает негативное электрохимическое, химическое воздействие на целостность поверхности предметов из стали, чугуна. В результате происходит разъедание металлических изделий, они портятся и не могут использоваться по назначению.

По статистике экспертов, каждый год примерно 10 % от объема всех добываемых на планете металлов приходится расходовать на устранение потерь, вызванных коррозией. Ведь последняя приводит к полной утрате металлическими предметами своих эксплуатационных свойств.

Как только на изделиях из чугуна или стали появляются признаки коррозии, у них снижается герметичность, прочность. Параллельно падает их способность проводить тепло, пластичность, отражательный потенциал, иными словами, утрачивается целый ряд немаловажных свойств. Все это приводит к тому, что конструкции оказываются непригодны для использования по назначению. Вот почему так важно грамотно и своевременно применять существующие способы защиты металлических изделий от коррозии, о которых далее пойдет речь.

Основные виды коррозии

Прежде чем приступать к защите металлических изделий от коррозии, важно понять природу этого процесса. Принято выделять такие типы коррозии:

1. Атмосферная. Причиной окисления становится контакт металлического предмета с кислородом и содержащимися в воздухе водяными парами. Ржавчина образуется быстрее, когда в воздухе присутствуют загрязнения в виде химически активных веществ.
2. Жидкостная. Формируется на металлических предметах, находящихся в водной среде. Если речь идет о морской воде, то в ней окисление значительно ускоряется за счет содержащегося в жидкости большого объема солей.
3. Почвенная. Данному типу подвержены металлические изделия, конструкции, находящиеся в грунте. Химические реакции запускаются и протекают под действием химических элементов, входящих в состав грунта, грунтовых вод, разного рода утечек.

Коррозия на металлических изделиях может проявляться по-разному:

• формируется сплошной ржавый слой или его отдельные фрагменты;
• появляются небольшие участки ржавчины, проникающей внутрь детали;
• образуются глубокие трещины;
• окисляется один из компонентов сплава;
• происходит глубинное проникновение по всему объему;
• сочетаются сразу несколько симптомов.

Причины возникновения могут иметь природу двух видов:

• Химическую, то есть металл разрушается в результате химических реакций с активными веществами.
• Электрохимическую, связанную с тем, что при контакте с электролитическими растворами возникает электрический ток, под его действием замещаются электроны металлов. Это приводит к тому, что страдает кристаллическая структура, образуется ржавчина.

Способы защиты металлических изделий от коррозии

Можно выделить несколько основных способов защиты металлических изделий от коррозии:

• легирование металлов;
• защитные покрытия (металлические, неметаллические);
• электрохимическая защита;
• изменение свойств коррозионной среды;
• рациональное конструирование изделий.

1. Легирование металлов.

Это один из действительно эффективных способов, позволяющих увеличить стойкость металлов к ржавчине. В процессе легирования в состав сплава или металла вносят легирующие элементы, такие как хром, никель, молибден, пр. Они приводят к пассивации металла, то есть металл или сплав переходит в состояние повышенной коррозионной устойчивости за счет торможения анодного процесса. Пассивное состояние металла достигается благодаря тому, что на его поверхности формируется совершенная по структуре оксидная пленка. Она обеспечивает защиту изделия лишь при условии, что кристаллические решетки металла и образующегося оксида имеют между собой максимальное сходство.

Рекомендовано к прочтению

Легирование активно используется для защиты, например, закладных деталей от коррозии. Такую обработку проводят для железа, алюминия, меди, магния, цинка и сплавов на их основе. Получившиеся сплавы, по сравнению с исходными металлами, отличаются повышенной коррозионной стойкостью, а также жаростойкостью и жаропрочностью.

Жаростойкость – способность металла сохранять свои свойства даже при высоких температурах, когда повышается вероятность газовой коррозии.

Жаропрочность – сохранение конструкционным материалом высокой механической прочности при значительном повышении температуры. Этого свойства обычно достигают легированием металлов и сплавов. Так, сталь легируется хромом, алюминием и кремнием. При высоких температурах они окисляются первыми, в результате чего формируются плотные защитные оксидные пленки, например Al₂O₃ и Cr₂O₃.

Кроме того, легирование позволяет снизить скорость электрохимической коррозии, особенно когда она сопровождается выделением водорода. Ярким примером коррозионностойких сплавов являются нержавеющие стали, где роль легирующих компонентов играют хром, никель и ряд прочих металлов.

2. Защитные покрытия.

В этом случае на поверхности металлического изделия искусственно формируются дополнительные слои для защиты. На самом деле, этот подход является наиболее распространенным среди существующих способов борьбы с коррозией. Мало того, что подобные покрытия оберегают предмет от появления ржавчины, они придают поверхностям ценные физико-химические характеристики. Речь идет об износостойкости, электрической проводимости и еще ряде свойств. Такие покрытия могут быть металлическими и неметаллическими. Однако, вне зависимости от состава, к ним предъявляются единые требования: хорошие адгезионные качества, сплошность и способность сохранять свои свойства в агрессивной среде.

Металлические покрытия выделяются на фоне других способов защиты металлических изделий от коррозии тем, что обладают неоднозначным действием. Пока защитный слой сохраняет свою целостность, он изолирует поверхность изделия от воздействия окружающей среды. То есть по своему действию близок к любой механической обработке, например, окраске, оксидной пленке, пр. В целом, металлические покрытия не должны пропускать коррозионные агенты.

Если такое покрытие повреждается либо в нем есть поры, образуется гальванический элемент. Нужно понимать, что характер коррозионного разрушения материала во многом зависит от электрохимических характеристик обоих металлов. Защитные антикоррозионные покрытия бывают катодными или анодными. В число первых входят покрытия, потенциалы которых в данной среде являются более положительными, чем у основного металла. Анодные покрытия обладают наиболее отрицательным потенциалом, чем потенциал материала изделия.

Если повреждается никелевое покрытие, на анодных участках железо окисляется за счет образования микрокоррозионных гальванических элементов. На катодных участках происходит восстановление водорода. Таким образом, катодные покрытия обеспечивают защиту металлических изделий от коррозии только при условии, что в покрытии нет пор и повреждений.

Если в цинковом слое появляется местное повреждение, защита продолжит разрушаться, но поверхность железа не пострадает от коррозии. На анодных участках происходит процесс окисления цинка, а на катодных участках – восстановление водорода.

Электродные потенциалы металлов зависят от компонентов и их доли в растворах, поэтому характер используемого для защиты покрытия может быть изменен за счет изменения состава.

Защита деталей от коррозии горячим методом осуществляется при помощи разных металлов и подходов. Сформировать металлические защитные покрытия позволяют несколько способов: электрохимический (гальванические покрытия); погружение в расплавленный металл (горячее цинкование, лужение); металлизация (нанесение расплавленного металла на защищаемую поверхность струей сжатого воздуха); химический (защита изделия посредством восстановителей, таких как гидразин).

Материалами для металлических защитных покрытий могут быть как чистые металлы (цинк, кадмий, алюминий, никель, медь, хром, серебро и др.), так и их сплавы (бронза, латунь и др.).

Неметаллические защитные покрытия делятся на неорганические и органические. Суть такой обработки состоит преимущественно в изоляции металла от окружающей среды.

Для защиты металлических изделий от коррозии неметаллическими покрытиями используют неорганические эмали, оксиды металлов, соединение хрома, фосфора, пр. В число органических входят лакокрасочные покрытия, смолы, пластмассы, полимерные пленки, резина.

По своему составу неорганические эмали являются силикатами, иначе говоря, это соединения кремния. Нужно понимать, что подобные покрытия хрупкие и растрескиваются из-за тепловых и механических ударов.

Лакокрасочные покрытия встречаются более часто. Главные условия для защиты металлических изделий от коррозии с помощью лакокрасочных покрытий: покрытие должно быть сплошным, газо- и водонепроницаемым, химически стойким, эластичным, обладать высоким сцеплением с материалом, механической прочностью, твердостью.

3. Химические способы.

Существует множество методов защиты металла, относящихся к этой группе. Одним из них является обработка поверхности веществами, вступающими с ней в химическую реакцию, в результате чего формируется пленка устойчивого химического соединения. Речь идет о таких способах как оксидирование, фосфатирование, сульфидирование, пр.

Оксидирование представляет собой способ защиты за счет образования оксидных пленок на поверхности металлических изделий.

Наиболее современным вариантом этого метода является химическая и электрохимическая обработка деталей в щелочных растворах.

Для железа и его сплавов наиболее часто используется щелочное оксидирование в растворе, содержащем NaOH, NaNO₃, NaNO₂ при температуре +135…+140 °С. Оксидирование черных металлов называется воронением.

Фосфатирование является методом формирования фосфатных пленок на изделиях из цветных и черных металлов. Для фосфатирования металлическое изделие погружают в растворы фосфорной кислоты и ее кислых солей (H₃PO₄ + Mn(H₂PO₄)₂) при температуре +96…+98 °С.

Фосфатная пленка оказывается химически связана с материалом изделия и состоит из сросшихся между собой кристаллов, разделенных порами ультрамикроскопических размеров. Главными достоинствами фосфатных пленок являются хорошая адгезия и развитая шероховатая поверхность. Благодаря этому, такие пленки становятся отличной основой для лакокрасочных покрытий и пропитывающих смазок. Обычно данный подход выбирают для защиты деталей от коррозии, когда те будут использоваться в закрытых помещениях, либо если изделие подвергнется последующей окраске или покрытию лаком. Однако у таких пленок есть свои минусы, в первую очередь к ним относятся низкая прочность и эластичность, хрупкость.

Анодированием называется защита поверхности металла при помощи формирования оксидных пленок, обычно данный способ используется для защиты алюминия. На поверхности этого металла всегда есть тонкая оксидная пленка Al₂O₃ или Al₂O₃ ×∙(H₂O)_n. Однако она не способна противостоять появлению ржавчины, поэтому в результате воздействия окружающей среды на алюминии постепенно образуется слой продуктов коррозии.

Для искусственного формирования оксидных пленок используют химический и электрохимический способы. Во втором случае алюминиевое изделие используется в качестве анода электролизера. Тогда как роль электролита играет раствор серной, ортофосфорной, хромовой, борной или щавелевой кислот. Катодом может быть металл, не вступающий в реакцию с раствором электролита, допустим, нержавеющая сталь. На катоде выделяется водород, за счет чего на аноде формируется оксид алюминия.

От точного выполнения при защите деталей от коррозии требований ГОСТа зависят надежность, сроки эксплуатации изделий. Не менее важно правильно выбрать метод обработки, принимая во внимание условия эксплуатации изделий, а также их изначальные характеристики. В результате удастся обеспечить надежную защиту от ржавчины, а изделие сможет служить значительно дольше, при этом использоваться по своему прямому назначению.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

• цветные металлы;
• чугун;
• нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Коррозия и защита от коррозии

Металлы вследствие своей высокой прочности, пластичности, износоустойчивости, тепло- и электропроводности являются наиболее важными конструкционными материалами.

В процессе эксплуатации в результате воздействия окружающей среды происходит их разрушение, так называемая коррозия.

Потери от коррозии в ведущих индустриальных странах составляют около 3-5% валового национального продукта, а затраты на возмещениекоррозионных потерь во всем мире исчисляются сотнями миллиардов долларов, поэтому раздел «Коррозия металлов и методы защиты их от коррозии» является одним из важнейших в курсе химии для инженерных специальностей.

Обычно корродируют металлы, которые встречаются в природе не в самородном состоянии, как Au, Pt, а в виде различных руд. На извлечение этих металлов из природных соединений расходуется значительное количество энергии (Ме +n + n? → Me 0 ; ΔG>0), которая накапливается в металлах, делая их термодинамически неустойчивыми, химически активными веществами (Ме 0 — n? → Me + n ; ΔG 0).

Механическое разрушение металлов, происходящее по физическим причинам, не называют коррозией, а называют эрозией, истиранием, износом.

По характеру разрушения поверхности коррозию подразделяют на сплошную и местную. Сплошная коррозия подразделяется на равномерную, если процесс окисления происходит по всей поверхности металла с одинаковой скоростью, и неравномерную – процесс окисления происходит по всей поверхности с различной скоростью на различных участках металла.

Местная коррозия подразделяется на коррозию пятнами, точечную, питтинг (углубленно-точечную), межкристаллитную (наиболее опасна, т.к. ослабляет связи между зернами структуры сплавов), растрескивающуюся, селективную (избирательную).

По механизму протекания различают следующие виды коррозии:

— электрохимическая (концентрационная, контактная, электрокоррозия);

— особые виды (биологическая, радиационная, ультразвуковая).

По характеру дополнительных воздействий различают:

— коррозию под влиянием механических напряжений;

— коррозию при трении;

— кавитационную коррозию (возникает при одновременном коррозионном и ударном воздействии агрессивной среды, когда лопаются пузырьки воздуха при работе лопастей гребного винта, роторов насосов).

Рассмотрим более подробно виды коррозии по механизму протекания.

Под химической коррозией понимают разрушение металлов окислением в окружающей среде без возникновения электрического тока в системе.

Газовая коррозия протекает при обычных условиях, но чаще при высоких температурах. Наблюдается при разливе расплавленных металлов, их термической обработке, ковке, прокатке, сварке и т.д.

Самый распространенный случай газовой коррозии – взаимодействие металла с кислородом:

Образующаяся при такой коррозии оксидная пленка в ряде случаев играет защитную функцию. Для этого она должна быть сплошной, беспористой, иметь хорошее сцепление с металлом, обладать твердостью, износостойкостью и иметь коэффициент термического расширения, близкий к этой величине для металла. Все эти качества оксидной пленки можно оценить по фактору Пиллинга-Бэдвордса (a). Металлы (щелочные, щелочноземельные), у которых a2O₃, ZnO, NiO и т.д.).

При значениях a значительно больше единицы пленки получаются неслошные, лекго отделяющиеся от поверхности металла (железная окалина). Коррозионно-активными газами, кроме кислорода, являются: угарный газ, углекислый газ, сернистый ангидрид, азот, его оксиды и галогены. Например, при разливе расплавленного алюминия, происходит его взаимодействие не только с кислородом, но и с азотом воздуха.

Жидкостная коррозия протекает, как правило, в жидких неэлектролитах: спиртах, хлороформе, бензоле, бензине, керосине и других нефтепродуктах. Ускоряет процесс жидкостной коррозии сера,кислород, галогены, влага, атакже повышенная температура (коррозия поршней в двигателях внутреннего сгорания),что можно описать уравнениями : Me(II) + R₁ – S – R₂ → MeS + R₁ – R₂

Me(I) + nR – Cl → MeCl + 1/2nR – R ,

где R₁ – S – R₂и nR – Cl углеводороды, содержащие серу и хлор.

Электрохимическая коррозия наиболее распространенный вид коррозии. Это разрушение деталей, машин, конструкций в грунтовых, речных, морских водах, под влиянием воды (росы), под воздействием смазочно-охлаждающих жидкостей, используемых при механической обработке металлов, атмосферная коррозия и т.д.

Электрохимическая коррозия – это пространственно разделенный окислительно-восстановительный процесс разрушения металла, протекающий в среде электролита, с возникновением внутри системы электрического тока, называемого коррозионным током.

Рассмотрим химизм атмосферной коррозии стального изделия. Сталь – это сплав железа с углеродом, в котором углерода менее 2%, например, цементит (Fe₃C₄). При электрохимической коррозии во влажном воздухе (О₂ + 2Н₂О) железо и цементит образуют микрогальванопару, в которой роль анода выполняет железо, а цементит – роль катода.

Схема процесса:

Анодный процесс: Fe 0 — 2? → Fe 2+ 2 поляризация

Катодный процесс: 2H₂O + O₂ + 4? → 4OH — 1 деполяризация

Суммарное уравнение коррозионного процесса разрушения стального изделия, находящегося во влажном воздухе:

Для железа более характерна степень окисления (3+), поэтому процесс окисления идет дальше:

4Fe(OH)₂+2H₂O+O₂→4Fe(OH)_3, образующийся Fe(OH)₃ при нагревании может терять воду.

Fe (OH)₃ H₂O + FeOOH.

То есть продуктами коррозии железа (ржавчина) является смесь различных соединений. Если учесть, что в воздухе присутствуют углекислый газ, сернистый газ, следовательно, могут образовываться и соли железа.

Часто из-за различной рельефности металлических конструкций, в том числе и стальных, на некоторых участках скапливается вода, при этом происходит так называемая концентрационная коррозия, обусловленная различной концентрацией деполяризатора кислорода (в случае атмосферной коррозии), водорода (в кислой среде) на различных участках металла. Там, где концентрация деполяризатора больше (края капли воды), формируется катодный участок, где концентрация деполяризатора меньше (центр капли воды) – анодный участок (рис.15).

После высыхания капли в её центре обнаруживается углубление, а иногда даже и отверстие (для пластин толщиной 0,1-0,2 мм). Такие процессы часто наблюдаются при атмосферной и почвенной коррозии железных и стальных изделий (троса, стопки листов и т.д.) – точечная коррозия, переходящая в питтинг. Следует отметить, что хотя конечный продукт коррозии (ржавчина) нерастворим, однако он не препятствует процессу растворения металла, поскольку формируется за пределами анодного участка (на границе соприкосновения его с катодами) в виде кольца внутри капли.

На практике часто встречаются случаи, когда металлы различной активности находятся в контакте друг с другом, образуя гальванопары. Кроме того, технические металлы содержат примеси других металлов, сплавы содержат различные металлы. Такой металл или сплав, находясь в среде электролита, дает множество микро — и макрогальванопар, в которых анодом является более активный металл, т.е. металл с меньшим значением электродного потенциала, именно он и подвергается коррозии.

Рассмотрим случай контактной коррозии с водородной деполяризациейцинка и меди, в сернокислой среде. Цинк и медь, имеют различные значения электродных потенциалов. Более активным в этой гальвано паре является цинк (Е 0 _Zn2+/Zn = -0,76 В), он имеет меньшее значение электродного потенциала и будет анодом, т. е именно цинк будет подвергаться коррозионным процессам, менее активным металлом является медь (Е 0 _Cu2+/Cu = +0,34 В), она будет катодом.

Запишем схему: (А) Zn | H₂SO₄ | Cu (K)

Анодный процесс: Zn 0 — 2? → Zn 2+

Катодный процесс: 2Н + + 2? → Н₂ деполяризатор

Суммарное ионное уравнение: Zn + 2H + → Zn 2+ + H₂

Факторы, влияющие на скорость коррозии:

а) напряжение и деформация при механической обработке металлов;

б) перемешивание агрессивной среды;

в) дифференциальная аэрация;

д) кислотность среды (рН).

Рассматривая фактор (д) обратите внимание, что электродные потенциалы металлов существенно зависят от состава электролита и рН среды. Так, в случае контактной (Al-Zn) коррозии в 1М растворе HCl

,

возникает гальвано пара, в которой роль анода выполняет Al, а катода- Zn, схема такого процесса: (А) Al | HCl | Zn (K)

В 0,1 М растворе HCl в этом случае большую активность имеет цинк, он будет в гальвано паре анодом, алюминий – катодом, а схему запишем так: (А) Zn | HCl | Al (K)

Электрокоррозия – протекает под действием блуждающих токов, возникает от постоянных источников тока (электротранспорт, трансформаторы, линии электропередач). Рассматривая коррозию под действием блуждающих токов, надо помнить, что место выхода тока – будет анодным участком, входа тока – катодным, участок протекания тока – нейтральной зоной. Радиус действия блуждающих токов может достигать нескольких десятков километров. Ток силой 1А за год разрушает до 3 кг алюминия, 9 кг железа, 11 кг цинка или меди, 34 кг свинца.

ЗАЩИТА МЕТАЛЛОВ ОТ КОРРОЗИИ

Потери от коррозии в мировой экономике огромны. Около 1/3 вводимого в эксплуатацию металла подвергается коррозии, при этом примерно 10% теряется безвозвратно.

Борьба с коррозией осуществляется различными методами. Наиболее рациональный и надежный путь – изготовление аппаратов и машин изкоррозионно-стойких металлических или неметаллических материалов,но из-за дороговизны таких материалов, чаще используют дешевые и доступные металлы с последующей защитой их от коррозии. Полностью избежать коррозии невозможно, но, применив определенные методы защиты, можно снизить ее воздействие.

Можно условно выделить следующие группы методов защиты металлов от коррозии:

1. Создание рациональных конструкций, т.е. таких, которые не имеют застойных зон и других мест скопления влаги, грязи и других коррозионно-агрессивных сред, допускают быструю очистку и аэрацию.

2. Легирование металлов. Это эффективный, хотя обычно дорогой метод повышения коррозионной стойкости металлов. При легировании в состав сплава вводят компоненты (Cr, Ni, W, Si, V, Mo, Re и другие), вызывающие пассивирование металла. Механизм защиты (например, в нержавеющих сталях) состоит в образовании на поверхности плотных оксидных слоев, типа шпинелей состава NiO . Cr₂O, FeO . Cr₂O₃, которые оказываются более устойчивыми, чем просто оксиды хрома или никеля.

3. Создание аморфных структур металлов. Путь к этому способу защиты открыла сверхбыстрая закалка. Расплавленный металл из тигля подают в тончайший зазор между двумя массивными валками и подвергают формированию и резкому охлаждению. В этих условиях атомы не успевают выстраиваться в присущие металлам кристаллические решетки, фиксируется «хаос атомов», свойственный расплавленному металлу. В результате получается аморфная структура, подобная стеклу, резко возрастает коррозионная устойчивость металлов.

4. Защитные покрытия – самый распространенный метод защиты металлов от коррозии. Смысл их нанесения – изоляция от агрессивной среды. Различают неметаллические и металлические покрытия.

а) неметаллические покрытия получают нанесением на поверхность металла лака, краски, смолы, олифы, эмали или стеклоэмали. Поверхность металла покрывают также резиной, эбонитом, полимерными материалами, цементом, бетоном, оксидными пленками: ZnO, Al₂O₃ (оксидирование) и нитридными пленками: Fe₄N, Fe₂N (азотирование). Покрыть поверхность металла можно осаждением нерастворимых фосфатов этого металла: Fe(H₂PO₄)₂ + 2 Fe 2+ ® Fe₃(PO₄)₂¯ + 4H ( фосфатирование) или насыщением поверхности металла углеродом (цементация).

б) защитные покрытия металлами. Для этого используют коррозионно-устойчивые металлы (Sn, Zn, Al, Au, Ag, Ni, Cr и др.) Различают анодные и катодные металлические покрытия. Если защищаемый металл покрывают более активным металлом, то такое покрытие называют анодным. При нарушении покрытия разрушается металл покрытия. Рассмотрим это на примере оцинкованного железа. Составим схему коррозионного разрушения.

A: Zn 0 — 2? → Zn 2+ 2

Если защищаемый металл покрыт менее активным металлом, например, железо покрыто оловом, то такой вид покрытия называется катодным. При нарушении покрытия разрушается основной металл. Рассмотрим этот случай коррозии.

(А) Fe | 2H + | Sn (K)

A: Fe 0 — 2? → Fe 2+ 1

Fe + 2H + → Fe 2+ + H₂

5. Электрохимические методы защиты:

а) защита внешним потенциалом);

б) анодная (протекторная).

Защита внешним потенциалом (чаще катодная) осуществляется подключением защищаемой конструкции к отрицательному полюсу (катоду) внешнего источника тока с очень малым напряжением (0,1 В). К положительному полюсу подсоединяется лом, который и разрушается. Этот вид защиты используют для металлических сооружений: трубопроводов, резервуаров и т.д.

Протекторная защита заключается в том, что к изделию, подвергающемуся электрохимической коррозии, подключают деталь – протектор из более активного металла, чем металл изделия. Протектор будет разрушаться, а изделие останется неизменным. Применяют в паровых котлах, для защиты корпусов морских и речных судов, трубопроводов, рельсов и т.д.

Задача. Приведите пример протекторной защиты в электролите, содержащем растворенный кислород. Составьте уравнения анодного и катодного процессов и вычислите ЭДС реакции.

Решение. Протекторная защита осуществляется путем присоединения к железу более активного металла, обычно цинка, магния и их сплавов. Таким образом, создается искусственный микрогальванический элемент. Чаще всего используют протекторную защиту в растворах электролитов (паровые котлы, химические аппараты), в морской воде и в почве (защита трубопроводов). Рассмотрим протекторную защиту от почвенной коррозии:

Среда нейтральная или слабощелочная, так как концентрация солей невелика. В этом, созданном нами, коррозионном элементе анодом служит протектор (цинк), он растворяется.

Анод: Zn 0 – 2 ® Zn 2+ .

Электроны передаются на железо. Деполяризатором в этом случае является кислород.

Катод: O₂ + 2H₂O + 4® 4OH — ; E 0 = 0,40 B.

ЭДС реакции определяем: DЕ = Е_катода – Е_анода = 0,40 – (-0,75) = 1,16 В.

Ответ: протектор Zn, он окисляется и защищает железо; DЕ = 1,16 В.

6. Воздействие на агрессивную среду. Для замедления коррозии в агрессивную среду вводят вещества, называемые ингибиторами (замедлителями). Это чаще всего органические вещества, пассивирующие поверхность металла: тиомочевина C(NH₂)₂S, диэтиламин C₂H₅ — NH — C₂H₅, уротропин (CH₂)₆N₄, неорганические вещества SiO₃ 2- , NO₂ — , Cr₂O₇ 2- , а также освобождение воды от растворенного в ней кислорода (воду фильтруют через слой железных опилок). Либо удаляют активаторы коррозии, например, ионы Cl — , Br — , F — , SO₄ 2- , NO₃ — .

Литература:

1. Фролов В.В. Химия. Гл.V, §51-56.

2. Лучинский Г.П. Курс химии. Гл.V, §8-12, гл. VI, §13-18

3. Общая химия под ред. Соколовской Е.М. и др. Гл.6, §1-11.

4. Абраменко В.Л. Методические указания к самостоятельному изучению темы “Коррозия и защита металлов от нее”. Луганск, 1991 г.

MaxJeremin › Блог › Коррозия автомобиля в процессе эксплуатации. Методы защиты (очень много букв)

Химическая коррозия металлов протекает в сухих газах и неэлектролитах, т. е. в тех средах, которые не проводят электрический ток. Примером химической коррозии является газовая коррозия выпускного тракта автомобильного двигателя при взаимодействии металла с отработавшими газами в зоне высоких температур.

Электрохимическая коррозия протекает при соприкосновении металла с электролитом. При электрохимической коррозии возникает электрический ток, который протекает как в металле, так и в растворе электролита, образующих замкнутую цепь, подобно короткозамкнутому гальваническому элементу. Электрохимическая коррозия охватывает все виды коррозионного разрушения автомобиля, среди которых наибольшее распространение имеет атмосферная коррозия.

Незащищенная поверхность металла адсорбирует из окружающей среды окислительные компоненты — молекулы кислорода, оксидов углерода и серы, хлора и другие. Образуется оксидная пленка, которая на воздухе всегда содержит конденсированную влагу. Толщина пленки может быть различной в зависимости от температуры, влажности воздуха и других атмосферных условий. В условиях сухой атмосферы происходит химическое взаимодействие металлах кислородом и другими газообразными реагентами из воздуха. Как правило, сухая атмосферная коррозия приводит к потускнению поверхности металла, не вызывая его разрушения. Железо и сталь в сухой атмосфере не корродируют даже при наличии агрессивных газов.

При увеличении влажности атмосферы толщина пленки влаги увеличивается, омическое сопротивление пленки уменьшается, и при некотором минимальном его значении начинается коррозия, протекающая по электрохимическому механизму.

Под пленкой влаги на поверхности металла, как правило, образуются анодные и катодные участки, так как практически любая металлическая поверхность электрохимически неоднородна. Причинами электрохимической неоднородности могут быть микро- и макровключения, структурная неоднородность металла, наличие неравномерных пленок адсорбированных веществ, неравномерность деформации металла и внутренние напряжения, различие в температуре отдельных участков поверхности и многие другие. Таким образом, поверхность корродирующего металла представляет собой множество постоянно работающих гальванических элементов, при этом разрушаются анодные участки поверхности.

Одним из основных факторов, определяющих скорость атмосферной коррозии, является влажность воздуха. Критическая влажность, при которой сухая атмосферная коррозия переходит во влажную, протекающую по электрохимическому механизму, зависит от состояния поверхности металла и от наличия загрязнений в воздухе. Так, для чистой поверхности железа в условиях отсутствия загрязнений воздуха критическая влажность равна примерно 70 %. При наличии на поверхности пыли и грязи она снижается до 50 %. Это объясняется тем, что мелкие твердые частицы служат центрами конденсации влаги, а крупные — сами адсорбируют влагу.

Дальнейшее увеличение влажности воздуха, а также повышение температуры приводят к возрастанию скорости атмосферной коррозии. Поэтому теплый гараж для невысушенного автомобиля представляет собой «влажную камеру», благоприятствующую коррозии. В обогреваемых и плохо вентилируемых гаражах автомобиль ржавеет быстрее, чем в необогреваемых и хорошо вентилируемых. При температурах ниже точки замерзания пленки влаги процесс электрохимической коррозии тормозится.

Большое значение имеют колебания температуры во времени в связи с конденсацией и повторным испарением влаги на поверхности металла. — Так, даже при небольших суточных перепадах температуры в закрытых профилях автомобиля конденсируется влага. Конденсат практически не высыхает из-за недостаточной аэрации.

Атмосферная коррозия значительно усиливается различными примесями, которыми почти всегда загрязнен воздух. Источники загрязнения воздуха могут быть как естественными, так и искусственными. Естественные — это продукты выветривания горных пород, солончаков, почвы, растений, испарения водоемов. К искусственным относятся отходы промышленных предприятий, топок, двигателей внутреннего сгорания, транспортных средств и другие.

За последние десятилетия в 2—2,5 раза возросло количество сжигаемого топлива, в 10—15 раз — производство различных химических материалов, таких как минеральные удобрения, серная кислота, искусственные волокна, при котором образуется большое количество агрессивных газов, паров и сточных вод. Положение усугубляется все увеличивающимся количеством выхлопных газов автомобилей.

В промышленных районах дождевая вода имеет, как правило, кислую реакцию. Это связано с тем, что находящиеся в промышленной атмосфере газообразные примеси растворяются в дождевой воде и подкисляют ее.

Из промышленных загрязнений воздуха наиболее заметную роль играет диоксид серы (сернистый газ). Даже при содержании его в воздухе менее 0,0001 % наблюдается ускорение коррозии металлов.

При повышении содержания диоксида серы увеличивается и скорость коррозии. Аналогичное влияние на скорость коррозии оказывают хлор, аммиак, оксиды азота и другие газообразные примеси в атмосфере.

Из естественных загрязнений воздуха самым распространенным является тонкодисперсный аэрозоль хлорида натрия в атмосфере приморских районов. Корродирующее действие соли не пропорционально ее концентрации в электролите. Резкое возрастание коррозии наблюдается при малых содержаниях (до 1 %). Из этого следует, что даже небольшое содержание соли в пленке электролита на поверхности металла может быть причиной значительной коррозии.

Помимо перечисленных факторов, определяющих скорость атмосферной коррозии автомобиля, большое значение имеют всевозможные загрязнения, оседающие на кузове, деталях и в элементах полых конструкций. Источниками таких загрязнений являются пыль в воздухе, грязь и химические средства против обледенения на дорогах. Вблизи промышленных предприятий, особенно вблизи химических заводов, пыль и грязь на дорогах могут содержать значительное количество агрессивных веществ — сульфатов, хлоридов, фосфатов, угольной пыли и других.

Пыль проникает в закрытые сечения кузова, щели и зазоры и накапливается там. При последующем увлажнении она образует коррозионно-активную среду. Грязь, прилипающая к днищу кузова автомобиля, даже в сухие периоды остается влажной, и коррозия продолжается за счет влаги, находящейся в грязи.

Одним из существенных факторов, способствующих коррозии автомобилей в зимнее время, является применение химических средств борьбы против обледенения дорог, позволяющих достигнуть необходимых условий безопасности движения на зимних дорогах. Самые распространенные средства против обледенения — хлориды натрия и кальция. Общее количество соли, разбрасываемой на дорогах, за последние десятилетия значительно возросло. Расход соли на проезжей части достигает 4—5 кг на 1 м2. Попадание соли вместе с водой и снегом в трудно-промываемые элементы конструкции ускоряет коррозию кузова.

Скорость атмосферной коррозии автомобиля может меняться на несколько порядков в зависимости от климатических характеристик района, сезона года и условий эксплуатации.точечную или питтинговую коррозию — диаметр поражения меньше его глубины;

По характеру развития коррозия на металлической поверхности может быть сплошной или местной. Сплошная коррозия развивается на больших плохо защищенных поверхностях. Местная коррозия поражает поверхность металла на отдельных участках.

По виду коррозионного поражения металла местную коррозию можно разделить на:коррозию пятнами — диаметр поражения больше глубины;
язвенную коррозию — диаметр и глубина поражения примерно одинаковые;усталостная — в местах, подверженных одновременному воздействию агрессивной среды и знакопеременных нагрузок;
контактная — в местах контакта разнородных металлов; .
щелевая — в узких щелях и зазорах;
подпленочная — под лакокрасочными и полимерными покрытиями.

сквозную коррозию.
Различают также виды местной коррозии по ее локализации в конструкции автомобиля:
Последние два вида коррозии являются наиболее распространенными при эксплуатации автомобилей.

Щелевая коррозия развивается в узких зазорах и щелях, в которых происходит усиленная капиллярная конденсация влаги, фиксируются дорожные загрязнения. Разрушение происходит на анодных участках поверхности, находящихся внутри щели. Наружные участки щелевого соединения со свободным доступом кислорода воздуха играют роль катода. Скрытый характер щелевой коррозии не позволяет выявить ее на ранних стадиях, что может привести к значительным коррозионным повреждениям.

Подпленочная коррозия может проявляться в виде отдельных вздутий лакокрасочного покрытия или в виде паутинообразной сети нитей под покрытием — так называемая нитевидная коррозия. В этих случаях продукты коррозии металла, как правило, не поступают на поверхности покрытия, что затрудняет визуальное обнаружение очага коррозии. Нитевидная коррозия достаточно быстро растет от центра очага коррозии во всех направлениях, не вызывая глубоких разрушений металла, в центре очага металл разрушается вглубь, вплоть до сквозного поражения.

Подпленочная коррозия развивается также в местах механических повреждений лакокрасочных покрытий. Через сколы, царапины, микро- и макротрещины в покрытии влага и атмосферные загрязнения получают доступ к поверхности металла. Эти участки становятся анодными по отношению к примыкающей поверхности, и разрушение металла происходит достаточно быстро, образуя видимые продукты коррозии — ржавчину. Анодными участками могут быть также поверхности с уменьшенной толщиной лакокрасочного покрытия, даже при отсутствии его дефектов! Подпленочная коррозия в этих случаях протекает медленнее.

По степени поражения коррозию, встречающуюся на автомобилях, можно условно разделить на три основных типа — косметическая, проникающая и структурная.

Косметическая коррозия появляется на наружных, видимых поверхностях. Она ухудшает внешний вид автомобиля, но не влияет на его эксплуатационные качества. Однако, если не принять своевременных мер:, косметическая коррозия может развиться в проникающую.

Проникающая коррозия чаще всего развивается со стороны труднодоступных для визуального контроля поверхностей конструкций в местах скопления на них грязи и влаги. В этих случаях коррозия становится заметной только тогда, когда причиненный ею ущерб трудно исправить.

Структурная коррозия — потеря первоначальной жесткости и прочности конструкции в результате коррозионного разрушения силовых элементов, составляющих несущую структуру изделия.

Эти три типа коррозии характеризуют коррозионное разрушение кузова, которое приносит наибольший ущерб при эксплуатации автомобилей. Кузов является самой дорогостоящей и труднозаменимой частью автомобиля, так как на нем установлены все основные узлы и детали автомобиля. В то же время кузов более уязвим в коррозионном отношении, чем механические детали и узлы автомобиля, так как имеет пространственно развитую структуру с большой поверхностью, труднодоступными для обработки полостями и множеством щелей и зазоров в сварных и зафланцованных соединениях.

В первую очередь, как правило, косметическая коррозия появляется в местах сопряжения кузова с накладными деталями — молдингами, фонарями, ручками, замками, решеткой радиатора. Наиболее подвержены косметической коррозии также кромки металла на фланцах дверей, капота и крышки багажника, на водосточных желобах и других деталях кузова. Кромки металла, а также места точек сварки панелей кузова наименее защищены лакокрасочным покрытием из-за наличия микрозаусенцев и выплесков металла, образующихся при резке и сварке листового металла.

В зависимости от конструктивных особенностей, а также от условий транспортирования, хранения и эксплуатации автомобилей косметическая коррозия на кузовах может появляться в первые месяцы после выпуска автомобиля. Срок до появления первых очагов коррозии может быть от нескольких месяцев до нескольких лет.

В процессе эксплуатации автомобиля косметическая коррозия неизбежно появляется в местах растрескивания и механических повреждений лакокрасочных покрытий, чаще всего на лицевых панелях ниже поясной линии, подверженных при движении автомобиля «обстрелу» гравием и щебнем.

Проникающая коррозия кузова со стороны внутренних поверхностей чаще всего встречается на передних крыльях, в порогах и других коробчатых сечениях нижней части кузова, в нижней части панелей дверей. Полости, из которых развивается проникающая коррозия, труднодоступны для окраски и антикоррозионной обработки.

Структурная коррозия развивается на кузове в местах крепления силовых агрегатов, в элементах жесткости кузова, работающих при больших знакопеременных нагрузках. Наиболее подвержены структурной коррозии элементы днища кузова. На днище сосредоточена большая часть крепления силовых агрегатов. В то же время днище подвержено наибольшему абразивно-коррозионному воздействию. Потеря жесткости в конструкции кузова может привести к его деформации и смещению закрепленных на нем узлов, что делает дальнейшую эксплуатацию автомобиля невозможной.

В условиях сильного коррозионного воздействия находятся также все подкузовные узлы и детали: задняя и передняя подвески, трансмиссия и другие. Однако, благодаря тому что они изготовлены из металла значительной толщины, коррозия снаружи не приводит к ухудшению их эксплуатационных характеристик, но может вызывать потерю товарного вида автомобиля еще в предпродажный период.

Значительно более опасны коррозионные поражения внутренних поверхностей гидравлических систем тормозов, сцепления и систем охлаждения. Такие системы бывают обычно закрытыми, и защита их от коррозии обеспечивается применением ингибиторов коррозии в рабочих жидкостях, а также своевременной заменой последних.

При конструировании автомобилей наряду с выполнением таких требований, как минимальная собственная масса при высоких конструкционной жесткости и грузоподъемности, минимальные стоимость изготовления и материалоемкость при высоких потребительских свойствах и комфортабельности, необходимо обеспечить эффективную антикоррозионную защиту автомобиля. Зачастую при конструировании не удается с равным успехом удовлетворить все требования из-за их противоречивости.

Подавляющее большинство деталей и узлов современного массового легкового автомобиля изготавливается из некоррозионностойких сталей и нуждается в нанесении тех или иных защитных покрытий. Модели автомобилей различных марок имеют различные конструктивные особенности, от которых зависят затраты на обеспечение коррозионной стойкости. Так, объем затрат на антикоррозионную защиту кузова определяется площадью его поверхности, общей протяженностью сварных швов и фланцевых соединений, количеством и доступностью для обработки скрытых полостей.

Технология и материалы, применяемые различными автомобильными заводами для выполнения антикоррозионной защиты, неодинаковы. Конструктивные особенности, уровень защитных свойств антикоррозионных материалов, объем и эффективность технологии их нанесения определяют коррозионную стойкость автомобиля в целом.

Наряду с этим срок службы автомобиля существенно зависит от проведения профилактических противокоррозионных мероприятий в процессе эксплуатации автомобиля. Своевременность и квалифицированное выполнение указанных мероприятий в конечном счете сокращает материальные затраты владельца на ремонт и восстановление автомобиля по причине коррозионных нарушений.

В процессе изготовления легковых автомобилей на заводах и в процессе эксплуатации автомобилей проблемы защиты от коррозии решаются комплексно с использованием различных средств и методов, в том числе с использованием химических материалов (лакокрасочных материалов).

Защита металла от коррозии

Металлы используются человеком с доисторических времен, изделия из них широко распространены в нашей жизни. Самым распространенным металлом является железо и его сплавы. К сожалению, они подвержены коррозии, или ржавлению — разрушению в результате окисления. Своевременная защита от коррозии позволяет продлить срок службы металлических изделий и конструкций.

Виды коррозии

Ученые давно борются с коррозией и выделили несколько основных ее типов:

• Атмосферная. Происходит окисление вследствие контакта с кислородом воздуха и содержащимися в нем водяными парами. Присутствие в воздухе загрязнений в виде химически активных веществ ускоряет ржавление.
• Жидкостная. Проходит в водной среде, соли, содержащиеся в воде, особенно морской, многократно ускоряют окисление.
• Почвенная. Этому виду подвержены изделия и конструкции, находящиеся в грунте. Химический состав грунта, грунтовые воды и токи утечки создают особую среду для развития химических процессов.

Исходя из того, в какой среде будет эксплуатироваться изделие, подбираются подходящие методы защиты от коррозии.

Характерные типы поражения ржавчиной

Различают следующие характерные виды поражения коррозией:

• Поверхность покрыта сплошным ржавым слоем или отдельными кусками.
• На детали возникли небольшие участки ржавчины, проникающей в толщину детали.
• В виде глубоких трещин.
• В сплаве окисляется один из компонентов.
• Глубинное проникновение по всему объему.
• Комбинированные.

Виды коррозионных разрушений

По причине возникновения разделяют также:

• Химическую. Химические реакции с активными веществами.
• Электрохимическую. При контакте с электролитическими растворами возникает электрический ток, под действием которого замещаются электроны металлов, и происходит разрушение кристаллической структуры с образованием ржавчины.

Коррозия металла и способы защиты от нее

Ученые и инженеры разработали множество способов защиты металлических конструкций от коррозии.

Защита от коррозии индустриальных и строительных конструкций, различных видов транспорта осуществляется промышленными способами.

Зачастую они достаточно сложные и дорогостоящие. Для защиты металлических изделий в условиях домовладений применяют бытовые методы, более доступные по цене и не связанные со сложными технологиями.

Промышленные

Промышленные методы защиты металлических изделий подразделяются на ряд направлений:

• Пассивация. При выплавке стали в ее состав добавляют легирующие присадки, такие, как Cr, Mo, Nb, Ni. Они способствуют образованию на поверхности детали прочной и химически стойкой пленки окислов, препятствующей доступу агрессивных газов и жидкостей к железу.
• Защитное металлическое покрытие. На поверхность изделия наносят тонкий слой другого металлического элемента — Zn , Al, Co и др. Этот слой защищает железо о т ржавления.
• Электрозащита. Рядом с защищаемой деталью размещают пластины из другого металлического элемента или сплава, так называемые аноды. Токи в электролите текут через эти пластины, а не через деталь. Так защищают подводные детали морского транспорта и буровых платформ.
• Ингибиторы. Специальные вещества, замедляющие или вовсе останавливающие химические реакции.
• Защитное лакокрасочное покрытие.
• Термообработка.

Порошковая покраска для защиты от коррозии

Способы защиты от коррозии, используемые в индустрии, весьма разнообразны. Выбор конкретного метода борьбы с коррозией зависит от условий эксплуатации защищаемой конструкции.

Бытовые

Бытовые методы защиты металлов от коррозии сводятся, как правило, к нанесению защитных лакокрасочных покрытий. Состав их может быть самый разнообразный, включая:

• силиконовые смолы;
• полимерные материалы;
• ингибиторы;
• мелкие металлические опилки.

Отдельной группой стоят преобразователи ржавчины — составы, которые наносят на уже затронутые коррозией конструкции. Они восстанавливают железо из окислов и предотвращают повторную коррозию. Преобразователи делятся на следующие виды:

• Грунты. Наносятся на зачищенную поверхность, обладают высокой адгезией. Содержат в своем составе ингибирующие вещества, позволяют экономить финишную краску.
• Стабилизаторы. Преобразуют оксиды железа в другие вещества.
• Преобразователи оксидов железа в соли.
• Масла и смолы, обволакивающие частички ржавчины и нейтрализующие ее.

При выборе грунта и краски лучше брать их от одного производителя. Так вы избежите проблем совместимости лакокрасочных материалов.

Защитные краски по металлу

По температурному режиму эксплуатации краски делятся на две большие группы:

• обычные, используемые при температурах до 80 °С;
• термостойкие.

По типу связующей основы краски бывают:

• алкидные;
• акриловые;
• эпоксидные.

Лакокрасочные покрытия по металлу имеют следующие достоинства:

• качественная защита поверхности от коррозии;
• легкость нанесения;
• быстрота высыхания;
• много разных цветов;
• долгий срок службы.

Большой популярностью пользуются молотковые эмали, не только защищающие метал, но и создающие эстетичный внешний вид. Для обработки металла распространена также краска-серебрянка. В ее состав добавлена алюминиевая пудра. Защита металла происходит за счет образования тонкой пленки окиси алюминия.

Эпоксидные смеси из двух компонентов отличаются исключительной прочностью покрытия и применяются для узлов, подверженных высоким нагрузкам.

Защита металла в бытовых условиях

Чтобы надежно защитить металлические изделия от коррозии, следует выполнить следующую последовательность действий:

• очистить поверхность от ржавчины и старой краски с помощью проволочной щетки или абразивной бумаги;
• обезжирить поверхность;
• сразу же нанести слой грунта;
• после высыхания грунта нанести два слоя основной краски.

При работе следует использовать средства индивидуальной защиты:

• перчатки;
• респиратор;
• очки или прозрачный щиток.

Способы защиты металлов от коррозии постоянно совершенствуются учеными и инженерами.

Методы противостояния коррозионным процессам

Основные методы, применяемые для противодействия коррозии, приведены ниже:

• повышение способности материалов противостоять окислению за счет изменения его химического состава;
• изоляция защищаемой поверхности от контакта с активными средами;
• снижение активности окружающей изделие среды;
• электрохимические.

Первые две группы способов применяются во время изготовления конструкции, а вторые – во время эксплуатации.

Методы повышения сопротивляемости

В состав сплава добавляют элементы, повышающие его коррозионную устойчивость. Такие стали называют нержавеющими. Они не требуют дополнительных покрытий и отличаются эстетичным внешним видом. В качестве добавок применяют никель, хром, медь, марганец, кобальт в определенных пропорциях.

Нержавеющая сталь AISI 304

Стойкость материалов к ржавлению повышают также, удаляя их состава ускоряющие коррозию компоненты, как, например, кислород и серу — из стальных сплавов, а железо – из магниевых и алюминиевых.

Снижение агрессивности внешней среды и электрохимическая защита

С целью подавления процессов окисления во внешнюю среду добавляют особые составы — ингибиторы. Они замедляют химические реакции в десятки и сотни раз.

Электрохимические способы сводятся к изменению электрохимического потенциала материала путем пропускания электрического тока. В результате коррозионные процессы сильно замедляются или даже вовсе прекращаются.

Пленочная защита

Защитная пленка препятствует доступу молекул активных веществ к молекулам металла и таким образом предотвращают коррозионные явления.

Пленки образуются из лакокрасочных материалов, пластмассы и смолы. Лакокрасочные покрытия недороги и удобны в нанесении. Ими покрывают изделие в несколько слоев. Под краску наносят слой грунта, улучшающего сцепление с поверхностью и позволяющего экономить более дорогую краску. Служат такие покрытия от 5 до 10 лет. В качестве грунта иногда применяют смесь фосфатов марганца и железа.

Защитные покрытия создают также из тонких слоев других металлов: цинка, хрома, никеля. Их наносят гальваническим способом.

Покрытие металлом с более высоким электрохимическим потенциалом, чем у основного материала, называется анодным. Оно продолжает защищать основной материал, отвлекая активные окислители на себя, даже в случае частичного разрушения. Покрытия с более низким потенциалом называют катодными. В случае нарушения такого покрытия оно ускоряет коррозию за счет электрохимических процессов.

Металлическое покрытие также можно наносить также методом распыления в струе плазмы.

Применяется также и совместный прокат нагретых до температуры пластичности листов основного и защищающего металла. Под давлением происходит взаимная диффузия молекул элементов в кристаллические решетки друг друга и образование биметаллического материала. Этот метод называют плакированием.