Корозія металу - причини виникнення та методи захисту

1. Що таке корозія металів
2. Хімічна корозія
3. електрохімічна корозія
4. Інші причини корозії металу
5. Заходи захисту металів від корозії
6. Антикорозійний захист неметаллическими покриттями
7. Захист заліза від корозії покриттями з інших металів
8. Підвищення корозійної стійкості шляхом додавання в сталеві сплави легуючих добавок
9. Заходи протидії електрохімічної корозії
10. Захист від блукаючих струмів

Наши партнеры ArtmMisto

Словосполучення «корозія металу» містить в собі набагато більше, ніж назва популярної рок-групи. Корозія безповоротно руйнує метал , Перетворюючи його в труху: з усього, виробленого в світі заліза, 10% повністю зруйнується в цей же рік. Ситуація з російським металом виглядає приблизно так - весь метал, виплавлений за рік в кожній шостій доменної печі нашої країни, стає іржавою потертю ще до кінця року.

Вираз «обходиться в копієчку» щодо корозії металу більш ніж вірно - щорічний збиток, принесений корозією, становить не менше 4% річного доходу будь-якої розвиненої країни, а в Росії сума збитку обчислюється десятизначної цифрою. Так що ж викликає корозійні процеси металів і як з ними боротися?

Що таке корозія металів

Руйнування металів в результаті електрохімічного (розчинення у влагосодержащих повітряному або водному середовищі - електроліті) або хімічного (освіта з'єднань металів з хімічними агентами високою агресії) взаємодії із зовнішнім середовищем. Корозійний процес в металах може розвинутися лише в деяких ділянках поверхні (місцева корозія), охопити всю поверхню (рівномірна корозія), або ж руйнувати метал по межах зерен (межкристаллитная корозія).

Метал під впливом кисню і води стає пухким світло-коричневим порошком, більше відомим як іржа (Fе2O3 · H2О).

Хімічна корозія

Цей процес відбувається в середовищах, які не є провідниками електричного струму (сухі гази, органічні рідини - нафтопродукти, спирти та ін.), Причому інтенсивність корозії зростає з підвищенням температури - в результаті на поверхні металів утворюється оксидна плівка.

Хімічної корозії схильні абсолютно всі метали - і чорні, і кольорові. Активні кольорові метали (наприклад - алюміній) під впливом корозії покриваються оксидною плівкою, яка перешкоджає глибокому окисленню і захищає метал. А такий мало активний метал, як мідь, під впливом вологи повітря набуває зеленуватий наліт - патину. Причому оксидна плівка захищає метал від корозії не у всіх випадках - тільки якщо крісталлохіміческая структура плівки, що утворилася сообразна будовою металу, в іншому випадку - плівка нічим не допоможе.

Сплави схильні до іншого типу корозії: деякі елементи сплавів, що не окислюється, а відновлюються (наприклад, в поєднанні високої температури і тиску в сталях відбувається відновлення воднем карбідів), при цьому сплави повністю втрачають необхідні характеристики.

електрохімічна корозія

Процес електрохімічної корозії не потребує обов'язкового зануренні металу в електроліт - досить тонкої електролітичної плівки на його поверхні (часто електролітичні розчини просочують середу, навколишнє метал (бетон, грунт і т.д.)). Найбільш поширеною причиною електрохімічної корозії є повсюдне застосування побутової і технічної солей (хлориди натрію і калію) для усунення льоду і снігу на дорогах в зимовий період - особливо страждають автомашини і підземні комунікації (за статистикою, щорічні втрати в США від використання солей в зимовий період складають 2,5 млрд. доларів).

Відбувається наступне: метали (сплави) втрачають частину атомів (вони переходять в електролітичний розчин у вигляді іонів), електрони, які заміщають втрачені атоми, заряджають метал негативним зарядом, в той час як електроліт має позитивний заряд. Утворюється гальванічна пара: метал руйнується, поступово все його частки стають частиною розчину. Електрохімічної корозії можуть викликати блукаючі струми, що виникають при витоку з електричного кола частини струму в водні розчини або в грунт і звідти - в конструкції з металу. У тих місцях, де блукаючі струми виходять з металоконструкцій назад в воду або в грунт, відбувається руйнування металів. Особливо часто блукаючі струми виникають в місцях руху наземного електротранспорту (наприклад, трамваїв і ж / д локомотивів на електричній тязі). Всього за рік блукаючі струми силою в 1А здатні розчинити заліза - 9,1 кг, цинку - 10,7 кг, свинцю - 33,4 кг.

Інші причини корозії металу

Розвитку корозійних процесів сприяють радіація, продукти життєдіяльності мікроорганізмів і бактерій. Корозія, що викликається морськими мікроорганізмами, завдає шкоди днищ морських суден, а корозійні процеси, викликані бактеріями, навіть мають власну назву - біокоррозія.

Сукупність впливу механічних напруг і зовнішнього середовища багаторазово прискорює корозію металів - знижується їх термостійкість, пошкоджуються поверхневі оксидні плівки, а в тих місцях, де з'являються неоднорідності і тріщини, активується електрохімічна корозія.

Заходи захисту металів від корозії

Неминучими наслідками технічного прогресу є забруднення нашого середовища проживання - процес, що прискорює корозію металів, оскільки зовнішня довкілля проявляє до них все більшу агресію. Будь-яких способів повністю виключити корозійне руйнування металів не існує, все, що можна зробити, це максимально уповільнити цей процес.

Для мінімізації руйнування металів можна зробити наступне: знизити агресію середовища, що оточує металевий виріб; підвищити стійкість металу до корозії; виключити взаємодію між металом і речовинами з зовнішнього середовища, але виявляють агресію.

Людством за тисячі років випробувані багато способів захисту металевих виробів від хімічної корозії, деякі з них застосовуються донині: покриття жиром або маслом, іншими металами, коррозирующего в меншій мірі (найдавніший метод, якому вже понад 2 тис. Років - лудіння (покриття оловом)).

Антикорозійний захист неметаллическими покриттями

Неметалеві покриття - фарби (алкідні, олійні та емалі), лаки (синтетичні, бітумні і дегтевиє) і полімери утворюють захисну плівку на поверхні металів, що виключає (при своїй цілісності) контакт із зовнішнім середовищем і вологою.

Застосування фарб і лаків вигідно тим, що наносити ці захисні покриття можна безпосередньо на монтажній і будівельному майданчику. Методи нанесення лакофарбових матеріалів прості і піддаються механізації, відновити пошкоджені покриття можна «на місці» - під час експлуатації, ці матеріали мають порівняно низьку вартість і їх витрата на одиницю площі невеликий. Однак їх ефективність залежить від дотримання кількох умов: відповідність кліматичних умов, в яких буде експлуатуватися металева конструкція; необхідність застосування виключно якісних лакофарбових матеріалів ; неухильне дотримання технології нанесення на металеві поверхні. Лакофарбові матеріали краще всього наносити декількома шарами - їх кількість забезпечить кращий захист від атмосферного впливу на металеву поверхню.

У ролі захисних покриттів від корозії можуть виступати полімери - епоксидні смоли і полістирол, полівінілхлорид і поліетилен. У будівельних роботах закладні деталі із залізобетону покриваються обмазками з суміші цементу і перхлорвинила, цементу і полістиролу.

Захист заліза від корозії покриттями з інших металів

Існує два типи металевих покриттів-інгібіторів - протекторні (покриття цинком, алюмінієм і кадмієм) і корозійностійкі (покриття сріблом, міддю, нікелем, хромом і свинцем). Інгібітори наносяться хімічним способом: перша група металів має велику електронегативність по відношенню до заліза, друга - більшу електропозитивний. Найбільшого поширення в нашому побуті отримали металеві покриття заліза оловом (біла жерсть, з неї виробляють консервні банки) і цинком (оцинковане залізо - дахове покриття), одержувані шляхом протягування листового заліза через розплав одного з цих металів.

Часто цинкуванню піддаються чавунна й сталева арматура, а також водопровідні труби - ця операція істотно підвищує їх стійкість до корозії, але тільки в холодній воді (при проводі гарячої води оцинковані труби зношуються швидше неоцинкованих). Незважаючи на ефективність цинкування, воно не дає ідеального захисту - цинкове покриття часто містить тріщини, для усунення яких потрібне попереднє нікелерованіе металевих поверхонь (покриття нікелем). Цинкові покриття не дозволяють наносити на них лакофарбові матеріали - немає стійкого покриття.

Краще рішення для антикорозійного захисту - алюмінієве покриття. Цей метал має меншу питому вагу, а значить - менше витрачається, алюмінійовані поверхні можна фарбувати і шар лакофарбового покриття буде стійкий. Крім того, алюмінієве покриття в порівнянні з оцинкованим покриттям має більшу стійкість в агресивних середовищах. Алюмінування слабо поширене через складність нанесення цього покриття на металевий лист - алюміній в розплавленому стані проявляє високу агресію до інших металів (з цієї причини розплав алюмінію не можна утримувати в сталевій ванні). Можливо, ця проблема буде повністю вирішена в самий найближчий час - оригінальний спосіб виконання алюмінування знайдений російськими вченими. Суть розробки полягає в тому, щоб не занурювати сталевий лист в розплав алюмінію, а підняти рідкий алюміній до сталевого аркуша.

Підвищення корозійної стійкості шляхом додавання в сталеві сплави легуючих добавок

Введення в сталевий сплав хрому, титану, марганцю, нікелю та міді дозволяє отримати леговану сталь з високими антикорозійними властивостями. Особливу стійкість сталевого сплаву надає велика частка хрому, завдяки якому на поверхні конструкцій утворюється оксидна плівка великої щільності. Введення до складу низьколегованих і вуглецевих сталей міді (від 0,2% до 0,5%) дозволяє підвищити їх корозійну стійкість в 1,5-2 рази. Легуючі добавки вводяться до складу стали з дотриманням правила Таммана: висока корозійна стійкість досягається, коли на вісім атомів заліза доводиться один атом легирующего металу.

Заходи протидії електрохімічної корозії

Для її зниження необхідно знизити корозійну активність середовища за допомогою введення неметалічних інгібіторів і зменшити кількість компонентів, здатних почати електрохімічний реакцію. Таким способом буде зниження кислотності ґрунтів і водних розчинів, що контактують з металами. Для зниження корозії заліза (його сплавів), а також латуні, міді, свинцю і цинку з водних розчинів необхідно видалити діоксид вуглецю і кисень. У електроенергетичної галузі проводиться видалення з води хлоридів, здатних вплинути на локальну корозію. За допомогою вапнування ґрунтів можна знизити її кислотність.

Захист від блукаючих струмів

Знизити електрокорозії підземних комунікацій і заглиблених металоконструкцій можливо при дотриманні декількох правил:

• ділянку конструкції, службовець джерелом блукаючого струму, необхідно з'єднати металевим провідником з рейкою трамвайної дороги;
• траси тепломереж повинні розміщуватися на максимальному видаленні від рейкових доріг, по яких пересувається електротранспорт, звести до мінімуму число їх перетинів;
• застосування іншого електричного трубних опор для підвищення перехідного опору між грунтом і трубопроводами;
• на вводах до об'єктів (потенційних джерел блукаючих струмів) необхідна установка ізолюючих фланців;
• на фланцевої арматурі і сальникових компенсаторах встановлювати струмопровідні поздовжні перемички - для нарощування поздовжньої електропровідності на захищається відрізку трубопроводів;
• щоб вирівняти потенціали трубопроводів, розташованих паралельно, необхідно встановити поперечні Електроперемички на суміжних ділянках.

Захист металевих об'єктів, забезпечених ізоляцією, а також сталевих конструкцій невеликого розміру виконується за допомогою протектора, що виконує функцію анода. Матеріалом для протектора служить один з активних металів (цинк, магній, алюміній та їх сплави) - він приймає на себе більшу частину електрохімічної корозії, руйнуючись і зберігаючи головну конструкцію. Один анод з магнію, наприклад, забезпечує захист 8 км трубопроводу.

© Абдюжанов Рустам, спеціально для рмнт.ру

18.03.10