Корозия на метала – причини и методи за защита

Съдържанието на статията

• Какво е корозия на метала
• Химическа корозия
• Електрохимична корозия
• Други причини за корозия на метали
• Мерки за защита от корозия за метали
• Антикорозионна защита с неметални покрития
• Защита на желязото от корозия чрез покрития от други метали
• Повишаване устойчивостта на корозия чрез добавяне на легиращи добавки към стоманени сплави
• Антикорозионни мерки
• Защита срещу бездомни токове

Корозията на метала съдържа много повече от името на популярна рок група. Корозията безвъзвратно унищожава метала, превръщайки го в прах: от всичко, произведено в света на желязо, 10% напълно ще се срути през същата година. Ситуацията с руския метал изглежда така: целият метал, разтопен за една година във всяка шеста доменна пещ у нас, става ръждясал прах преди края на годината.

Изразът „струва доста стотинка“ във връзка с корозията на металите е повече от верен – годишната вреда, причинена от корозия, е поне 4% от годишния доход на която и да е развита страна, а в Русия размерът на щетите се изчислява в десет цифри. И така, какво причинява корозивни процеси в металите и как да се справим с тях?

Какво е корозия на метала

Унищожаването на металите в резултат на електрохимично (разтваряне във влагосъдържаща въздушна или водна среда – електролит) или химическо (образуване на метални съединения с химически агенти с висока агресия) взаимодействие с външната среда. Процесът на корозия в металите може да се развие само в някои области на повърхността (локална корозия), да покрие цялата повърхност (равномерна корозия) или да разруши метала по границите на зърното (междугранулна корозия).

Металът под въздействието на кислород и вода се превръща в насипно светлокафяв прах, по-известен като ръжда (Fe₂О₃Н₂ОТНОСНО).

Химическа корозия

Този процес протича в среди, които не са проводници на електрически ток (сухи газове, органични течности – нефтопродукти, алкохоли и др.), А интензитетът на корозия се увеличава с повишаване на температурата – в резултат на това върху металната повърхност се образува оксиден филм..

Всички метали са подложени на химическа корозия – както черни, така и цветни. Активните цветни метали (например алуминий) под въздействието на корозия са покрити с оксиден филм, който предотвратява дълбокото окисляване и защитава метала. И такъв слабо активен метал като мед, под въздействието на влагата във въздуха, придобива зеленикав разцвет – патина. Освен това оксидният филм не защитава метала от корозия във всички случаи – само ако кристално-химичната структура на образувания филм е в съответствие със структурата на метала, в противен случай филмът няма да направи нищо..

Сплавите са податливи на друг вид корозия: някои елементи от сплавите не се окисляват, а се редуцират (например комбинация от висока температура и налягане в стоманите е намаляването на карбидите с водород), докато сплавите напълно губят необходимите характеристики.

Електрохимична корозия

Процесът на електрохимична корозия не изисква задължителното потапяне на метала в електролита – достатъчно тънък електролитен филм върху повърхността му (често електролитичните разтвори накисват околната среда около метала (бетон, почва и др.)) Най-честата причина за електрохимична корозия е широкото използване на битови и промишлени соли (натриев и калиев хлорид) за отстраняване на лед и сняг по пътищата през зимата – автомобилите и подземните комунални услуги са особено засегнати (според статистиката, годишните загуби в САЩ от използването на соли през зимата са 2,5 милиарда долара).

Случва се следното: металите (сплавите) губят част от своите атоми (те преминават в електролитичния разтвор под формата на йони), електрони, заместващи изгубените атоми, зареждат метала с отрицателен заряд, докато електролитът има положителен заряд. Образува се галванична двойка: металът се унищожава, постепенно всички негови частици стават част от разтвора. Електрохимичната корозия може да бъде причинена от бездомни токове, произтичащи от изтичане на част от тока от електрическата верига във водни разтвори или в почвата и оттам в метална конструкция. В местата, където бездомните течения оставят металните конструкции обратно във вода или почва, металът се унищожава. Особено често се случват бездомни течения на места, където се движи наземния електрически транспорт (например трамваи и железопътни локомотиви, задвижвани от електрическо сцепление). Само за година скитащите течения от 1А са в състояние да разтворят желязо – 9,1 кг, цинк – 10,7 кг, олово – 33,4 кг.

Други причини за корозия на метали

Развитието на корозивни процеси се улеснява от радиация, отпадни продукти от микроорганизми и бактерии. Корозията, причинена от морските микроорганизми, уврежда дъните на корабите, а корозивните процеси, причинени от бактерии, дори имат собствено име – биокорозия.

Комбинацията от въздействието на механичните напрежения и външната среда ускорява корозията на металите многократно – тяхната термична стабилност намалява, повърхностните оксидни филми са повредени, а в тези места, където се появяват нееднородности и пукнатини, се активира електрохимичната корозия..

Мерки за защита от корозия за метали

Неизбежна последица от технологичния прогрес е замърсяването на нашата околна среда – процес, който ускорява корозията на металите, тъй като външната среда е все по-агресивна към тях. Няма начин напълно да се елиминира разяждащото разрушаване на металите, всичко, което може да се направи, е да се забави максимално този процес.

За да сведете до минимум разрушаването на металите, можете да направите следното: да намалите агресията на околната среда около металния продукт; повишаване на устойчивостта на метала към корозия; изключете взаимодействието между метала и веществата от външната среда, проявявайки агресия.

В продължение на хиляди години човечеството е изпробвало много начини да предпази металните изделия от химическа корозия, някои от тях се използват и до днес: покриване с мазнини или масло, други метали, които корозират в по-малка степен (най-древният метод, който е на повече от 2 хиляди години – калайдисване (покритие калай)).

Антикорозионна защита с неметални покрития

Неметални покрития – бои (алкидни, маслени и емайлирани), лакове (синтетични, битумни и катран) и полимери образуват защитен филм на повърхността на металите, изключвайки (с неговата цялост) контакт с външната среда и влагата.

Използването на бои и лакове е от полза, тъй като тези защитни покрития могат да се нанасят директно на монтажната и строителната площадка. Методите за нанасяне на бои и лакове са прости и подлежат на механизация, повредените покрития могат да бъдат възстановени „на място“ – по време на работа тези материали имат сравнително ниска цена и консумацията им на единица площ е малка. Ефективността им обаче зависи от спазването на няколко условия: съответствие с климатичните условия, при които ще се използва металната конструкция; необходимостта да се използват изключително висококачествени бои и лакове; стриктно спазване на технологията на нанасяне върху метални повърхности. Най-добре е да нанасяте бои и лакове на няколко слоя – тяхното количество ще осигури най-добрата защита срещу атмосферни влияния върху металната повърхност.

Полимери като епоксидни смоли и полистирол, поливинилхлорид и полиетилен могат да действат като защитни покрития срещу корозия. При строителни работи стоманобетонните вградени части са покрити с покрития от смес от цимент и перхлоровинил, цимент и полистирол.

Защита на желязото от корозия чрез покрития от други метали

Има два типа покрития за метални инхибитори – протекторни покрития (цинкови, алуминиеви и кадмиеви покрития) и устойчиви на корозия (сребро, мед, никел, хром и олово). Инхибиторите се прилагат химически: първата група метали има висока електроотрицателност по отношение на желязото, втората – висока електропозитивност. Най-широко разпространените в нашето ежедневие са металните покрития от желязо с калай (ламарина, от нея се правят консерви) и цинк (поцинковано желязо – покрив), получени чрез изтегляне на листово желязо през стопилката на един от тези метали.

Фитингите от чугун и стомана, както и водопроводните тръби често са поцинковани – тази операция значително увеличава тяхната устойчивост на корозия, но само в студена вода (когато се подава топла вода, поцинкованите тръби се износват по-бързо от не поцинкованите). Въпреки ефективността на поцинковане, той не осигурява идеална защита – цинковото покритие често съдържа пукнатини, отстраняването на които изисква предварително никелиране на металните повърхности (никелиране). Цинковите покрития не позволяват нанасянето на бои и лакове върху тях – няма стабилно покритие.

Най-доброто решение за защита от корозия е алуминиевото покритие. Този метал има по-ниска специфична гравитация, което означава, че се изразходва по-малко, алуминизираните повърхности могат да бъдат боядисани и слоят боя ще бъде стабилен. В допълнение, алуминиевото покритие, в сравнение с поцинкованото покритие, е по-устойчиво на агресивна среда. Алуминият не се използва широко поради трудността на нанасяне на това покритие върху метален лист – алуминият в разтопено състояние проявява висока агресия към други метали (поради тази причина алуминиевата стопилка не може да се съдържа в стоманена баня). Може би този проблем ще бъде напълно решен в съвсем близко бъдеще – оригиналният метод за извършване на алуминизиране е намерен от руски учени. Същността на разработката не е да се потопи стоманеният лист в алуминиевата стопилка, а да се вдигне течният алуминий към стоманения лист.

Повишаване устойчивостта на корозия чрез добавяне на легиращи добавки към стоманени сплави

Въвеждането на хром, титан, манган, никел и мед в стоманена сплав дава възможност да се получи легирана стомана с високи антикорозионни свойства. Високата част на хрома придава на стоманената сплав специална устойчивост, поради която върху повърхността на конструкциите се образува оксиден филм с висока плътност. Въвеждането на мед в състава на нисколегирани и въглеродни стомани (от 0,2% до 0,5%) дава възможност да се увеличи тяхната устойчивост на корозия с 1,5-2 пъти. Легиращите добавки се въвеждат в състава на стоманата в съответствие с правилото на Тамман: висока устойчивост на корозия се постига, когато има един легиращ метален атом на всеки осем железни атома.

Антикорозионни мерки

За да се намали, е необходимо да се намали корозивната активност на средата чрез въвеждане на неметални инхибитори и да се намали броят на компонентите, способни да започнат електрохимична реакция. Този метод ще намали киселинността на почвите и водните разтвори в контакт с метали. За да се намали корозията на желязото (неговите сплави), както и месинг, мед, олово и цинк, въглеродният диоксид и кислородът трябва да бъдат отстранени от водни разтвори. В електроенергийната промишленост хлоридите се отстраняват от водата, което може да повлияе на локализирана корозия. Ограничаването на почвата може да намали нейната киселинност.

Защита срещу бездомни токове

Възможно е да се намали електрокорозията на подземните комунални услуги и погребаните метални конструкции, ако се спазват няколко правила:

• секцията на конструкцията, служеща като източник на безстопанствен ток, трябва да бъде свързана с метален проводник към релсата на трамвайното трасе;
• Маршрутите на отоплителната мрежа трябва да бъдат разположени възможно най-далеч от железниците, по които се движи електрическият транспорт, за да се сведе до минимум броя на техните кръстовища;
• използването на изолационни тръбни опори за увеличаване на преходната устойчивост между почвата и тръбопроводите;
• на входовете към обекти (потенциални източници на бездомни токове) е необходимо да се монтират изолационни фланци;
• инсталирайте проводими надлъжни джъмпери на фланцови фитинги и разширителни фуги на кутията за пълнене – за увеличаване на надлъжната електрическа проводимост на защитената секция на тръбопроводите;
• за да се изравнят потенциалите на паралелни тръбопроводи, е необходимо да се монтират напречни електрически джъмпери в съседни секции.

Защитата на изолирани метални предмети и малки стоманени конструкции се осъществява с протектор, който действа като анод. Материалът за протектора е един от активните метали (цинк, магнезий, алуминий и техните сплави) – той поема по-голямата част от електрохимичната корозия, срутвайки се и запазвайки основната структура. Един магнезиев анод, например, предпазва 8 км от тръбопровода.