Metalle werden seit prähistorischen Zeiten vom Menschen verwendet, daraus hergestellte Produkte sind in unserem Leben weit verbreitet. Das am häufigsten vorkommende Metall ist Eisen und seine Legierungen. Leider sind sie anfällig für Korrosion oder Rost – sie werden durch Oxidation zerstört. Durch rechtzeitigen Korrosionsschutz können Sie die Lebensdauer von Metallprodukten und -konstruktionen verlängern.
Arten von Korrosion
Wissenschaftler kämpfen seit langem mit Korrosion und haben mehrere ihrer Haupttypen identifiziert:
- Atmosphärisch. Die Oxidation erfolgt durch den Kontakt mit Luftsauerstoff und darin enthaltenem Wasserdampf. Das Vorhandensein von Schadstoffen in der Luft in Form von chemisch aktiven Substanzen beschleunigt das Rosten.
- Flüssigkeit. Es findet im aquatischen Milieu statt, die im Wasser enthaltenen Salze, insbesondere Meerwasser, beschleunigen die Oxidation stark.
- Boden. Produkte und Bauwerke, die sich im Boden befinden, unterliegen dieser Art. Die chemische Zusammensetzung von Boden, Grundwasser und Leckströmen schaffen ein besonderes Umfeld für die Entwicklung chemischer Prozesse.
Ausgehend von der Umgebung, in der das Produkt betrieben wird, werden geeignete Korrosionsschutzmethoden ausgewählt.
Typische Arten von Rostschäden
Es gibt folgende charakteristische Arten von Korrosionsschäden:
- Die Oberfläche ist mit einer durchgehenden Rostschicht oder einzelnen Stücken bedeckt.
- Auf dem Teil traten kleine Roststellen auf, die in die Dicke des Teils eindrangen.
- In Form von tiefen Rissen.
- Eine der Komponenten ist in der Legierung oxidiert.
- Tiefe Penetration im gesamten Volumen.
- Kombiniert.
Aufgrund des Vorkommens werden sie auch geteilt:
- Chemisch. Chemische Reaktionen mit Wirkstoffen.
- Elektrochemisch. Bei Kontakt mit Elektrolytlösungen entsteht ein elektrischer Strom, unter dessen Einfluss die Elektronen von Metallen ersetzt und die Kristallstruktur unter Rostbildung zerstört werden.
Korrosion von Metall und Methoden zum Schutz dagegen
Wissenschaftler und Ingenieure haben viele Möglichkeiten entwickelt, Metallstrukturen vor Korrosion zu schützen.
Der Korrosionsschutz von Industrie- und Gebäudestrukturen sowie verschiedene Transportarten werden mit industriellen Methoden durchgeführt.
Oft sind sie recht aufwendig und teuer. Um Metallprodukte unter Haushaltsbedingungen zu schützen, werden Haushaltsmethoden verwendet, die erschwinglicher und nicht mit komplexen Technologien verbunden sind.
Industriell
Industrielle Methoden zum Schutz von Metallprodukten sind in eine Reihe von Bereichen unterteilt:
- Passivierung. Wenn Stahl geschmolzen wird, werden seiner Zusammensetzung Legierungszusätze wie Cr, Mo, Nb, Ni zugesetzt. Sie tragen zur Bildung eines starken und chemisch beständigen Oxidfilms auf der Oberfläche des Teils bei, der den Zugang von aggressiven Gasen und Flüssigkeiten zum Eisen verhindert.
- Schützende Metallbeschichtung. Auf die Oberfläche des Produkts wird eine dünne Schicht eines anderen Metallelements aufgetragen - Zn, Al, Co usw. Diese Schicht schützt das Eisen vor Rost.
- Elektrischer Schutz. Neben dem zu schützenden Teil werden Platten aus einem anderen Metallelement oder einer Legierung, die sogenannten Anoden, platziert. Die Ströme im Elektrolyten fließen durch diese Platten und nicht durch das Bauteil. So werden Unterwasserteile von Seetransport- und Bohrplattformen geschützt.
- Inhibitoren. Spezielle Substanzen, die chemische Reaktionen verlangsamen oder sogar stoppen.
- Schutzlackierung.
- Wärmebehandlung.
Die in der Industrie eingesetzten Korrosionsschutzverfahren sind sehr vielfältig. Die Wahl eines bestimmten Korrosionsschutzverfahrens hängt von den Betriebsbedingungen der zu schützenden Struktur ab.
Haushalt
Haushaltsmethoden zum Schutz von Metallen vor Korrosion reduzieren sich in der Regel auf das Auftragen von Schutzlacken und -lacken. Ihre Zusammensetzung kann sehr unterschiedlich sein, einschließlich:
- Silikonharze;
- polymere Materialien;
- Inhibitoren;
- kleine Metallspäne.
Rostumwandler sind eine separate Gruppe - Verbindungen, die auf bereits von Korrosion betroffene Strukturen aufgetragen werden. Sie stellen Eisen aus Oxiden wieder her und verhindern erneute Korrosion. Konverter werden in folgende Typen unterteilt:
- Böden. Sie werden auf die gereinigte Oberfläche aufgetragen, haben eine hohe Haftung. Sie enthalten in ihrer Zusammensetzung hemmende Substanzen, sie ermöglichen die Einsparung der Deckfarbe.
- Stabilisatoren. Wandeln Sie Eisenoxide in andere Substanzen um.
- Konverter von Eisenoxiden zu Salzen.
- Öle und Harze, die Rostpartikel umhüllen und neutralisieren.
Bei der Auswahl von Grundierung und Farbe ist es besser, sie vom selben Hersteller zu nehmen. So vermeiden Sie Kompatibilitätsprobleme von Farben und Lacken.
Schutzfarben für Metall
Je nach Betriebstemperatur werden Farben in zwei große Gruppen eingeteilt:
- konventionell, Einsatz bei Temperaturen bis 80 °C;
- hitzebeständig.
Je nach Art des Bindemittels sind Grundfarben:
- Alkyd;
- Acryl;
- Epoxid.
Metallic-Beschichtungen haben folgende Vorteile:
- hochwertiger Oberflächenschutz gegen Korrosion;
- einfache Anwendung;
- Trocknungsgeschwindigkeit;
- viele verschiedene Farben;
- lange Lebensdauer.
Hammerlacke sind sehr beliebt und schützen nicht nur das Metall, sondern sorgen auch für ein ästhetisches Erscheinungsbild. Silberfarbe ist auch für die Metallverarbeitung üblich. Aluminiumpulver wird seiner Zusammensetzung zugesetzt. Metallschutz entsteht durch die Bildung eines dünnen Films aus Aluminiumoxid.
Zweikomponenten-Epoxidmischungen zeichnen sich durch außergewöhnliche Schichtfestigkeit aus und werden für hochbeanspruchte Baugruppen verwendet.
Metallschutz zu Hause
Um Metallprodukte zuverlässig vor Korrosion zu schützen, sollte die folgende Abfolge von Maßnahmen durchgeführt werden:
- Reinigen Sie die Oberfläche von Rost und alter Farbe mit einer Drahtbürste oder Schleifpapier.
- entfetten Sie die Oberfläche;
- sofort eine Schicht Erde auftragen;
- Nachdem die Grundierung getrocknet ist, tragen Sie zwei Schichten Grundfarbe auf.
Bei der Arbeit persönliche Schutzausrüstung verwenden:
- Handschuhe;
- Respirator;
- Brille oder ein durchsichtiges Schild.
Methoden zum Schutz von Metallen vor Korrosion werden von Wissenschaftlern und Ingenieuren ständig verbessert.
Methoden zum Widerstand gegen Korrosionsprozesse
Die wichtigsten Methoden zum Korrosionsschutz sind unten aufgeführt:
- Erhöhung der Widerstandsfähigkeit von Materialien gegen Oxidation durch Änderung ihrer chemischen Zusammensetzung;
- Isolierung der geschützten Oberfläche vom Kontakt mit aktiven Medien;
- Abnahme der Aktivität der Umgebung des Produkts;
- elektrochemisch.
Die ersten beiden Methodengruppen werden während der Herstellung der Struktur und die zweite während des Betriebs verwendet.
Methoden zur Erhöhung des Widerstands
Der Zusammensetzung der Legierung werden Elemente hinzugefügt, die ihre Korrosionsbeständigkeit erhöhen. Solche Stähle werden rostfrei genannt. Sie benötigen keine zusätzlichen Beschichtungen und zeichnen sich durch ihr ästhetisches Erscheinungsbild aus. Als Zusatzstoffe werden Nickel, Chrom, Kupfer, Mangan, Kobalt in bestimmten Anteilen verwendet.
Die Beständigkeit von Werkstoffen gegen Rost wird auch erhöht, indem korrosionsbeschleunigende Bestandteile wie Sauerstoff und Schwefel aus Stahllegierungen sowie Eisen aus Magnesium- und Aluminiumlegierungen entfernt werden.
Reduzierung der Aggressivität der Umgebung und elektrochemischer Schutz
Um Oxidationsprozesse zu unterdrücken, werden der äußeren Umgebung spezielle Verbindungen, Inhibitoren, zugesetzt. Sie verlangsamen chemische Reaktionen um das Zehn- und Hundertfache.
Elektrochemische Verfahren reduzieren sich auf die Änderung des elektrochemischen Potentials des Materials durch Hindurchleiten eines elektrischen Stroms. Dadurch werden Korrosionsprozesse stark verlangsamt oder sogar ganz gestoppt.
Filmschutz
Der Schutzfilm verhindert den Zugang von Wirkstoffmolekülen zu den Metallmolekülen und beugt somit Korrosionserscheinungen vor.
Filme werden aus Farben, Kunststoffen und Harzen gebildet. Beschichtungen sind kostengünstig und einfach aufzutragen. Sie umhüllen das Produkt in mehreren Schichten. Unter der Farbe wird eine Grundierung aufgetragen, die die Haftung auf der Oberfläche verbessert und die Einsparung teurerer Farbe ermöglicht. Solche Beschichtungen dienen von 5 bis 10 Jahren. Als Grundierung wird manchmal eine Mischung aus Mangan- und Eisenphosphaten verwendet.
Schutzbeschichtungen werden auch aus dünnen Schichten anderer Metalle hergestellt: Zink, Chrom, Nickel. Sie werden galvanisch aufgebracht.
Die Beschichtung mit einem Metall mit einem höheren elektrochemischen Potential als das des Grundmaterials wird als anodisch bezeichnet. Es schützt weiterhin das Grundmaterial, indem es selbst bei teilweiser Zerstörung aktive Oxidationsmittel umleitet. Beschichtungen mit niedrigerem Potential werden als kathodisch bezeichnet. Bei Verletzung einer solchen Beschichtung beschleunigt sie die Korrosion durch elektrochemische Prozesse.
Die Metallbeschichtung kann auch im Plasmaspritzverfahren aufgebracht werden.
Es wird auch gemeinsames Walzen von auf Plastizitätstemperatur erhitzten Blechen aus Basis- und Schutzmetall verwendet. Unter Druck kommt es zur gegenseitigen Diffusion der Elementmoleküle in die Kristallgitter des anderen und zur Bildung eines Bimetallmaterials. Diese Methode wird Cladding genannt.
Unter dem Einfluss äußerer Faktoren (Flüssigkeiten, Gase, aggressive chemische Verbindungen) werden jegliche Materialien zerstört. Metalle sind keine Ausnahme. Korrosionsprozesse können nicht vollständig neutralisiert werden, aber es ist durchaus möglich, ihre Intensität zu verringern und dadurch die Lebensdauer von Metallstrukturen oder anderen, die „Eisen“ enthalten, zu erhöhen.
Methoden des Korrosionsschutzes
Alle Methoden des Korrosionsschutzes können bedingt als Methoden eingestuft werden, die entweder vor der Inbetriebnahme des Musters (Gruppe 1) oder nach seiner Inbetriebnahme (Gruppe 2) anwendbar sind.
Zuerst
- Erhöhte Beständigkeit gegen "chemische" Belastung.
- Ausschluss des direkten Kontakts mit aggressiven Stoffen (Oberflächenisolierung).
Zweite
- Verringerung der Aggressivität der Umgebung (je nach Betriebsbedingungen).
- Die Verwendung von EM-Feldern (z. B. die "Auferlegung" externer E / Ströme, die Regulierung ihrer Dichte und eine Reihe anderer Techniken).
Die Verwendung des einen oder anderen Schutzverfahrens wird für jedes Design individuell festgelegt und hängt von mehreren Faktoren ab:
- Art des Metalls;
- die Betriebsbedingungen;
- die Komplexität von Korrosionsschutzmaßnahmen;
- Fertigungskapazitäten;
- wirtschaftliche Zweckmäßigkeit.
Alle Methoden werden wiederum in aktive (was eine konstante "Auswirkung" auf das Material impliziert), passive (die als wiederverwendbar bezeichnet werden können) und technologische (verwendet in der Phase der Musterherstellung) unterteilt.
Aktiv
Kathodenschutz
Es empfiehlt sich zu verwenden, wenn das Medium, mit dem das Metall in Kontakt kommt, elektrisch leitfähig ist. Dem Material wird (systematisch oder ständig) ein großes „negatives“ Potential zugeführt, das eine Oxidation im Prinzip unmöglich macht.
Schützender Schutz
Es besteht in kathodischer Polarisation. Die Probe wird durch Kontakt mit einem Material gebunden, das in einem gegebenen leitfähigen Medium (Lauffläche) für Oxidation anfälliger ist. Tatsächlich ist es eine Art "Blitzableiter", der die ganze "Negativität" übernimmt, die aggressive Substanzen erzeugen. Ein solcher Protektor muss jedoch regelmäßig durch einen neuen ersetzt werden.
Polarisation anodisch
Es wird äußerst selten verwendet und besteht darin, die "Trägheit" des Materials gegenüber äußeren Einflüssen aufrechtzuerhalten.
Passiv (Metalloberflächenbehandlung)
Erstellen eines Schutzfilms
Eine der gebräuchlichsten und kostengünstigsten Methoden des Korrosionsschutzes. Zur Erzeugung der Oberflächenschicht werden Stoffe verwendet, die folgende Grundanforderungen erfüllen müssen - inert gegenüber aggressiven Chemikalien / Verbindungen, nicht elektrisch / stromleitend und mit erhöhter Haftung (gute Haftung zum Untergrund).
Alle bei der Metallverarbeitung verwendeten Substanzen befinden sich in flüssigem oder "Aerosol" -Zustand, was die Art ihrer Anwendung bestimmt - Streichen oder Sprühen. Dazu werden Farben und Lacke, verschiedene Kitte und Polymere verwendet.
Verlegung von Metallkonstruktionen in schützenden "Rutschen"
Dies ist typisch für verschiedene Arten von Pipelines und Kommunikationen von Engineering-Systemen. In diesem Fall spielt eine Luftschicht zwischen den Innenwänden des Kanals und der Metalloberfläche die Rolle eines Isolators.
Phosphatieren
Metalle werden mit speziellen Mitteln (Oxidatoren) behandelt. Sie reagieren mit der Base, was zur Abscheidung schwerlöslicher Chemikalien/Verbindungen auf ihrer Oberfläche führt. Ein sehr effektiver Schutz vor Nässe.
Beschichtung mit widerstandsfähigeren Materialien
Beispiele für die Verwendung dieser Technik finden sich häufig in Alltagsprodukten mit Chrom (), mit Silber, "galvanisiert" und dergleichen.
Optional - Schutz mit Keramik, Glas, Beschichtung mit Beton, Zementmörtel (Beschichtung) und so weiter.
Passivierung
Es geht darum, die chemische Aktivität des Metalls drastisch zu reduzieren. Dazu wird seine Oberfläche mit entsprechenden Spezialreagenzien behandelt.
Verringerung der Aggressivität der Umgebung
- Die Verwendung von Substanzen, die die Intensität von Korrosionsprozessen reduzieren (Inhibitoren).
- Luft trocknen.
- Seine chemische / Reinigung (von schädlichen Verunreinigungen) und eine Reihe anderer Methoden, die im Alltag eingesetzt werden können.
- Hydrophobierung des Bodens (Hinterfüllung, Einbringen von speziellen Stoffen in ihn), um die Aggressivität des Bodens zu verringern.
Behandlung mit Pestiziden
Es wird in Fällen verwendet, in denen die Möglichkeit der Entwicklung der sogenannten "Biokorrosion" besteht.
Technologische Schutzmethoden
legieren
Der bekannteste Weg. Es geht darum, eine gegenüber aggressiven Einflüssen inerte Legierung auf Metallbasis zu schaffen. Aber es wird nur im industriellen Maßstab realisiert.
Wie aus den bereitgestellten Informationen hervorgeht, sind nicht alle Methoden des Korrosionsschutzes im Alltag anwendbar. Die Möglichkeiten des „privaten Gewerbetreibenden“ sind diesbezüglich erheblich eingeschränkt.
Die Hauptvoraussetzung für den Korrosionsschutz von Metallen und Legierungen ist die Verringerung der Korrosionsgeschwindigkeit. Es ist möglich, die Korrosionsrate zu reduzieren, indem man verschiedene Methoden zum Schutz von Metallstrukturen vor Korrosion anwendet. Die wichtigsten sind:
1 Schutzbeschichtungen.
2 Behandlung der korrosiven Umgebung zur Verringerung der Korrosivität (insbesondere bei konstanten Volumina korrosiver Umgebungen).
3 Elektrochemischer Schutz.
4 Entwicklung und Produktion neuer Konstruktionswerkstoffe mit erhöhter Korrosionsbeständigkeit.
5 Übergang in einigen Konstruktionen von Metall zu chemisch beständigen Werkstoffen (Kunststoffe, hochmolekulare Werkstoffe, Glas, Keramik etc.).
6 Rationelles Design und Betrieb von Metallstrukturen und -teilen.
1. Schutzbeschichtungen
Die Schutzschicht muss durchgehend, gleichmäßig über die gesamte Oberfläche verteilt, unempfindlich gegenüber Umwelteinflüssen, eine hohe Haftung (Haftfestigkeit) zum Metall aufweisen, hart und verschleißfest sein. Der Wärmeausdehnungskoeffizient sollte nahe dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Metalls des geschützten Produkts liegen.
Die Klassifizierung von Schutzbeschichtungen ist in Abb. 1 dargestellt. 43
Schutzbeschichtungen
Nichtmetallische Metallbeschichtung Beschichtungen
AnorganischOrganischKathodeAnode
Abbildung 43 – Klassifizierungsschema für Schutzbeschichtungen
1.1 Metallbeschichtungen
Das Aufbringen von metallischen Schutzschichten ist eine der gebräuchlichsten Methoden des Korrosionsschutzes. Diese Beschichtungen schützen nicht nur vor Korrosion, sondern verleihen ihrer Oberfläche auch eine Reihe wertvoller physikalischer und mechanischer Eigenschaften: Härte, Verschleißfestigkeit, elektrische Leitfähigkeit, Lötbarkeit, Reflexionsvermögen, dekorative Veredelung von Produkten usw.
Metallbeschichtungen werden nach der Methode der Schutzwirkung in kathodische und anodische unterteilt.
Kathodische Beschichtungen haben positivere und anodische - elektronegativere Elektrodenpotentiale im Vergleich zum Potential des Metalls, auf dem sie abgeschieden werden. So sind zum Beispiel Kupfer, Nickel, Silber, Gold, abgeschieden auf Stahl, kathodische Beschichtungen und Zink und Cadmium in Bezug auf denselben Stahl Anodenbeschichtungen.
Zu beachten ist, dass die Art der Beschichtung nicht nur von der Beschaffenheit der Metalle, sondern auch von der Zusammensetzung des korrosiven Mediums abhängt. Zinn spielt gegenüber Eisen in Lösungen von anorganischen Säuren und Salzen die Rolle einer Kathodenbeschichtung, und in einer Reihe von organischen Säuren (Lebensmittelkonserven) dient es als Anode. Unter normalen Bedingungen schützen kathodische Beschichtungen das Metall des Produkts mechanisch und isolieren es von der Umgebung. Die Hauptanforderung an Kathodenbeschichtungen ist Porosität. Andernfalls, wenn das Produkt in den Elektrolyten eingetaucht wird oder wenn ein dünner Feuchtigkeitsfilm auf seiner Oberfläche kondensiert, werden die exponierten (in Poren oder Rissen) Bereiche des Grundmetalls zu Anoden und die Beschichtungsoberfläche wird zu einer Kathode. An Stellen mit Unterbrechungen beginnt eine Korrosion des Grundmetalls, die sich unter der Beschichtung ausbreiten kann (Abb. 44 a).
Abbildung 11 Korrosionsschema von Eisen mit poröser Kathoden- (a) und Anodenbeschichtung (b).
Anodenbeschichtungen schützen das Metall des Produkts nicht nur mechanisch, sondern hauptsächlich elektrochemisch. In der resultierenden galvanischen Zelle wird das Beschichtungsmetall zu einer Anode und erfährt Korrosion, und die exponierten (in Poren) Bereiche des Basismetalls wirken als Kathoden und kollabieren nicht, solange der elektrische Kontakt der Beschichtung mit dem geschützten Metall aufrechterhalten wird und ausreichend Strom fließt durch das System (Abb. 4 b). Daher spielt der Porositätsgrad von Anodenbeschichtungen im Gegensatz zu kathodischen Beschichtungen keine wesentliche Rolle.
In einigen Fällen kann beim Auftragen von kathodischen Beschichtungen ein elektrochemischer Schutz erfolgen. Dies geschieht, wenn das Beschichtungsmetall in Bezug auf das Produkt eine effektive Kathode ist und das Grundmetall zur Passivierung neigt. Die entstehende anodische Polarisation passiviert ungeschützte (in Poren befindliche) Bereiche des Grundmetalls und erschwert deren Zerstörung. Diese Art des anodischen elektrochemischen Schutzes manifestiert sich für Kupferbeschichtungen auf Stählen 12X13 und 12X18H9T in Schwefelsäurelösungen.
Das Hauptverfahren zum Aufbringen von Metallschutzschichten ist galvanisch. Thermische Diffusions- und mechanothermische Verfahren, Metallisierung durch Spritzen und Eintauchen in die Schmelze kommen ebenfalls zum Einsatz.Lassen Sie uns die einzelnen Verfahren genauer analysieren.
1.2 Galvanische Überzüge.
Das galvanische Verfahren zur Abscheidung metallischer Schutzschichten hat in der Industrie eine große Verbreitung gefunden. Verglichen mit anderen Methoden zum Aufbringen von Metallbeschichtungen hat es eine Reihe schwerwiegender Vorteile: hohe Effizienz (Metallschutz vor Korrosion wird durch sehr dünne Beschichtungen erreicht), die Möglichkeit, Beschichtungen desselben Metalls mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften zu erhalten, leichte Kontrollierbarkeit der Prozess (Steuerung der Dicke und Eigenschaften von Metallabscheidungen durch Änderungen in der Zusammensetzung des Elektrolyten und des Elektrolysemodus), die Möglichkeit, Legierungen verschiedener Zusammensetzungen ohne Anwendung hoher Temperaturen zu erhalten, gute Haftung auf dem Grundmetall usw.
Der Nachteil des galvanischen Verfahrens ist die ungleichmäßige Dicke der Beschichtung bei Produkten mit einem komplexen Profil.
Die elektrochemische Abscheidung von Metallen erfolgt in einem Gleichstrom-Galvanikbad (Abb. 45). Das metallbeschichtete Produkt wird an die Kathode gehängt. Als Anoden werden Platten aus abgeschiedenem Metall (lösliche Anoden) oder aus einem im Elektrolyten unlöslichen Material (unlösliche Anoden) verwendet.
Ein obligatorischer Bestandteil des Elektrolyten ist ein auf der Kathode abgeschiedenes Metallion. Die Zusammensetzung des Elektrolyten kann auch Substanzen enthalten, die seine elektrische Leitfähigkeit erhöhen, den Verlauf des Anodenprozesses regulieren, für einen konstanten pH-Wert sorgen, Tenside, die die Polarisation des Kathodenprozesses erhöhen, Glanz- und Verlaufszusätze usw.
Bild 5 Galvanikbad zur galvanischen Abscheidung von Metallen:
1 - Körper; 2 - Lüftungsgehäuse; 3 - Spule zum Heizen; 4 - Isolatoren; 5 – Anodenstangen; 6 – Kathodenstäbe; 7 - Sprudler zum Mischen mit Druckluft
Je nachdem, in welcher Form das austretende Metallion in Lösung vorliegt, werden alle Elektrolyte in komplexe und einfache eingeteilt. Die Entladung komplexer Ionen an der Kathode erfolgt bei einer höheren Überspannung als die Entladung einfacher Ionen. Aus komplexen Elektrolyten erhaltene Abscheidungen sind daher feinkörniger und von gleichmäßiger Dicke. Diese Elektrolyte haben jedoch eine geringere Metallstromausbeute und niedrigere Betriebsstromdichten, d.h. hinsichtlich der Leistung sind sie einfachen Elektrolyten unterlegen, bei denen das Metallion in Form einfacher hydratisierter Ionen vorliegt.
Die Stromverteilung über die Produktoberfläche in einem galvanischen Bad ist nie gleichmäßig. Dies führt zu unterschiedlichen Abscheideraten und damit zu unterschiedlichen Schichtdicken in einzelnen Abschnitten der Kathode. Bei Produkten mit komplexem Profil wird eine besonders starke Dickenschwankung beobachtet, die die Schutzeigenschaften der Beschichtung beeinträchtigt. Die Gleichmäßigkeit der Dicke der abgeschiedenen Beschichtung verbessert sich mit einer Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit des Elektrolyten, einer Erhöhung der Polarisation mit einer Erhöhung der Stromdichte, einer Verringerung der Stromausbeute des Metalls mit einer Erhöhung der Stromdichte und an Vergrößerung des Abstandes zwischen Kathode und Anode.
Die Fähigkeit eines galvanischen Bades, Beschichtungen mit gleichmäßiger Dicke auf einer Reliefoberfläche zu ergeben, wird als Streuvermögen bezeichnet. Komplexelektrolyte haben das höchste Streuvermögen.
Um Produkte vor Korrosion zu schützen, wird die galvanische Abscheidung vieler Metalle verwendet: Zink, Cadmium, Nickel, Chrom, Zinn, Blei, Gold, Silber usw. Es werden auch Elektrolytlegierungen wie Cu - Zn, Cu - Sn, Sn - verwendet. Bi- und Multilayer-Beschichtungen.
Der wirksamste (elektrochemische und mechanische) Korrosionsschutz von Eisenmetallen sind anodische Beschichtungen mit Zink und Cadmium.
Zinküberzüge dienen dem Korrosionsschutz von Maschinenteilen, Rohrleitungen, Stahlblechen. Zink ist ein billiges und leicht verfügbares Metall. Es schützt das Hauptprodukt durch mechanische und elektrochemische Verfahren, da bei Vorhandensein von Poren oder blanken Stellen Zink zerstört wird und die Stahlbasis nicht korrodiert.
Zinkbeschichtungen dominieren. Zink schützt etwa 20 % aller Stahlteile vor Korrosion, und etwa 50 % des weltweit produzierten Zinks wird für die Galvanik verwendet.
In den letzten Jahren wurden Arbeiten zur Herstellung galvanischer Schutzüberzüge aus Legierungen auf Zinkbasis entwickelt: Zn - Ni (8 - 12% Ni), Zn - Fe, Zn - Co (0,6 - 0,8% Co). In diesem Fall ist es möglich, die Korrosionsbeständigkeit der Beschichtung um das 2-3-fache zu erhöhen.
Korrosion- ein spontaner Prozess und dementsprechend eine Abnahme der Gibbs-Energie des Systems. Die chemische Energie der Reaktion der Korrosionszerstörung von Metallen wird in Form von Wärme freigesetzt und an den umgebenden Raum abgeführt.
Korrosion führt zu großen Verlusten durch die Zerstörung von Rohrleitungen, Tanks, Metallteilen von Maschinen, Schiffsrümpfen, Offshore-Strukturen usw. Der unwiederbringliche Verlust von Metallen durch Korrosion beträgt 15 % ihrer Jahresproduktion. Ziel des Korrosionsschutzes ist es, die Metallressourcen zu schonen, deren Reserven weltweit begrenzt sind. Die Untersuchung der Korrosion und die Entwicklung von Methoden zum Schutz von Metallen davor sind von theoretischem Interesse und von großer wirtschaftlicher Bedeutung.
Das Rosten von Eisen an Luft, die Bildung von Kesselstein bei hohen Temperaturen, das Auflösen von Metallen in Säuren sind typische Beispiele für Korrosion. Infolge von Korrosion verschlechtern sich viele Eigenschaften von Metallen: Festigkeit und Duktilität nehmen ab, die Reibung zwischen beweglichen Maschinenteilen nimmt zu und die Abmessungen von Teilen werden verletzt. Unterscheiden Sie zwischen chemischer und elektrochemischer Korrosion.
Chemisch, Korrosion– Zerstörung von Metallen durch ihre Oxidation in trockenen Gasen, in Nichtelektrolytlösungen. Zum Beispiel die Bildung von Zunder auf Eisen bei hoher Temperatur. In diesem Fall verhindern die auf dem Metall gebildeten Oxidfilme oft eine weitere Oxidation, was ein weiteres Eindringen von sowohl Gasen als auch Flüssigkeiten zur Metalloberfläche verhindert.
elektrochemische Korrosion bezeichnet die Zerstörung von Metallen unter Einwirkung entstehender galvanischer Paare in Gegenwart von Wasser oder einem anderen Elektrolyten. In diesem Fall findet neben dem chemischen Prozess - der Abgabe von Elektronen durch Metalle - auch ein elektrischer Prozess statt - die Übertragung von Elektronen von einem Bereich zum anderen.
Diese Art der Korrosion wird in verschiedene Arten unterteilt: atmosphärische Korrosion, Bodenkorrosion, Korrosion unter Einwirkung von "Streustrom" usw.
Elektrochemische Korrosion wird durch im Metall enthaltene Verunreinigungen oder die Heterogenität seiner Oberfläche verursacht. Wenn das Metall in diesen Fällen mit dem Elektrolyten in Kontakt kommt, der auch an der Luft adsorbierte Feuchtigkeit sein kann, erscheinen viele mikrogalvanische Zellen auf seiner Oberfläche. . Anoden sind Metallpartikel Kathoden– Verunreinigungen und Metallbereiche mit positiverem Elektrodenpotential. Die Anode löst sich auf und an der Kathode wird Wasserstoff freigesetzt. Gleichzeitig ist an der Kathode die Reduktion von im Elektrolyten gelöstem Sauerstoff möglich. Daher hängt die Art des kathodischen Prozesses von einigen Bedingungen ab:
saure Umgebung: 2H + + 2² \u003d H 2 (Wasserstoffdepolarisation),
Î 2 + 4Í + + 4² → 2Í 2 Î
neutrale Umgebung: O 2 +2H 2 O+4e - \u003d 4OH - (Sauerstoffdepolarisation).
Betrachten Sie als Beispiel atmosphärische Korrosion Eisen in Kontakt mit Zinn. Die Wechselwirkung von Metallen mit einem sauerstoffhaltigen Wassertropfen führt zum Auftreten einer Mikrovoltaikzelle, deren Schaltung die Form hat
(–)Fe|Fe 2+ || O 2 , H 2 O| n (+).
Das aktivere Metall (Fe) wird oxidiert, gibt Elektronen an Kupferatome ab und geht in Form von Ionen (Fe 2+) in Lösung. An der Kathode tritt eine Sauerstoffdepolarisation auf.
Korrosionsschutzverfahren. Alle Methoden des Korrosionsschutzes lassen sich in zwei große Gruppen einteilen: nicht elektrochemisch(Legieren von Metallen, Schutzbeschichtungen, Ändern der Eigenschaften einer korrosiven Umgebung, rationelles Design von Produkten) und elektrochemisch(Projektmethode, kathodischer Schutz, Anodenschutz).
Legieren von Metallen- Dies ist eine effektive, wenn auch teure Methode zur Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit von Metallen, bei der Komponenten in die Legierungszusammensetzung eingebracht werden, die eine Metallpassivierung verursachen. Als solche Komponenten werden Chrom, Nickel, Titan, Wolfram usw. verwendet.
Schutzbeschichtungen- Dies sind künstlich auf der Oberfläche von Metallprodukten und -strukturen erzeugte Schichten. Die Wahl des Beschichtungstyps hängt von den Einsatzbedingungen des Metalls ab.
Materialien für Metall Schutzbeschichtungen können reine Metalle sein: Zink, Cadmium, Aluminium, Nickel, Kupfer, Zinn, Chrom, Silber und deren Legierungen: Bronze, Messing usw. Je nach Art des Verhaltens von Metallbeschichtungen während der Korrosion können sie unterteilt werden kathodisch(z. B. auf Stahl Cu, Ni, Ag) und Anode(Zink auf Stahl). Kathodische Beschichtungen können das Metall nur vor Korrosion schützen, wenn keine Poren und Beschädigungen der Beschichtung vorhanden sind. Bei der anodischen Beschichtung übernimmt das zu schützende Metall die Rolle einer Kathode und korrodiert daher nicht. Die Potentiale von Metallen hängen jedoch von der Zusammensetzung der Lösungen ab, daher kann sich bei einer Änderung der Zusammensetzung der Lösung auch die Art der Beschichtung ändern. So ist die Beschichtung von Stahl mit Zinn in einer Lösung von H 2 SO 4 kathodisch und in einer Lösung von organischen Säuren anodisch.
Nichtmetallischer Schutz Beschichtungen können entweder anorganisch oder organisch sein. Die Schutzwirkung solcher Beschichtungen reduziert sich hauptsächlich auf die Isolierung des Metalls von der Umgebung.
Elektrochemisches Schutzverfahren basierend auf der Hemmung anodischer oder kathodischer Reaktionen des Korrosionsprozesses. Der elektrochemische Schutz erfolgt durch Anschließen an die geschützte Struktur (Schiffsrumpf, unterirdische Rohrleitung), die sich in der Elektrolytumgebung (Meer, Bodenwasser) befindet, eines Metalls mit einem negativeren Wert des Elektrodenpotentials - Schutz.
Seit Zehnhundert Jahren hat die Menschheit eine Vielzahl von Technologien um sich herum aufgebaut. Aber die Ära, als die Menschen lernten, wie man Metall abbaut und verarbeitet, war der Anfang für eine so breite Entwicklung. Dank seiner Eigenschaften wurde es möglich, große technologische Höhen zu erreichen, Fahrzeuge zu bauen, die eine Person ans andere Ende der Welt bringen konnten, Waffen, um sich zu verteidigen. Aber jetzt hat die Technologie ein solches Niveau erreicht, dass einige Mechanismen andere erzeugen.
Obwohl Metall im Mittelpunkt aller (oder fast aller) Technologien steht, ist es nicht das perfekteste Material. Mit der Zeit und dem Einfluss der Umwelt darauf neigt es zum Rosten. Dieses Phänomen verursacht mehr Schäden an diesem Material und verschlechtert dadurch den Betrieb von Geräten, was oft zu einem Unfall oder einer Katastrophe führen kann. Dieser Artikel erklärt alles über das Rosten von Stahl, wie dieser Prozess abläuft und was zu tun ist, um ihn zu vermeiden (oder zu beseitigen).
Was ist Rost?
„Rost“ – so nennt man jede Art der Zerstörung dieses Materials im Alltag. Konkret sind dies die Rötungen, die sich nach der Reaktion mit Sauerstoff auf dem Metall bilden. Oxidation wirkt sich nachteilig auf dieses Material aus, macht es spröde, löst Kanten und verringert seine Härte sowie Leistung.
Daher verwenden viele Betriebe unterschiedliche Formulierungen, um die Reibung zu verringern, vor Korrosion und anderen negativen Umwelteinflüssen zu schützen. Dazu später mehr. Um mit dem Schutz vor einer solchen Exposition fortzufahren, verstehen Sie vorsichtig, wie sich "Fäulnis" auf Stahl auswirkt und wie es sein Kristallgitter tötet.
Natürliche Zerstörung kann eine Vielzahl von Schäden verursachen:
- Vollständiger Schaden;
- Verletzung der Dichte des Kristallgitters;
- Selektiver Schaden;
- Untergrund.
Je nach Art des Schadens können unterschiedliche Methoden zum Umgang mit Korrosion angewendet werden. Jeder der möglichen Schäden schadet auf seine Weise und ist in verschiedenen Bereichen der Technik und Produktion nicht akzeptabel. Im Energiesektor ist eine solche Zerstörung im Allgemeinen nicht akzeptabel (dies kann zu Gaslecks, Ausbreitung von Strahlung usw. führen).
Videoclip darüber, was Rost ist und wie man sich davor schützt:
Rostbelastung
Um effektiv Mechanismen auswählen zu können, die der Zerstörung der Metallstruktur entgegenwirken, ist es notwendig zu verstehen, wie Rost selbst funktioniert. Es kann zwei Arten geben: chemisch und elektrochemisch.
Die erste – chemische – kann dem Prozess zugeschrieben werden, wie die Oberfläche der Probe einfach unter dem Einfluss der Umgebung (meistens Gase) zerstört wird. Solcher Rost auf Metall braucht sehr lange, um sich zu bilden, und ist normalerweise sehr leicht zu vermeiden. Das Teil muss gereinigt und mit Korrosionsschutzbeschichtungen (Farben, Lacke usw.) versehen werden.
Darüber hinaus tritt dieser Prozess der Eisenzersetzung in feuchter, nasser Umgebung sowie bei Kontakt mit organischen Substanzen wie beispielsweise Öl auf. Der letzte Fall ist besonders zu beachten, da Rost auf Bohrinseln nicht akzeptabel ist.
Elektrochemische Korrosion ist seltener und tritt in Elektrolyten auf. Nur kommt es in diesem Fall nicht auf die Umgebung an, sondern auf den Strom, der durch die Elektrifizierung entsteht. Er ist es, der das Metall und seine Oberfläche (größtenteils) zerstört. Daher ist es leicht an der krümeligen Oberfläche des Metalls zu unterscheiden.
Um das Metall vor Rost zu schützen, müssen Sie all diese Merkmale berücksichtigen.
Wie erstelle ich den richtigen Schutz?
Korrosion von Metallen und Schutzmethoden sind eng miteinander verbunden. Daher lassen sich alle Schutzverfahren in nur zwei Gruppen einteilen: das Verbessern des Metalls während der Produktion und das Aufbringen eines Schutzes während des Betriebs. Die erste umfasst Änderungen in der chemischen Zusammensetzung, die das Teil widerstandsfähiger gegen Umwelteinflüsse machen. Solche Geräte oder Gegenstände benötigen keinen zusätzlichen Schutz.
Die zweite Schutzgruppe umfasst verschiedene Beschichtungen und Isolierungen des Arbeitsprozesses. Es gibt mehrere Möglichkeiten, die Zerstörung zu vermeiden: Vermeiden Sie die Umgebung, die sie provoziert, oder fügen Sie etwas hinzu, das dazu beiträgt, die Ausbreitung von Metallschäden unabhängig von der Umgebung und Umgebung zu beseitigen. Zu Hause ist nur die zweite Option möglich, da eine Person ohne spezielle Ausrüstung, einen Ofen und andere Dinge ein bereits fertiges Produkt einfach nicht beeinflussen kann.
Wie man sich auf Rost vorbereitet
Bei der Herstellung von Metallprodukten gibt es zwei Möglichkeiten, Korrosion zu entfernen oder deren Auftreten zu minimieren. Dazu werden der Struktur entweder Substanzen (Zink, Kupfer usw.) zugesetzt, die gegen Gase und andere negative Reizstoffe beständig sind. Oft findet man auch den gegenteiligen Effekt.
Wie bereits erwähnt, gibt es eine solche Korrosionsart als selektiv. Es zerstört bestimmte Items im Item Store. Wie Sie wissen, besteht ein Metall aus verschiedenen Atomen, die Elemente bilden, die jeweils unterschiedlich stark anfällig für negative Einflüsse sind. Bei Eisen ist es zum Beispiel Schwefel. Damit ein Teil aus diesem Material möglichst lange hält, wird Schwefel aus seiner chemischen Zusammensetzung entfernt, womit die selektive Trennung der Struktur beginnt. Zu Hause ist eine so zuverlässige Methode nicht möglich.
Ein weiterer Korrosionsschutz ist möglicherweise in Produktion. Während der Produktion werden spezielle Beschichtungen aufgebracht, die die Oberfläche vor äußeren Beschädigungen durch eine chemische Reaktion schützen. Die hier verwendeten Konstruktionsmaterialien können nur in Produktion sein, da es fast unmöglich ist, sie öffentlich zu erwerben. Außerdem wird ein solches Auftragen oft auf automatischen Linien durchgeführt, was die Zuverlässigkeit und Geschwindigkeit der Beschichtung des Materials erhöht.
Aber egal, wie das Metall verbessert wird, dieses Material unterliegt immer noch dem Unterdruck von Feuchtigkeit, Luft, verschiedenen Gasen und verschlechtert sich während des Betriebs. Daher ist ein Korrosionsschutz erforderlich, der ihn nicht nur beeinträchtigt, sondern auch vor der Außenwelt schützt.
Sauerstoff spielt eine wichtige Rolle bei der Ausbreitung von Rost. Der Schutz von Metallen vor Korrosion ist auch eine Verlangsamung und nicht nur Verhinderung der Ausbreitung eines solchen negativen Phänomens. Dazu werden spezielle Moleküle in die Struktur der Umgebung eingebracht - Inhibitoren - die, indem sie in die Oberfläche des Metalls eindringen, eine Art Schutzschild dafür bilden.
Häufig wird auch Korrosionsschutzfolie verwendet, die auf unterschiedliche Weise aufgebracht werden kann. Aber es ist am einfachsten (und am zuverlässigsten), wenn es durch Sprühen aufgetragen wird. Dazu werden verschiedene polymere Materialien, Farben, Lacke und dergleichen verwendet. Sie umhüllen das Teil auch und begrenzen den Zugang der zerstörerischen Umgebung zu ihm. Der Kampf gegen Metallkorrosion kann trotz der Ähnlichkeit im Prozess sehr vielfältig sein. Dieser chemische Prozess ist unvermeidlich und fast immer erfolgreich. Deshalb wird so viel Aufwand betrieben, um Korrosion zu verhindern. Im Hinblick darauf können Schutzverfahren kombiniert werden.
Dies sind die wichtigsten Schutzmethoden. Sie sind beliebt wegen ihrer Einfachheit, Zuverlässigkeit und Bequemlichkeit. Dazu gehört auch das Beschichten mit Lacken und Emails, aber darüber etwas weniger.
So schmieren die Arbeiter beispielsweise vor dem Auftragen von Farbe oder Emaille das Produkt mit einer Grundierung, damit sich die Farbe besser auf der Oberfläche „legt“ und keine Feuchtigkeit zwischen ihr und dem Produkt verbleibt (die die Grundierung aufnimmt). Diese Methoden zum Schutz von Metallen vor Korrosion werden nicht immer in der Produktion durchgeführt. Haushaltswerkzeuge reichen aus, um solche Operationen selbst durchzuführen.
Korrosionsschutz ist manchmal sehr ungewöhnlich. Zum Beispiel, wenn ein Metall durch ein anderes geschützt wird. Auf diese Technik wird oft zurückgegriffen, wenn die chemische Legierung nicht geändert werden kann. Seine Oberfläche ist mit einem anderen Material bedeckt, das mit Elementen durchsetzt ist, die gegen korrosive Einflüsse beständig sind. Diese sogenannte Korrosionsschutzschicht hilft, die Oberfläche des empfindlicheren Materials sehr sicher zu halten. Beispielsweise kann die Beschichtung aus Chrom sein.
Dazu gehört auch der schützende Schutz von Metallen vor Korrosion. In diesem Fall wird die zu schützende Oberfläche mit einem Metall beschichtet, das eine geringe elektrische Leitfähigkeit hat (was eine der Hauptursachen für Korrosion ist). Dies gilt jedoch, wenn der Kontakt mit der Umgebung minimiert wird. Daher wird ein solcher Schutz von Metallen vor Rost und anderen gefährlichen chemischen Prozessen beispielsweise in Kombination mit Inhibitoren verwendet.
Solche Schutzverfahren werden verwendet, um mechanische Einflüsse zu vermeiden. Es ist schwer zu sagen, wie man das Metall am zuverlässigsten schützt. Jede Methode kann ihre positiven Ergebnisse liefern.
Wie bekomme ich eine gute Abdeckung?
Es liegt nicht immer in der Verantwortung der Hersteller, Metall vor Korrosion zu schützen. Oft müssen Sie sich selbst um ein solches Produkt kümmern, und dann ist das Beschichten das beste Schema zur Verbesserung der Haltbarkeit des Teils.
Zunächst einmal muss es absolut sauber sein. "Schmutzig" beinhaltet:
- Ölrückstände
- Oxide
Beseitigen Sie sie richtig und vollständig. Sie müssen beispielsweise eine spezielle Flüssigkeit auf Alkohol- oder Benzinbasis einnehmen, damit das Wasser die Struktur nicht zusätzlich beschädigt. Außerdem kann Feuchtigkeit auf der Oberfläche verbleiben und die darauf aufgetragene Farbe wird ihre Funktionen einfach nicht erfüllen.
In einer geschlossenen Umgebung (zwischen der Oberfläche und der Farbe) entwickelt sich die Korrosion von Eisen noch aktiver, so dass ein solcher Schutz des Metalls vor Korrosion ihm eher schadet als ihm hilft. Daher ist es wichtig, auch Feuchtigkeit zu vermeiden. Nach dem Entfernen des Schmutzes muss dieser getrocknet werden.
Danach können Sie die gewünschte Beschichtung auftragen. Aber dennoch ist es der beste Weg, sich zu Hause vor Rost zu schützen. Obwohl es verschiedene Möglichkeiten gibt, Metalle vor Korrosion zu schützen, sollten Sie immer daran denken, dass eine falsche Verwendung zu Problemen führen kann. Daher müssen Sie sich nichts Außergewöhnliches einfallen lassen, sondern bereits bewährte und zuverlässige Methoden zum Schutz von Metallen vor Korrosion anwenden.
Es ist auch erwähnenswert, dass die Oberfläche des Geräts auf verschiedene Arten bearbeitet werden kann:
- Chemisch
- elektrochemisch
- Mechanisch
Letzteres ist die einfachste Methode, um Korrosion zu stoppen. Die ersten beiden Punkte der Liste sind (technisch gesehen) komplexere Prozesse, bei denen der Korrosionsschutz zuverlässiger wird. Schließlich entfetten sie das Metall, was es bequemer macht, eine Schutzschicht darauf aufzutragen. Bis zur Beschichtung sollten nicht mehr als 6-7 Stunden vergehen, da während dieser Zeit der Kontakt mit dem Medium das vorherige Ergebnis vor der Verarbeitung „wiederherstellt“.
Der Korrosionsschutz muss größtenteils im Werk und während der Produktion erfolgen. Aber Sie müssen sich nicht allein darauf verlassen. Ein selbstgemachtes Korrosionsschutzmittel schadet auch nicht.
Kann man Korrosion dauerhaft beseitigen?
Trotz der Einfachheit der Antwort sollte sie detailliert sein. Korrosion und Korrosionsschutz von Metallen sind nicht voneinander zu trennen, da sie auf der chemischen Zusammensetzung sowohl des Produktes selbst als auch seiner umgebenden Atmosphäre beruhen. Kein Wunder, dass sich die Methoden zur Korrosionsbekämpfung genau an diesen Indikatoren orientieren. Sie entfernen entweder „schwache“ Partikel des Kristallgitters (oder fügen zuverlässigere Einschlüsse hinzu) oder sie helfen, die Oberfläche des Produkts vor Gasen und äußeren Einflüssen zu „verstecken“.
Korrosionsschutz ist nichts Heikles. Es basiert auf einfacher Chemie und den Gesetzen der Physik, die auch darauf hinweisen, dass es unmöglich ist, Prozesse in der Wechselwirkung von Elementen zu vermeiden. Der Korrosionsschutz verringert die Wahrscheinlichkeit eines solchen Ergebnisses, erhöht die Haltbarkeit des Metalls, rettet es jedoch nicht vollständig. Was auch immer es ist, es muss noch aktualisiert, verbessert und kombiniert werden, und es sollten zusätzliche Methoden zum Schutz von Metallen vor Korrosion angewendet werden.
Es ist möglich zu sagen, wie Korrosion verhindert werden kann, aber es lohnt sich nicht, sicherzustellen, dass Eisen überhaupt nicht davon betroffen ist. Auch die Beschichtung unterliegt der zerstörerischen Kraft der Umgebung, und wenn diese nicht überwacht wird, gelangen Gase und Feuchtigkeit an die darunter verborgene geschützte Oberfläche. Korrosion und Schutz von Metallen sind unerlässlich (sowohl in der Produktion als auch während des Betriebs), aber es muss auch mit Bedacht damit umgegangen werden.
