Metalle on inimene kasutanud juba eelajaloolistest aegadest, nendest valmistatud tooted on meie elus laialt levinud. Kõige tavalisem metall on raud ja selle sulamid. Kahjuks on need altid korrosioonile või roostetamisele - lagunevad oksüdatsiooni tagajärjel. Õigeaegne kaitse korrosiooni eest võimaldab pikendada metalltoodete ja -konstruktsioonide kasutusiga.
Korrosiooni tüübid
Teadlased on pikka aega võidelnud korrosiooniga ja on tuvastanud mitu selle peamist tüüpi:
- Atmosfääriline. Oksüdatsioon toimub kokkupuutel õhuhapniku ja selles sisalduva veeauruga. Keemiliselt aktiivsete ainete kujul esinevate saasteainete esinemine õhus kiirendab roostetamist.
- Vedelik. See toimub veekeskkonnas, vees, eriti merevees, sisalduvad soolad kiirendavad oluliselt oksüdatsiooni.
- Muld. Sellele tüübile kehtivad maapinnas asuvad tooted ja konstruktsioonid. Pinnase keemiline koostis, põhjavesi ja lekkevoolud loovad erilise keskkonna keemiliste protsesside arenguks.
Sõltuvalt keskkonnast, milles toodet kasutatakse, valitakse sobivad korrosioonikaitsemeetodid.
Tüüpilised roostekahjustuste tüübid
On järgmised iseloomulikud korrosioonikahjustused:
- Pind on kaetud pideva roostekihiga või eraldi tükkidega.
- Detailile tekkisid väikesed roostealad, mis tungisid detaili paksusesse.
- Sügavate pragude kujul.
- Üks komponentidest on sulamis oksüdeerunud.
- Sügav tungimine kogu mahu ulatuses.
- Kombineeritud.
Esinemise tõttu jagunevad need ka:
- Keemiline. Keemilised reaktsioonid toimeainetega.
- Elektrokeemiline. Kokkupuutel elektrolüütiliste lahustega tekib elektrivool, mille mõjul asenduvad metallide elektronid ja kristallstruktuur hävib koos rooste moodustumisega.
Metalli korrosioon ja selle eest kaitsmise meetodid
Teadlased ja insenerid on välja töötanud mitmeid viise metallkonstruktsioonide kaitsmiseks korrosiooni eest.
Tööstus- ja ehituskonstruktsioonide, erinevat tüüpi transpordi korrosioonikaitse toimub tööstuslike meetoditega.
Sageli on need üsna keerulised ja kallid. Metalltoodete kaitsmiseks majapidamistingimustes kasutatakse majapidamismeetodeid, mis on taskukohasemad ja ei ole seotud keerukate tehnoloogiatega.
Tööstuslik
Metalltoodete kaitsmise tööstuslikud meetodid jagunevad mitmeks valdkonnaks:
- Passiveerimine. Terase sulatamisel lisatakse selle koostisesse legeerivaid lisandeid, nagu Cr, Mo, Nb, Ni. Need aitavad kaasa tugeva ja keemiliselt vastupidava oksiidkile moodustumisele detaili pinnale, mis takistab agressiivsete gaaside ja vedelike juurdepääsu rauale.
- Kaitsev metallkate. Toote pinnale kantakse õhuke kiht teist metallelementi - Zn, Al, Co jne. See kiht kaitseb rauda roostetamise eest.
- Elektriline kaitse. Kaitstava detaili kõrvale asetatakse teisest metallielemendist või sulamist valmistatud plaadid, nn anoodid. Elektrolüüdis olevad voolud voolavad läbi nende plaatide, mitte läbi osa. Nii kaitstakse meretranspordi ja puurimisplatvormide veealuseid osi.
- Inhibiitorid. Spetsiaalsed ained, mis aeglustavad või isegi peatavad keemilisi reaktsioone.
- Kaitsev värvkate.
- Kuumtöötlus.
Tööstuses kasutatavad korrosioonikaitsemeetodid on väga mitmekesised. Konkreetse korrosioonitõrjemeetodi valik sõltub kaitstava konstruktsiooni töötingimustest.
majapidamine
Kodumajapidamises kasutatavad meetodid metallide kaitsmiseks korrosiooni eest taanduvad reeglina kaitsvate värvi- ja lakikatete pealekandmisele. Nende koostis võib olla väga mitmekesine, sealhulgas:
- silikoonvaigud;
- polümeersed materjalid;
- inhibiitorid;
- väikesed metallviilud.
Roostemuundurid on omaette rühm - ühendid, mida rakendatakse juba korrosioonist mõjutatud struktuuridele. Nad taastavad raua oksiididest ja takistavad uuesti korrosiooni. Konverterid jagunevad järgmisteks tüüpideks:
- Mullad. Neid kantakse puhastatud pinnale, neil on kõrge nakkuvus. Need sisaldavad oma koostises inhibeerivaid aineid, mis võimaldavad säästa viimistlusvärvi.
- Stabilisaatorid. Muudab raudoksiidid teisteks aineteks.
- Raudoksiidide muundurid sooladeks.
- Õlid ja vaigud, mis ümbritsevad roosteosakesi ja neutraliseerivad selle.
Krundi ja värvi valimisel on parem võtta need samalt tootjalt. Nii väldite värvide ja lakkide ühilduvusprobleeme.
Kaitsevärvid metallile
Töötemperatuuri režiimi järgi jagunevad värvid kahte suurde rühma:
- tavapärane, kasutatakse temperatuuril kuni 80 ° C;
- kuumuskindel.
Sideaine tüübi järgi on alusvärvid:
- alküüd;
- akrüül;
- epoksiid.
Metallkatetel on järgmised eelised:
- kvaliteetne pinnakaitse korrosiooni eest;
- rakenduse lihtsus;
- kuivamiskiirus;
- palju erinevaid värve;
- pikk kasutusiga.
Haamri emailid on väga populaarsed, mitte ainult ei kaitse metalli, vaid loovad ka esteetilise välimuse. Hõbedane värv on levinud ka metalli töötlemisel. Selle koostisele lisatakse alumiiniumipulber. Metalli kaitse tekib õhukese alumiiniumoksiidi kile moodustumise tõttu.
Kahekomponendilisi epoksüsegusid iseloomustab erakordne kattetugevus ja neid kasutatakse suure pingega sõlmede jaoks.
Metallikaitse kodus
Metalltoodete usaldusväärseks kaitsmiseks korrosiooni eest tuleks läbi viia järgmine toimingute jada:
- puhasta pind roostest ja vanast värvist traatharja või abrasiivpaberiga;
- rasvata pind;
- viige kohe peale mullakiht;
- peale krundi kuivamist kandke peale kaks kihti alusvärvi.
Töötamisel kasutage isikukaitsevahendeid:
- kindad;
- respiraator;
- prillid või läbipaistev kilp.
Teadlased ja insenerid täiustavad pidevalt metallide korrosiooni eest kaitsmise meetodeid.
Meetodid korrosiooniprotsesside vastu võitlemiseks
Peamised korrosioonivastased meetodid on loetletud allpool:
- materjalide oksüdatsioonikindluse suurendamine, muutes selle keemilist koostist;
- kaitstud pinna isoleerimine kokkupuutest aktiivse keskkonnaga;
- toodet ümbritseva keskkonna aktiivsuse vähenemine;
- elektrokeemiline.
Kahte esimest meetodite rühma kasutatakse konstruktsiooni valmistamisel ja teist - töö ajal.
Resistentsuse suurendamise meetodid
Sulami koostisesse lisatakse elemente, mis suurendavad selle korrosioonikindlust. Selliseid teraseid nimetatakse roostevabaks. Need ei vaja täiendavaid katteid ja eristuvad esteetilise välimuse poolest. Lisanditena kasutatakse teatud vahekorras niklit, kroomi, vaske, mangaani, koobaltit.
Materjalide vastupidavust roostele suurendab ka korrosiooni kiirendavate komponentide, näiteks hapniku ja väävli eemaldamine terasesulamitest ning raua eemaldamine magneesiumi- ja alumiiniumisulamitest.
Keskkonna agressiivsuse ja elektrokeemilise kaitse vähendamine
Oksüdatsiooniprotsesside mahasurumiseks lisatakse väliskeskkonda spetsiaalseid ühendeid, inhibiitoreid. Need aeglustavad keemilisi reaktsioone kümneid ja sadu kordi.
Elektrokeemilised meetodid taanduvad materjali elektrokeemilise potentsiaali muutmisele elektrivoolu läbimise teel. Selle tulemusena aeglustuvad korrosiooniprotsessid oluliselt või isegi peatuvad täielikult.
Kilekaitse
Kaitsekile takistab toimeaine molekulide ligipääsu metallimolekulidele ja hoiab seega ära korrosiooninähtused.
Kiled moodustatakse värvidest, plastist ja vaikudest. Katted on odavad ja neid on lihtne peale kanda. Need katavad toote mitme kihina. Värvi alla kantakse kruntkiht, mis parandab pinnaga nakkumist ja võimaldab säästa kallimat värvi. Sellised katted teenivad 5 kuni 10 aastat. Mõnikord kasutatakse praimerina mangaani ja raudfosfaatide segu.
Kaitsekatteid luuakse ka muude metallide õhukestest kihtidest: tsink, kroom, nikkel. Neid rakendatakse galvaniseerimise teel.
Alusmaterjalist kõrgema elektrokeemilise potentsiaaliga metalliga katmist nimetatakse anoodiks. See jätkab alusmaterjali kaitsmist, suunates aktiivsed oksüdeerijad enda poole, isegi osalise hävimise korral. Väiksema potentsiaaliga katteid nimetatakse katoodseks. Sellise katte rikkumise korral kiirendab see elektrokeemiliste protsesside tõttu korrosiooni.
Metallkatet saab peale kanda ka plasmapihustusmeetodil.
Kasutatakse ka plastilisuse temperatuurini kuumutatud aluse ja kaitsemetalli lehtede vuugivaltsimist. Surve all toimub elementide molekulide vastastikune difusioon üksteise kristallvõredesse ja bimetallilise materjali moodustumine. Seda meetodit nimetatakse katteks.
Väliste tegurite (vedelikud, gaasid, agressiivsed keemilised ühendid) mõjul hävivad kõik materjalid. Metallid pole erand. Korrosiooniprotsesse ei saa täielikult neutraliseerida, kuid nende intensiivsust on täiesti võimalik vähendada, suurendades seeläbi metallkonstruktsioonide või muude, sealhulgas "rauda" sisaldavate konstruktsioonide kasutusiga.
Korrosioonivastase kaitse meetodid
Kõik korrosioonivastased kaitsemeetodid võib tinglikult klassifitseerida meetoditeks, mis on rakendatavad kas enne proovi kasutuselevõttu (rühm 1) või pärast selle kasutuselevõttu (rühm 2).
Esiteks
- Suurenenud vastupidavus "keemilisele" kokkupuutele.
- Otsese kokkupuute välistamine agressiivsete ainetega (pinnaisolatsioon).
Teiseks
- Keskkonna agressiivsuse astme vähendamine (olenevalt töötingimustest).
- EM-väljade kasutamine (näiteks väliste e / voolude "sissesurumine", nende tiheduse reguleerimine ja mitmed muud tehnikad).
Ühe või teise kaitsemeetodi kasutamine määratakse iga disainilahenduse jaoks eraldi ja see sõltub mitmest tegurist:
- metalli tüüp;
- selle toimimise tingimused;
- korrosioonivastaste meetmete keerukus;
- tootmisvõimalused;
- majanduslik otstarbekus.
Kõik tehnikad jagunevad omakorda aktiivseteks (mis viitab pidevale "mõjule" materjalile), passiivseks (mida võib kirjeldada kui korduvkasutatavat) ja tehnoloogiliseks (kasutatakse proovi valmistamise etapis).
Aktiivne
katoodkaitse
Soovitatav on kasutada, kui keskkond, millega metall kokku puutub, on elektrit juhtiv. Materjali tarnitakse (süstemaatiliselt või pidevalt) suure "negatiivse" potentsiaaliga, mis muudab selle oksüdeerimise põhimõtteliselt võimatuks.
Kaitsev kaitse
See koosneb katoodpolarisatsioonist. Proov seotakse kokkupuutel materjaliga, mis antud juhtivas keskkonnas (turvis) on oksüdeerumisele vastuvõtlikum. Tegelikult on see omamoodi "piksevarras", võttes enda peale kogu "negatiivsuse", mida agressiivsed ained tekitavad. Kuid selline kaitsja tuleb perioodiliselt asendada uuega.
Anoodne polarisatsioon
Seda kasutatakse äärmiselt harva ja see seisneb materjali "inertsuse" säilitamises välismõjude suhtes.
Passiivne (metalli pinnatöötlus)
Kaitsekile loomine
Üks levinumaid ja odavamaid korrosioonitõrjemeetodeid. Pinnakihi loomiseks kasutatakse aineid, mis peavad vastama järgmistele põhinõuetele – olema inertsed agressiivsete kemikaalide/ühendite suhtes, ei juhi elektrit/voolu ja neil on suurenenud nakkuvus (hea nakkuvus alusele).
Kõik metalli töötlemise ajal kasutatavad ained on vedelas või "aerosoolses" olekus, mis määrab nende pealekandmise meetodi - värvimise või pihustamise. Selleks kasutatakse värve ja lakke, erinevaid mastikuid ja polümeere.
Metallkonstruktsioonide paigaldamine kaitsvatesse "rennidesse"
See on tüüpiline erinevat tüüpi torustike ja insenerisüsteemide kommunikatsioonide jaoks. Sel juhul täidab isolaatori rolli kanali siseseinte ja metallpinna vaheline õhu "kiht".
Fosfaadimine
Metalle töödeldakse spetsiaalsete ainetega (oksüdeerijatega). Nad reageerivad alusega, mille tulemusena sadestuvad selle pinnale halvasti lahustuvad kemikaalid/ühendid. Üsna tõhus viis niiskuse eest kaitsmiseks.
Katmine vastupidavamate materjalidega
Selle tehnika kasutamise näiteid leidub sageli igapäevaelu toodetes kroomiga (), hõbedaga, "tsingitud" jms.
Võimalusena - kaitse keraamika, klaasiga, betooniga katmine, tsemendimördid (katmine) ja nii edasi.
Passiveerimine
Asi on metalli keemilise aktiivsuse drastilises vähendamises. Selleks töödeldakse selle pinda sobivate spetsiaalsete reaktiividega.
Keskkonna agressiivsuse vähendamine
- Korrosiooniprotsesside intensiivsust vähendavate ainete (inhibiitorid) kasutamine.
- Õhukuivatus.
- Selle keemiline / puhastamine (kahjulikest lisanditest) ja mitmed muud meetodid, mida saab igapäevaelus kasutada.
- Pinnase hüdrofobiseerimine (tagasitäitmine, spetsiaalsete ainete sisseviimine sellesse), et vähendada pinnase agressiivsust.
Töötlemine pestitsiididega
Seda kasutatakse juhtudel, kui on olemas nn biokorrosiooni tekkimise võimalus.
Kaitse tehnoloogilised meetodid
legeerimine
Kõige kuulsam viis. Eesmärk on luua metallil põhinev sulam, mis on agressiivsete mõjude suhtes inertne. Kuid seda realiseeritakse ainult tööstuslikus mastaabis.
Nagu esitatud teabest järeldub, ei saa kõiki korrosioonivastase kaitse meetodeid igapäevaelus kasutada. Sellega seoses on "erakaupleja" võimalused oluliselt piiratud.
Metallide ja sulamite korrosioonivastase kaitse peamine tingimus on korrosioonikiiruse vähendamine. Korrosioonikiirust on võimalik vähendada, kasutades erinevaid meetodeid metallkonstruktsioonide kaitsmiseks korrosiooni eest. Peamised neist on:
1 Kaitsekatted.
2 Söövitava keskkonna töötlemine söövitava toime vähendamiseks (eriti pideva söövitava keskkonna korral).
3 Elektrokeemiline kaitse.
4 Suurendatud korrosioonikindlusega uute konstruktsioonimaterjalide väljatöötamine ja tootmine.
5 Mitmete disainilahenduste üleminek metallilt keemiliselt vastupidavatele materjalidele (plast kõrgmolekulaarsed materjalid, klaas, keraamika jne).
6 Metallkonstruktsioonide ja detailide ratsionaalne projekteerimine ja kasutamine.
1. Kaitsekatted
Kaitsekate peab olema pidev, ühtlaselt jaotunud üle kogu pinna, keskkonda mitteläbilaskev, suure nakkuvusega (nakketugevusega) metalliga, kõva ja kulumiskindel. Soojuspaisumistegur peaks olema lähedane kaitstud toote metalli soojuspaisumistegurile.
Kaitsekatete klassifikatsioon on näidatud joonisel fig. 43
Kaitsekatted
Mittemetallist metallist kattekihid
AnorgaanilineOrganicCathodeAnode
Joonis 43 – Kaitsekatete klassifikatsiooniskeem
1.1 Metallkatted
Kaitsvate metallkatete pealekandmine on üks levinumaid korrosioonitõrje meetodeid. Need katted mitte ainult ei kaitse korrosiooni eest, vaid annavad nende pinnale ka mitmeid väärtuslikke füüsikalisi ja mehaanilisi omadusi: kõvadus, kulumiskindlus, elektrijuhtivus, joottavus, peegelduvus, annavad toodetele dekoratiivse viimistluse jne.
Kaitsetoime meetodi järgi jagunevad metallkatted katood- ja anoodiks.
Katoodkatetel on positiivsemad ja anoodsetel elektroodide potentsiaalid elektronegatiivsemad, võrreldes selle metalli potentsiaaliga, millele need on ladestunud. Näiteks terasele kantud vask, nikkel, hõbe, kuld on katoodkatted ning tsink ja kaadmium sama terase suhtes on anoodkatted.
Tuleb märkida, et katte tüüp ei sõltu mitte ainult metallide olemusest, vaid ka söövitava keskkonna koostisest. Anorgaaniliste hapete ja soolade lahustes sisalduv tina mängib raua suhtes katoodkatte rolli ning paljudes orgaanilistes hapetes (toidukonservid) toimib anoodina. Normaaltingimustes kaitsevad katoodkatted toote metalli mehaaniliselt, isoleerides selle keskkonnast. Katoodkatete põhinõue on poorsus. Vastasel juhul, kui toode on sukeldatud elektrolüüti või kui selle pinnale kondenseerub õhuke niiskuskile, muutuvad mitteväärismetalli paljastatud (poorides või pragudes) alad anoodideks ja kattepind muutub katoodiks. Katkestuste kohtades algab mitteväärismetalli korrosioon, mis võib levida katte alla (joon. 44 a).
Joonis 11 Raua korrosiooni skeem poorse katoodi (a) ja anoodi (b) kattega
Anoodkatted kaitsevad toote metalli mitte ainult mehaaniliselt, vaid peamiselt elektrokeemiliselt. Saadud galvaanilises elemendis muutub kattemetall anoodiks ja läbib korrosiooni ning mitteväärismetalli avatud (poorides) alad toimivad katoodidena ega kuku kokku seni, kuni katte elektriline kontakt kaitstud metalliga on. säilib ja süsteemi läbib piisav vool (joonis 4 b). Seetõttu ei mängi anoodkatete poorsuse aste erinevalt katoodkatetest olulist rolli.
Mõnel juhul võib katoodkatete pealekandmise ajal toimuda elektrokeemiline kaitse. See juhtub siis, kui kattemetall toote suhtes on efektiivne katood ja mitteväärismetall on passivatsioonile kalduv. Tekkiv anoodne polarisatsioon passiveerib mitteväärismetalli kaitsmata (poorides) alad ja muudab nende hävitamise keeruliseks. Seda tüüpi anoodne elektrokeemiline kaitse avaldub väävelhappelahustes teraste 12X13 ja 12X18H9T vaskkatete puhul.
Peamine metallkaitsekatete pealekandmise meetod on galvaaniline. Kasutatakse ka termilist difusiooni ja mehhanotermilist meetodit, metalliseerimist pihustamise teel ja sulamisse sukeldamist.Analüüsime iga meetodit üksikasjalikumalt.
1.2 Galvaniseeritud pinnakatted.
Tööstuses on väga laialt levinud metallkaitsekatete galvaaniline sadestamise meetod. Võrreldes teiste metallkatete pealekandmise meetoditega on sellel mitmeid tõsiseid eeliseid: kõrge efektiivsus (metalli kaitse korrosiooni eest saavutatakse väga õhukeste kattekihtidega), võimalus saada samast metallist erinevate mehaaniliste omadustega katteid, katte lihtne juhitavus. protsess (metallisademete paksuse ja omaduste kontrollimine elektrolüüdi koostise ja elektrolüüsi režiimi muutmisega), võimalus saada erineva koostisega sulameid ilma kõrgeid temperatuure kasutamata, hea haardumine mitteväärismetalliga jne.
Galvaanilise meetodi puuduseks on keeruka profiiliga toodete katte ebaühtlane paksus.
Metallide elektrokeemiline sadestamine toimub alalisvooluga galvaanilises vannis (joonis 45). Metallkattega toode riputatakse katoodile. Anoodidena kasutatakse ladestunud metallist (lahustuvad anoodid) või elektrolüüdis lahustumatust materjalist (lahustumatud anoodid) valmistatud plaate.
Elektrolüüdi kohustuslik komponent on katoodile ladestunud metalliioon. Elektrolüüdi koostis võib sisaldada ka aineid, mis suurendavad selle elektrijuhtivust, reguleerivad anoodprotsessi kulgu, tagavad püsiva pH, pindaktiivsed ained, mis suurendavad katoodprotsessi polarisatsiooni, helendavaid ja tasandavaid lisandeid jne.
Joonis 5 Metallide elektrosadestamise galvaniseerimisvann:
1 - keha; 2 - ventilatsioonikorpus; 3 - mähis kütmiseks; 4 - isolaatorid; 5 – anoodvardad; 6 – katoodvardad; 7 - mullitaja suruõhuga segamiseks
Olenevalt vormist, milles tühjenev metalliioon on lahuses, jagunevad kõik elektrolüüdid keerukateks ja lihtsateks. Keeruliste ioonide tühjenemine katoodil toimub suurema ülepinge korral kui lihtioonide tühjenemine. Seetõttu on keerukatest elektrolüütidest saadud sadestused peeneteralised ja ühtlase paksusega. Nendel elektrolüüdidel on aga madalam metallivoolu efektiivsus ja väiksemad töövoolutihedused, s.t. jõudluse poolest jäävad need alla lihtsatele elektrolüütidele, milles metalliioon on lihtsate hüdraatioonide kujul.
Voolu jaotumine üle toote pinna galvaanilises vannis ei ole kunagi ühtlane. See toob kaasa erinevad sadestuskiirused ja sellest tulenevalt erinevad katte paksused katoodi üksikutes osades. Eriti tugevat paksuse kõikumist täheldatakse keeruka profiiliga toodetel, mis mõjutab ebasoodsalt katte kaitseomadusi. Sadestunud katte paksuse ühtlus paraneb elektrolüüdi elektrijuhtivuse suurenemisega, polarisatsiooni suurenemisega voolutiheduse suurenemisega, metalli voolutõhususe vähenemisega voolutiheduse suurenemisega ja katoodi ja anoodi vahelise kauguse suurenemine.
Galvaanivanni võimet anda reljeefsele pinnale ühtlase paksusega katteid nimetatakse hajutusjõuks. Komplekssed elektrolüüdid on kõige suurema hajutamisvõimega.
Toodete kaitsmiseks korrosiooni eest kasutatakse galvaanilist sadestamist paljudest metallidest: tsink, kaadmium, nikkel, kroom, tina, plii, kuld, hõbe jne. Kasutatakse ka elektrolüütilisi sulameid, nagu Cu - Zn, Cu - Sn, Sn - Kahe- ja mitmekihilised pinnakatted.
Mustmetallide kõige tõhusam (elektrokeemiline ja mehaaniline) kaitse korrosiooni eest on anoodkatted tsingi ja kaadmiumiga.
Tsinkkatteid kasutatakse masinaosade, torustike, teraslehtede korrosioonikaitseks. Tsink on odav ja kergesti kättesaadav metall. See kaitseb põhitoodet mehaaniliste ja elektrokeemiliste meetoditega, kuna pooride või tühjade laikude olemasolul tsink hävib ja terasalus ei korrodeeru.
Domineerivad tsinkkatted. Tsink kaitseb umbes 20% kõigist terasdetailidest korrosiooni eest ning umbes 50% maailmas toodetavast tsingist kasutatakse galvaniseerimiseks.
Viimastel aastatel on arendatud tööd galvaaniliste kaitsekatete loomisel tsingipõhistest sulamitest: Zn - Ni (8 - 12% Ni), Zn - Fe, Zn - Co (0,6 - 0,8% Co). Sel juhul on võimalik katte korrosioonikindlust suurendada 2-3 korda.
Korrosioon- spontaanne protsess ja vastavalt sellele jätkub süsteemi Gibbsi energia vähenemisega. Metallide korrosioonikahjustuse reaktsiooni keemiline energia vabaneb soojuse kujul ja hajub ümbritsevas ruumis.
Korrosioon toob kaasa suuri kadusid torustike, mahutite, masinate metallosade, laevakerede, avamerekonstruktsioonide jms hävimise tagajärjel. Metallide pöördumatu korrosioonikadu moodustab 15% nende aastatoodangust. Korrosioonitõrje eesmärk on säästa metalliressursse, mille varud maailmas on piiratud. Korrosiooni uurimine ja metallide selle eest kaitsmise meetodite väljatöötamine on teoreetiliselt huvipakkuv ja suure majandusliku tähtsusega.
Raua roostetamine õhus, katlakivi teke kõrgel temperatuuril, metallide lahustumine hapetes on tüüpilised korrosiooninäited. Korrosiooni tagajärjel halvenevad paljud metallide omadused: vähenevad tugevus ja elastsus, suureneb hõõrdumine masinate liikuvate osade vahel, rikutakse detailide mõõtmeid. Eristage keemilist ja elektrokeemilist korrosiooni.
Keemia, korrosioon– metallide hävitamine nende oksüdeerumisel kuivades gaasides, mitteelektrolüütide lahustes. Näiteks katlakivi teke raual kõrgel temperatuuril. Sellisel juhul takistavad metallile moodustunud oksiidkiled sageli edasist oksüdeerumist, takistades nii gaaside kui ka vedelike edasist tungimist metalli pinnale.
elektrokeemiline korrosioon nimetatakse metallide hävitamiseks tekkivate galvaaniliste paaride toimel vee või mõne muu elektrolüüdi juuresolekul. Sel juhul toimub koos keemilise protsessiga – elektronide vabanemisega metallide poolt – ka elektriline protsess – elektronide ülekandumine ühest piirkonnast teise.
Seda tüüpi korrosioon jaguneb eraldi tüüpideks: atmosfääri-, pinnase-, korrosioon "eksitava" voolu toimel jne.
Elektrokeemilist korrosiooni põhjustavad metallis sisalduvad lisandid või selle pinna heterogeensus. Nendel juhtudel, kui metall puutub kokku elektrolüüdiga, mis võib olla ka õhus adsorbeeritud niiskus, tekib selle pinnale palju mikrogalvaanilisi rakke. . Anoodid on metalliosakesed katoodid– positiivsema elektroodipotentsiaaliga lisandid ja metallipiirkonnad. Anood lahustub ja katoodil eraldub vesinik. Samal ajal on katoodil võimalik elektrolüüdis lahustunud hapniku redutseerimine. Seetõttu sõltub katoodprotsessi olemus teatud tingimustest:
happeline keskkond: 2H + + 2ē \u003d H2 (vesiniku depolarisatsioon),
О 2 + 4Н + + 4ē → 2Н 2 О
neutraalne keskkond: O 2 +2H 2 O+4e - \u003d 4OH - (hapniku depolarisatsioon).
Näiteks kaaluge atmosfääri korrosioon rauda kokkupuutes tinaga. Metallide interaktsioon hapnikku sisaldava vee tilgaga viib mikrovoltailise elemendi ilmumiseni, mille vooluringil on kuju
(-)Fe|Fe 2+ || O2, H2O| sn (+).
Aktiivsem metall (Fe) oksüdeerub, loovutades elektrone vaseaatomitele ja läheb ioonidena lahusesse (Fe 2+). Katoodil toimub hapniku depolarisatsioon.
Korrosioonikaitse meetodid. Kõik korrosioonikaitsemeetodid võib jagada kahte suurde rühma: mitteelektrokeemiline(metallide legeerimine, kaitsekatted, söövitava keskkonna omaduste muutmine, toodete ratsionaalne projekteerimine) ja elektrokeemiline(projektmeetod, katoodkaitse, anoodkaitse).
Metallide legeerimine- see on tõhus, kuigi kallis meetod metallide korrosioonikindluse suurendamiseks, mille käigus lisatakse sulami koostisse metalli passiveerumist põhjustavad komponendid. Selliste komponentidena kasutatakse kroomi, niklit, titaani, volframi jne.
Kaitsekatted- need on metalltoodete ja -konstruktsioonide pinnale kunstlikult loodud kihid. Katte tüübi valik sõltub metalli kasutustingimustest.
Materjalid jaoks metallist kaitsekatted võivad olla puhtad metallid: tsink, kaadmium, alumiinium, nikkel, vask, tina, kroom, hõbe ja nende sulamid: pronks, messing jne. Vastavalt metallkatete käitumise olemusele korrosiooni ajal võib need jagada: katoodne(näiteks terasel Cu, Ni, Ag) ja anood(tsink terasel). Katoodkatted suudavad kaitsta metalli korrosiooni eest ainult siis, kui puuduvad poorid ja katte kahjustus. Anoodkatte puhul täidab kaitstav metall katoodi rolli ja seetõttu ei korrodeeru. Metallide potentsiaalid sõltuvad aga lahuste koostisest, seetõttu võib lahuse koostise muutudes muutuda ka katte iseloom. Seega on terase katmine tinaga H 2 SO 4 lahuses katoodne ja orgaaniliste hapete lahuses anoodne.
Mittemetallist kaitsev Katted võivad olla kas anorgaanilised või orgaanilised. Selliste katete kaitsev toime väheneb peamiselt metalli isoleerimiseni keskkonnast.
Elektrokeemiline kaitsemeetod põhineb korrosiooniprotsessi anoodsete või katoodreaktsioonide pärssimisel. Elektrokeemiline kaitse viiakse läbi, ühendades kaitstud konstruktsiooniga (laeva kere, maa-alune torujuhe), mis asub elektrolüüdikeskkonnas (meri, pinnase vesi), metalli, mille elektroodi potentsiaal on negatiivsem - kaitsja.
Inimkond on kümneid sadu aastaid püstitanud enda ümber palju erinevaid tehnoloogiaid. Kuid ajastu, mil inimesed õppisid metalli kaevandama ja töötlema, oli sellise laiaulatusliku arengu algus. Tänu selle omadustele sai võimalikuks jõuda tehnoloogias suuri kõrgusi, ehitada sõidukeid, mis suudaksid inimese teisele poole maailma toimetada, enda kaitsmiseks relvi. Kuid nüüd on tehnoloogia jõudnud sellisele tasemele, et ühed mehhanismid loovad teised.
Hoolimata asjaolust, et metall on kogu (või peaaegu kogu) tehnoloogia keskmes, pole see kõige täiuslikum materjal. Aja möödudes ja keskkonna mõjul sellele võib see roostetada. See nähtus kahjustab seda materjali rohkem ja selle tulemusena halvendab seadmete tööd, mis võib sageli põhjustada õnnetuse või katastroofi. See artikkel selgitab kõike terase roostetamise, selle protsessi toimumise ja selle vältimiseks (või kõrvaldamiseks) toimimise kohta.
Mis on rooste?
"Rooste" - see on selle materjali igasuguse hävitamise nimi igapäevaelus. Täpsemalt on need punetused, mis tekivad metallil pärast hapnikuga reageerimist. Oksüdatsioon mõjutab seda materjali negatiivselt, muutes selle rabedaks, lõdvaks ning vähendab selle kõvadust ja jõudlust.
Seetõttu kasutavad paljud taimed hõõrdumise vähendamiseks, korrosiooni ja muude negatiivsete keskkonnamõjude eest kaitsmiseks erinevaid koostisi. Sellest lähemalt hiljem. Sellise kokkupuute eest kaitsmise juurde liikumiseks mõistke õrnalt, kuidas "mädanemine" terast mõjutab ja kuidas see selle kristallvõre hävitab.
Looduslik hävitamine võib põhjustada mitmesuguseid kahjustusi:
- Täielik kahju;
- Kristallvõre tiheduse rikkumine;
- Valikuline kahjustus;
- Maa-alune.
Sõltuvalt kahjustuse olemusest võib korrosiooniga toimetulemiseks kasutada erinevaid meetodeid. Iga võimalik kahju kahjustab omal moel ning on erinevates tehnoloogia- ja tootmisvaldkondades vastuvõetamatu. Energeetikasektoris on selline hävitamine üldiselt vastuvõetamatu (see võib põhjustada gaasilekkeid, kiirguse levikut jne).
Videoklipp sellest, mis on rooste ja kuidas end selle eest kaitsta:
Rooste kokkupuude
Metallkonstruktsiooni hävimise vastu võitlemise mehhanismide tõhusaks valimiseks on vaja mõista, kuidas rooste ise töötab. Seda võib olla kahte tüüpi: keemiline ja elektrokeemiline.
Esimese – keemilise – võib seostada protsessiga, kuidas proovi nägu hävib lihtsalt keskkonna mõjul (kõige sagedamini gaasid). Sellise rooste tekkimine metallil võtab väga kaua aega ja seda on tavaliselt väga lihtne vältida. Osa tuleb puhastada ja peale kanda korrosioonivastased katted (värvid, lakid jne).
Lisaks toimub see raua lagunemise protsess niiskes ja märjas keskkonnas, samuti kokkupuutel orgaaniliste ainetega, nagu näiteks õli. Viimast juhtumit on eriti oluline arvestada, kuna naftapuurtornide roostetamine on vastuvõetamatu.
Elektrokeemiline korrosioon on harvem ja seda esineb elektrolüütides. Ainult sel juhul pole oluline mitte keskkond, vaid elektriseerimise tulemusena tekkiv vool. See on see, kes hävitab metalli ja selle pinna (enamasti). Seetõttu saab seda kergesti eristada metalli mureneva pinna järgi.
Metalli rooste eest kaitsmiseks peate arvestama kõigi nende omadustega.
Kuidas luua õiget kaitset?
Metallide korrosioon ja kaitsemeetodid on omavahel tihedalt seotud. Seetõttu võib kõik kaitseprotsessid jagada vaid kahte rühma: metalli täiustamine tootmise ajal ja kaitse rakendamine töö ajal. Esimene sisaldab muudatusi keemilises koostises, mis muudab osa vastupidavamaks keskkonnamõjudele. Sellised seadmed või esemed ei vaja täiendavat kaitset.
Teise kaitserühma kuuluvad erinevad katted ja tööprotsessi isolatsioonid. Hävitamise vältimiseks on mitu võimalust: vältige seda provotseerivat keskkonda või lisage midagi, mis aitab vabaneda metallikahjustuste levikust, olenemata keskkonnast ja keskkonnast. Kodus on võimalik ainult teine võimalus, kuna inimene, kellel pole erivarustust, ahju ja muid asju, ei saa lihtsalt juba valmis toodet mõjutada.
Kuidas roostetamiseks valmistuda
Metalltoodete loomisel on korrosiooni eemaldamiseks või selle esinemise minimeerimiseks kaks võimalust. Selleks lisatakse struktuurile aineid (tsink, vask ja nii edasi), mis on vastupidavad gaasidele ja muudele negatiivsetele ärritavatele ainetele. Sageli võite leida ka vastupidise efekti.
Nagu juba mainitud, on selline korrosioonitüüp nagu selektiivne. See hävitab teatud esemed esemepoes. Nagu teate, koosneb metall erinevatest aatomitest, mis moodustavad elemente, millest igaüks on erineval määral vastuvõtlik negatiivsetele mõjudele. Näiteks rauas on see väävel. Selleks, et sellest materjalist valmistatud osa võimalikult kaua toimiks, eemaldatakse selle keemilisest koostisest väävel, millest algab struktuuri selektiivne eraldamine. Kodus pole selline usaldusväärne meetod võimalik.
Tootmisel võib olla veel üks korrosioonivastane kaitse. Tootmise ajal rakendatakse spetsiaalseid katteid, mis kaitsevad pinda keemilise reaktsiooni väliste kahjustuste eest. Sel juhul kasutatavad konstruktsioonimaterjalid võivad olla ainult tootmises, kuna neid on peaaegu võimatu avalikult osta. Lisaks tehakse selline pealekandmine sageli automaatliinidel, mis suurendab materjali katmise töökindlust ja kiirust.
Kuid hoolimata sellest, kuidas metalli täiustatakse, allub see materjal niiskuse, õhu, erinevate gaaside negatiivsele rõhule ja töötamise ajal halveneb. Seetõttu on vaja korrosioonivastast kaitset, mis mitte ainult ei mõjuta seda, vaid kaitseb seda ka välismaailma eest.
Rooste levimisel on oluline roll hapnikul. Metallide kaitsmine korrosiooni eest on ka sellise negatiivse nähtuse leviku pidurdamine, mitte ainult ennetamine. Selleks viiakse keskkonna struktuuri spetsiaalsed molekulid - inhibiitorid -, mis metalli pinnale tungides pakuvad sellele omamoodi kaitsekilbi.
Tihti kasutatakse ka korrosioonivastast kilet, mida saab peale kanda erinevalt. Kuid kõige lihtsam (ja usaldusväärsem) on see pihustamise teel. Selleks kasutatakse erinevaid polümeermaterjale, värve, emaile jms. Samuti mähivad nad osa ja piiravad hävitava keskkonna juurdepääsu sellele. Võitlus metallide korrosiooni vastu võib hoolimata protsessi sarnasusest olla väga mitmekesine. See keemiline protsess on vältimatu ja peaaegu alati õnnestub. Seetõttu tehakse korrosiooni ärahoidmiseks palju pingutusi. Seda silmas pidades saab kaitsemeetodeid kombineerida.
Need on peamised kaitsemeetodid. Need on populaarsed oma lihtsuse, töökindluse ja mugavuse tõttu. Nende hulka kuulub ka lakkide ja emailidega katmine, kuid sellest veidi madalam.
Nii määrivad töötajad näiteks enne värvi või emaili pealekandmist toote kruntvärviga, et värv paremini pinnale “latuks” ning selle ja toote vahele ei jääks niiskust (mille krunt imab). Neid metallide korrosioonikaitse meetodeid ei kasutata tootmises alati. Selliste toimingute ise tegemiseks piisab kodustest tööriistadest.
Korrosioonivastane kaitse on mõnikord väga ebatavaline. Näiteks kui üht metalli kaitseb teine. Seda tehnikat kasutatakse sageli siis, kui keemilist sulamit ei saa muuta. Selle pind on kaetud teise materjaliga, mis on täis söövitavatele mõjudele vastupidavaid elemente. See nn korrosioonivastane kiht aitab tundlikuma materjali pinda väga kindlalt hoida. Näiteks võib kate olla kroomi.
See hõlmab ka metallide kaitset korrosiooni eest. Sel juhul kaetakse kaitstav pind madala elektrijuhtivusega metalliga (mis on üks peamisi korrosiooni põhjustajaid). Kuid see kehtib juhul, kui kokkupuude keskkonnaga on minimaalne. Seetõttu kasutatakse sellist metallide kaitset rooste ja muude ohtlike keemiliste protsesside eest koos näiteks inhibiitoritega.
Selliseid kaitsemeetodeid kasutatakse mehaaniliste mõjude vältimiseks. Raske öelda, kuidas metalli kõige usaldusväärsemalt kaitsta. Iga meetod võib anda positiivseid tulemusi.
Kuidas saada head katvust?
Tootjate kohustus ei ole alati kaitsta metalli korrosiooni eest. Tihti tuleb sellise toote eest ise hoolt kanda ja siis on detaili vastupidavuse parandamise parim skeem katmine.
Esiteks peab see olema täiesti puhas. "Dirty" sisaldab:
- Õli jäägid
- oksiidid
Eemaldage need korralikult ja täielikult. Näiteks peate võtma spetsiaalse vedeliku, mis põhineb alkoholil või bensiinil, nii et vesi ei kahjustaks konstruktsiooni. Lisaks võib pinnale jääda niiskust, mille peale kantud värv lihtsalt ei täida oma funktsioone.
Suletud keskkonnas (pinna ja värvi vahel) areneb raua korrosioon veelgi aktiivsemalt, nii et metalli selline kaitse korrosiooni eest pigem kahjustab kui aitab. Seetõttu on oluline vältida ka niiskust. Pärast mustuse eemaldamist tuleb see kuivatada.
Pärast seda saate soovitud katte peale kanda. Kuid ikkagi on see parim viis kodus rooste eest kaitsta. Kuigi metallide korrosiooni eest kaitsmiseks on erinevaid viise, peaksite alati meeles pidama, et nende ebaõige kasutamine võib põhjustada probleeme. Seetõttu pole vaja midagi erakordset välja mõelda, parem on kasutada juba tõestatud ja usaldusväärseid meetodeid metallide kaitsmiseks korrosiooni eest.
Samuti väärib märkimist, et seadme pinda saab töödelda mitmel viisil:
- Keemiline
- elektrokeemiline
- Mehaaniline
Viimane on kõige lihtsam meetod korrosiooni peatamiseks. Nimekirja kaks esimest punkti on keerukamad (tehnilises mõttes) protsessid, millest alates muutub korrosioonikaitse usaldusväärsemaks. Lõppude lõpuks rasvatavad nad metalli, mis muudab selle kaitsekatte kandmise mugavamaks. Enne katmist ei tohiks kuluda rohkem kui 6-7 tundi, kuna selle aja jooksul kokkupuutel kandjaga "taastab" eelmine tulemus, mis oli enne töötlemist.
Korrosioonikaitse tuleb teostada – enamasti – tehases ja tootmise ajal. Kuid te ei pea sellele üksi lootma. Ka isetehtud korrosioonivastane aine ei tee paha.
Kas korrosioonist on võimalik jäädavalt lahti?
Vaatamata vastuse lihtsusele peaks see olema üksikasjalik. Korrosiooni ja metallide kaitset korrosiooni eest ei saa üksteisest eraldada, kuna need põhinevad nii toote enda kui ka seda ümbritseva atmosfääri keemilisel koostisel. Pole ime, et korrosioonivastase võitluse meetodid põhinevad just neil näitajatel. Need kas eemaldavad kristallvõre "nõrgad" osakesed (või lisavad sellele usaldusväärsemaid lisandeid) või aitavad toote pinda gaaside ja välismõjude eest "varjata".
Korrosioonikaitse pole midagi keerulist. See põhineb lihtsal keemial ja füüsikaseadustel, mis viitavad ka sellele, et elementide vastasmõjus on võimatu vältida protsesse. Korrosioonivastane kaitse vähendab sellise tulemuse tõenäosust, suurendab metalli vastupidavust, kuid siiski - see ei päästa seda täielikult. Mis iganes see ka poleks, tuleb seda siiski ajakohastada, täiustada ja kombineerida ning kasutada metallide korrosiooni eest kaitsmiseks täiendavaid meetodeid.
Võib öelda, kuidas korrosiooni ära hoida, kuid ei tasu pingutada selle nimel, et raud sellele üldse ei alluks. Samuti annab kattekiht ümbritseva maailma hävitava jõu ning kui seda ei jälgita, jõuavad gaasid ja niiskus selle alla peidetud kaitstud pinnale. Metallide korrosioon ja kaitse on hädavajalikud (nii tootmisel kui ka töö ajal), kuid ka sellesse tuleb targalt suhtuda.
