A fémeket a történelem előtti idők óta használja az ember, a belőlük készült termékek széles körben elterjedtek életünkben. A legelterjedtebb fém a vas és ötvözetei. Sajnos hajlamosak a korrózióra vagy a rozsdásodásra – az oxidáció következtében lebomlanak. A korrózió elleni időben történő védelem lehetővé teszi a fémtermékek és -szerkezetek élettartamának meghosszabbítását.
A korrózió típusai
A tudósok régóta küzdenek a korrózióval, és azonosították annak több fő típusát:
- Légköri. Az oxidáció a légköri oxigénnel és a benne lévő vízgőzzel való érintkezés következtében következik be. A levegőben lévő szennyező anyagok kémiailag aktív anyagok formájában felgyorsítja a rozsdásodást.
- Folyékony. A vízi környezetben játszódik le, a vízben, különösen a tengervízben található sók nagymértékben felgyorsítják az oxidációt.
- Talaj. A talajban elhelyezett termékekre és szerkezetekre ez a típus vonatkozik. A talaj kémiai összetétele, a talajvíz és a szivárgási áramlatok különleges környezetet teremtenek a kémiai folyamatok fejlődéséhez.
A termék működési környezete alapján kiválasztják a megfelelő korrózióvédelmi módszereket.
Tipikus rozsdakárosodás típusok
A korróziós károknak a következő jellemző típusai vannak:
- A felületet összefüggő rozsdás réteg vagy különálló darabok borítják.
- Az alkatrészen kis rozsdafelületek jelentek meg, amelyek behatoltak az alkatrész vastagságába.
- Mély repedések formájában.
- Az egyik komponens oxidálódik az ötvözetben.
- Mély behatolás az egész kötetben.
- Kombinált.
Az előfordulás miatt ezek is fel vannak osztva:
- Kémiai. Kémiai reakciók hatóanyagokkal.
- Elektrokémiai. Az elektrolitikus oldatokkal érintkezve elektromos áram keletkezik, amelynek hatására a fémek elektronjai kicserélődnek, és a kristályszerkezet rozsda képződésével megsemmisül.
A fémek korróziója és az ellene való védekezés módjai
A tudósok és mérnökök számos módszert fejlesztettek ki a fémszerkezetek korrózió elleni védelmére.
Ipari és épületszerkezetek, különféle szállítási módok korrózióvédelmét ipari módszerekkel végzik.
Gyakran meglehetősen bonyolultak és drágák. A fémtermékek háztartási körülmények közötti védelmére olyan háztartási módszereket használnak, amelyek megfizethetőbbek és nem kapcsolódnak összetett technológiákhoz.
Ipari
A fémtermékek védelmére szolgáló ipari módszerek számos területre oszlanak:
- Passziválás. Az acél olvasztásakor ötvöző adalékanyagokat, például Cr, Mo, Nb, Ni adnak hozzá. Hozzájárulnak egy erős és vegyszerálló oxidfilm kialakulásához az alkatrész felületén, amely megakadályozza az agresszív gázok és folyadékok vashoz jutását.
- Védő fém bevonat. A termék felületére egy másik fémelem - Zn, Al, Co stb. - vékony réteget visznek fel, amely megvédi a vasat a rozsdásodástól.
- Elektromos védelem. A védendő alkatrész mellé más fémelemből vagy ötvözetből készült lemezeket, úgynevezett anódokat helyeznek el. Az elektrolitban lévő áramok ezeken a lemezeken keresztül áramlanak, nem pedig az alkatrészen. Így védik a tengeri szállítási és fúróplatformok víz alatti részeit.
- Inhibitorok. Speciális anyagok, amelyek lassítják vagy akár le is állítják a kémiai reakciókat.
- Védő fényezés.
- Hőkezelés.
Az iparban alkalmazott korrózióvédelmi módszerek igen változatosak. A konkrét korrózióvédelmi módszer kiválasztása a védendő szerkezet működési feltételeitől függ.
háztartás
A fémek korrózió elleni védelmének háztartási módszerei általában a védőfesték- és lakkbevonatok alkalmazására korlátozódnak. Összetételük nagyon változatos lehet, beleértve:
- szilikon gyanták;
- polimer anyagok;
- inhibitorok;
- kis fémreszelékek.
A rozsdaátalakítók külön csoportot alkotnak - olyan vegyületek, amelyeket a korrózió által már érintett szerkezetekre alkalmaznak. Visszaállítják a vasat az oxidokból és megakadályozzák az újbóli korróziót. A konverterek a következő típusokra oszthatók:
- Talajok. A megtisztított felületre alkalmazzák, nagy tapadásúak. Összetételükben gátló anyagokat tartalmaznak, lehetővé teszik a befejező festék megtakarítását.
- Stabilizátorok. A vas-oxidokat más anyagokká alakítja át.
- A vas-oxidok sókká alakítói.
- Olajok és gyanták, amelyek beborítják a rozsdarészecskéket és semlegesítik azt.
Az alapozó és a festék kiválasztásakor jobb, ha ugyanattól a gyártótól veszi őket. Így elkerülheti a festékek és lakkok kompatibilitásával kapcsolatos problémákat.
Fémvédő festékek
A működési hőmérséklet szerint a festékeket két nagy csoportra osztják:
- hagyományos, 80 ° C-ig használható;
- hőálló.
A kötőanyag típusától függően az alapfestékek a következők:
- alkid;
- akril;
- epoxi.
A fémes bevonatok a következő előnyökkel rendelkeznek:
- kiváló minőségű felületvédelem a korrózió ellen;
- könnyű alkalmazás;
- szárítási sebesség;
- sokféle szín;
- hosszú élettartam.
A kalapács zománcok nagyon népszerűek, nem csak védik a fémet, hanem esztétikus megjelenést is biztosítanak. Az ezüstfesték a fémfeldolgozásnál is elterjedt. Az összetételéhez alumíniumport adnak. A fémvédelem vékony alumínium-oxid film képződése miatt következik be.
A kétkomponensű epoxi keverékeket kivételes bevonatszilárdság jellemzi, és nagy igénybevételű szerelvényekhez használják.
Fémvédelem otthon
A fémtermékek korrózió elleni megbízható védelme érdekében a következő műveletsorokat kell végrehajtani:
- tisztítsa meg a rozsda és a régi festék felületét drótkefével vagy csiszolópapírral;
- zsírtalanítsa a felületet;
- azonnal alkalmazzon egy talajréteget;
- az alapozó száradása után vigyen fel két réteg alapfestéket.
Munka közben használjon egyéni védőfelszerelést:
- kesztyűk;
- gázmaszk;
- szemüveg vagy átlátszó pajzs.
A fémek korrózió elleni védelmének módszereit a tudósok és mérnökök folyamatosan fejlesztik.
A korróziós folyamatokkal szembeni ellenállás módszerei
A korrózió elleni küzdelem főbb módszerei az alábbiak:
- az anyagok oxidációval szembeni ellenálló képességének növelése kémiai összetételük megváltoztatásával;
- a védett felület elszigetelése az aktív közeggel való érintkezéstől;
- a terméket körülvevő környezet aktivitásának csökkenése;
- elektrokémiai.
Az első két módszercsoportot a szerkezet gyártása során használják, a másodikat pedig a működés során.
Az ellenállás növelésének módszerei
Az ötvözet összetételéhez olyan elemeket adnak, amelyek növelik annak korrózióállóságát. Az ilyen acélokat rozsdamentesnek nevezik. Nem igényelnek további bevonatokat, és esztétikus megjelenésükkel különböznek egymástól. Adalékanyagként bizonyos arányban nikkelt, krómot, rezet, mangánt, kobaltot használnak.
Az anyagok rozsdával szembeni ellenállását az is növeli, hogy eltávolítják a korróziót gyorsító komponenseket, mint például az oxigént és a ként az acélötvözetekből, illetve a vasat a magnézium- és alumíniumötvözetekből.
A környezet agresszivitásának csökkentése és az elektrokémiai védelem
Az oxidációs folyamatok visszaszorítása érdekében speciális vegyületeket, inhibitorokat adnak a külső környezethez. Tíz- és százszorosára lassítják a kémiai reakciókat.
Az elektrokémiai módszerek az anyag elektrokémiai potenciáljának megváltoztatására redukálódnak elektromos áram átvezetésével. Ennek eredményeként a korróziós folyamatok nagymértékben lelassulnak, vagy akár teljesen leállnak.
Film védelem
A védőfólia megakadályozza, hogy a hatóanyag molekulák hozzáférjenek a fémmolekulákhoz, és így megakadályozza a korróziós jelenségeket.
A fóliákat festékekből, műanyagokból és gyantákból készítik. A bevonatok olcsók és könnyen felhordhatók. Több rétegben fedik le a terméket. A festék alá egy réteg alapozó kerül felhordásra, amely javítja a felülethez való tapadást és lehetővé teszi a drágább festék megtakarítását. Az ilyen bevonatok 5-10 évig szolgálnak. Mangán és vas-foszfátok keverékét néha primerként használják.
A védőbevonatok más fémek vékony rétegeiből is készülnek: cink, króm, nikkel. Felhordásuk galvanizálással történik.
Az alapanyagnál nagyobb elektrokémiai potenciállal rendelkező fémmel történő bevonást anódosnak nevezzük. Továbbra is védi az alapanyagot, magához tereli az aktív oxidálószereket, még részleges megsemmisülés esetén is. Az alacsonyabb potenciállal rendelkező bevonatokat katódosnak nevezzük. Az ilyen bevonat megsértése esetén az elektrokémiai folyamatok miatt felgyorsítja a korróziót.
A fémbevonat felvihető plazmaspray módszerrel is.
Alkalmazzák a plaszticitási hőmérsékletre melegített alaplemezek és védőfémek együttes hengerlését is. Nyomás alatt az elemek molekuláinak kölcsönös diffúziója egymás kristályrácsaiba, és kétfémes anyag keletkezik. Ezt a módszert burkolatnak nevezik.
Külső tényezők (folyadékok, gázok, agresszív kémiai vegyületek) hatására minden anyag megsemmisül. A fémek sem kivételek. A korróziós folyamatokat nem lehet teljesen semlegesíteni, de nagyon lehetséges csökkenteni intenzitásukat, ezáltal növelve a fémszerkezetek vagy más, „vasat” tartalmazó szerkezetek élettartamát.
A korrózióvédelem módszerei
A korrózióvédelem minden módszere feltételesen besorolható olyan módszerek közé, amelyek akár a minta üzembe helyezése előtt (1. csoport), akár az üzembe helyezés után (2. csoport) alkalmazhatók.
Első
- Fokozott ellenállás a "kémiai" expozícióval szemben.
- Agresszív anyagokkal való közvetlen érintkezés kizárása (felületi szigetelés).
Második
- A környezet agresszivitásának mértékének csökkentése (működési feltételektől függően).
- EM mezők használata (például külső e / áramok "kiszabása", sűrűségük szabályozása és számos egyéb technika).
Az egyik vagy másik védelmi módszer alkalmazását minden egyes kialakítás esetében egyedileg határozzák meg, és számos tényezőtől függ:
- fém típusa;
- működésének feltételeit;
- a korróziógátló intézkedések összetettsége;
- gyártási képességek;
- gazdasági célszerűség.
Viszont minden módszer fel van osztva aktív (az anyagra gyakorolt állandó "hatást" jelent), passzív (újrafelhasználhatónak nevezhető) és technológiai (a mintagyártás szakaszában használt) módszerre.
Aktív
katódos védelem
Akkor célszerű használni, ha a közeg, amellyel a fém érintkezik, elektromosan vezetőképes. Az anyagot (szisztematikusan vagy folyamatosan) nagy „negatív” potenciállal szállítják, ami elvileg lehetetlenné teszi az oxidációt.
Védő védelem
Ez katódos polarizációból áll. A mintát olyan anyaggal való érintkezés köti meg, amely adott vezető közegben (futófelület) érzékenyebb az oxidációra. Valójában ez egyfajta "villámhárító", amely magába foglalja az agresszív anyagok által létrehozott összes "negativitást". De egy ilyen védőt rendszeresen ki kell cserélni egy újra.
Anódos polarizáció
Rendkívül ritkán használják, és abból áll, hogy fenntartja az anyag "tehetetlenségét" a külső hatásokkal szemben.
Passzív (fém felületkezelés)
Védőfólia létrehozása
Az egyik legelterjedtebb és legolcsóbb korrózióvédelmi módszer. A felületi réteg kialakításához olyan anyagokat használnak, amelyeknek meg kell felelniük a következő alapvető követelményeknek - az agresszív vegyi anyagokkal / vegyületekkel szemben közömbösnek kell lenniük, nem vezetnek elektromos / áramot és fokozott tapadásúak (jó tapadás az alaphoz).
A fémfeldolgozás során használt összes anyag folyékony vagy "aeroszol" állapotban van, ami meghatározza az alkalmazás módját - festés vagy permetezés. Ehhez festékeket és lakkokat, különféle masztixokat és polimereket használnak.
Fémszerkezetek fektetése védőcsúszdákba
Ez jellemző a különböző típusú csővezetékekre és a mérnöki rendszerek kommunikációjára. Ebben az esetben a szigetelő szerepét a csatorna belső falai és a fémfelület közötti levegő "réteg" tölti be.
Foszfátozás
A fémeket speciális szerekkel (oxidálószerekkel) kezelik. Reagálnak a bázissal, ami rosszul oldódó vegyi anyagok/vegyületek lerakódását eredményezi annak felületén. Elég hatékony módja a nedvesség elleni védekezésnek.
Bevonat ellenállóbb anyagokkal
Ennek a technikának a felhasználási példái gyakran megtalálhatók a mindennapi életben krómozott (), ezüsttel, "horganyzott" és hasonló termékekben.
Opcióként - védelem kerámiával, üveggel, beton bevonattal, cementhabarcsokkal (bevonattal) és így tovább.
Passziválás
A lényeg a fém kémiai aktivitásának drasztikus csökkentése. Ennek érdekében felületét megfelelő speciális reagensekkel kezelik.
A környezet agresszivitásának csökkentése
- A korróziós folyamatok intenzitását csökkentő anyagok (inhibitorok) alkalmazása.
- Légszárítás.
- Kémiai / tisztítása (káros szennyeződésektől) és számos egyéb, a mindennapi életben használható módszere.
- A talaj hidrofóbizálása (visszatöltés, speciális anyagok bevezetése) a talaj agresszivitásának csökkentése érdekében.
Kezelés peszticidekkel
Olyan esetekben használják, amikor fennáll az úgynevezett "biokorrózió" kialakulásának lehetősége.
A védekezés technológiai módszerei
ötvöző
A leghíresebb módja. A lényeg az, hogy olyan fém alapú ötvözetet hozzanak létre, amely közömbös az agresszív hatásokkal szemben. De ez csak ipari méretekben valósul meg.
Amint a közölt információkból következik, nem minden korrózióvédelmi módszer használható a mindennapi életben. E tekintetben a „magánkereskedő” lehetőségei jelentősen korlátozottak.
A fémek és ötvözetek korrózióvédelmének fő feltétele a korróziós sebesség csökkentése. A korrózió sebessége csökkenthető a fémszerkezetek korrózió elleni védelmének különféle módszereivel. A főbbek a következők:
1 Védőbevonatok.
2 A korrozív környezet kezelése a korrozív hatás csökkentésére (különösen állandó mennyiségű korrozív környezet esetén).
3 Elektrokémiai védelem.
4 Fokozott korrózióállóságú új szerkezeti anyagok fejlesztése és gyártása.
5 Számos kivitelben áttérés a fémről a kémiailag ellenálló anyagokra (nagy molekulájú műanyagok, üveg, kerámia stb.).
6 Fémszerkezetek és alkatrészek ésszerű tervezése és üzemeltetése.
1. Védőbevonatok
A védőbevonatnak folyamatosnak, a teljes felületen egyenletesen eloszlatottnak, a környezetet át nem eresztőnek, a fémhez erősen tapadónak (tapadószilárdsággal), keménynek és kopásállónak kell lennie. A hőtágulási együtthatónak közel kell lennie a védett termék fémének hőtágulási együtthatójához.
A védőbevonatok osztályozása a 2. ábrán látható. 43
Védőbevonatok
Nem fémes fémbevonatok
InorganicOrganicCathodeAnóde
43. ábra – A védőbevonatok osztályozási sémája
1.1 Fém bevonatok
A fémvédő bevonatok alkalmazása az egyik legelterjedtebb korrózióvédelmi módszer. Ezek a bevonatok nemcsak a korrózió ellen védenek, hanem számos értékes fizikai és mechanikai tulajdonságot is kölcsönöznek felületüknek: keménység, kopásállóság, elektromos vezetőképesség, forraszthatóság, visszaverőképesség, dekoratív felületet biztosítanak a termékeknek, stb.
A védőhatás módszere szerint a fémbevonatokat katódos és anódos bevonatokra osztják.
A katódos bevonatok pozitívabb, az anódos pedig elektronegatívabb elektródpotenciálokkal rendelkeznek annak a fémnek a potenciáljához képest, amelyen le vannak rakva. Így például az acélra felvitt réz, nikkel, ezüst, arany katódos bevonat, míg a cink és a kadmium ugyanahhoz az acélhoz képest anódbevonat.
Meg kell jegyezni, hogy a bevonat típusa nemcsak a fémek jellegétől függ, hanem a korrozív közeg összetételétől is. Az ón a vashoz viszonyítva szervetlen savak és sók oldatában katódbevonat szerepét tölti be, számos szerves savban (konzervek élelmiszerekben) pedig anódként szolgál. Normál körülmények között a katódos bevonatok mechanikusan védik a termék fémét, elszigetelve azt a környezettől. A katódbevonatokkal szemben támasztott fő követelmény a porozitás. Ellenkező esetben, amikor a terméket az elektrolitba mártják, vagy ha vékony nedvességréteg csapódik le a felületén, az alapfém szabaddá vált (pórusokban vagy repedésekben lévő) részei anódokká, a bevonat felülete pedig katóddá válik. A folytonossági zavarok helyén megindul az alapfém korróziója, amely átterjedhet a bevonat alá (44. a ábra).
11. ábra A vas korróziójának sémája porózus katód (a) és anód (b) bevonattal
Az anódbevonatok nemcsak mechanikailag, hanem elsősorban elektrokémiailag védik a termék fémét. Az így létrejövő galvánelemben a bevonó fém anóddá válik és korrózión megy keresztül, és az alapfém szabadon lévő (pórusos) területei katódként működnek, és nem esnek össze mindaddig, amíg a bevonat elektromos érintkezése a védett fémmel fennáll. és elegendő áram halad át a rendszeren (4. b ábra). Ezért az anódbevonatok porozitásának mértéke a katódos bevonatokkal ellentétben nem játszik jelentős szerepet.
Egyes esetekben elektrokémiai védelemre kerülhet sor a katódos bevonatok felhordása során. Ez akkor fordul elő, ha a bevonó fém a termékhez viszonyítva hatékony katód, és az alapfém hajlamos a passzivációra. Az így létrejövő anódos polarizáció passziválja az alapfém nem védett (pórusos) területeit, és megnehezíti azok elpusztítását. Ez a típusú anódos elektrokémiai védelem a 12X13 és 12X18H9T méretű acélok rézbevonatainál jelentkezik kénsavoldatokban.
A fémvédő bevonatok felvitelének fő módja a galvanikus. A termikus diffúziós és mechanotermikus módszereket, a fémezést permetezéssel és az olvadékba merítéssel is alkalmazzák, elemezzük az egyes módszereket részletesebben.
1.2 Galvanizált bevonatok.
A védőfémbevonatok galvanikus leválasztásának módszere nagyon elterjedt az iparban. A fémbevonat felvitelének más módszereivel összehasonlítva számos komoly előnnyel rendelkezik: nagy hatásfok (a fémek korrózió elleni védelmét nagyon vékony bevonatokkal érik el), lehetőség van ugyanabból a fémből eltérő mechanikai tulajdonságú bevonatok készítésére, a fémréteg könnyű szabályozhatósága. eljárás (a fémlerakódások vastagságának és tulajdonságainak szabályozása az elektrolit összetételének és az elektrolízis módjának megváltoztatásával), különféle összetételű ötvözetek előállításának lehetősége magas hőmérséklet alkalmazása nélkül, jó tapadás az alapfémmel stb.
A galvanikus módszer hátránya a bevonat egyenetlen vastagsága az összetett profillal rendelkező termékeken.
A fémek elektrokémiai leválasztását egyenáramú galvánfürdőben végezzük (45. ábra). A fémbevonatú terméket a katódra akasztják. Anódként leválasztott fémből (oldható anódok) vagy elektrolitban oldhatatlan anyagból (oldhatatlan anódok) készült lemezeket használnak.
Az elektrolit kötelező komponense a katódon lerakódott fémion. Az elektrolit összetétele tartalmazhat még elektromos vezetőképességét növelő, az anódfolyamat lefolyását szabályozó, állandó pH-értéket biztosító anyagokat, a katódfolyamat polarizációját fokozó felületaktív anyagokat, fényesítő és szintező adalékokat stb.
5. ábra Galvanizáló fürdő fémek elektromos leválasztásához:
1 - test; 2 - szellőzőház; 3 - tekercs fűtéshez; 4 - szigetelők; 5 – anódrudak; 6 – katód rudak; 7 - buborékoló sűrített levegővel való keveréshez
Attól függően, hogy a kisütő fémion milyen formában van oldatban, az összes elektrolitot összetett és egyszerű elektrolitokra osztják. A komplex ionok kisülése a katódon nagyobb túlfeszültség mellett történik, mint az egyszerű ionok kisülése. Ezért a komplex elektrolitokból nyert lerakódások finomabb szemcsék és egyenletes vastagságúak. Ezeknek az elektrolitoknak azonban alacsonyabb a fémáram hatásfoka és kisebb az üzemi áramsűrűsége, pl. teljesítményüket tekintve gyengébbek az egyszerű elektrolitoknál, amelyekben a fémion egyszerű hidratált ionok formájában van.
Az áram eloszlása a termék felületén galvanikus fürdőben soha nem egyenletes. Ez eltérő leválasztási sebességhez és ennek következtében eltérő bevonatvastagsághoz vezet a katód egyes szakaszaiban. Az összetett profilú termékeknél különösen erős vastagságváltozás figyelhető meg, ami hátrányosan befolyásolja a bevonat védő tulajdonságait. A lerakódott bevonat vastagságának egyenletessége javul az elektrolit elektromos vezetőképességének növekedésével, a polarizáció növekedésével az áramsűrűség növekedésével, a fém áramhatékonyságának csökkenésével az áramsűrűség növekedésével, és a katód és az anód közötti távolság növekedése.
A galvanikus fürdő azon képességét, hogy egyenletes vastagságú bevonatot adjon egy domborzati felületen, szórási erőnek nevezzük. A komplex elektrolitok a legnagyobb szórási képességgel rendelkeznek.
A termékek korrózió elleni védelmére számos fém galvanikus lerakódását alkalmazzák: cink, kadmium, nikkel, króm, ón, ólom, arany, ezüst stb. Elektrolitikus ötvözeteket is használnak, mint például Cu-Zn, Cu-Sn, Sn - Bi- és többrétegű bevonatok.
A vasfémek korrózió elleni leghatékonyabb (elektrokémiai és mechanikai) védelmét az anódos bevonatok jelentik cinkkel és kadmiummal.
A cinkbevonatokat a gépalkatrészek, csővezetékek, acéllemezek korrózió elleni védelmére használják. A cink olcsó és könnyen hozzáférhető fém. Mechanikai és elektrokémiai módszerekkel védi a fő terméket, mivel pórusok vagy csupasz foltok jelenlétében a cink megsemmisül, és az acél alap nem korrodálódik.
A cinkbevonatok dominálnak. A cink az összes acélelem körülbelül 20%-át védi a korróziótól, és a világon előállított cink körülbelül 50%-át galvanizálásra használják fel.
Az elmúlt években dolgoztak a galvanikus védőbevonatok létrehozásán cink alapú ötvözetekből: Zn - Ni (8 - 12% Ni), Zn - Fe, Zn - Co (0,6 - 0,8% Co). Ebben az esetben a bevonat korrózióállósága 2-3-szorosára növelhető.
Korrózió- spontán folyamat, és ennek megfelelően a rendszer Gibbs-energiájának csökkenésével folytatódik. A fémek korróziós tönkremenetelének reakciójának kémiai energiája hő formájában felszabadul és a környező térben eloszlik.
A korrózió nagy veszteségekhez vezet a csővezetékek, tartályok, gépek fémalkatrészeinek, hajótestek, offshore szerkezetek stb. megsemmisülése következtében. A fémek korrózióból eredő helyrehozhatatlan vesztesége éves kibocsátásuk 15%-a. A korrózióvédelem célja a fémkészletek megőrzése, amelyeknek a világ készletei korlátozottak. A korrózió tanulmányozása és a fémek megvédésére szolgáló módszerek kidolgozása elméleti jelentőséggel bír, és nagy gazdasági jelentőséggel bír.
A vas levegőben történő rozsdásodása, magas hőmérsékleten vízkőképződés, fémek savakban való oldódása tipikus példái a korróziónak. A korrózió következtében a fémek számos tulajdonsága romlik: csökken a szilárdság és a hajlékonyság, nő a mozgó gépalkatrészek közötti súrlódás, az alkatrészek méretei sérülnek. Különbséget kell tenni kémiai és elektrokémiai korrózió között.
Vegyi, korróziós– fémek megsemmisítése oxidációjuk révén száraz gázokban, nem elektrolitos oldatokban. Például vízkő képződése a vason magas hőmérsékleten. Ebben az esetben a fémen képződött oxidfilmek gyakran megakadályozzák a további oxidációt, megakadályozva mind a gázok, mind a folyadékok további behatolását a fém felületére.
elektrokémiai korrózió a fémek pusztulásának nevezik a kialakuló galvánpárok hatására víz vagy más elektrolit jelenlétében. Ebben az esetben a kémiai folyamattal - a fémek általi elektronok felszabadulásával együtt - elektromos folyamat is végbemegy - az elektronok egyik területről a másikra való átjutása.
Az ilyen típusú korrózió külön típusokra oszlik: légköri, talaj, "kóbor" áram hatására stb.
Az elektrokémiai korróziót a fémben lévő szennyeződések vagy a felület heterogenitása okozza. Ezekben az esetekben, amikor a fém érintkezésbe kerül az elektrolittal, amely a levegőben is megköthető nedvesség lehet, sok mikrogalvanikus cella jelenik meg a felületén. . Anódok fémrészecskék katódok– pozitívabb elektródpotenciállal rendelkező szennyeződések és fémfelületek. Az anód feloldódik, és hidrogén szabadul fel a katódon. Ugyanakkor a katódon lehetséges az elektrolitban oldott oxigén redukciója. Ezért a katódos folyamat természete bizonyos feltételektől függ:
savas környezet: 2H + + 2ē \u003d H2 (hidrogén depolarizáció),
О 2 + 4Н + + 4ē → 2Н 2 О
semleges környezet: O 2 +2H 2 O+4e - \u003d 4OH - (oxigén depolarizáció).
Példaként fontolja meg légköri korrózióónnal érintkező vas. A fémek kölcsönhatása egy csepp oxigént tartalmazó vízzel mikrovoltaikus cella megjelenéséhez vezet, amelynek áramköre a következő
(-)Fe|Fe 2+ || O 2, H 2 O| sn (+).
Az aktívabb fém (Fe) oxidálódik, elektronokat ad át a rézatomoknak, és ionok formájában (Fe 2+) oldódik. Az oxigén depolarizációja a katódon történik.
Korrózióvédelmi módszerek. A korrózióvédelem minden módszere két nagy csoportra osztható: nem elektrokémiai(fémek ötvözése, védőbevonatok, korrozív környezet tulajdonságainak megváltoztatása, termékek ésszerű tervezése) ill. elektrokémiai(projektmódszer, katódos védelem, anódvédelem).
Fémek ötvözése- ez egy hatékony, bár költséges módszer a fémek korrózióállóságának növelésére, amelynek során olyan komponenseket visznek be az ötvözet összetételébe, amelyek fém passzivációt okoznak. Ilyen komponensként krómot, nikkelt, titánt, volfrámot stb. használnak.
Védőbevonatok- ezek a fémtermékek és -szerkezetek felületén mesterségesen létrehozott rétegek. A bevonat típusának megválasztása a fém felhasználási körülményeitől függ.
Anyagok a fém védőbevonatok lehetnek tiszta fémek: cink, kadmium, alumínium, nikkel, réz, ón, króm, ezüst és ötvözeteik: bronz, sárgaréz, stb. katódos(például acélon Cu, Ni, Ag) ill anód(cink az acélon). A katódos bevonatok csak akkor tudják megvédeni a fémet a korróziótól, ha nincsenek pórusok és nem károsítják a bevonatot. Anódos bevonat esetén a védendő fém katód szerepét tölti be, ezért nem korrodálódik. A fémek potenciálja azonban az oldatok összetételétől függ, ezért az oldat összetételének változásával a bevonat jellege is megváltozhat. Így az acél ónnal való bevonása H 2 SO 4 oldatban katódos, szerves savak oldatában pedig anódos.
Nem fém védő A bevonatok lehetnek szervetlenek vagy szervesek. Az ilyen bevonatok védőhatása elsősorban a fémnek a környezettől való elszigetelésére csökken.
Elektrokémiai védelmi módszer a korróziós folyamat anódos vagy katódos reakcióinak gátlásán alapul. Az elektrokémiai védelmet úgy hajtják végre, hogy az elektrolit környezetben (tenger, talajvíz) elhelyezkedő védett szerkezethez (hajótörzs, földalatti csővezeték) egy negatívabb elektródpotenciállal rendelkező fémet csatlakoztatnak - védő.
Az emberiség több tízszáz éven keresztül sokféle technológiát állított fel maga köré. De az a korszak, amikor az emberek megtanulták a fém bányászását és feldolgozását, egy ilyen széles körű fejlődés kezdetét jelentette. Tulajdonságainak köszönhetően lehetővé vált a technológiai magasságok elérése, olyan járművek építése, amelyek az embert a világ másik felére szállítják, fegyvereket a védekezéshez. De most a technológia elérte azt a szintet, hogy egyes mechanizmusok másokat hoznak létre.
Annak ellenére, hogy a fém áll minden (vagy majdnem minden) technológia középpontjában, nem ez a legtökéletesebb anyag. Az idő múlásával és a környezet ráhatásával rozsdásodni kezd. Ez a jelenség nagyobb károkat okoz ebben az anyagban, és ennek következtében rontja a berendezések működését, ami gyakran balesethez vagy katasztrófához vezethet. Ez a cikk mindent elmagyaráz az acél rozsdásodásával kapcsolatban, hogyan történik ez a folyamat, és mit kell tenni annak elkerülése (vagy megszüntetése) érdekében.
Mi az a rozsda?
"Rozsda" - ez a neve az anyag bármilyen megsemmisítésének a mindennapi életben. Pontosabban ezek azok a vörösödések, amelyek a fémen oxigénnel való reakció után képződnek. Az oxidáció hátrányosan érinti ezt az anyagot, törékennyé, lazává teszi a széleit, csökkenti a keménységét és a teljesítményét.
Ezért sok üzemben különböző készítményeket alkalmaznak a súrlódás csökkentésére, a korrózió és egyéb negatív környezeti hatások elleni védelemre. Erről később. Az ilyen expozíció elleni védekezéshez óvatosan értse meg, hogyan hat a "rothadás" az acélra, és hogyan pusztítja el a kristályrácsát.
A természetes pusztulás különféle károkat okozhat:
- Teljes sérülés;
- A kristályrács sűrűségének megsértése;
- Szelektív károsodás;
- Felszín alatti.
A károsodás természetétől függően különböző módszerek alkalmazhatók a korrózió kezelésére. A lehetséges károk mindegyike a maga módján árt, és a technológia és a gyártás különböző területein elfogadhatatlan. Az energiaszektorban az ilyen pusztítás általában elfogadhatatlan (ez gázszivárgáshoz, sugárzás terjedéséhez stb. vezethet).
Videóklip arról, hogy mi a rozsda, és hogyan védekezhet ellene:
Rozsda expozíció
A fémszerkezet pusztulásának ellensúlyozására szolgáló mechanizmusok hatékony kiválasztásához meg kell érteni, hogyan működik maga a rozsda. Kétféle lehet: kémiai és elektrokémiai.
Az első - kémiai - annak a folyamatnak tulajdonítható, hogy a minta felülete egyszerűen a környezet (leggyakrabban gázok) hatására megsemmisül. Az ilyen rozsda a fémeken nagyon hosszú ideig képződik, és általában nagyon könnyen elkerülhető. Az alkatrészt meg kell tisztítani és korróziógátló bevonatokat kell felhordani (festékek, lakkok stb.).
Ezenkívül ez a vasromlási folyamat nedves, nedves környezetben, valamint szerves anyagokkal, például olajjal érintkezve megy végbe. Az utolsó esetet különösen fontos figyelembe venni, mivel az olajfúrótornyokon a rozsda elfogadhatatlan.
Az elektrokémiai korrózió ritkább, és elektrolitokban fordul elő. Csak ebben az esetben nem a környezet a fontos, hanem az áram, ami a villamosítás eredményeként keletkezik. Ő az, aki tönkreteszi a fémet és annak felületét (nagyrészt). Ezért könnyen megkülönböztethető a fém omlós felületéről.
A fém rozsda elleni védelme érdekében figyelembe kell venni ezeket a tulajdonságokat.
Hogyan lehet megfelelő védelmet kialakítani?
A fémek korróziója és a védekezési módszerek szorosan összefüggenek. Ezért minden védelmi folyamat csak két csoportra osztható: a fém minőségének javítása a gyártás során, illetve a védelem alkalmazása a működés során. Az első a kémiai összetétel változásait foglalja magában, amelyek ellenállóbbá teszik az alkatrészt a környezeti hatásokkal szemben. Az ilyen berendezések vagy tárgyak nem igényelnek további védelmet.
A védelem második csoportja a munkafolyamat különféle bevonatait és szigeteléseit foglalja magában. A pusztulás elkerülésének többféle módja van: kerüljük az azt kiváltó környezetet, vagy adjunk hozzá valamit, ami segít megszabadulni a fémkárok terjedésétől, környezettől és környezettől függetlenül. Otthon csak a második lehetőség lehetséges, mivel egy speciális felszerelés, sütő és egyéb dolgok nélküli személy egyszerűen nem tudja befolyásolni a már kész terméket.
Hogyan készüljünk fel a rozsdára
A fémtermékek létrehozása során kétféleképpen lehet eltávolítani a korróziót vagy minimalizálni annak előfordulását. Ehhez olyan anyagokat (cink, réz és így tovább), amelyek ellenállnak a gázoknak és más negatív irritáló anyagoknak, vagy hozzáadják a szerkezethez. Gyakran előfordulhat az ellenkező hatás is.
Amint már említettük, létezik egy olyan típusú korrózió, mint a szelektív. Megsemmisít bizonyos tételeket a cikktárban. Mint tudják, egy fém különböző atomokból áll, amelyek elemeket alkotnak, amelyek mindegyike eltérő mértékben érzékeny a negatív hatásokra. Például a vasban ez kén. Annak érdekében, hogy egy ebből az anyagból készült alkatrész a lehető leghosszabb ideig szolgálhasson, kémiai összetételéből eltávolítják a ként, amelytől a szerkezet szelektív szétválasztása kezdődik. Otthon ilyen megbízható módszer nem lehetséges.
Egy másik korróziógátló védelem is gyártás alatt állhat. A gyártás során speciális bevonatokat alkalmaznak, amelyek megvédik a felületet a kémiai reakciók által okozott külső sérülésektől. Az ebben az esetben felhasznált szerkezeti anyagok csak gyártásban lehetnek, mivel szinte lehetetlen közkincsben vásárolni. Ezenkívül az ilyen felhordást gyakran automata vonalakon végzik, ami növeli az anyag bevonásának megbízhatóságát és sebességét.
De nem számít, hogyan javítják a fémet, ez az anyag továbbra is aláveti magát a nedvesség, a levegő, a különféle gázok negatív nyomásának, és működés közben romlik. Ezért korrózióvédelemre van szükség, amely nemcsak hatással lesz rá, hanem megvédi a külvilágtól is.
Az oxigén fontos szerepet játszik a rozsda terjedésében. A fémek korrózió elleni védelme egyben lassítja, és nem csak megakadályozza egy ilyen negatív jelenség terjedését. Ennek érdekében speciális molekulákat - inhibitorokat - juttatnak a környezet szerkezetébe, amelyek a fém felületébe behatolva egyfajta pajzsot jelentenek számára.
Gyakran használnak korróziógátló fóliát is, amely többféleképpen alkalmazható. De a legegyszerűbb (és legmegbízhatóbb), ha permetezéssel alkalmazzák. Ehhez különféle polimer anyagokat, festékeket, zománcokat és hasonlókat használnak. Beburkolják az alkatrészt is, és korlátozzák a pusztító környezet hozzáférését hozzá. A fémkorrózió elleni küzdelem nagyon sokrétű lehet, a folyamat hasonlósága ellenére. Ez a kémiai folyamat elkerülhetetlen, és szinte mindig sikerül. Ezért fordítanak sok erőfeszítést a korrózió megelőzésére. Ennek érdekében a védekezési módszerek kombinálhatók.
Ezek a fő védekezési módszerek. Egyszerűségük, megbízhatóságuk és kényelmük miatt népszerűek. Ezek közé tartozik a lakkokkal és zománcokkal való bevonás is, de erről egy kicsit lejjebb.
Így például a festék vagy zománc felhordása előtt a dolgozók alapozóval kenik be a terméket, hogy a festék jobban „fekszik” a felületen, és ne maradjon nedvesség közte és a termék között (amit az alapozó felszív). A fémek korrózió elleni védelmének ezen módszereit nem mindig használják a gyártás során. Az otthoni eszközök elegendőek az ilyen műveletek elvégzéséhez.
A korrózióvédelem néha nagyon szokatlan. Például amikor egy fémet egy másik véd. Ezt a technikát gyakran alkalmazzák, ha a kémiai ötvözet nem változtatható meg. Felületét egy másik anyag borítja, mely tele van korrozív hatásoknak ellenálló elemekkel tarkítva. Ez az úgynevezett korróziógátló réteg segít az érzékenyebb anyag felületének nagyon biztonságos tartásában. Például a bevonat lehet króm.
Ez magában foglalja a fémek korrózió elleni védelmét is. Ebben az esetben a védendő felületet alacsony elektromos vezetőképességű fémmel vonják be (ez a korrózió egyik fő oka). De ez akkor érvényes, ha a környezettel való érintkezés minimálisra csökken. Ezért a fémek rozsdától és más veszélyes kémiai folyamatoktól való védelmét például inhibitorokkal kombinálva alkalmazzák.
Az ilyen védelmi módszereket a mechanikai hatások elkerülése érdekében alkalmazzák. Nehéz megmondani, hogyan lehet a fémet a legmegbízhatóbban megvédeni. Mindegyik módszer pozitív eredményt hozhat.
Hogyan lehet jó lefedettséget elérni?
Nem mindig a gyártók felelőssége a fémek korrózió elleni védelme. Gyakran magának kell gondoskodnia egy ilyen termékről, majd a legjobb megoldás az alkatrész tartósságának javítására a bevonat.
Először is teljesen tisztának kell lennie. A "piszkos" a következőket tartalmazza:
- Olajmaradék
- oxidok
Távolítsa el őket megfelelően és teljesen. Például speciális alkohol vagy benzin alapú folyadékot kell vennie, hogy a víz ne károsítsa a szerkezetet. Ezenkívül nedvesség maradhat a felületen, és a tetejére felvitt festék egyszerűen nem fogja ellátni a funkcióit.
Zárt környezetben (a felület és a festék között) a vas korróziója még aktívabban fejlődik, így a fém korrózió elleni védelme inkább árt neki, mint segít. Ezért fontos elkerülni a nedvességet is. A szennyeződés eltávolítása után meg kell szárítani.
Ezt követően felviheti a kívánt bevonatot. De még mindig ez a legjobb módja annak, hogy otthon védekezzünk a rozsda ellen. Bár különböző módokon lehet megvédeni a fémeket a korróziótól, mindig ne feledje, hogy a helytelen használat problémákhoz vezethet. Ezért nem kell valami rendkívülivel előállni, jobb, ha már bevált és megbízható módszereket használ a fémek korrózió elleni védelmére.
Azt is érdemes megjegyezni, hogy az egység felülete többféleképpen is feldolgozható:
- Kémiai
- elektrokémiai
- Mechanikai
Ez utóbbi a legegyszerűbb módszer a korrózió megállítására. A lista első két eleme összetettebb (technikai értelemben) folyamat, amelytől a korrózióvédelem megbízhatóbbá válik. Végül is zsírtalanítják a fémet, ami kényelmesebbé teszi a védőbevonat felvitelét. Legfeljebb 6-7 óra telhet el a bevonat előtt, mivel ezalatt a közeggel való érintkezés „visszaállítja” a feldolgozás előtti eredményt.
A korrózióvédelmet - nagyrészt - az üzemben és a gyártás során kell elvégezni. De nem kell egyedül erre hagyatkoznia. A házilag készített korróziógátló sem árt.
Lehetséges véglegesen megszabadulni a korróziótól?
A válasz egyszerűsége ellenére részletesnek kell lennie. A korrózió és a fémek korrózió elleni védelme nem választható el egymástól, mivel mind magának a terméknek, mind a környező atmoszférának a kémiai összetételén alapul. Nem csoda, hogy a korrózió elleni küzdelem módszerei pontosan ezeken a mutatókon alapulnak. Vagy eltávolítják a kristályrács „gyenge” részecskéit (vagy megbízhatóbb zárványokat adnak hozzá), vagy segítenek „elrejteni” a termék felületét a gázoktól és a külső hatásoktól.
A korrózióvédelem nem bonyolult. Egyszerű kémián, és a fizika törvényein alapul, amelyek azt is jelzik, hogy az elemek kölcsönhatásában lehetetlen elkerülni semmilyen folyamatot. A korrózióvédelem csökkenti az ilyen eredmény valószínűségét, növeli a fém tartósságát, de mégsem menti meg teljesen. Bármi is legyen, még mindig frissíteni, javítani és kombinálni kell, és további módszereket kell alkalmazni a fémek korrózió elleni védelmére.
Meg lehet mondani, hogyan lehet megelőzni a korróziót, de nem érdemes arra törekedni, hogy a vas egyáltalán ne legyen kitéve. A bevonat a környező világ pusztító erejének is enged, és ha ezt nem figyelik, akkor a gázok és a nedvesség eléri az alatta megbúvó védett felületet. A fémek korróziója és védelme elengedhetetlen (mind a gyártás során, mind az üzemelés során), de ezzel is okosan kell bánni.
