Metody krótkotrwałej ochrony metali przed korozją. Metody ochrony metali przed korozją

Metale były używane przez człowieka od czasów prehistorycznych, produkty z nich wykonane są szeroko rozpowszechnione w naszym życiu. Najpopularniejszym metalem jest żelazo i jego stopy. Niestety są one podatne na korozję lub rdzewienie – rozkładają się w wyniku utleniania. Terminowa ochrona przed korozją pozwala przedłużyć żywotność produktów i konstrukcji metalowych.

Rodzaje korozji

Naukowcy od dawna zmagają się z korozją i zidentyfikowali kilka jej głównych typów:

• Atmosferyczny. Utlenianie następuje w wyniku kontaktu z zawartym w nim tlenem atmosferycznym i parą wodną. Obecność w powietrzu zanieczyszczeń w postaci substancji aktywnych chemicznie przyspiesza rdzewienie.
• Płyn. Odbywa się w środowisku wodnym, sole zawarte w wodzie, zwłaszcza w wodzie morskiej, znacznie przyspieszają utlenianie.
• Gleba. Temu typowi podlegają produkty i konstrukcje znajdujące się w gruncie. Skład chemiczny gleby, wód gruntowych i prądy upływowe stwarzają szczególne środowisko dla rozwoju procesów chemicznych.

W oparciu o środowisko, w którym produkt będzie eksploatowany, dobierane są odpowiednie metody ochrony przed korozją.

Typowe rodzaje uszkodzeń spowodowanych rdzą

Wyróżnia się następujące charakterystyczne rodzaje uszkodzeń korozyjnych:

• Powierzchnia pokryta jest ciągłą warstwą rdzy lub oddzielnymi kawałkami.
• Na części pojawiły się małe obszary rdzy, wnikające w grubość części.
• W postaci głębokich pęknięć.
• Jeden ze składników jest utleniony w stopie.
• Głęboka penetracja w całej objętości.
• Łączny.

Ze względu na występowanie dzieli się je również:

• Chemiczny. Reakcje chemiczne z substancjami czynnymi.
• Elektrochemiczny. W kontakcie z roztworami elektrolitów powstaje prąd elektryczny, pod wpływem którego elektrony metali są zastępowane, a struktura krystaliczna ulega zniszczeniu wraz z powstawaniem rdzy.

Korozja metalu i metody ochrony przed nią

Naukowcy i inżynierowie opracowali wiele sposobów ochrony konstrukcji metalowych przed korozją.

Ochrona przed korozją konstrukcji przemysłowych i budowlanych, różnego rodzaju transporty realizowana jest metodami przemysłowymi.

Często są one dość skomplikowane i drogie. Aby chronić produkty metalowe w warunkach domowych, stosuje się metody domowe, które są tańsze i nie są związane ze złożonymi technologiami.

Przemysłowy

Przemysłowe metody ochrony produktów metalowych dzielą się na kilka obszarów:

• Pasywacja. Podczas wytapiania stali do jej składu dodaje się dodatki stopowe, takie jak Cr, Mo, Nb, Ni. Przyczyniają się do tworzenia na powierzchni części mocnego i odpornego chemicznie filmu tlenkowego, który uniemożliwia dostęp agresywnych gazów i cieczy do żelaza.
• Ochronna powłoka metalowa. Na powierzchnię wyrobu nakładana jest cienka warstwa innego metalowego pierwiastka - Zn, Al, Co itp. Warstwa ta chroni żelazo przed rdzewieniem.
• Ochrona elektryczna. Obok zabezpieczanej części umieszczane są płytki wykonane z innego elementu lub stopu metalu, tzw. anody. Prądy w elektrolicie przepływają przez te płytki, a nie przez część. W ten sposób zabezpieczane są podwodne części transportu morskiego i platformy wiertnicze.
• Inhibitory. Specjalne substancje spowalniające lub wręcz zatrzymujące reakcje chemiczne.
• Lakier ochronny.
• Obróbka cieplna.

Metody ochrony antykorozyjnej stosowane w przemyśle są bardzo zróżnicowane. Wybór określonej metody kontroli korozji zależy od warunków pracy chronionej konstrukcji.

gospodarstwo domowe

Domowe metody ochrony metali przed korozją sprowadzają się z reguły do ​​nakładania ochronnych powłok malarskich i lakierniczych. Ich skład może być bardzo różnorodny, m.in.:

• żywice silikonowe;
• materiały polimerowe;
• inhibitory;
• małe opiłki metalowe.

Oddzielną grupę stanowią konwertory rdzy - związki, które są nakładane na konstrukcje już dotknięte korozją. Odbudowują żelazo z tlenków i zapobiegają ponownej korozji. Konwertery dzielą się na następujące typy:

• Gleby. Nakładane są na czyszczoną powierzchnię, mają wysoką przyczepność. Zawierają w swoim składzie substancje hamujące, pozwalają zaoszczędzić farbę wykończeniową.
• Stabilizatory. Przekształć tlenki żelaza w inne substancje.
• Konwertery tlenków żelaza w sole.
• Oleje i żywice, które otaczają cząsteczki rdzy i ją neutralizują.

Wybierając podkład i farbę, lepiej wziąć je od tego samego producenta. Dzięki temu unikniesz problemów z kompatybilnością farb i lakierów.

Farby ochronne do metalu

Zgodnie z reżimem temperaturowym działania farby dzielą się na dwie duże grupy:

• konwencjonalne, stosowane w temperaturach do 80 ° C;
• odporne na ciepło.

W zależności od rodzaju spoiwa farby bazowe to:

• alkid;
• akryl;
• żywica epoksydowa.

Powłoki metaliczne mają następujące zalety:

• wysokiej jakości ochrona powierzchni przed korozją;
• łatwość aplikacji;
• prędkość suszenia;
• wiele różnych kolorów;
• długa żywotność.

Bardzo popularne są emalie młotkowe, które nie tylko chronią metal, ale także tworzą estetyczny wygląd. Farba srebrna jest również powszechna w obróbce metali. Do jego składu dodaje się proszek aluminiowy. Ochrona metalu następuje dzięki tworzeniu cienkiej warstwy tlenku glinu.

Dwuskładnikowe mieszanki epoksydowe charakteryzują się wyjątkową wytrzymałością powłoki i są stosowane do montażu o wysokich naprężeniach.

Ochrona metalu w domu

Aby niezawodnie chronić produkty metalowe przed korozją, należy wykonać następującą sekwencję działań:

• oczyścić powierzchnię z rdzy i starej farby szczotką drucianą lub papierem ściernym;
• odtłuścić powierzchnię;
• natychmiast nałóż warstwę gleby;
• po wyschnięciu podkładu nałożyć dwie warstwy farby bazowej.

Podczas pracy używaj środków ochrony osobistej:

• rękawice;
• respirator;
• okulary lub przezroczysta tarcza.

Metody ochrony metali przed korozją są stale udoskonalane przez naukowców i inżynierów.

Metody przeciwdziałania procesom korozyjnym

Poniżej wymieniono główne metody przeciwdziałania korozji:

• zwiększenie odporności materiałów na utlenianie poprzez zmianę ich składu chemicznego;
• izolacja chronionej powierzchni przed kontaktem z mediami aktywnymi;
• zmniejszenie aktywności środowiska otaczającego produkt;
• elektrochemiczny.

Pierwsze dwie grupy metod są wykorzystywane podczas produkcji konstrukcji, a druga - podczas pracy.

Metody zwiększania odporności

Do składu stopu dodawane są pierwiastki zwiększające jego odporność na korozję. Takie stale nazywane są nierdzewnymi. Nie wymagają dodatkowych powłok i wyróżniają się estetycznym wyglądem. Jako dodatki stosuje się nikiel, chrom, miedź, mangan, kobalt w określonych proporcjach.

Odporność materiałów na rdzę zwiększa się również poprzez usuwanie składników przyspieszających korozję, takich jak tlen i siarka ze stopów stali oraz żelazo ze stopów magnezu i aluminium.

Zmniejszenie agresywności środowiska i ochrona elektrochemiczna

W celu zahamowania procesów utleniania do środowiska zewnętrznego dodaje się specjalne związki, inhibitory. Dziesiątki i setki razy spowalniają reakcje chemiczne.

Metody elektrochemiczne sprowadzają się do zmiany potencjału elektrochemicznego materiału poprzez przepuszczenie prądu elektrycznego. W efekcie procesy korozyjne ulegają znacznemu spowolnieniu lub nawet całkowitemu zatrzymaniu.

Ochrona folii

Folia ochronna zapobiega przedostawaniu się cząsteczek substancji czynnej do cząsteczek metalu, a tym samym zapobiega zjawisku korozji.

Folie powstają z farb, tworzyw sztucznych i żywic. Powłoki są niedrogie i łatwe w aplikacji. Pokrywają produkt kilkoma warstwami. Pod farbę nakładana jest warstwa podkładu, co poprawia przyczepność do powierzchni i pozwala zaoszczędzić droższą farbę. Takie powłoki służą od 5 do 10 lat. Czasami jako podkład stosuje się mieszaninę fosforanów manganu i żelaza.

Powłoki ochronne powstają również z cienkich warstw innych metali: cynku, chromu, niklu. Są nakładane przez galwanizację.

Powłoka metalem o wyższym potencjale elektrochemicznym niż materiał bazowy nazywana jest anodą. Nadal chroni materiał podstawowy, kierując aktywne utleniacze do siebie, nawet w przypadku częściowego zniszczenia. Powłoki o niższym potencjale nazywane są katodowymi. W przypadku naruszenia takiej powłoki przyspiesza korozję w wyniku procesów elektrochemicznych.

Powłokę metaliczną można również nanosić metodą natryskiwania plazmowego.

Stosuje się również wspólne walcowanie blach podłoża i metalu zabezpieczającego nagrzanego do temperatury plastyczności. Pod wpływem ciśnienia następuje wzajemna dyfuzja molekuł pierwiastków w swoje sieci krystaliczne i powstanie materiału bimetalicznego. Ta metoda nazywana jest okładziną.

Pod wpływem czynników zewnętrznych (ciecze, gazy, agresywne związki chemiczne) wszelkie materiały ulegają zniszczeniu. Metale nie są wyjątkiem. Procesów korozyjnych nie można całkowicie zneutralizować, ale całkiem możliwe jest zmniejszenie ich intensywności, zwiększając w ten sposób żywotność konstrukcji metalowych lub innych zawierających „żelazo”.

Metody ochrony antykorozyjnej

Wszystkie metody ochrony przed korozją można warunkowo sklasyfikować jako metody mające zastosowanie albo przed rozpoczęciem eksploatacji próbki (grupa 1), albo po jej uruchomieniu (grupa 2).

Pierwszy

• Zwiększona odporność na ekspozycję „chemiczną”.
• Wykluczenie bezpośredniego kontaktu z substancjami agresywnymi (izolacja powierzchni).

Drugi

• Zmniejszenie stopnia agresywności środowiska (w zależności od warunków pracy).
• Wykorzystanie pól EM (na przykład „nakładanie” zewnętrznych e/prądów, regulacja ich gęstości i szereg innych technik).

Zastosowanie takiej lub innej metody ochrony jest ustalane indywidualnie dla każdego projektu i zależy od kilku czynników:

• rodzaj metalu;
• warunki jego działania;
• złożoność środków antykorozyjnych;
• możliwości produkcyjne;
• celowość ekonomiczna.

Z kolei wszystkie metody dzielą się na aktywne (oznaczające stały „oddziaływanie” na materiał), pasywne (które można określić jako wielokrotnego użytku) oraz technologiczne (wykorzystywane na etapie produkcji próbki).

Aktywny

ochrona katodowa

Zaleca się stosowanie, jeśli medium, z którym styka się metal, przewodzi prąd elektryczny. Materiał jest dostarczany (systematycznie lub stale) z dużym potencjałem „ujemnym”, co w zasadzie uniemożliwia jego utlenienie.

Ochrona ochronna

Polega na polaryzacji katodowej. Próbka jest wiązana przez kontakt z materiałem bardziej podatnym na utlenianie w danym medium przewodzącym (bieżniku). W rzeczywistości jest to rodzaj „piorunochronu”, przejmującego całą „negatywność”, jaką tworzą agresywne substancje. Ale taki ochraniacz musi być okresowo wymieniany na nowy.

Anodowa polaryzacja

Stosowany jest niezwykle rzadko i polega na zachowaniu „bezwładności” materiału w stosunku do wpływów zewnętrznych.

Pasywny (obróbka powierzchni metalu)

Tworzenie folii ochronnej

Jedna z najczęstszych i najtańszych metod kontroli korozji. Do wytworzenia warstwy wierzchniej stosuje się substancje, które muszą spełniać następujące podstawowe wymagania – być obojętne na agresywne związki chemiczne/związki, nie przewodzić prądu/prądu oraz mieć zwiększoną przyczepność (dobre przyleganie do podłoża).

Wszystkie substancje używane w czasie obróbki metalu są w stanie ciekłym lub „aerozolu”, co determinuje sposób ich aplikacji – malowanie lub natryskiwanie. W tym celu stosuje się farby i lakiery, różne mastyksy i polimery.

Układanie konstrukcji metalowych w ochronnych „zsypach”

Jest to typowe dla różnych typów rurociągów i komunikacji systemów inżynierskich. W tym przypadku rolę izolatora pełni „warstwa” powietrza między wewnętrznymi ściankami kanału a metalową powierzchnią.

Fosforanowanie

Metale są traktowane specjalnymi środkami (utleniaczami). Reagują z podłożem, powodując osadzanie się na jej powierzchni słabo rozpuszczalnych związków chemicznych/związków. Dość skuteczny sposób na ochronę przed wilgocią.

Powlekanie bardziej odpornymi materiałami

Przykłady zastosowania tej techniki często można znaleźć w produktach codziennego użytku z chromem (), srebrem, „ocynkowanymi” i tym podobnymi.

Opcjonalnie - ochrona ceramiką, szkłem, powlekaniem betonem, zaprawami cementowymi (powłoka) i tak dalej.

Pasywacja

Chodzi o to, aby drastycznie zmniejszyć aktywność chemiczną metalu. W tym celu jego powierzchnię traktuje się odpowiednimi specjalnymi odczynnikami.

Zmniejszenie agresywności środowiska

• Stosowanie substancji zmniejszających intensywność procesów korozyjnych (inhibitory).
• Suszenie powietrzem.
• Jego chemiczne/oczyszczanie (od szkodliwych zanieczyszczeń) oraz szereg innych metod, które można zastosować w życiu codziennym.
• Hydrofobizacja gleby (zasypywanie, wprowadzanie do niej specjalnych substancji) w celu zmniejszenia agresywności gleby.

Leczenie pestycydami

Stosuje się go w przypadkach, gdy istnieje możliwość rozwoju tzw. „biokorozji”.

Technologiczne metody ochrony

stopowanie

Najbardziej znany sposób. Chodzi o to, aby stworzyć stop na bazie metalu, który jest obojętny na agresywne wpływy. Ale jest realizowany tylko na skalę przemysłową.

Jak wynika z przedstawionych informacji, nie wszystkie metody ochrony antykorozyjnej można stosować w życiu codziennym. Pod tym względem możliwości „prywatnego przedsiębiorcy” są znacznie ograniczone.

Głównym warunkiem ochrony antykorozyjnej metali i stopów jest zmniejszenie szybkości korozji. Możliwe jest zmniejszenie szybkości korozji poprzez zastosowanie różnych metod zabezpieczania konstrukcji metalowych przed korozją. Najważniejsze z nich to:

1 Powłoki ochronne.

2 Obróbka środowiska korozyjnego w celu zmniejszenia korozyjności (szczególnie przy stałych ilościach środowisk korozyjnych).

3 Ochrona elektrochemiczna.

4 Opracowanie i produkcja nowych materiałów konstrukcyjnych o podwyższonej odporności na korozję.

5 Przejście w wielu wzorach z metalu na materiały odporne chemicznie (tworzywa sztuczne o dużej masie cząsteczkowej, szkło, ceramika itp.).

6 Racjonalne projektowanie i eksploatacja konstrukcji i części metalowych.

1. Powłoki ochronne

Powłoka ochronna musi być ciągła, równomiernie rozłożona na całej powierzchni, nieprzepuszczalna dla środowiska, posiadać wysoką przyczepność (siła adhezji) do metalu, być twarda i odporna na ścieranie. Współczynnik rozszerzalności cieplnej powinien być zbliżony do współczynnika rozszerzalności cieplnej metalu chronionego produktu.

Klasyfikację powłok ochronnych przedstawiono na ryc. 43

Powłoki ochronne

Powłoki niemetaliczne z powłoką metalową

NieorganicznaOrganicznaKatodaAnoda

Rysunek 43 - Schemat klasyfikacji powłok ochronnych

1.1 Powłoki metalowe

Nakładanie ochronnych powłok metalowych jest jedną z najczęstszych metod kontroli korozji. Powłoki te nie tylko chronią przed korozją, ale także nadają swojej powierzchni szereg cennych właściwości fizycznych i mechanicznych: twardość, odporność na zużycie, przewodność elektryczną, lutowność, współczynnik odbicia, zapewniają dekoracyjne wykończenie produktów itp.

Zgodnie z metodą działania ochronnego powłoki metalowe dzielą się na katodowe i anodowe.

Powłoki katodowe mają więcej dodatnich, a anodowych - więcej elektroujemnych potencjałów elektrod w porównaniu do potencjału metalu, na którym są osadzone. I tak np. miedź, nikiel, srebro, złoto osadzone na stali to powłoki katodowe, a cynk i kadm w stosunku do tej samej stali to powłoki anodowe.

Należy zauważyć, że rodzaj powłoki zależy nie tylko od rodzaju metali, ale także od składu ośrodka korozyjnego. Cyna w stosunku do żelaza w roztworach kwasów i soli nieorganicznych pełni rolę powłoki katodowej, aw wielu kwasach organicznych (konserwy spożywcze) pełni rolę anody. W normalnych warunkach powłoki katodowe chronią metal produktu mechanicznie, izolując go od otoczenia. Głównym wymaganiem dla powłok katodowych jest porowatość. W przeciwnym razie, gdy produkt jest zanurzony w elektrolicie lub gdy na jego powierzchni skrapla się cienka warstwa wilgoci, odsłonięte (w porach lub pęknięciach) obszary metalu podstawowego stają się anodami, a powierzchnia powłoki staje się katodą. W miejscach nieciągłości rozpocznie się korozja metalu podstawowego, która może rozprzestrzeniać się pod powłoką (rys. 44 a).

Rysunek 11 Schemat korozji żelaza z porowatą powłoką katodową (a) i anodową (b)

Powłoki anodowe chronią metal produktu nie tylko mechanicznie, ale przede wszystkim elektrochemicznie. W powstałym ogniwie galwanicznym metal powłoki staje się anodą i ulega korozji, a odsłonięte (w porach) obszary metalu podstawowego działają jak katody i nie zapadają się tak długo, jak utrzymuje się elektryczny kontakt powłoki z chronionym metalem i przez system przepływa wystarczający prąd (rys. 4 b). Dlatego stopień porowatości powłok anodowych, w przeciwieństwie do powłok katodowych, nie odgrywa istotnej roli.

W niektórych przypadkach ochrona elektrochemiczna może mieć miejsce podczas nakładania powłok katodowych. Dzieje się tak, gdy metal powłoki w stosunku do produktu jest skuteczną katodą, a metal podstawowy jest podatny na pasywację. Powstała polaryzacja anodowa pasywuje niezabezpieczone (w porach) obszary metalu podstawowego i utrudnia ich zniszczenie. Ten rodzaj anodowej ochrony elektrochemicznej przejawia się w przypadku powłok miedzianych na stalach 12X13 i 12X18H9T w roztworach kwasu siarkowego.

Główną metodą nakładania ochronnych powłok metalowych jest galwanizacja. Wykorzystywane są również metody termodyfuzyjne i mechanotermiczne, metalizacja przez natryskiwanie i zanurzanie w wytopie.Przeanalizujmy każdą z metod bardziej szczegółowo.

1.2 Powłoki galwaniczne.

Galwaniczny sposób osadzania ochronnych powłok metalowych stał się bardzo rozpowszechniony w przemyśle. W porównaniu z innymi metodami nakładania powłok metalowych ma szereg poważnych zalet: wysoką skuteczność (ochronę metalu przed korozją osiąga się dzięki bardzo cienkim powłokom), możliwość uzyskania powłok z tego samego metalu o różnych właściwościach mechanicznych, łatwość kontroli proces (kontrola grubości i właściwości osadów metali poprzez zmiany składu elektrolitu i tryb elektrolizy), możliwość otrzymywania stopów o różnym składzie bez użycia wysokich temperatur, dobra adhezja do metalu podstawowego itp.

Wadą metody galwanicznej jest nierówna grubość powłoki na produktach o złożonym profilu.

Osadzanie elektrochemiczne metali odbywa się w kąpieli galwanicznej prądu stałego (ryc. 45). Produkt metalizowany jest zawieszony na katodzie. Jako anody stosuje się płytki wykonane z osadzonego metalu (anody rozpuszczalne) lub materiału nierozpuszczalnego w elektrolicie (anody nierozpuszczalne).

Obowiązkowym składnikiem elektrolitu jest jon metalu osadzony na katodzie. W skład elektrolitu mogą również wchodzić substancje zwiększające jego przewodność elektryczną, regulujące przebieg procesu anodowego, zapewniające stałe pH, środki powierzchniowo czynne zwiększające polaryzację procesu katodowego, dodatki rozjaśniające i wyrównujące itp.

Rysunek 5 Kąpiel galwaniczna do elektroosadzania metali:

1 - ciało; 2 - obudowa wentylacyjna; 3 - cewka do ogrzewania; 4 - izolatory; 5 – pręty anodowe; 6 – pręty katodowe; 7 - bełkotka do mieszania ze sprężonym powietrzem

W zależności od postaci, w jakiej rozładowujący się jon metalu znajduje się w roztworze, wszystkie elektrolity dzielą się na złożone i proste. Wyładowanie jonów złożonych na katodzie następuje przy wyższym przepięciu niż wyładowanie jonów prostych. Dlatego osady otrzymane ze złożonych elektrolitów są drobnoziarniste i jednorodnej grubości. Jednak te elektrolity mają niższą wydajność prądową metalu i niższe gęstości prądu roboczego, tj. pod względem wydajności są gorsze od prostych elektrolitów, w których jon metalu występuje w postaci prostych jonów uwodnionych.

Rozkład prądu na powierzchni produktu w kąpieli galwanicznej nigdy nie jest równomierny. Prowadzi to do różnych szybkości osadzania, a w konsekwencji do różnych grubości powłok na poszczególnych odcinkach katody. Szczególnie duże zróżnicowanie grubości obserwuje się na produktach o złożonym profilu, co niekorzystnie wpływa na właściwości ochronne powłoki. Jednorodność grubości osadzonej powłoki poprawia się wraz ze wzrostem przewodności elektrycznej elektrolitu, wzrost polaryzacji wraz ze wzrostem gęstości prądu, spadek wydajności prądowej metalu ze wzrostem gęstości prądu oraz wzrost odległości między katodą a anodą.

Zdolność kąpieli galwanicznej do wytwarzania powłok o jednolitej grubości na powierzchni reliefowej nazywa się mocą rozpraszania. Elektrolity złożone mają największą moc rozpraszania.

Do ochrony produktów przed korozją stosuje się galwaniczne osadzanie wielu metali: cynku, kadmu, niklu, chromu, cyny, ołowiu, złota, srebra itp. Stosowane są również stopy elektrolityczne, takie jak Cu - Zn, Cu - Sn, Sn - Powłoki dwu i wielowarstwowe.

Najskuteczniejszą (elektrochemiczną i mechaniczną) ochroną metali żelaznych przed korozją są powłoki anodowe z cynkiem i kadmem.

Powłoki cynkowe służą do ochrony przed korozją części maszyn, rurociągów, blach stalowych. Cynk jest metalem tanim i łatwo dostępnym. Zabezpiecza główny produkt metodami mechanicznymi i elektrochemicznymi, ponieważ w obecności porów lub gołych plam cynk ulega zniszczeniu, a stalowa podstawa nie koroduje.

Dominują powłoki cynkowe. Cynk chroni około 20% wszystkich części stalowych przed korozją, a około 50% cynku produkowanego na świecie jest wykorzystywane do galwanizacji.

W ostatnich latach rozwinęły się prace nad tworzeniem ochronnych powłok galwanicznych ze stopów na bazie cynku: Zn - Ni (8 - 12% Ni), Zn - Fe, Zn - Co (0,6 - 0,8% Co). W takim przypadku możliwe jest 2-3 krotne zwiększenie odporności powłoki na korozję.

Korozja- spontaniczny proces i odpowiednio postępujący ze spadkiem energii Gibbsa układu. Energia chemiczna reakcji korozyjnego niszczenia metali jest uwalniana w postaci ciepła i rozpraszana w otaczającej przestrzeni.

Korozja prowadzi do dużych strat w wyniku niszczenia rurociągów, zbiorników, metalowych części maszyn, kadłubów statków, konstrukcji offshore itp. Nieodwracalne straty metali z korozji wynoszą 15% ich rocznej produkcji. Celem kontroli korozji jest ochrona zasobów metali, których światowe rezerwy są ograniczone. Badania nad korozją i opracowywanie metod ochrony przed nią metali mają znaczenie teoretyczne i mają duże znaczenie gospodarcze.

Rdzewienie żelaza w powietrzu, tworzenie się kamienia w wysokich temperaturach, rozpuszczanie metali w kwasach to typowe przykłady korozji. W wyniku korozji wiele właściwości metali ulega pogorszeniu: zmniejsza się wytrzymałość i ciągliwość, wzrasta tarcie między ruchomymi częściami maszyn, a wymiary części są naruszone. Rozróżnij korozję chemiczną i elektrochemiczną.

Chemiczna, korozja– niszczenie metali przez ich utlenianie w suchych gazach, w roztworach nieelektrolitowych. Na przykład tworzenie się kamienia na żelazie w wysokiej temperaturze. W tym przypadku warstewki tlenków utworzone na metalu często zapobiegają dalszemu utlenianiu, zapobiegając dalszej penetracji zarówno gazów, jak i cieczy na powierzchnię metalu.

korozja elektrochemiczna zwany zniszczeniem metali pod wpływem powstających par galwanicznych w obecności wody lub innego elektrolitu. W tym przypadku wraz z procesem chemicznym – uwalnianiem elektronów przez metale zachodzi również proces elektryczny – przenoszenie elektronów z jednego obszaru do drugiego.

Ten rodzaj korozji dzieli się na odrębne typy: korozja atmosferyczna, glebowa, korozja pod wpływem „prądu błądzącego” itp.

Korozja elektrochemiczna jest spowodowana zanieczyszczeniami zawartymi w metalu lub niejednorodnością jego powierzchni. W takich przypadkach, gdy metal wchodzi w kontakt z elektrolitem, który również może być zaadsorbowany w powietrzu, na jego powierzchni pojawia się wiele komórek mikrogalwanicznych. . Anody są cząstki metalu? katody– zanieczyszczenia i obszary metalowe o bardziej dodatnim potencjale elektrody. Anoda rozpuszcza się, a na katodzie uwalniany jest wodór. Jednocześnie na katodzie możliwa jest redukcja tlenu rozpuszczonego w elektrolicie. Dlatego charakter procesu katodowego będzie zależał od pewnych warunków:

środowisko kwaśne: 2H + + 2² \u003d H 2 (depolaryzacja wodorowa),

О 2 + 4Н + + 4ē → 2Н 2 О

środowisko neutralne: O 2 +2H 2 O+4e - \u003d 4OH - (depolaryzacja tlenu).

Jako przykład rozważ korozja atmosferycznażelazo w kontakcie z cyną. Oddziaływanie metali z kroplą wody zawierającej tlen prowadzi do pojawienia się ogniwa mikrowoltaicznego, którego obwód ma postać

(-)Fe|Fe 2+ || O 2 , H 2 O| sn (+).

Bardziej aktywny metal (Fe) ulega utlenieniu, oddając elektrony atomom miedzi i przechodzi do roztworu w postaci jonów (Fe 2+). Na katodzie zachodzi depolaryzacja tlenu.

Metody ochrony przed korozją. Wszystkie metody ochrony przed korozją można podzielić na dwie duże grupy: nieelektrochemiczny(stopy metali, powłoki ochronne, zmiana właściwości środowiska korozyjnego, racjonalne projektowanie wyrobów) oraz elektrochemiczny(metoda projektu, ochrona katodowa, ochrona anodowa).

Stopowanie metali- jest to skuteczna, choć kosztowna metoda zwiększania odporności korozyjnej metali, w której do składu stopowego wprowadzane są składniki powodujące pasywację metalu. Jako takie komponenty stosuje się chrom, nikiel, tytan, wolfram itp.

Powłoki ochronne- są to warstwy sztucznie wytworzone na powierzchni wyrobów i konstrukcji metalowych. Wybór rodzaju powłoki zależy od warunków, w jakich metal jest używany.

Materiały dla metal powłokami ochronnymi mogą być czyste metale: cynk, kadm, aluminium, nikiel, miedź, cyna, chrom, srebro oraz ich stopy: brąz, mosiądz itp. Ze względu na charakter zachowania powłok metalowych podczas korozji można je podzielić na katodowy(na przykład na stali Cu, Ni, Ag) i anoda(cynk na stali). Powłoki katodowe mogą chronić metal przed korozją tylko w przypadku braku porów i uszkodzenia powłoki. W przypadku powłoki anodowej zabezpieczany metal pełni rolę katody i dlatego nie ulega korozji. Jednak potencjały metali zależą od składu roztworów, dlatego gdy zmienia się skład roztworu, może również zmieniać się charakter powłoki. Zatem powłoka stali cyną w roztworze H 2 SO 4 jest katodowa, aw roztworze kwasów organicznych anodowa.

Niemetaliczny ochronny Powłoki mogą być nieorganiczne lub organiczne. Ochronne działanie takich powłok sprowadza się głównie do izolacji metalu od otoczenia.

Metoda ochrony elektrochemicznej oparty na hamowaniu reakcji anodowych lub katodowych procesu korozji. Ochrona elektrochemiczna realizowana jest poprzez podłączenie do chronionej konstrukcji (kadłuba statku, rurociągu podziemnego), znajdującego się w środowisku elektrolitowym (morze, woda gruntowa), metalu o bardziej ujemnej wartości potencjału elektrody - ochraniacz.

Przez dziesiątki setek lat ludzkość stworzyła wokół siebie ogromną różnorodność technologii. Ale era, w której ludzie nauczyli się wydobywać i przetwarzać metal, była początkiem tak szerokiego rozwoju. Dzięki jego właściwościom stało się możliwe osiągnięcie wyżyn technologii, budowanie pojazdów, które mogłyby dostarczyć człowieka na drugi koniec świata, broń do samoobrony. Ale teraz technologia osiągnęła taki poziom, że niektóre mechanizmy tworzą inne.

Pomimo tego, że metal znajduje się w centrum wszystkich (lub prawie wszystkich) technologii, nie jest to najdoskonalszy materiał. Wraz z upływem czasu i wpływem otoczenia poddaje się rdzewieniu. Zjawisko to powoduje większe uszkodzenia tego materiału, a w efekcie pogarsza działanie sprzętu, co często może prowadzić do wypadku lub katastrofy. Ten artykuł wyjaśni wszystko na temat rdzewienia stali, jak przebiega ten proces i co zrobić, aby go uniknąć (lub wyeliminować).

Co to jest rdza?

„Rdza” - tak nazywa się wszelkiego rodzaju niszczenie tego materiału w życiu codziennym. W szczególności są to zaczerwienienia, które tworzą się na metalu po reakcji z tlenem. Utlenianie niekorzystnie wpływa na ten materiał, powodując jego kruchość, luźne krawędzie i zmniejszając jego twardość, a także wydajność.

Dlatego wiele zakładów stosuje różne formuły w celu zmniejszenia tarcia, ochrony przed korozją i innymi negatywnymi wpływami środowiska. Więcej o tym później. Aby przejść do ochrony przed takim narażeniem, delikatnie zrozum, jak „gnicie” wpływa na stal i jak zabija jej sieć krystaliczną.

Naturalne zniszczenie może spowodować różne szkody:

• Całkowite uszkodzenie;
• Naruszenie gęstości sieci krystalicznej;
• Wybiórcze uszkodzenie;
• Podpowierzchnia.

W zależności od charakteru uszkodzenia można przyjąć różne metody radzenia sobie z korozją. Każde z możliwych uszkodzeń szkodzi na swój sposób i jest niedopuszczalne w różnych obszarach technologii i produkcji. W sektorze energetycznym takie zniszczenia są generalnie niedopuszczalne (może to prowadzić do wycieków gazu, rozprzestrzeniania się promieniowania itp.).

Klip wideo o tym, czym jest rdza i jak się przed nią chronić:

Ekspozycja na rdzę

Aby skutecznie dobrać mechanizmy przeciwdziałające niszczeniu konstrukcji metalowej, konieczne jest zrozumienie, jak działa sama rdza. Może być dwojakiego rodzaju: chemiczny i elektrochemiczny.

Pierwszy – chemiczny – można przypisać procesowi niszczenia czoła próbki po prostu pod wpływem środowiska (najczęściej gazów). Taka rdza na metalu tworzy się bardzo długo i zazwyczaj bardzo łatwo jej uniknąć. Część należy oczyścić i nałożyć powłoki antykorozyjne (farby, lakiery itp.).

Ponadto ten proces niszczenia żelaza zachodzi w wilgotnym, mokrym środowisku, a także w kontakcie z substancjami organicznymi, takimi jak np. olej. Ten ostatni przypadek jest szczególnie ważny do rozważenia, ponieważ rdza na platformach wiertniczych jest niedopuszczalna.

Korozja elektrochemiczna występuje rzadziej i występuje w elektrolitach. Tylko w tym przypadku nie liczy się środowisko, ale prąd, który powstaje w wyniku elektryfikacji. To on niszczy metal i jego powierzchnię (w większości). Dlatego można go łatwo odróżnić po kruszącej się powierzchni metalu.

Aby chronić metal przed rdzą, musisz wziąć pod uwagę wszystkie te cechy.

Jak stworzyć odpowiednią ochronę?

Korozja metali i metody ochrony są ze sobą ściśle powiązane. Dlatego wszystkie procesy ochrony można podzielić na zaledwie dwie grupy: ulepszanie metalu podczas produkcji i stosowanie ochrony podczas eksploatacji. Pierwsza obejmuje zmiany w składzie chemicznym, które sprawią, że część będzie bardziej odporna na wpływy środowiska. Taki sprzęt lub przedmioty nie wymagają dodatkowej ochrony.

Druga grupa ochrony obejmuje różne powłoki i izolacje procesu roboczego. Istnieje kilka sposobów na uniknięcie zniszczenia: unikaj środowiska, które je prowokuje, lub dodaj coś, co pomoże pozbyć się rozprzestrzeniania się uszkodzeń metalu, niezależnie od środowiska i środowiska. W domu możliwa jest tylko druga opcja, ponieważ osoba bez specjalnego sprzętu, piekarnika i innych rzeczy po prostu nie może wpłynąć na już gotowy produkt.

Jak przygotować się na rdzę

Podczas tworzenia wyrobów metalowych istnieją dwa sposoby na usunięcie korozji lub zminimalizowanie jej występowania. W tym celu do struktury dodaje się substancje (cynk, miedź itd.), które są odporne na gazy i inne negatywne czynniki drażniące. Często można również znaleźć odwrotny efekt.

Jak już wspomniano, istnieje taki rodzaj korozji, jak selektywna. Niszczy niektóre przedmioty w sklepie z przedmiotami. Jak wiecie, metal składa się z różnych atomów tworzących pierwiastki, z których każdy jest w różnym stopniu podatny na negatywne wpływy. Na przykład w żelazie jest siarka. Aby część wykonana z tego materiału służyła jak najdłużej, z jej składu chemicznego usuwana jest siarka, od której rozpoczyna się selektywne wydzielanie struktury. W domu taka niezawodna metoda nie jest możliwa.

Kolejne zabezpieczenie antykorozyjne może być w produkcji. Podczas produkcji nakładane są specjalne powłoki, które ochronią powierzchnię przed zewnętrznymi uszkodzeniami spowodowanymi reakcją chemiczną. Materiały konstrukcyjne, które są używane w tym przypadku, mogą być tylko w produkcji, ponieważ ich zakup w domenie publicznej jest prawie niemożliwy. Ponadto taka aplikacja jest często wykonywana na liniach automatycznych, co zwiększa niezawodność i szybkość powlekania materiału.

Ale bez względu na to, jak metal zostanie ulepszony, materiał ten nadal będzie ulegał podciśnieniu spowodowanemu wilgocią, powietrzem, różnymi gazami i ulegnie pogorszeniu podczas pracy. Dlatego potrzebna jest ochrona antykorozyjna, która nie tylko wpłynie na nią, ale także ochroni ją przed światem zewnętrznym.

Tlen odgrywa ważną rolę w rozprzestrzenianiu się rdzy. Ochrona metali przed korozją to także spowolnienie, a nie tylko zapobieganie rozprzestrzenianiu się tak negatywnego zjawiska. Aby to zrobić, do struktury środowiska wprowadzane są specjalne cząsteczki - inhibitory - które wnikając w powierzchnię metalu, stanowią dla niego rodzaj osłony.

Często stosowana jest również folia antykorozyjna, którą można nakładać na różne sposoby. Ale jest najłatwiejszy (i najbardziej niezawodny), gdy jest nakładany przez natrysk. Stosuje się do tego różne materiały polimerowe, farby, emalie i tym podobne. Otaczają również część i ograniczają dostęp do niej destrukcyjnego środowiska. Walka z korozją metali może być bardzo różnorodna, pomimo podobieństwa procesu. Ten proces chemiczny jest nieunikniony i prawie zawsze się udaje. Dlatego tak wiele wysiłku wkłada się w zapobieganie korozji. W związku z tym metody ochrony można łączyć.

To są główne metody ochrony. Są popularne ze względu na swoją prostotę, niezawodność i wygodę. Obejmują one również powlekanie lakierami i emaliami, ale o tym nieco niżej.

Na przykład przed nałożeniem farby lub emalii pracownicy smarują produkt podkładem, aby farba „lepiej układała się” na powierzchni i nie pozostała wilgoć między nią a produktem (który absorbuje podkład). Te metody ochrony metali przed korozją nie zawsze są stosowane w produkcji. Narzędzia domowe wystarczą, aby samemu wykonać takie operacje.

Ochrona antykorozyjna bywa czasem bardzo nietypowa. Na przykład, gdy jeden metal jest chroniony przez inny. Ta technika jest często stosowana, gdy nie można zmienić stopu chemicznego. Jej powierzchnia pokryta jest innym materiałem, który jest pełen przeplatanych elementami odpornymi na działanie korozyjne. Ta tak zwana warstwa antykorozyjna pomaga utrzymać bardzo bezpieczną powierzchnię bardziej wrażliwego materiału. Na przykład powłoka może być z chromu.

Obejmuje to również ochronną ochronę metali przed korozją. W takim przypadku zabezpieczana powierzchnia jest pokryta metalem o niskiej przewodności elektrycznej (co jest jedną z głównych przyczyn korozji). Ale dotyczy to sytuacji, gdy kontakt z otoczeniem jest zminimalizowany. Dlatego taką ochronę metali przed rdzą i innymi niebezpiecznymi procesami chemicznymi stosuje się w połączeniu np. z inhibitorami.

Takie metody ochrony są stosowane w celu uniknięcia wpływów mechanicznych. Trudno powiedzieć, jak najbardziej niezawodnie chronić metal. Każda metoda może dać pozytywne rezultaty.

Jak uzyskać dobre krycie?

Ochrona metalu przed korozją nie zawsze jest obowiązkiem producentów. Często trzeba samemu zadbać o taki produkt, a wtedy najlepszym schematem poprawy trwałości części jest powłoka.

Przede wszystkim musi być całkowicie czysta. „Brudne” obejmuje:

• Pozostałości oleju
• tlenki

Wyeliminuj je właściwie i całkowicie. Na przykład musisz wziąć specjalny płyn na bazie alkoholu lub benzyny, aby woda nie uszkodziła dodatkowo konstrukcji. Ponadto na powierzchni może pozostać wilgoć, a nałożona na nią farba po prostu nie spełni swoich funkcji.

W zamkniętym środowisku (pomiędzy powierzchnią a farbą) korozja żelaza będzie rozwijać się jeszcze aktywniej, więc taka ochrona metalu przed korozją raczej go zaszkodzi, niż mu pomoże. Dlatego ważne jest, aby również unikać wilgoci. Po usunięciu brudu należy go wysuszyć.

Następnie możesz nałożyć żądaną powłokę. Ale nadal jest to najlepszy sposób na ochronę przed rdzą w domu. Chociaż istnieją różne sposoby ochrony metali przed korozją, należy zawsze pamiętać, że ich niewłaściwe użycie może prowadzić do kłopotów. Dlatego nie ma potrzeby wymyślać czegoś niezwykłego, lepiej zastosować już sprawdzone i niezawodne metody ochrony metali przed korozją.

Warto również zauważyć, że powierzchnię jednostki można przetwarzać na kilka sposobów:

• Chemiczny
• elektrochemiczny
• Mechaniczny

Ta ostatnia jest najprostszą metodą zatrzymania korozji. Dwie pierwsze pozycje z listy to bardziej złożone (pod względem technicznym) procesy, od których ochrona antykorozyjna staje się bardziej niezawodna. W końcu odtłuszczają metal, co ułatwia nakładanie na niego powłoki ochronnej. Przed powlekaniem nie powinno upłynąć więcej niż 6-7 godzin, ponieważ w tym czasie kontakt z podłożem „przywróci” poprzedni wynik, który był przed obróbką.

Ochrona antykorozyjna musi być wykonywana - w większości - w zakładzie i podczas produkcji. Ale nie musisz polegać tylko na tym. Domowy środek antykorozyjny też nie zaszkodzi.

Czy można trwale pozbyć się korozji?

Mimo prostoty odpowiedzi powinna być ona szczegółowa. Korozji i ochrony metali przed korozją nie można od siebie oddzielić, ponieważ opierają się one na składzie chemicznym zarówno samego produktu, jak i otaczającej go atmosfery. Nic dziwnego, że metody walki z korozją opierają się właśnie na tych wskaźnikach. Albo usuwają „słabe” cząstki sieci krystalicznej (lub dodają do niej bardziej niezawodne wtrącenia), albo pomagają „ukryć” powierzchnię produktu przed gazami i wpływami zewnętrznymi.

Ochrona przed korozją to nic trudnego. Opiera się na prostej chemii i prawach fizyki, które również wskazują, że nie da się uniknąć jakichkolwiek procesów w interakcji pierwiastków. Ochrona antykorozyjna zmniejsza prawdopodobieństwo takiego wyniku, zwiększa trwałość metalu, ale nadal - nie ratuje go całkowicie. Cokolwiek to jest, wciąż wymaga aktualizacji, poprawy i połączenia oraz należy zastosować dodatkowe metody ochrony metali przed korozją.

Można powiedzieć, jak zapobiegać korozji, ale nie warto dążyć do tego, aby żelazo w ogóle jej nie podlegało. Powłoka również poddaje się niszczącej sile otaczającego świata, a jeśli nie jest to monitorowane, gazy i wilgoć dotrą do chronionej powierzchni, która jest pod nią ukryta. Korozja i ochrona metali jest niezbędna (zarówno w produkcji, jak i podczas eksploatacji), ale należy ją również traktować mądrze.