Корозия на метали - причини и методи за защита

Съдържание:

Корозия на метали - причини и методи за защита
Корозия на метали - причини и методи за защита

Видео: Корозия на метали - причини и методи за защита

Отличия серверных жестких дисков от десктопных
Видео: Коррозия на квартирном водопроводе из полимерных труб. Причины появления и лечение проблемы. 2023, Февруари
Anonim
  • Какво представлява металната корозия
  • Химическа корозия
  • Електрохимична корозия
  • Други причини за метална корозия
  • Мерки за защита от корозия на метали
  • Антикорозионна защита с неметални покрития
  • Защита от желязо срещу корозия чрез покрития от други метали
  • Повишаване на устойчивостта на корозия чрез добавяне на легиращи добавки към стоманени сплави
  • Мерки против корозия
  • Защита срещу бездомни течения
Унищожаване на метали
Унищожаване на метали

Изразът „струва доста стотинка“по отношение на металната корозия е повече от верен - годишните щети, причинени от корозия, са поне 4% от годишния доход на която и да е развита държава, а в Русия размерът на щетите се изчислява с десет цифри. И така, какво причинява корозивни процеси в металите и как да се справим с тях?

Какво представлява металната корозия

Унищожаване на метали в резултат на електрохимично (разтваряне във влагосъдържаща въздушна или водна среда - електролит) или химично (образуване на метални съединения с химически агенти с висока агресия) взаимодействие с околната среда. Процесът на корозия в металите може да се развие само в някои области на повърхността (локална корозия), да покрие цялата повърхност (равномерна корозия) или да разруши метала по границите на зърната (междузърнеста корозия).

Металът под въздействието на кислород и вода се превръща в рохкав светлокафяв прах, по-известен като ръжда (Fe 2 O 3 · H 2 O).

Химическа корозия

Този процес се случва в среди, които не са проводници на електрически ток (сухи газове, органични течности - петролни продукти, алкохоли и др.) И интензивността на корозията се увеличава с повишаване на температурата - в резултат на това върху металната повърхност се образува оксиден филм.

Всички метали, както черни, така и цветни, са обект на химическа корозия. Активните цветни метали (например алуминий) се покриват с оксиден филм под въздействието на корозия, което предотвратява дълбокото окисление и защитава метала. И такъв нискоактивен метал като медта, под въздействието на влагата във въздуха, придобива зеленикав цвят - патина. Освен това оксидният филм не предпазва метала от корозия във всички случаи - само ако кристално-химичната структура на образувания филм е в съответствие със структурата на метала, в противен случай филмът няма да помогне.

Патина мед
Патина мед

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

Електрохимична корозия

Процесът на електрохимична корозия не изисква задължително потапяне на метала в електролита - достатъчно тънък електролитен филм на повърхността му (често електролитните разтвори импрегнират околната среда около метала (бетон, почва и др.)). Най-честата причина за електрохимичната корозия е широкото използване на битови и индустриални соли (натриев и калиев хлорид) за премахване на лед и сняг по пътищата през зимата - автомобилите и подземните комунални услуги са особено засегнати (според статистиката годишните загуби в САЩ от използването на соли през зимата 2,5 млрд. Долара).

Случва се следното: металите (сплавите) губят част от атомите си (те преминават в електролитен разтвор под формата на йони), електроните, заместващи загубените атоми, зареждат метала с отрицателен заряд, докато електролитът има положителен заряд. Образува се галванична двойка: металът се разрушава, постепенно всички негови частици стават част от разтвора. Електрохимичната корозия може да бъде причинена от разсеяни токове, произтичащи от изтичане на част от тока от електрическата верига във водни разтвори или в почвата и от там в метална конструкция. На тези места, където бездомните течения излизат от металните конструкции обратно във вода или почва, металите се унищожават. Особено често се случват бездомни течения на места, където се движи наземен електрически транспорт (например трамваи и железопътни локомотиви, задвижвани от електрическа тяга).Само за една година блуждаещите токове от 1А са в състояние да разтворят желязо - 9,1 кг, цинк - 10,7 кг, олово - 33,4 кг.

Други причини за метална корозия

Развитието на корозивни процеси се улеснява от радиация, отпадъчни продукти от микроорганизми и бактерии. Корозията, причинена от морски микроорганизми, уврежда дъното на корабите, а корозивните процеси, причинени от бактерии, дори имат свое име - биокорозия.

Корозивни процеси
Корозивни процеси

Комбинацията от въздействието на механичните напрежения и външната среда многократно ускорява корозията на металите - тяхната термична стабилност намалява, повърхностните оксидни филми се повреждат, а на местата, където се появяват нехомогенности и пукнатини, се активира електрохимичната корозия.

Мерки за защита от корозия на метали

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

За да сведете до минимум разрушаването на метали, можете да направите следното: намалете агресията на околната среда около металния продукт; увеличаване на устойчивостта на метал на корозия; изключете взаимодействието между метала и веществата от външната среда, които показват агресия.

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

Антикорозионна защита с неметални покрития

Неметалните покрития - бои (алкидни, маслени и емайлови), лакове (синтетични, битуминозни и катранени) и полимери образуват защитен филм върху повърхността на металите, изключвайки (с неговата цялост) контакт с външната среда и влагата.

Използването на бои и лакове е от полза, тъй като тези защитни покрития могат да се нанасят директно на площадката за монтаж и строителство. Методите за нанасяне на бои и лакове са прости и се поддават на механизация, повредените покрития могат да бъдат възстановени „на място” - по време на експлоатация тези материали имат относително ниска себестойност и разходът им за единица площ е малък. Ефективността им обаче зависи от спазването на няколко условия: спазване на климатичните условия, при които ще се използва металната конструкция; необходимостта да се използват изключително висококачествени бои и лакове; стриктно спазване на технологията на нанасяне върху метални повърхности. Най-добре е да нанасяте бои и лакове на няколко слоя - количеството им ще осигури най-добрата защита срещу атмосферни влияния върху металната повърхност.

Защитни покрития срещу корозия
Защитни покрития срещу корозия

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

Защита от желязо срещу корозия чрез покрития от други метали

Има два вида метални инхибиторни покрития - протектор (цинкови, алуминиеви и кадмиеви покрития) и устойчиви на корозия (сребърни, медни, никелови, хромови и оловни покрития). Инхибиторите се прилагат химически: първата група метали има висока електроотрицателност по отношение на желязото, втората - висока електропозитивност. Най-широко разпространени в нашето ежедневие са металните покрития от желязо с калай (ламарина, от него се правят консерви) и цинк (поцинковано желязо - покрив), получени чрез изтегляне на ламарина през стопилката на един от тези метали.

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

Най-доброто решение за защита от корозия е алуминиево покритие. Този метал има по-ниско специфично тегло, което означава, че се изразходва по-малко, алуминизираните повърхности могат да бъдат боядисани и слоят боя да бъде стабилен. Освен това алуминиевото покритие в сравнение с поцинкованото покритие е по-устойчиво на агресивна среда. Алуминият не се използва широко поради сложността на нанасяне на това покритие върху метален лист - алуминият в разтопено състояние показва висока агресивност към други метали (поради тази причина алуминиевата стопилка не може да се съдържа в стоманена баня). Може би този проблем ще бъде напълно решен в много близко бъдеще - оригиналният метод за извършване на алуминиране е намерен от руски учени. Същността на разработката не е да се потопи стоманеният лист в алуминиевата стопилка,и повдигнете течния алуминий до стоманения лист.

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

Въвеждането на хром, титан, манган, никел и мед в стоманена сплав дава възможност да се получи легирана стомана с високи антикорозионни свойства. Стоманената сплав е особено устойчива на голям дял хром, поради което на повърхността на конструкциите се образува оксиден филм с висока плътност. Въвеждането на мед в състава на нисколегирани и въглеродни стомани (от 0,2% до 0,5%) дава възможност да се увеличи тяхната корозионна устойчивост с 1,5-2 пъти. Легиращите добавки се въвеждат в състава на стоманата в съответствие с правилото на Tamman: висока корозионна устойчивост се постига, когато има един легиращ метален атом на всеки осем атома желязо.

Мерки против корозия

За да се намали, е необходимо да се намали корозионната активност на средата чрез въвеждане на неметални инхибитори и да се намали броят на компонентите, способни да инициират електрохимична реакция. Този метод ще намали киселинността на почвите и водните разтвори в контакт с метали. За да се намали корозията на желязото (неговите сплави), както и месинг, мед, олово и цинк, въглеродният диоксид и кислородът трябва да бъдат отстранени от водните разтвори. Енергийната индустрия премахва хлоридите от водата, което може да повлияе на локалната корозия. Като варите почвата, можете да намалите нейната киселинност.

Защита срещу бездомни течения

Възможно е да се намали електрокорозията на подземни съоръжения и заровени метални конструкции, ако се спазват няколко правила:

  • участъкът от конструкцията, служещ като източник на разсеяния ток, трябва да бъде свързан с метален проводник към релсата на трамвайния път;
  • маршрутите на отоплителната мрежа трябва да бъдат разположени възможно най-далеч от железопътните линии, по които се движат електрическите превозни средства, за да се намали броят на техните пресичания;
  • използването на изолационни тръбни опори за увеличаване на преходното съпротивление между почвата и тръбопроводите;
  • на входовете към обекти (потенциални източници на разсеяни токове) е необходимо да се монтират изолационни фланци;
  • инсталирайте проводящи надлъжни джъмпери върху фланцовите фитинги и разширителните фуги на салниковата кутия - за увеличаване на надлъжната електрическа проводимост върху защитения участък на тръбопроводите;
  • за да се изравнят потенциалите на паралелните тръбопроводи, е необходимо да се монтират напречни електрически джъмпери в съседни участъци.

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

Популярни по теми