Korozja metali – przyczyny i metody ochrony

Treść artykułu



Korozja metalu zawiera znacznie więcej niż nazwa popularnego zespołu rockowego. Korozja nieodwracalnie niszczy metal, zamieniając go w pył: ze wszystkiego, co zostało wyprodukowane w świecie żelaza, 10% całkowicie zapadnie się w tym samym roku. Sytuacja z metalem rosyjskim wygląda mniej więcej tak – cały metal wytopiony w ciągu roku w co szóstym wielkim piecu w naszym kraju staje się rdzawym pyłem przed końcem roku.

Korozja metali - przyczyny i metody ochrony

Wyrażenie „kosztuje niezły grosz” w odniesieniu do korozji metalu jest więcej niż prawdziwe – roczne szkody spowodowane przez korozję stanowią co najmniej 4% rocznego dochodu każdego rozwiniętego kraju, aw Rosji wielkość szkód oblicza się za pomocą dziesięciu cyfr. Więc co powoduje procesy korozyjne w metalach i jak sobie z nimi radzić?

Co to jest korozja metalu

Zniszczenie metali w wyniku oddziaływania elektrochemicznego (rozpuszczenie w zawierającym wilgoć środowisku powietrznym lub wodnym – elektrolicie) lub chemicznego (tworzenie związków metali z czynnikami chemicznymi o dużej agresywności) ze środowiskiem. Proces korozji metali może rozwinąć się tylko w niektórych obszarach powierzchni (korozja lokalna), pokryć całą powierzchnię (korozja jednolita) lub zniszczyć metal wzdłuż granic ziaren (korozja międzykrystaliczna).

Metal pod wpływem tlenu i wody staje się luźnym jasnobrązowym proszkiem, lepiej znanym jako rdza (Fe2O3H.2O).

Korozja chemiczna

Proces ten zachodzi w środowiskach niebędących przewodnikami prądu elektrycznego (suche gazy, ciecze organiczne – produkty ropopochodne, alkohole itp.), A intensywność korozji wzrasta wraz ze wzrostem temperatury – w efekcie na powierzchni metalu tworzy się film tlenkowy.

Wszystkie metale podlegają korozji chemicznej – zarówno żelaznej, jak i nieżelaznej. Aktywne metale nieżelazne (na przykład aluminium) pod wpływem korozji pokryte są warstwą tlenku, która zapobiega głębokiemu utlenianiu i chroni metal. I taki niskoaktywny metal, jak miedź, pod wpływem wilgoci zawartej w powietrzu nabiera zielonkawego nalotu – patyny. Co więcej, powłoka tlenkowa nie we wszystkich przypadkach chroni metal przed korozją – tylko wtedy, gdy struktura krystaliczno-chemiczna powstałej powłoki jest zgodna ze strukturą metalu, w przeciwnym razie folia nic nie zrobi..

Korozja metali - przyczyny i metody ochrony

Stopy są podatne na inny rodzaj korozji: niektóre pierwiastki stopów nie są utleniane, ale ulegają redukcji (na przykład połączenie wysokiej temperatury i ciśnienia w stalach to redukcja węglików wodorem), podczas gdy stopy całkowicie tracą niezbędne właściwości.

Korozja elektrochemiczna

Proces korozji elektrochemicznej nie wymaga obowiązkowego zanurzenia metalu w elektrolicie – dostatecznie cienkiej warstwy elektrolitycznej na jego powierzchni (często roztwory elektrolityczne nasiąkają otoczenie metalu (beton, grunt itp.)) Najczęstszą przyczyną korozji elektrochemicznej jest powszechne stosowanie soli domowych i przemysłowych (chlorków sodu i potasu) do usuwania lodu i śniegu z dróg zimą – szczególnie dotyczy to samochodów i mediów podziemnych (według statystyk roczne straty w Stanach Zjednoczonych wynikające ze stosowania soli zimą są 2,5 miliarda dolarów).

Dzieje się tak: metale (stopy) tracą część swoich atomów (przechodzą do roztworu elektrolitycznego w postaci jonów), elektrony zastępujące utracone atomy ładują metal ładunkiem ujemnym, elektrolit natomiast ma ładunek dodatni. Powstaje para galwaniczna: metal ulega zniszczeniu, stopniowo wszystkie jego cząstki stają się częścią roztworu. Korozja elektrochemiczna może być spowodowana prądami błądzącymi powstającymi w wyniku upływu części prądu z obwodu elektrycznego do roztworów wodnych lub do gleby, a stamtąd do konstrukcji metalowej. W miejscach, w których prądy błądzące opuszczają metalowe konstrukcje z powrotem do wody lub gleby, metal ulega zniszczeniu. Prądy błądzące występują szczególnie często w miejscach, w których porusza się naziemny transport elektryczny (na przykład tramwaje i lokomotywy kolejowe napędzane trakcją elektryczną). W ciągu zaledwie roku wędrujące prądy 1A są w stanie rozpuścić żelazo – 9,1 kg, cynk – 10,7 kg, ołów – 33,4 kg.

Inne przyczyny korozji metali

Rozwój procesów korozyjnych sprzyja promieniowaniu, odpadom mikroorganizmów i bakterii. Korozja powodowana przez mikroorganizmy morskie uszkadza dna statków, a procesy korozyjne wywołane przez bakterie mają nawet swoją nazwę – biokorozja.

Korozja metali - przyczyny i metody ochrony

Połączenie skutków naprężeń mechanicznych i środowiska zewnętrznego wielokrotnie przyspiesza korozję metali – spada ich stabilność termiczna, uszkadza się powierzchniowe warstwy tlenków, aw miejscach, gdzie pojawiają się niejednorodności i pęknięcia, uaktywnia się korozja elektrochemiczna.

Środki ochrony metali przed korozją

Nieuniknioną konsekwencją postępu technologicznego jest zanieczyszczenie naszego środowiska – proces przyspieszający korozję metali, gdyż środowisko zewnętrzne jest wobec nich coraz bardziej agresywne. Nie ma sposobu, aby całkowicie wyeliminować korozyjne niszczenie metali, wszystko, co można zrobić, to maksymalnie spowolnić ten proces.

Aby zminimalizować niszczenie metali, możesz wykonać następujące czynności: zmniejszyć agresywność środowiska otaczającego metalowy produkt; zwiększyć odporność metalu na korozję; wykluczyć interakcję między metalem a substancjami ze środowiska zewnętrznego, wykazując agresję.

Od tysięcy lat ludzkość próbowała wielu sposobów ochrony wyrobów metalowych przed korozją chemiczną, niektóre z nich są nadal używane: powlekanie tłuszczem lub olejem, inne metale, które korodują w mniejszym stopniu (najstarsza metoda, która ma ponad 2 tysiące lat – cynowanie cyna)).

Ochrona antykorozyjna z powłokami niemetalicznymi

Powłoki niemetaliczne – farby (alkidowe, olejne i emalie), lakiery (syntetyczne, bitumiczne i smołowe) i polimery tworzą warstwę ochronną na powierzchni metali, wyłączając (z ich integralnością) kontakt ze środowiskiem zewnętrznym i wilgocią.

Stosowanie farb i lakierów jest korzystne, ponieważ te powłoki ochronne można nakładać bezpośrednio na miejscu montażu i budowy. Metody nakładania farb i lakierów są proste i podatne na mechanizację, zniszczone powłoki można odtworzyć „na miejscu” – podczas eksploatacji materiały te charakteryzują się stosunkowo niskim kosztem, a ich zużycie na jednostkę powierzchni jest niewielkie. Jednak ich skuteczność zależy od spełnienia kilku warunków: zgodności z warunkami klimatycznymi, w których będzie używana konstrukcja metalowa; potrzeba używania wyłącznie wysokiej jakości farb i lakierów; ścisłe przestrzeganie technologii nakładania na powierzchnie metalowe. Farby i lakiery najlepiej nakładać w kilku warstwach – ich ilość zapewni najlepszą ochronę metalowej powierzchni przed warunkami atmosferycznymi.

Korozja metali - przyczyny i metody ochrony

Polimery, takie jak żywice epoksydowe i polistyren, polichlorek winylu i polietylen, mogą działać jako powłoki ochronne przed korozją. W pracach budowlanych osadzone elementy żelbetowe są powlekane powłokami z mieszanki cementu i nadchlorowinylu, cementu i styropianu.

Ochrona żelaza przed korozją przez powłoki z innych metali

Istnieją dwa rodzaje powłok z inhibitorami metali – bieżnikowe (powłoki cynkowe, aluminiowe i kadmowe) oraz odporne na korozję (powłoki ze srebra, miedzi, niklu, chromu i ołowiu). Inhibitory są stosowane chemicznie: pierwsza grupa metali ma wysoką elektroujemność względem żelaza, druga – wysoką elektrododatniość. Najbardziej rozpowszechnione w naszym codziennym życiu są powłoki metalowe z żelaza z cyną (blacha, z niej wykonane są puszki) i cynkiem (żelazo ocynkowane – pokrycia dachowe), otrzymywane przez przeciąganie blachy przez stopiony jeden z tych metali.

Często kształtki żeliwne i stalowe, a także rury wodociągowe są ocynkowane – operacja ta znacznie zwiększa ich odporność na korozję, ale tylko w zimnej wodzie (przy doprowadzaniu ciepłej wody rury ocynkowane zużywają się szybciej niż nieocynkowane). Pomimo skuteczności cynkowania nie zapewnia idealnej ochrony – powłoka cynkowa często zawiera pęknięcia, których usunięcie wymaga wstępnego niklowania powierzchni metalowych (niklowanie). Powłoki cynkowe nie pozwalają na nakładanie na nie farb i lakierów – nie ma stabilnej powłoki.

Najlepszym rozwiązaniem ochrony przed korozją jest powłoka aluminiowa. Metal ten ma niższy ciężar właściwy, co oznacza, że ​​jest mniej zużyty, można malować aluminiowane powierzchnie, a warstwa farby będzie stabilna. Ponadto powłoka aluminiowa w porównaniu z powłoką ocynkowaną jest bardziej odporna na agresywne środowisko. Aluminium nie jest szeroko stosowane ze względu na trudność nakładania tej powłoki na blachę – aluminium w stanie stopionym wykazuje dużą agresję na inne metale (z tego powodu stopione aluminium nie może znajdować się w kąpieli stalowej). Być może ten problem zostanie całkowicie rozwiązany w najbliższej przyszłości – oryginalną metodę aluminiowania odkryli rosyjscy naukowcy. Istotą tego opracowania nie jest zanurzanie blachy stalowej w stopionym aluminium, ale podniesienie ciekłego aluminium do blachy stalowej.

Zwiększenie odporności na korozję poprzez dodanie dodatków stopowych do stopów stali

Wprowadzenie do stopu stali chromu, tytanu, manganu, niklu i miedzi umożliwia uzyskanie stali stopowej o wysokich właściwościach antykorozyjnych. Wysoki udział chromu nadaje stopowi stali szczególną odporność, dzięki czemu na powierzchni konstrukcji tworzy się warstwa tlenków o dużej gęstości. Wprowadzenie miedzi do składu stali niskostopowych i węglowych (od 0,2% do 0,5%) umożliwia 1,5-2 krotne zwiększenie ich odporności na korozję. Dodatki stopowe są wprowadzane do składu stali zgodnie z zasadą Tammana: wysoką odporność na korozję uzyskuje się, gdy na każde osiem atomów żelaza przypada jeden atom stopu.

Środki antykorozyjne

Aby ją zmniejszyć, konieczne jest zmniejszenie korozyjnej aktywności medium poprzez wprowadzenie niemetalicznych inhibitorów oraz zmniejszenie liczby składników zdolnych do zainicjowania reakcji elektrochemicznej. Ta metoda zmniejszy kwasowość gleb i roztworów wodnych w kontakcie z metalami. Aby zmniejszyć korozję żelaza (jego stopów), a także mosiądzu, miedzi, ołowiu i cynku, z roztworów wodnych należy usunąć dwutlenek węgla i tlen. W elektroenergetyce chlorki są usuwane z wody, co może wpływać na miejscową korozję. Wapnowanie gleby może zmniejszyć jej kwasowość.

Ochrona przed prądami błądzącymi

Możliwe jest zmniejszenie elektrokorozji podziemnych mediów i zakopanych konstrukcji metalowych, jeśli przestrzegane są kilka zasad:

  • odcinek konstrukcji służący jako źródło prądu błądzącego musi być połączony przewodem metalowym z szyną tramwajową;
  • trasy sieci ciepłowniczej powinny być zlokalizowane jak najdalej od linii kolejowych, po których porusza się transport elektryczny, aby zminimalizować liczbę ich skrzyżowań;
  • zastosowanie izolujących wsporników rur w celu zwiększenia oporu przejścia między gruntem a rurociągami;
  • na wejściach do obiektów (potencjalne źródła prądów błądzących) konieczne jest zainstalowanie kołnierzy izolacyjnych;
  • na kształtkach kołnierzowych i dławnicach dławnicowych założyć zworki podłużne przewodzące – w celu zwiększenia przewodności wzdłużnej na chronionym odcinku rurociągów;
  • w celu wyrównania potencjałów równoległych rurociągów konieczne jest zamontowanie poprzecznych zworek elektrycznych w sąsiednich odcinkach.

Ochronę izolowanych metalowych przedmiotów i małych konstrukcji stalowych zapewnia ochraniacz, który działa jak anoda. Materiał na ochraniacz to jeden z metali aktywnych (cynk, magnez, aluminium i ich stopy) – przejmuje większość korozji elektrochemicznej, zapadając się i zabezpieczając główną konstrukcję. Na przykład jedna anoda magnezowa chroni 8 km rurociągu.

Oceń artykuł
Codzienne wskazówki i instrukcje

Klikając przycisk „Prześlij komentarz” wyrażam zgodę na przetwarzanie danych osobowych i akceptuję politykę prywatności