Защита металлов от коррозии
Коррозия – это явление, которое очень часто является спутником практически любых металлов, изделий из них. Представляет собой результат окисления, самотечное разрушение под воздействием внешних хим. и электрохим. факторов. Наибольшую опасность несет чистым металлам. Из-за нее каждый год теряется десятая часть металлов, которые производятся.
Виды металлической коррозии
Это понятие часто заменяют смежным термином «ржавление», хотя в полной мере взаимозаменяемыми их считать нельзя. Ржавление – это одно из ярчайших проявлений коррозионного воздействия, но не единственное. Других, не менее разрушающих, существует немало. Классификации для их определения также могут быть самыми разными.
Масштаб разрушений дает следующие виды коррозии:
- сплошную (равномерное поражение всей поверхности);
- местную (наличие отдельных пятен);
- точечную (появление отдельных разрушающих точек на начальной стадии поражения).
Характер диффузии – такие:
- межкристаллитную (прохождение по самым слабым участкам между составляющими материала);
- транскристаллитную (проницание сквозь металлические зерна).
Как первый, так и второй вид представляют опасность, причем в ряде случаев скрытую, поскольку при обоих металл растрескивается и теряет прочность, а следы изменений на поверхности могут быть не видны.
Также данное разделение отдельным подвидом предусматривает возможность ножевой коррозии – появление ровной трещины, идущей параллельно к сварочному шву. Она, обычно, проявляется при контакте металла с агрессивными средами.
Еще одна объемная классификация, основывающаяся на связи металла и среды, разграничивает следующие виды коррозии:
- химическую (связывание атомов металла и атомов окислителей-компонентов среды, воздействующей на него). Среда в таком случае, обычно, не выступает проводником электричества. Результат данного влияния – формирование на поверхности пленки, как правило, оксидной (также может быть солевая). Нельзя сказать, что она полностью пагубна. Иногда, именно благодаря ей, металл защищен от дальнейшего разрушения. Самые плотные оксидные пленки появляются на алюминии, свинце, олове, никеле и хроме, а также при окислении в суховоздушной среде при высокой t;
- электрохимическую (связывание катионов кристаллической решетки металлических изделий с иными элементами среды, провоцирующей коррозию, с поступлением высвободившихся электронов в окислитель). Данный вид характерный при контакте с растворенными или расплавленными электролитами, то есть в жидком состоянии. Также может проявиться, если между собой контактируют разного рода металлы при наличии электролита, когда возникает гальванический ток. При этом разрушению поддается один из металлов, тот, электродный потенциал которого более отрицательный. К примеру, в следующих парах угроза существует для второго из упомянутых участников: железо + цинк, медь + железо.
Кроме того, коррозию можно классифицировать по типу влияющей среды на такие виды:
- газовая;
- атмосферная (присутствие электролита в виде тонкой влажностной пленки). Мощность атмосферного воздействия разная в разных районах, к примеру, в сельской и промышленной местностях;
- жидкостная (воздействие растворенного в воде кислорода);
- подземная (наличие кислорода, степень влажности, электропроводимость и кислотность).
Хотя в большинстве случаев они не проявляются отдельно, ведь металл поддается воздействию одновременно разных сред (двух и более). Из самых часто встречающихся агрессивных сред: вода, водные щелочные и кислотные растворы, почва и атмосфера. При этом активность коррозии увеличивают углекислый и сернистый газы, хлороводород и разные соли.
Влияние кислот на металлы
Если предвидится использование металлов при наличии таких агрессивных сред, как кислоты, необходимо учесть ряд моментов.
Серная кислота. В серной кислоте коррозия железа наблюдается только при превышении порога концентрации в 55 % и увеличении температуры. Наиболее устойчивы к данному веществу при нормальной t хромистые стали, в том числе и с молибденом, а также углеродистые стали и алюминий. Также коррозии не поддается медь, однако, если температура поднимется до 100 °С, разрушение интенсифицируется. А вот какой металлический сплав наиболее восприимчив к серной кислоте, так это латунь: она разрушается при любой температуре и концентрации этого вещества.
Соляная кислота. Очень агрессивная среда, что обусловлено наличием в ней ионов Cl-. Даже сталь может разрушиться под ее воздействием, если кислота сильно концентрированная. Но коррозии не будет, если раствор хорошо разбавить. Наибольшей устойчивостью к соляной кислоте обладает никель: разрушения не наблюдаются даже при достижении температурой точки кипения.
Ортофосфорная кислота. Здесь самые стойкие молибденовые стали, а также алюминий и алюминиевые сплавы (без меди и магния), хромоникелевые аустенитные стали при нормальной t и любых концентрациях. Если температура не превышает 50 °С, то ничего не угрожает и малоуглеродистым сталям, в диапазоне 20-95 °С – меди, бронзе и латуни. Но если присутствует окислитель и повышается температура, скорость поражения их коррозией также повышается.
Азотная кислота. Агрессивна к большому числу металлов (малоуглеродистым сталям, железу и т.д.), поскольку является окислителем. Чтобы хромистые стали могли противостоять коррозии в данной среде, их необходимо дополнить никелем и молибденом. Пожалуй, самым устойчивым к ней при нормальной температуре является алюминий: пары и 80 %-е растворы оказывают на него незначительное воздействие. Все же, если происходит беспрерывное перемешивание или присутствуют хлорид-ионы, скорость коррозии увеличивается.
Наиболее эффективные ингибиторы кислотной коррозии: материалы с кислородом, серой и азотом.
Коррозия: как защитить металлы?
Хоть и разновидностей коррозионных воздействий существует много, благо, не меньше есть и различных способов борьбы с ними. Уменьшить или устранить коррозию можно, прибегая ко всевозможным приемам и средствам, которые базируются на:
- увеличении хим. сопротивления обрабатываемых материалов;
- изолированности от агрессивных сред с помощью спец. покрытий;
- понижении агрессии среды при эксплуатации;
- уменьшении коррозии с задействованием внешнего тока (электрохимическая защита).
Время реализации двух первых методов – доэксплуатационный период, когда подбираются материалы для изготовления продукции, учитывается их сочетание между собой, когда изделие, собственно, производится и дополняется различными защитными покрытиями. При этом состав металла и защитного слоя не изменяются при постоянной работе с модификацией агрессивности среды. Другие же два осуществляются тогда, когда изделие из металла уже пребывает в эксплуатации. Чтобы достичь защитного потенциала, сквозь него пропускают ток, технологические среды дополняют ингибирующими добавками и т.д. К предварительной обработке они не имеют никакого отношения. Зато здесь можно формировать новые защитные режимы, гарантирующие минимальные повреждения при смене эксплуатационных условий. Это очень важно для готовых изделий, уязвимых к коррозионному влиянию.
Один из распространенных способов оградить металл от коррозии – задействовать специальные покрытия-защиты из металла (гальванические антикоррозионные покрытия). Здесь могут пригодиться хром, никель, цинк, кадмий, алюминий, олово и иные металлы. При этом анодные способствуют максимальному увеличению отрицательного электрохим. потенциала, в результате чего коррозия по определению становится невозможной. У катодных – своя специфика: их действие выражено в меньшей степени и наносить их необходимо более толстым слоем, однако это оправдывает преимущества в виде повышенной твердости и устойчивости изделия к износу.
Защитные покрытия могут быть получены разными способами: хим. и электролитическим осаждением, горячим и холодным нанесением, металлонапылением, термомеханическим покрытием и термодиффузионной обработкой.
Не менее, а даже более, популярный способ защиты – использование неметаллических материалов: пластмасс, керамики, битума, каучука, полиуретанов, ЛК продукции и т.д. Среди лаков и красок, кстати, подходящих составов наиболее много и используются они зависимо от эксплуатационной среды изделия. Лакокрасочная продукция может быть устойчивой к влиянию воды, атмосферы, хим. веществ и др. Она предпочтительнее и экономически выгоднее гальванических покрытий, особенно в тех случаях, когда площадь обработки значительная. Среди ее преимуществ:
- не требует огромных затрат на подготовку;
- удачно сочетает важные свойства (гидрофобность, отталкивание воды, низкая проницаемость газа и пара, которые препятствуют поступлению воды и кислорода к металлической поверхности);
- является технологичной;
- позволяет обеспечивать декоративность;
- гарантирует упрощенный ремонт изделий и меньшие расходы на его выполнение.
Есть у лакокрасочных покрытий и недостатки: поверхность может быть смоченной не полностью, адгезия покрытия – нарушенной, а поэтому под защитным слоем может скопиться электролит, в результате чего коррозия усилится. Кроме того, на поверхности покрытия могут сформироваться поры, что увеличит проницаемость влаги. Несмотря на это, лаки и краски будут дальше ограждать металл от коррозии, даже если пленка где-то повредится. А это плюс в их пользу, по сравнению с металлическими покрытиями, ускоряющими коррозионное воздействие.
Чтобы уменьшить агрессивность среды, можно дополнительно применять анодные и катодные коррозионные ингибиторы (к примеру, хроматы, нитриты, арсениты), которые нейтрализуют ее или убирают из нее кислород, формируя адсорбционную защитную пленку. Стоит учитывать, что последней под силу неким образом видоизменить электрохимические параметры металлов. К слову, катодные ингибиторы дают лучший эффект, нежели анодные. Для кислых сред предпочтительнее использовать органические соединения. Также здесь имеют место ингибиторы-пассиваторы, переводящие металл в пассивное состояние. Какой бы из ингибиторов ни был использован, он должен соответствовать санитарно-гигиеническим нормам, быть пожаро- и взрывобезопасным.
Обратите внимание! Если предусматривается продолжительное хранение и/или перевозка изделий из металлов, о них также необходимо позаботиться. Здесь на помощь придут консервационные смазки и жиры, которые нужно обновлять по мере их исчезновения.
Что касается электрохимических защитных мероприятий, то это поляризация (катодная/анодная) или добавление коррозиозамедляющих протекторов.
Сегодня актуальна разработка эффективных в этом направлении составов. Так, повысить стойкость к коррозии можно, компонируя сплав железа с хромом и никелем, легируя магниевый сплав марганцем, а никелевый – медью, а также устранив железо из сплавов магния и алюминия, серу – из железа и т.д.
Избежать коррозии помогут и такие мероприятия:
- замена некоторых конструктивных элементов из металла на те, которые произведены из стекла, керамики, пластических высокополимеров и прочих хим. стойких материалов;
- рациональная проектировка и использование металлоконструкций и деталей (предотвращение пагубных контактов, изоляция, ликвидация щелей, зазоров и мест, где может застаиваться влага, ударное струйное воздействие, резкие скоростные изменения потоков и пр.).
Какой из вышеперечисленных способов наиболее подходящий и финансово выгодный, решать необходимо в каждом конкретном случае отдельно.
Защита металлов от коррозии с помощью химических средств
Бензоат натрия. Анодный ингибитор. Органическое соединение, нейтральная среда, не выступающая окислителем. Содействует адсорбции кислорода в растворенном состоянии, как результат, происходит пассивация. Стоит отметить, что если вода деаэрированная, то бензойнокислый натрий в ней не является коррозионным ингибитором.
Нитрит натрия. Один из самых популярных анодных ингибиторов нейтральных сред с окислительными свойствами. Он доступный и простой в применении. Наиболее часто защищает сталь, находящуюся в воде. Учтите, что когда увеличивается температура, эффект данного вещества начинает спадать, поэтому в данном случае необходимо повышать его концентрацию.
Межоперационная металлообработка (обработка 10 %-м водным раствором этой добавки) – едва ли не самый частый процесс, где задействуется натрия нитрит. Нужную концентрацию определяют присутствующие в воде ионы хлора: при 1 части которых необходимо 10 частей ингибитора. Работая с азотистокислым натрием, важно придерживаться рекомендуемых дозировок, ведь увеличенные или уменьшенные объемы вещества не то что не останавливают коррозию, но и повышают ее.
При кислотности выше 5, для меди и цинка данный ингибитор не подходит.
Сульфат цинка. Катодный ингибитор, действующий по принципу осаждения гидроксида цинка на местах, которые остались незащищены после обработки хроматными замедлителями. Коррозия тормозится тогда, когда пленка-защита формируется на чистой металлической поверхности при условии, что вода предварительно была обработана высококонцентрированным цинк-хроматным ингибитором.
Скорость воздействия сернокислого цинка может уменьшиться из-за утрудненного доступа кислорода и снижения коррозиоактивности микро-пар.
Гидрокарбонат натрия. Катодный ингибитор, который в оптимальных концентрациях эффективен при коррозии металлов, в том числе, черных. Повышение же концентрации приводит к коррозии, например, алюминия.
Хлорид цинка. Еще один популярный катодный ингибитор. Эффективен, к примеру, при коррозии углеродистой стали. Здесь особенно необходимо акцентировать внимание на концентрации, так как к обратному, а не к желаемому результату, могут привести и малые, и чрезмерно большие количества.
Защита металлов от коррозии – важная задача, которую необходимо решать своевременно. Помните, что предотвратить – всегда разумнее, нежели после искать подходящий способ борьбы с нежелательным явлением. В любом случае мы поможем вам найти оптимальное решение, так как давно занимаемся данной проблемой. Обращайтесь!