Коррозия металлов. все виды особенности и факты

Что такое коррозия

Коррозия — это процесс разрушения вещества в результате химических, электрохимических или других реакций, которые происходят на поверхности этого вещества. Коррозия может происходить как на металлических, так и на неметаллических поверхностях. Коррозия материала влияет на структуру поверхности материала. Наиболее распространенным примером коррозии является ржавчина. Здесь цвет и качество стали меняется.

Коррозия также может иметь место на неметаллических поверхностях, таких как столешницы и кожа. Когда некоторые агрессивные химические вещества падают на эти поверхности, может произойти ухудшение этой поверхности. Такие химические вещества включают сильные кислоты и сильные основания; например, кислоты, такие как HCl, H2ТАК4и основания, такие как NaOH, KOH и т. д. Химические вещества, вызывающие коррозию, известны как коррозийные химические вещества. Эти химические вещества могут вызвать видимое разрушение поверхностей, которые являются постоянными повреждениями. Поверхность может быть кожей, глазом, деревом, металлом и т. Д.

Рисунок 1: С химическими веществами следует обращаться осторожно. Следующие действия могут уменьшить коррозию,

Следующие действия могут уменьшить коррозию,

Окраска поверхности гальванизация Обращение с химическими веществами осторожно

2 метода защиты от коррозии металлов

Коррозия в переводе с латинского означает «разъедание», это легко объясняет сущность данного понятия. С научной точки зрения коррозия является процессом самопроизвольного разрушения металлов вследствие химических и физико-химических взаимодействий с окружающей средой.

Причиной для начала данного процесса служит отсутствие термодинамической устойчивости того или иного металла при воздействии веществ, которые находятся в контактирующей с ним среде.

Сегодня проблема антикоррозийной защиты различных видов конструкций, продукции и материалов достаточно актуальна для многих стран мира. Особенно страдают промышленно развитые страны, ведь коррозия металлов причиняет весомый ущерб экономике этих государств.

Поэтому данный вопрос занимает довольно большую роль не только в быту, но и в государственных масштабах, ведь его решение должно быть основано на необходимости сохранения природных ресурсов, защиты окружающей среди и, конечно же, рационального использования и хранения различного рода металлических конструкций в производстве.

Если нет времени ждать сантехника, значит необходимо принимать решение по самостоятельной чистке раковины.

Также узнайте, как бороться с засором в унитазе.

Коррозия имеет широкое распространение и разнообразие тех условий и сред, в которых она может начаться. Поэтому конкретной классификации различных случаев коррозии пока нет.

В таблице представлена обширная типизация коррозии, существующая на сегодняшний день.

Условие/среда, способствующая протеканию процесса коррозии Виды коррозии
По типу агрессивных сред газовая коррозия
коррозия в неэлектролитах
коррозия в электролитах
атмосферная коррозия
подземная коррозия
коррозия по причине воздействия блуждающих токов
биокоррозия
По условиям протекания процесса коррозии контактная коррозия
щелевая коррозия
коррозия при полном погружении
коррозия при частичном погружении
коррозия при попеременном погружении
межкристаллическая коррозия
коррозия при трении
коррозия под напряжением
По характеру разрушения сплошная коррозия равномернаякоррозия
неравномернаякоррозия
избирательнаякоррозия
местная коррозия язвеннаякоррозия
точечнаякоррозия
коррозия пятнами
сквозная коррозия
межкристаллитнаякоррозия
По механизму протекания процесса коррозии химическая
электрохимическая

Огромное количество видов коррозии повлекло за собой появление столь же большого количества методов и приемов борьбы с каждым из них. Но вопрос этот не закрыт и продолжаются работы по созданию новых методов, которые будут более действенными.

Виды коррозийных процессов

Коррозия металлов имеет большое количество разновидностей. Но в основном все виды подразделяются на два основных типа:

  1. Коррозия общего характера. Она называется равномерной, а встречается чаще всего. Причиной возникновения такой коррозии считаются химические и электрохимические реакции. Такая разновидность коррозии приводит к отрицательному воздействию на всю поверхность материала и металлической конструкции. При этом процесс может быть равномерным или неравномерным. При неравномерном распределении ржавчины, она на одном участке разъедает материала быстрее и сильнее, чем на соседнем.
  2. Местный вид коррозии. Возникает на одном участке, где и развивается.
  3. Местная пятнами. Возникает на отдельных участках материала.
  4. Язвенная, ее еще называют питтинг.
  5. Межкристаллитная — такая коррозия возникает на пограничных областях металлического кристалла. Чаще вспыхивает в тех материалах, которые содержат в составе никель и алюминий. Металл в кратчайшие сроки остается без первоначальных показателей прочности и эластичности.
  6. Растрескивающая.
  7. Подповерхностная.
  8. Коррозия под током — возникает под воздействием блуждающего или постоянного тока.
  9. Коррозийная кавитация — вариант разрушений, когда помимо ржавчины на металл воздействует и ударная сила.
  10. Фреттинг-коррозия — одновременное воздействие ржавчины и вибрации, которые совместно приводят к разрушению металлических конструкций. варианты.

Коррозия металлов. все виды особенности и факты

Есть еще различия и по механизму воздействия.

См.также: Самые дорогие металлы в мире

Химический вариант разрушения

Это разновидность процесса, при котором рушатся связи металлические, а между атомами веществ материала и окислителей возникает химическая взаимодействие. В такой ситуации не образуется электрический ток между различными областями материала. В свою очередь такой вид разрушения подразделяется еще на два типа:

  1. Газовый вариант. Получается при воздействии агрессивных азов, а также паров в сочетании с высокими показателями температуры. Если материал относится к активным, то воздействие таких сред может привести к окончательному разрушению материала по всей поверхности. К таким средам относятся: сероводород, диоксид серы, пары воды, кислород. Такой вид разрушительного процесса чаще всего заметен в промышленности и на химическом производстве.
  2. Жидкостный вариант ржавчины. Случается в неэлектролитических веществах. Если имеется даже небольшое содержание жидкости, то процесс становится электрохимическим.

Важно, что при химической разновидности коррозии металл разрушается со скоростью протекания химической реакции. См.также: Обработка металла давлением

См.также: Обработка металла давлением

Электрохимическая ржавчина

Этот вариант разрушительных процессов возникает в среде электролитов. Процесс сочетается с возникновением тока. В итоге из решетки вещества убирается атом и одновременно протекают два процесса:

Коррозия металлов. все виды особенности и факты

  1. Анодный — вещество материала в качестве ионов входит в раствор.
  2. Катодный — те вещества, которые получаются в предыдущем процессе, связываются при помощи деполяризатора.

Собственно отвод электродов так и называется — деполяризация, а непосредственно вещества, которые способствуют данному процессу именуются деполяризаторами.

Наиболее часто возможно встретить вариант разрушения с водородной и кислородной деполяризацией.

Борьба с коррозией при помощи органических покрытий

Использование подобных соединений в борьбе против ржавчины предусматривает достаточно преимуществ, среди которых простота и доступная цена не являются единственными:

  • Используемые покрытия могут придавать обрабатываемому изделию различный цвет, в результате это позволяет не только надежно защитить изделие от ржавчины, но и обеспечить конструкциям более эстетичный внешний вид;
  • Отсутствие сложностей с реставрацией защитного слоя в случае его повреждения.

Увы, однако у лакокрасочных составов имеются и определенные недостатки, к числу которых нужно отнести следующие:

  • низкий коэффициент термической стойкости;
  • низкая устойчивость в водной среде;
  • низкая стойкость к воздействию механического характера.

Это вынуждает, чему не противоречат требования действующих СНиП, прибегать к их помощи в ситуации, когда изделия подвергаются воздействию со стороны коррозии с максимальной скоростью 0,05 мм в год, при этом расчетный срок службы не должен превышать 10 лет.

Ассортимент предлагаемых сегодня на рынке лакокрасочных составов может быть представлен в виде следующих элементов:

  • Краски. Под ними подразумеваются суспензии пигментов, характеризующихся минеральной структурой;
  • Лаки. Представлены в виде растворов и масел, присутствующих в растворителях органического происхождения. При их использовании эффект достигается лишь по завершении полимеризации смолы или масла или же в момент испарения, вызванного воздействием дополнительных катализаторов или же нагревом;
  • Пленкообразователи. Речь идет о природных и искусственных соединениях. Среди них наибольшую известность получила олифа, которую используют в целях защиты конструкций из стали и чугуна;
  • Эмали. Имеют вид лаковых растворов, содержащих группу подобранных пигментов в измельченном виде;
  • смягчители и разнообразные пластификаторы. Сюда следует отнести адипиновую кислоту, представленную в виде эфира, дибутилфтолат, касторовое масло, трикрезилфосфат, каучук, а также иные элементы, благодаря которым можно повысить эластичность защитного слоя;
  • этилацетат, толуол, бензин, спирт, ксилол, ацетон и другие. К помощи перечисленных компонентов прибегают для улучшения адгезии используемых лакокрасочных составов;
  • Инертные наполнители. Представлены в виде мельчайших частиц асбеста, талька, мела и каолина. Благодаря их применению пленки приобретают повышенную устойчивость к коррозии, при этом удается добиться уменьшения расхода иных компонентов лакокрасочных покрытий;
  • Пигменты и краски;
  • Катализаторы, которые в среде специалистов именуются как сиккативы. Их польза заключается в сокращении времени, необходимого для высыхания защитных составов. Наибольшее распространение получили кобальтовые и магниевые соли жирных органических кислот.

При выборе того или иного лакокрасочного состава следует обращать внимание на условия эксплуатации обрабатываемых конструкций из металла. Применять материалы на основе эпоксидных элементов желательно для тех изделий, которые будут эксплуатироваться в атмосферах, содержащих испарения хлороформа, двухвалентного хлора, а также для обработки изделий, которые планируется использовать в разных типах кислот

Высокую стойкость к кислотам демонстрируют и лакокрасочные материалы, содержащие полихлорвинил. Вдобавок к этому к ним прибегают в целях обеспечения защиты металла, который будет контактировать с маслами и щелочами. Если же возникает задача в обеспечении защиты конструкций, которые будут взаимодействовать с газами, то обычно выбор останавливают на материалах, содержащих полимеры.

Решая вопрос с предпочтительным вариантом защитного слоя, следует обращать внимания на требования отечественных СНиП, предусмотренных для конкретной отрасли промышленности. Подобные саннормы содержат перечень таких материалов и способов защиты от коррозии, к которым допускается прибегать, а также те, которые не следует применять. Скажем, если обратиться к СНиПу 3.04.03-85, то там представлены рекомендации по защите строительных сооружений различного назначения:

  • систем трубопроводов, используемых для транспортировки газа и нефти;
  • обсадных стальных труб;
  • тепломагистралей;
  • конструкций, выполненных из стали и железобетона.

Виды коррозии металлов

Учитывая сложность процесса и его многообразие, классификация видов коррозии ведется по нескольким группам признаков:

  • механизм – химический или электрохимический;
  • окружающая среда. Выделяют общую газовую, атмосферную (с наиболее активным действием кислорода), электролитную и неэлектролитную, подземную (иначе почвенную), биологическую среды. Также агрессивной средой считаются блуждающие токи;
  • условия протекания. С погружением, без погружения и частичным погружением в среду, с непосредственным контактом, через щель, в результате трения. Выделяют межкристаллитное воздействие (по границам кристаллов и зон), коррозию под постоянным или переменным электрическим напряжением;
  • степень разрушения объекта. Коррозия может быть сплошной, захватывающей всю поверхность объекта (равномерной, неравномерной, избирательной) или локальной. В этом случае отмечают пятна, язвы, точки и сквозные поражения, а также межкристаллитный вариант.

Несколько примеров для лучшего понимания сути и разновидностей коррозии.

  • Повреждение днища автомобиля. Считается химическим, с активным действием влаги и атмосферного кислорода, активных газов выхлопа, дорожной «химии» и частично моющих средств при помывке авто. В случае пробоя электропроводки на днище могут воздействовать слабые токи, в этом случае коррозия будет уже электрохимической и заметно ускорится.
  • Ржавление гвоздей и другого крепежа из сплавов железа в строительных конструкциях. Химический процесс, связан с атмосферной влагой и кислородом. При повышенной кислотности материала, в котором установлен крепеж, или увеличении кислотности атмосферных осадков и газовой среды ржавление усиливается и проходит быстрее.
  • Сваи в морской воде. Активное воздействие агрессивного электролита (которым является морская вода) приводит к быстрому разрушению металлических конструкций. Скорость коррозии усиливают перепады температуры и механическое воздействие волн.
  • Поверхностное разрушение сантехнических устройств и радиаторов отопления. Это характерный пример электрохимической коррозии, где в роли электролита выступает водопроводная вода (теплоноситель в отопительной системе) и моющие средства для сантехники.

Последний вариант (на фото) – это именно коррозия, но не ржавление, поскольку сплав, как правило, создается не на основе железа.

Методы и способы защиты металлов от коррозии

Вследствие того, что коррозийный процесс протекает на верхних слоях металла конструкции, то защита поверхности заключается в создании верхнего защитного слоя для изделия, который убирает следы коррозии на металле. Такими защитными покрытиями выступают вещества металлические и неметаллические.

Исходя из названия, металлические покрытия – это вещества, в основе которых металл. Например, чтобы защитить конструкцию из железа от коррозии на ее поверхность наносят слои цинка, меди или никеля.

Коррозия металлов. все виды особенности и факты

Очистка труб от коррозии

Неметаллические покрытия – специальные вещества, наиболее широкая группа защитных соединений. Они изготавливаются в виде красок, эмалей, смазок, грунтовок, составов на битумной и битумно-полимерной основе и т.д.

Большая популярность неметаллических соединений в устранении следов коррозии  заключается в их широком выборе, большом ценовом диапазоне, легкости изготовления и хороших защитных свойствах.

Наименьшую популярность приобрели химические покрытия из-за необходимости проводить сложные химические процессы:

  • Оксидирование – образование оксидных пленок на поверхностях защищаемых деталей.
  • Азотирование – насыщение верхних слоев материала азотом.
  • Цементация – реакция, при которой верхние слои соединяются с углеродом и т.д.

Также при коррозии металлов существуют способы защиты, при которых на этапе сплавления металлов в них вводят специальные соединения, которые смогут повысить коррозийную устойчивость будущего материала.

Большую группу защиты представляют способы электрохимической и протекторной защиты.

Электрохимическая защита состоит в процессе преобразования продуктов коррозии в среде электролитов с помощью проводящего электрического тока. Постоянный ток присоединяется к катоду (защищаемому материалу), а в качестве анода выступает проводящий металлический источник, который при своем разрушении защищает объект от ржавчины.

Коррозия металлов. все виды особенности и факты

Электрохимическая защита от коррозии

Протекторная защита протекает по такому же принципу, однако вместе металлического связующего изделия выступают специальные изделия – протекторы, которые выступают в роли анода. В результате протекающей реакции, протектор разрушается, защищая катод (конструкцию из металла).

Таким образом, хоть коррозия является необратимым процессом, но на данный момент люди научились эффективно замедлять ее губительное воздействие.

Экономический ущерб от коррозии

Коррозия ухудшает работу трубопроводов.

Экономические потери от коррозии металлов огромны. В США по последним данным NACE, ущерб от коррозии и затраты на борьбу с ней составили 3,1 % от ВВП (276 млрд долларов). В Германии этот ущерб составил 2,8 % от ВВП. По оценкам специалистов различных стран эти потери в промышленно развитых странах составляют от 2 до 4 % валового национального продукта. При этом потери металла, включающие массу вышедших из строя металлических конструкций, изделий, оборудования, составляют от 10 до 20 % годового производства стали.

Обрушение Серебряного моста.

Ржавчина является одной из наиболее распространённых причин аварий мостов. Так как ржавчина имеет гораздо больший объём, чем исходная масса железа, её наращивание может привести к неравномерному прилеганию друг к другу конструкционных деталей. Это стало причиной разрушения в 1983 году, когда подшипники кронштейна моста проржавели внутри. Три водителя погибли при падении в реку. Исследования показали, что сток дороги был перекрыт и не был почищен, а сточные воды проникли в опоры моста. Согласно исследованию Национального совета по безопасности на транспорте, разрушение моста было вызвано механической поломкой наружного кронштейна, удерживающего пролёт моста и его обоих штифтов. Ржавчина образовалась в подшипнике штифта. А так как её объём всегда гораздо больше, нежели исходная стальная деталь, это привело к неравномерному прилеганию друг к другу частей конструкции. В случае с мостом, ржавая масса отодвинула внутренний кронштейн от конца штифта, скрепляющего между собой наружный и внутренний кронштейны. (При этом возникло усилие, превышающее проектные пределы для зажимов, удерживающих штифты!) Из-за этого вся масса пролёта переместилась на внешний кронштейн. Эта дополнительная нагрузка на него вызвала усталостную трещину в штифте. Когда два тяжелых грузовика въехали в данную секцию моста, штифты окончательно вышли из строя, и пролёт моста упал в реку…

15 декабря 1967 года Серебряный мост, соединяющий Пойнт Плезант, штат Западная Виргиния, и Канауга, штат Огайо, неожиданно рухнул в реку Огайо. В момент обрушения 37 автомобилей двигались по мосту, и 31 из них упали вместе с мостом. Сорок шесть человек погибли, и девять серьёзно пострадали. Помимо человеческих жертв и травм, был разрушен основной транспортный путь между Западной Виргинией и Огайо. Причиной обрушения стала коррозия.
Мост Кинзу в Пенсильвании был разрушен в 2003 году от торнадо прежде всего потому, что центральные основные болты проржавели, существенно снизив его устойчивость.

Что такое ржавчина

Ржавчина — это красное или оранжевое покрытие, которое образуется на поверхности железа при воздействии воздуха и влаги. Это тип коррозии. Это вызвано химической реакцией между поверхностью металла и влагой и кислородом в воздухе. Наиболее распространенными веществами, которые подвергаются коррозии, являются железо и сталь. Ржавчина не происходит из-за химических разливов. Но некоторые химические вещества могут ускорять ржавление, увеличивая электрическую активность между железом и кислородом.

Рисунок 2: Ржавчина на цепях

Ржавчина на железе или стали также известна как окисление металла. Это потому, что атомы металла на поверхности окисляются кислородом воздуха в присутствии воды. Например, Fe+2 в стали можно окислять до Fe+3 во время коррозии железа. Скорость коррозии зависит от нескольких факторов, таких как влажность воздуха, площадь поверхности металла, которая подвергается воздействию воздуха и т. Д.

Существует несколько методов предотвращения ржавления металлов. Некоторые из этих стратегий приведены ниже.

  • Экологические модификации
  • Гальванизация — цинковое покрытие может предотвратить ржавление железа, выступая в качестве жертвенного анода.
  • Ингибиторы коррозии — это химические вещества, которые могут избежать образования ржавчины, прерывая реакцию окисления на поверхности металла.
  • Краски. Покрытие красками позволяет избежать появления ржавчины.
  • Гальваника — тонкий слой металла (например, никель, хром) наносится на поверхность стали.

Тем не менее, нержавеющая сталь является исключением, потому что она не ржавеет. Это связано с присутствием хрома (10-20%) в качестве компонента. Хром может образовывать тонкую пленку, реагируя с кислородом в воздухе и воде. Эта тонкая пленка предотвращает ржавление нержавеющей стали.

Оцинковка — не панацея

Сторонники отказа от дополнительной антикоррозионной обработки часто ссылаются на заводскую оцинковку: с ней, мол, никакая коррозия автомобилю не грозит. Но, как показали шведские ученые, это не совсем так.

Действительно, цинк может служить в качестве самостоятельной защиты, но только на ровных и плавных поверхностях, к тому же не подверженных механическим атакам. А на кромках, краях, стыках, а также местах, регулярно подвергающихся «обстрелу» песком и камнями, оцинковка перед коррозией пасует.

К тому же, далеко не у всех автомобилей кузова оцинкованы полностью. Чаще всего цинком покрыто лишь несколько панелей.

Ну и не нужно забывать, что цинк хоть и защищает сталь, но в процессе защиты неизбежно расходуется сам. Поэтому толщина цинкового «щита» со временем будет постепенно снижаться.

Так что легенды о долгожительстве оцинкованных кузовов правдивы лишь в тех случаях, когда цинк становится частью общей защиты, дополнением к регулярной дополнительной антикоррозионной обработке кузова.

Пора заканчивать, но на этом тема коррозии далеко не исчерпана. О борьбе с ней мы продолжим говорить в следующих статьях рубрики «Антикоррозионная защита».

Есть ли надежда?

Ущерб, наносимый человечеству коррозией, колоссален. По разным данным коррозия «съедает» от 10 до 25% мировой добычи железа. Превращаясь в бурый порошок, оно безвозвратно рассеивается по белу свету, в результате чего не только мы, но и наши потомки остаемся без этого ценнейшего материала.

Но беда не только в том, что теряется металл как таковой, нет — разрушаются мосты, машины, крыши, памятники архитектуры. Коррозия не щадит ничего.

Неизлечимо больна та же Эйфелева башня — символ Парижа. Изготовленная из обычной стали, она неизбежно ржавеет и разрушается. Башню приходится красить каждые 7 лет, отчего ее масса каждый раз увеличивается на 60-70 тонн.

Коррозия металлов. все виды особенности и факты

К сожалению, полностью предотвратить коррозию металлов невозможно. Ну, разве что полностью изолировать металл от окружающей среды, например поместить в вакуум. Но какой смысл от таких «консервированных» деталей? Металл должен работать. Поэтому единственным способом защиты от коррозии является поиск путей ее замедления.

В незапамятные времена для этого применяли жир, масла, позднее начали покрывать железо другими металлами. Прежде всего, легкоплавким оловом. В трудах древнегреческого историка Геродота (V в. до н.э.) и римского ученого Плиния-старшего уже есть упоминания о применении олова для защиты железа от коррозии.

Интересный случай произошел в 1965 году на Международном симпозиуме по борьбе с коррозией. Некий индийский ученый рассказал об обществе по борьбе с коррозией, которое существует около 1600 лет и членом которого он является. Так вот, полторы тысячи лет назад это общество принимало участие в постройке храмов Солнца на побережье у Конарака. И несмотря на то, что эти храмы некоторое время были затоплены морем, железные балки прекрасно сохранились. Так что и в те далекие времена люди знали толк в борьбе с коррозией. Может быть, не все так безнадежно?

admin
Оцените автора
( Пока оценок нет )
Добавить комментарий