Виды коррозии металлов и способы защиты: Коррозия металлов. Виды коррозийных разрушений. Методы защиты металлов от коррозии

alexxlab | 27.05.1981 | 0 | Разное

Коррозия металлов – виды коррозии и методы защиты

Внешняя среда является кислой и оказывает негативное воздействие на некоторые материалы. Такое воздействие на металл называют коррозией, которая приводит к разрушению веществ и, соответственно, износу металлических изделий.

Эта печальная особенность материалов приводит к большим экономическим потерям коммерческих предприятий, а также государственных.

Виды коррозии

Классифицировать коррозию металлов можно по механизму протекания. Выделяют два типа – химическая и электрохимическая (данный вид наблюдается исключительно при наличии тока электричества).

По условиям протекания выделяют шесть типов коррозии:

1. Атмосферная, которая происходит под непосредственным воздействием обыкновенного кислорода и водяного пара, находящегося в атмосфере.

2. Жидкостная. Мало того, что сама жидкость негативно воздействует на металлоизделия, так еще и вещества, которые входят в ее состав, также могут оказывать определенное влияние.

3. Газовая, происходящая при высоких температурах. Такой вид возникает только в условиях нагрева металла. Такое происходит при его обработке для ускорения реакции.

4. Воздействие почвы, когда часть деталей тесно контактирует с ней. Например, заборы или столбы, которые вкопаны в землю. На такие металлические элементы негативно воздействуют блуждающие токи почвы.

5. Биологическая или бактериальная.

6. Усталостная. Так как некоторые продукты подвержены постоянным нагрузкам и коррозии. Из-за этого механические свойства постепенно снижаются. Это приводит к тому, что разрушаться металл может даже после самых незначительных приложенных усилий.

Методы защиты от коррозии металлов

Защищать изделия нужно максимально хорошо на всех этапах: от производства до эксплуатации. То есть при изготовлении всех металлических деталей необходимо обеспечивать контроль температуры, так как от газовой коррозии может происходить потеря до двух процентов материала.

Во время непосредственной эксплуатации популярны методы повышения устойчивости сплавов, то есть добавление легирующих компонентов в состав. Например, наличие в общем составе изделия вольфрама и молибдена снижают устойчивость к коррозии, а вот фосфор и сера еще и ускоряют ее действие. Это значит, что такие материалы требуют дополнительной защиты.

Второй способ – ограничение непосредственного воздействия окисляющих веществ на металл. Покрытия для стали богаты содержанием цинка, хрома и олова, а также других неактивных металлов. Хорошим способом защиты, особенно цветных металлов, является правильная окраска. Прочитать о ней можно в этой статье.

Урок 9. коррозия металлов и её предупреждение – Химия – 11 класс

Химия, 11 класс

Урок № 9. Коррозия металлов и её предупреждение

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме: урок посвящён изучению видов коррозии, особенностям химической и электрохимической коррозии, методам защиты металлических изделий от коррозионного разрушения.

Глоссарий

Анодное покрытие – способ защиты металлического изделия от коррозии, когда защищаемый металл покрывается металлическим покрытием из более активного металла.

Газовая коррозия – разрушение металла в среде агрессивных газов (кислорода, оксида серы, хлороводорода) обычно при высоких температурах.

Гальванокоррозия – вид электрохимической коррозии, при которой два контактирующих металла в среде электролита образуют коррозионный гальванический элемент с возникновением электрического тока между металлами.

Жидкостная коррозия – разрушение металла в жидкостях, не проводящих электрический ток (органические растворители, нефтепродукты).

Ингибиторы – вещества, вводимые в коррозионную среду, в результате чего снижается её окисляющая способность.

Катодная защита – способ защиты металла от коррозии, когда защищаемое металлическое изделие подсоединяется к отрицательному полюсу внешнего источника электрического тока.

Катодное покрытие – способ защиты металла от коррозии, когда металлическое изделие покрывается тонким слоем из менее активного металла.

Коррозия – разрушение металла в результате окислительно-восстановительных реакций между металлом и окружающей средой

Осушение – удаление из окружающей среды влаги для предотвращения возникновения коррозии.

Протекторная защита – способ защиты металла от коррозии, когда к защищаемому металлическому изделию присоединяют кусок другого, более активного металла.

Химическая коррозия – разрушение металла в среде, не проводящей электрический ток.

Электрокоррозия – вид электрохимической коррозии, возникающей в среде электролита под действием внешнего электрического поля.

Электрохимическая коррозия – разрушение металла в среде электролита при контакте двух металлов с образованием коррозионного элемента и возникновением электрического тока.

Основная литература: Рудзитис, Г. Е., Фельдман, Ф. Г. Химия. 10 класс. Базовый уровень; учебник/ Г. Е. Рудзитис, Ф. Г, Фельдман – М.: Просвещение, 2018. – 224 с.

Дополнительная литература:

1. Рябов, М.А. Сборник задач, упражнений и тестов по химии. К учебникам Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман «Химия. 10 класс» и «Химия. 11 класс»: учебное пособие / М.А. Рябов. – М.: Экзамен. – 2013. – 256 с.

2. Рудзитис, Г.Е. Химия. 10 класс: учебное пособие для общеобразовательных организаций. Углублённый уровень / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М.: Просвещение. – 2018. – 352 с.

Открытые электронные ресурсы:

• Единое окно доступа к информационным ресурсам [Электронный ресурс]. М. 2005 – 2018. URL: http://window.edu.ru/ (дата обращения: 01.06.2018).

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ

Коррозия и её виды

Коррозия металлов – процесс разрушения металлического изделия в результате окислительно-восстановительной реакции металла с окружающей средой. В зависимости от механизма различают два вида коррозии: химическую и электрохимическую. Химическая коррозия происходит в среде, не проводящей электрический ток. К этому виду коррозии относится газовая коррозия, в результате которой металл разрушается под действием агрессивных газов: кислорода, оксида серы, хлороводорода. Газовая коррозия обычно происходит при высоких температурах. Другой вид химической коррозии – жидкостная коррозия, которая возникает в агрессивных жидкостях, не проводящих электрический ток, например, в органических растворителях или нефтепродуктах.

Электрохимическая коррозия происходит в среде электролитов, которые хорошо проводят электрический ток. Различают два вида электрохимической коррозии: гальванокоррозия и электрокоррозия. Гальванокоррозия возникает в месте контакта двух металлов, наличия в металле примесей, разной температуры на соседних участках металлов, разной концентрации электролитов в среде, контактирующей с металлом и в случае разной концентрации кислорода на соседних участках металла. Например, в чугуне примеси углерода и карбида железа играют роль катода, на котором происходит восстановление молекулярного кислорода в присутствии паров воды: 2Н2О + О2 + 4е → 4ОН-, а железо становится анодом и окисляется.

Fe⁰ – 2e → Fe²⁺. В результате среда становится щелочной, образуется сначала «белая» ржавчина Fe(ОН)₂: Fe²⁺ + 2OH^– → Fe(ОН)2↓, которая окисляется кислородом воздуха во влажной среде до трёхвалентного гидроксида железа.

4Fe(ОН)2↓ + 2Н2О + О2 → 4Fe(ОН)3↓, Fe(OH)3 + nh3O → Fe2O3·xh3O (ржавчина).

Если в атмосфере присутствует большое количество кислых газов (СО₂, SO₂, NO₂), то при растворении их в воде образуются кислоты. В кислой среде коррозия идет ещё интенсивнее. В присутствии кислорода на катоде образуется вода, а в бескислородной среде выделяется водород.

На аноде: Fe0 – 2е → Fe2+;

На катоде: О2 + 4Н+ + 4е → 2Н2О

или в бескислородной среде: 2Н+ + 2е → Н20↑.

Ионы железа образуют соли с кислотными остатками образовавшихся при растворении газов кислот. В дальнейшем под действием кислорода воздуха, соли двухвалентного железа окисляются до солей трёхвалентного железа.

Электрокоррозия возникает под действием на металл электрического тока от внешнего источника постоянного тока. Часто она происходит под действием блуждающих токов от рельсов электротранспорта, от плохо изолированных опор линий электропередач. Участок, на который попадает ток от внешнего источника, заряжается отрицательно и становится катодом. На нём происходит восстановление элементов среды. А соседний участок становится анодом, на нём металл окисляется.

Факторы, увеличивающие скорость коррозии

Возникновение коррозионного гальванического элемента увеличивает скорость коррозии. При контакте двух металлов более активный металл отдает электроны менее активному. Возникает электрический ток. Активный металл растворяется и в результате реакции со средой, и за счет передачи электронов менее активному металлу. Принятые электроны менее активный металл отдает в окружающую среду, таким образом, окисление активного металла и восстановление компонентов окружающей среды происходит быстрее. Скорость коррозии зависит от количества кислорода, который контактирует с металлом. Железный гвоздь, погруженный в воду на половину своей длины, разрушается быстрее всего, так как доступу кислорода ничего не препятствует. Гвоздь, полностью погруженный в воду, разрушается медленнее, так как количество кислорода, участвующего в реакции, ограничивается скоростью растворения кислорода в воде. В пробирке, где сверху воды налили масло, коррозия идет медленнее всего, так как масло препятствует поступлению кислорода в воду.

Методы защиты металлов от коррозии

Одним из распространённых методов защиты металлов от коррозии является нанесение защитных покрытий. Покрытия бывают металлическими и неметаллическими. Если металлическое изделие покрыто слоем более активного металла, покрытие называют анодным. Если покрытие изготовлено из менее активного металла, оно называется катодным. Неметаллические покрытия – это различные эмали, лаки, краски, резиновые, битумные и полимерные покрытия. По отношению к железу анодными покрытиями будут цинковые, хромовые, алюминиевые покрытия. Эти покрытия защищают металл даже в случае появления царапин или трещин. Так как покрытие изготовлено из более активного металла, оно является анодом по отношению к защищаемому металлу и будет разрушаться. Защищаемое металлическое изделие разрушаться не будет. Катодные покрытия обычно делают из малоактивных металлов. Это никель, олово, свинец, медь, серебро, золото. Из-за низкой активности такие металлы слабо подвергаются воздействию коррозии, но в случае нарушения покрытия, возникнет коррозионный элемент, в котором анодом станет защищаемое металлическое изделие. Оно начнет разрушаться. Защитные оксидные покрытия на поверхности металла можно создать путем химической обработки концентрированной азотной кислотой (пассивация алюминия, хрома), концентрированным раствором щелочи и горячего масла (воронение), фосфорной кислотой и её кислыми солями (фосфатирование).

Эффективным, но дорогим методом защиты металлов от коррозии является введение в сплав антикоррозионных легирующих добавок: хрома, никеля, молибдена, титана. Для повышения стойкости к коррозии в кислой среде в сплав добавляют кремний.

К методам электрохимической защиты относятся протекторная и катодная защита. Протекторная защита предусматривает закрепление на защищаемом изделии пластин из активного металла: цинка, алюминия, магния. Попадая в агрессивную среду, протектор становится анодом, начинает разрушаться, а металлическое изделие, являясь катодом, не разрушается до полного разрушения протектора. Катодная защита производится путём подсоединения защищаемого металлического изделия к отрицательному полюсу внешнего источника постоянного электрического тока. В результате защищаемый металл приобретает отрицательный заряд и становится катодом. В качестве анода используют вспомогательный кусок металла (железный лом, старый рельс), который заземляют.

Важным направлением предотвращения коррозии металлов является снижение агрессивности окружающей среды. Для этого проводят осушение почвы, воздуха. В жидкие среды добавляют ингибиторы – вещества, реагирующие с окислительными компонентами среды и снижающие скорость коррозии. Для борьбы с блуждающими токами проводят надёжную изоляцию токопроводящих конструкций, организацию бесстыкового пути.

Предотвращение потерь металла от коррозии позволит не только сберечь тонны металла, но и предотвратить аварии на производстве и транспорте, сберечь человеческие жизни.

ПРИМЕРЫ И РАЗБОР РЕШЕНИЙ ЗАДАЧ ТРЕНИРОВОЧНОГО МОДУЛЯ

1. Расчёт массы металла, предохраняемого от разрушения за счёт нанесения защитных покрытий

Условие задачи: В результате атмосферной коррозии толщина стального изделия уменьшается на 0,12 мм/год. Потерю какой массы стального изделия плотностью 7750 кг/м³ и площадью 10 м² можно предотвратить путем нанесения лакокрасочного покрытия, которое сохраняет свои защитные свойства в течение 4 лет? Ответ запишите в виде целого числа в килограммах.

Шаг первый: необходимо перевести скорость коррозии из мм/год в м/год.

Для этого скорость коррозии умножим на 10^-3:

0,12·10^-3 = 1,2·10^-4 (м/год).

Шаг второй: Найдём объём слоя металла, который может быть разрушен коррозией за 1 год. Для этого толщину слоя разрушенного в течение года металла умножим на площадь стального изделия:

1,2·10^-4·10 = 1,2·10^-3 (м³/год).

Шаг третий: Найдём массу вычисленного объёма металла.

Для этого объём металла умножим на его плотность:

1,2·10^-3·7750 = 9,3 (кг/год).

Шаг четвёртый: Найдём массу металла, которая могла бы разрушиться за 4 года. Для этого массу сохранённого за год металла умножим за 4 года:

9,3·4 = 37,2 (кг). Округляем до целого числа, получаем 37 (кг).

Ответ: 37

2. Расчёт массы металла, разрушенного в результате коррозии

Условие задачи: Через железную решётку, предохраняющую от попадания в канализацию крупного мусора, проходит 20 м³ воды в сутки. Содержание кислорода в воде 1 % от объёма воды. Какая масса железа окислится за 6 месяцев использования решётки, если на окисление металла расходуется 60% содержащегося в воде кислорода? Ответ записать в килограммах в виде целого числа.

Шаг первый: найдём объём кислорода, который содержится в 20 м³ воды.

Для этого разделим 20 м³ на 100:

20 : 100 = 0,2 (м³/сутки) = 200 (л/сутки)

Шаг второй: Найдём объём кислорода, который проходит в воде через решётку в течение 6 месяцев.

Для этого объём кислорода, проходящий через решетку в сутки, умножим на 30 дней и на 6 месяцев:

200·30·6 = 36000 (л).

Шаг третий: Найдём объём кислорода, который расходуется на окисление железа. Для этого умножим найденный объём кислорода на 60 и разделим на 100:

(36000·60) : 100 = 21600 (л).

Шаг четвёртый: Запишем уравнение реакции взаимодействия железа с кислородом в нейтральной среде:

2Fe + O₂ + 2H₂O → 2Fe(OH)₂.

Шаг пятый: Найдём массу железа, окисленного 21600 л кислорода.

Для этого составим пропорцию с учётом того, что масса 1 моль железа равна 56 г/моль, а 1 моль газа в нормальных условиях занимает 22,4 л.

2·56 г железа реагирует с 22,4 л кислорода;

х г железа реагирует с 21600 л кислорода.

х = (2·56·21600) : 22,4 = 108000 (г) = 108 кг.

Ответ: 108.

Виды коррозии металлов и способы защиты

Коррозия – разрушение поверхности сталей и сплавов под воздействием различных физико-химических факторов – наносит огромный ущерб деталям и металлоконструкциям. Ежегодно этот невидимый враг «съедает» около 13 млн. т металла. Для сравнения – металлургическая промышленность стран Евросоюза в прошлом, 2014 году произвела всего на 0,5 млн. тонн больше. И это только – прямые потери. А длительная эксплуатация стальных изделий без их эффективной защиты от коррозии вообще невозможна.

Что такое коррозия и её разновидности

Основной причиной интенсивного окисления поверхности металлов (что и является основной причиной коррозии) являются:

1. Повышенная влажность окружающей среды.
2. Наличие блуждающих токов.
3. Неблагоприятный состав атмосферы.

Соответственно этому различают химическую, трибохимическую и электрохимическую природу коррозии. Именно они в совокупности своего влияния и разрушают основную массу металла.

Химическая коррозия

Такой вид коррозии обусловлен активным окислением поверхности металла во влажной среде. Безусловным лидером тут является сталь (исключая нержавеющую). Железо, являясь основным компонентом стали, при взаимодействии с кислородом образует три вида окислов: FeO, Fe2O3 и Fe3O4. Основная неприятность заключается в том, что определённому диапазону внешних температур соответствует свой окисел, поэтому практическая защита стали от коррозии наблюдается только при температурах выше 10000С, когда толстая плёнка высокотемпературного оксида FeO сама начинает предохранять металл от последующего образования ржавчины. Это процесс называется воронением, и активно применяется в технике для защиты поверхности стальных изделий. Но это – частный случай, и таким способом активно защищать металл от коррозии в большинстве случаев невозможно.

Химическая коррозия активизируется при повышенных температурах. Склонность металлов к химическому окислению определяется значением их кислородного потенциала – способности к участию в окислительно-восстановительных реакциях. Сталь – ещё не самый худший вариант: интенсивнее её окисляются, в частности, свинец, кобальт, никель.

Электрохимическая коррозия

Эта разновидность коррозии более коварна: разрушение металла в данном случае происходит при совокупном влиянии воды и почвы на стальную поверхность (например, подземных трубопроводов). Влажный грунт, являясь слабощёлочной средой, способствует образованию и перемещению в почве блуждающих электрических токов. Они являются следствием ионизации частиц металла в кислородсодержащей среде, и инициирует перенос катионов металла с поверхности вовне. Борьба с такой коррозией усложняется труднодоступностью диагностирования состояния грунта в месте прокладки стальной коммуникации.

Электрохимическая коррозия возникает при окислении контактных устройств линий электропередач при увеличении зазоров между элементами электрической цепи. Помимо их разрушения, в данном случае резко увеличивается энергопотребление устройств.

Трибохимическая коррозия

Данному виду подвержены металлообрабатывающие инструменты, которые работают в режимах повышенных температур и давлений. Антикоррозионное покрытие резцов, пуансонов, фильер и пр. невозможно, поскольку от детали требуется высокая поверхностная твёрдость. Между тем, при скоростном резании, холодном прессовании и других энергоёмких процессах обработки металлов начинают происходить механохимические реакции, интенсивность которых возрастает с увеличением температуры на контактной поверхности «инструмент-заготовка». Образующаяся при этом окись железа Fe2O3 отличается повышенной твёрдостью, и поэтому начинает интенсивно разрушать поверхность инструмента.

Методы борьбы с коррозией

Выбор подходящего способа защиты поверхности от образования ржавчины определяется условиями, в которых работает данная деталь или конструкция. Наиболее эффективны следующие методы:

• Нанесение поверхностных атмосферостойких покрытий;
• Поверхностная металлизация;
• Легирование металла элементами, обладающими большей стойкостью к участию в окислительно-восстановительных реакциях;
• Изменение химического состава окружающей среды.

Механические поверхностные покрытия

Поверхностная защита металла может быть выполнена его окрашиванием либо нанесением поверхностных плёнок, по своему составу нейтральных к воздействию кислорода. В быту, а также при обработке сравнительно больших площадей (главным образом, подземных трубопроводов) применяется окраска. Среди наиболее стойких красок – эмали и краски, содержащие алюминий. В первом случае эффект достигается перекрытием доступа кислороду к стальной поверхности, а во втором – нанесением алюминия на поверхность, который, являясь химически инертным металлом, предохраняет сталь от коррозионного разрушения.

Положительными особенностями данного способа защиты являются лёгкость его реализации и сравнительно небольшие финансовые затраты, поскольку процесс достаточно просто механизируется. Вместе с тем долговечность такого способа защиты невелика, поскольку, не обладая большой степенью сродства с основным металлом, такие покрытия через некоторое время начинают механически разрушаться.

Химические поверхностные покрытия

Коррозионная защита в данном случае происходит вследствие образования на поверхности обрабатываемого металла химической плёнки, состоящей из компонентов, стойких к воздействию кислорода, давлений, температур и влажности. Например, углеродистые стали обрабатывают фосфатированием. Процесс может выполняться как в холодном, так и в горячем состоянии, и заключается в формировании на поверхности металла слоя из фосфатных солей марганца и цинка. Аналогом фосфатированию выступает оксалатирование – процесс обработки металла солями щавелевой кислоты. Применением именно таких технологий повышают стойкость металлов от трибохимической коррозии.

Недостатком данных методов является трудоёмкость и сложность их применения, требующая наличия специального оборудования. Кроме того, конечная поверхность изменяет свой цвет, что не всегда приемлемо по эстетическим соображениям.

Легирование и металлизация

В отличие от предыдущих способов, здесь конечным результатом является образование слоя металла, химически инертного к воздействию кислорода. К числу таких металлов относятся те, которые на линии кислородной активности находятся возможно дальше от водорода. По мере возрастания эффективности этот ряд выглядит так: хром→медь→цинк→серебро→алюминий→платина. Различие в технологиях получения таких антикоррозионных слоёв состоит в способе их нанесения. При металлизации на поверхность направляется ионизированный дуговой поток мелкодисперсного напыляемого металла, а легирование реализуется в процессе выплавки металла, как следствие протекания металлургических реакций между основным металлом и вводимыми легирующими добавками.

Изменение состава окружающей среды

В некоторых случаях существенного снижения коррозии удаётся добиться изменением состава атмосферы, в которой работает защищаемая металлоконструкция. Это может быть вакуумирование (для сравнительно небольших объектов), или работа в среде инертных газов (аргон, неон, ксенон). Данный метод весьма эффективен, однако требует дополнительного оборудования — защитных камер, костюмов для обслуживающего персонала и т.д. Используется он главным образом, в научно-исследовательских лабораториях и опытных производствах, где специально поддерживается необходимый микроклимат.

Кто нам мешает, тот нам поможет

В завершение укажем и на довольно необычный способ коррозионной защиты: с помощью самих окислов железа, точнее, одного из них — закиси-окиси Fe3O4. Данное вещество образуется при температурах 250…5000С и по своим механическим свойствам представляет собой высоковязкую технологическую смазку. Присутствуя на поверхности заготовки, Fe3O4 перекрывает доступ кислороду воздуха при полугорячей деформации металлов и сплавов, и тем самым блокирует процесс зарождения трибохимической коррозии. Это явление используется при скоростной высадке труднодеформируемых металлов и сплавов. Эффективность данного способа обусловлена тем, что при каждом технологическом цикле контактные поверхности обновляются, а потому стабильность процесса регулируется автоматически.⁠

Коррозия – это разрушение металлических, керамических, деревянных и других материалов в результате химического или физико-химического взаимодействия. Что же касается причин возникновения такого нежелательного эффекта, то они разные. В большинстве случаев это конструкционная неустойчивость к термодинамическим воздействиям окружающей среды. Давайте подробно разберемся с тем, что такое коррозия. Виды коррозии тоже обязательно нужно рассмотреть, да и о защите от нее поговорить не будет лишним.

Немного общих сведений

Мы привыкли слышать термин «ржавление», который применяется в случае коррозии металла и сплавов. Есть еще такое понятие, как «старение», — оно свойственно полимерам. По сути, это одно и то же. Яркий пример – старение резиновых изделий из-за активного взаимодействия с кислородом. Помимо этого, некоторые пластиковые элементы разрушаются под воздействием атмосферных осадков. Скорость протекания коррозии напрямую зависит от условий, в которых находится объект. Так, ржавчина на металлическом изделии будет распространяться тем быстрее, чем выше температура. Также влияет и влажность: чем она выше, тем быстрее металл станет непригодным для дальнейшей эксплуатации. Опытным путем установлено, что примерно 10 процентов металлических изделий безвозвратно списываются, и виной всему – коррозия. Виды коррозии бывают различными и классифицируются в зависимости от типа сред, характера протекания и тому подобного. Давайте рассмотрим их более подробно.

Классификация

В настоящее время существует более двух десятков вариантов ржавления. Мы приведем только самые основные виды коррозии. Условно их можно поделить на следующие группы:

• Химическая коррозия – процесс взаимодействия с коррозионной средой, при котором окисление металла и восстановление окислителя проходят в одном акте. Металл и окислитель не разделены пространственно.
• Электрохимическая коррозия – процесс взаимодействия металла с раствором электролита. Ионизация атомов и восстановление окислителя проходят в разных актах, однако скорость во многом зависит от электродного потенциала.
• Газовая коррозия – химическое ржавление металла при минимальном содержании влаги (не более 0,1 процента) и/или высоких температурах в газовой среде. Чаще всего данный вид встречается в химической и нефтеперерабатывающей промышленности.

Электрохимическая коррозия и ее особенности

При таком виде разрушения процесс протекает при соприкосновении металла с электролитом. В качестве последнего может выступать конденсат или дождевая вода. Чем больше в жидкости содержится солей и кислот, тем выше электропроводность, а следовательно, и скорость протекания процесса. Что же касается наиболее подверженных коррозии мест металлической конструкции, то это заклепки, сварные соединения, места механических повреждений. В случае если конструкционные свойства сплава железа делают его устойчивым к ржавлению, процесс несколько замедляется, однако все равно продолжается. Ярким примером является оцинковка. Дело в том, что цинк имеет более отрицательный потенциал, нежели железо. По этой простой причине сплав железа восстанавливается, а цинк коррозирует. Однако наличие на поверхности оксидной пленки сильно замедляет процесс разрушения. Безусловно, все виды электрохимической коррозии являются крайне опасными и иногда с ними даже невозможно бороться.

Химическая коррозия

Такое изменение металла встречается довольно часто. Ярким примером является появление окалины в результате взаимодействия металлических изделий с кислородом. Высокая температура в этом случае выступает ускорителем процесса, а участвовать в нем могут такие жидкости, как вода, соли, кислоты, щелочи и растворы солей. Если говорить о таких материалах, как медь или цинк, то их окисление приводит к возникновению устойчивой к дальнейшей коррозии пленки. Стальные же изделия образуют окиси железа. Дальнейшие химические процессы приводят к возникновению ржавчины, которая не обеспечивает никакой защиты от дальнейшего разрушения, а наоборот, способствует этому. В настоящее время все виды химической коррозии устраняются при помощи оцинковки. Могут применяться и другие средства защиты.

Виды коррозии бетона

Изменение структуры и увеличение хрупкости бетона под воздействием окружающей среды может быть трех видов:

• Разрушение частей цементного камня – один из самых распространенных видов коррозии. Он имеет место в том случае, если изделие из бетона подвергается систематическому воздействию атмосферных осадков и других жидкостей. В результате вымывается гидрат окиси кальция и нарушается структура.
• Взаимодействие с кислотами. Если цементный камень будет контактировать с кислотами, то образуется бикарбонат кальция – агрессивный химический элемент для бетонного изделия.
• Кристаллизация труднорастворимых веществ. По сути, имеется в виду биокоррозия. Суть заключается в том, что микроорганизмы (споры, грибки) попадают в поры и там развиваются, вследствие чего происходит разрушение.

Коррозия: виды, способы защиты

Без сомнения, миллиардные ежегодные убытки привели к тому, что люди стали бороться с этим вредным воздействием. Можно с уверенностью говорить о том, что все виды коррозии приводят к потере не самого металла, а ценных металлоконструкций, на строительство которых тратятся огромные деньги. Сложно сказать, возможно ли обеспечить 100-процентную защиту. Тем не менее, при правильной подготовке поверхности, которая заключается в абразивоструйной очистке, можно добиться хороших результатов. От электрохимической коррозии надежно защищает лакокрасочное покрытие при правильном его нанесении. А от разрушения металла под землей надежно защитит специальная обработка поверхности.

Активные и пассивные методы борьбы

Суть активных методов заключается в том, чтобы изменить структуру двойного электрического поля. Для этого используют источник постоянного тока. Напряжение нужно выбирать таким образом, чтобы повышался электродный потенциал изделия, которое нужно защитить. Еще один крайне популярный метод — «жертвенный» анод. Он разрушается, защищая основной материал.

Пассивная защита подразумевает использование лакокрасочного покрытия. Основная задача заключается в том, чтобы полностью предотвратить попадание влаги, а также кислорода на защищаемую поверхность. Как уже было отмечено несколько выше, имеет смысл использовать цинковое, медное или никелевое напыление. Даже частично разрушенный слой будет защищать металл от ржавления. Конечно, данные виды защиты от коррозии металлов действенны только тогда, когда поверхность не будет иметь видимых дефектов в виде трещин, сколов и тому подобного.

Оцинкование в подробностях

Мы уже с вами рассмотрели основные виды коррозии, а сейчас хотелось бы поговорить о лучших методах защиты. Одним из таких является оцинкование. Суть его заключается в том, что на обрабатываемую поверхность наносится цинк или его сплав, что придает поверхности некоторые физико-химические свойства. Стоит отметить, что данный метод считается одним из самых экономичных и эффективных, и это при том, что на металлизацию цинком расходуется примерно 40 процентов от мировой добычи этого элемента. Оцинкованию могут подвергаться стальные листы, крепежные детали, а также приборы и другие металлоконструкции. Интересно то, что с помощью металлизации или распыления можно защитить изделие любого размера и формы. Декоративного назначения цинк не имеет, хотя с помощью некоторых специальных добавок появляется возможность получения блестящих поверхностей. В принципе, этот металл способен обеспечить максимальную защиту в агрессивных средах.

Заключение

Вот мы и рассказали вам о том, что такое коррозия. Виды коррозии тоже были рассмотрены. Теперь вы знаете, как защитить поверхность от преждевременного ржавления. По большому счету, сделать это предельно просто, но немалое значение имеет то, где и как эксплуатируется изделие. Если оно постоянно подвергается динамическим и вибрационным нагрузкам, то велика вероятность возникновения трещин в лакокрасочных покрытиях, через которые влага будет попадать на металл, в результате чего он будет постепенно разрушаться. Тем не менее, использование различных резиновых прокладок и герметиков в местах взаимодействия металлических изделий может несколько продлить срок службы покрытия.

Ну, вот и все по данной теме. Помните о том, что преждевременное разрушение конструкции из-за воздействия коррозии может привести к непредвиденным последствиям. На предприятии большой материальный ущерб и человеческие жертвы возможны в результате ржавления несущей металлоконструкции.

Коррозией металла называется его разрушение, вызванное электрохимическим воздействием внешней среды на его поверхность.

Разрушение металла труб почвенной коррозией происходит под действием малых электрических токов, возникающих на поверхности металла в результате взаимодействия с ним почвенного электролита. Поверхность металла и электролит образуют гальваническую пару. Та часть поверхности металла, из которой ток переходит в электролит, называется анодом, а та часть, где ток выходит из электролита, — катодом. В анодных зонах металл подвергается разрушению, а в катодных зонах происходит накопление продуктов коррозии без разрушения металла.

Подземная электрохимическая коррозия металла, в почвах и грунтах характерна для трубопроводов уложенных в землю, где грунтовые воды являются электролитами.

Коррозия блуждающими токами – электрохимическая коррозия металла под воздействием блуждающего тока, подвергаются трубы, уложенные в землю вблизи электрических кабелей и рельсов.

В зависимости от типа разрушений коррозии разделяются на сплошную, местную и структурную.

Сплошная коррозия охватывает всю поверхность металла.

Местная охватывающая отдельные участки с нарушением гладкой поверхности в виде царапин и др. она подразделяется на точечную и сквозную (кровли зданий).

Структурная – связанная со структурной неоднородностью металла, подразделяется на межкристаллитную, которая распространяется по границам зерен металла, и избирательную разрушающие структурные составляющие сплава. Так в серых чугунах разрушается металлическая основа, остается лишь скелет из включений графита.

Процесс разрушения труб под действием окружающей среды называется коррозией.

По характеру взаимодействия металла труб, различают два типа коррозии: химическую и электрохимическую.

Химической коррозией называется процесс разрушения всей поверхности металла при его контакте с агрессивным химическим веществом.

Электрохимической коррозией называется процесс разрушения металла сопровождающийся образованием и прохождением эл.тока при этом на поверхности металла образуется не сплошное, а местное повреждение металла в виде пятен и раковин.

Биокоррозия трубопроводов вызывается жизнедеятельностью микроорганизмов

Существует два способа защиты от коррозии: пассивный и активный.

Пассивный – изоляционные покрытия различными материалами ( битумно-резиновые и полимерные). Требования к покрытию:

прочность сцепления с металлом;

хорошая изоляция от эл.тока;

достаточная прочность и способность сопротивляться механическим воздействиям при засыпке траншеи.

К числу активным способам защиты относится катодная и протекторная защиты.

Сущность катодной защиты сводится к созданию отрицательного потеннцала на поверхности трубы. Благодаря чему предотвращается утечка электронов с поверхности трубы, сопровождающаяся ее коррозионным разъеданием.

Протекторная защита отличается тем, что необходимый для защиты ток, создается не станцией, а протекторами имеющие более отрицательный потенциал, чем защищаемый объект.

Основной металл защищается покрытием лакокрасочным, неметаллическим и металлическим, легированием электрохимическую (пластина цинка, магнитные протекторы. Основан на создании гальванических пар).

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ защиты – катодная, протекторная и дренажная.

При катодной – коррозия анодных участков трубы ликвидируется наложением на неё отрицательного потенциала, получаемого от внешнего источника постоянного тока, положительный потенциал которого соединяется с заземленным анодом. При такой схеме происходит разрушение заземленного анода (куска металла) и предотвращается разрушение трубы (катода).

При протекторной защите защитный ток возникает в результате работы гальванической пары протектор – труба, причем потенциал протектора должен быть ниже потенциала стали. Здесь не требуется источника электроэнергии, но расходуется значительное количество цветных металлов, поскольку протектор (анод) изготавливают из специальных сплавов – цинка, магния и алюминия.

Для повышения эффективности работы протектора его обычно обмазывают смесью глины с гибсовым порошком, что понижает сопротивление анодного заземлителя.

Дренажная защита предназначена для отвода блуждающих токов, в зоне прохождения поездов и трамваев, проходящих с газопровода обратно в рельсовую сеть.

Защита металла от коррозии, причины, способы защиты, таблица совместимости

Слово коррозия произошло от латинского corrodere. Оно в переводе означает «разъедать». Чаще всего встречается коррозия металла. Однако есть случаи, когда от коррозии страдают и изделия из других материалов. Ей подвержены и камни, и пластмасса и даже дерево. Сегодня все чаще люди сталкиваются с такой проблемой, как покрытие коррозией памятников архитектуры, сделанных из мрамора и других материалов. Из этого можно сделать, что под такой процесс, как коррозия обозначает разрушение под воздействием окружающей среды

Причины коррозии металлов

Коррозии подвержены большая часть металлов. Данный процесс представляет собой их окисление. Оно приводит к распаду их на оксиды. В простонародии коррозия получила название ржавчина. Она представляет собой порошок мелкого помола светло-коричневого оттенка. На многих видах металлов во время процесса окисления появляется специальный состав в виде скрепленной с ними оксидной пленки. Она обладает плотной структурой, благодаря чему кислороду из воздуха и воде не удается проникнуть в глубокие слои металлов для дальнейшего их разрушения.

Алюминий относится к разряду очень активных металлов. При соприкосновении с воздухом или водой он с теоретической точки зрения должен легко расщепляться. Однако во время коррозии на нем образуется специальная пленка, которая уплотняет его структуру и делает процесс образования ржавчины практически невозможным.

Таблица 1. Совместимость металлов

Металлы, в отношении которых представлены данные в таблице по подверженности их коррозии	Соотношение площади металла к другим металлам таблицы	Магний	Цинк	Алюминий	Кадмий	Свинец	Олово	Медь
Магний	Низкое		С	С	С	С	С	С
	Высокое		У	У	У		С	С
Цинк	Низкое	У		У	У	С	С	С
	Высокое	Н		Н	Н	Н	Н	Н
Алюминий	Низкое	У	Н		Н	С		С
	Высокое	Н	У		Н	С	С	С
Кадмий	Низкое	Н	Н	Н		С	С	С
	Высокое	У	Н	Н		Н	Н	Н
Углеродистая сталь	Низкое	Н	Н	Н	Н	С	С	С
	Высокое	Н	Н	Н	Н	Н	Н	Н
Низколегированная сталь	Низкое	Н	Н	Н	Н	С	С	С
	Высокое	Н	Н	Н	Н	Н	Н	Н
Литейная сталь	Низкое	Н	Н	Н	Н	С	С	С
	Высокое	Н	Н	Н	Н	Н	Н
Хромированная сталь	Низкое	Н	Н	Н	Н	У	У	С
	Высокое	Н	Н	Н	Н	Н	Н
Свинец	Низкое	Н	Н	Н	Н		Н	Н
	Высокое	Н	Н	Н	Н		Н
Олово	Низкое	Н	Н	Н	Н	Н
	Высокое	Н	Н	Н	Н	Н
Медь	Низкое	Н	Н	Н	Н	У	С
	Высокое	Н	Н	Н	Н	Н	У
Нержавеющая сталь	Низкое	Н	Н	Н	Н	Н	Н
	Высокое	Н	Н	Н	Н	У	У	Н
В 1 столбце таблицы представлены металлы, которые подвергаются или не подвергаются коррозии с металлами указанными в остальных столбцах таблицы и пропорция соотношения площадей металла, указанного в 1 столбце, к металлам в остальных столбцах таблицы. Краткое обозначение С, У, Н в таблице означает: С – сильная и быстрая коррозия металла; У – умеренная коррозия металла; Н – Несущественная или ничтожная коррозия металла

Таблица 2. Совместимость стали с металлами

Металлы, в отношении которых представлены данные в таблице по подверженности их коррозии	Соотношение площади металла к другим металлам таблицы	Углеродистая сталь	Низколегированная сталь	Литейная сталь	Хромированная сталь	Нержавеющая сталь
Магний	Низкое	С	С	С	С	С
	Высокое	С	С	С	С	С
Цинк	Низкое	С	С	С	С	С
	Высокое	Н	Н	Н	Н	Н
Алюминий	Низкое	У		С		С
	Высокое	Н	Н	У	У	У
Кадмий	Низкое	С	С	С	С	С
	Высокое	Н	Н	Н	Н	Н
Углеродистая сталь	Низкое		У	С	С	С
	Высокое		Н	Н	Н	Н
Низколегированная сталь	Низкое	Н		Н	С	С
	Высокое	Н		Н	Н	Н
Литейная сталь	Низкое	Н	У		С	С
	Высокое	Н	Н		Н
Хромированная сталь	Низкое	Н	Н	Н		С
	Высокое	Н	Н	Н		Н
Свинец	Низкое	Н	Н	Н	Н
	Высокое	Н	Н	У	Н	Н
Олово	Низкое	Н	Н		Н
	Высокое	Н	Н	Н	У
Медь	Низкое	Н	Н		У
	Высокое	Н	Н	Н		Н
Нержавеющая сталь	Низкое		Н	Н
	Высокое	Н	Н	Н	У
В 1 столбце таблицы представлены металлы, которые подвергаются или не подвергаются коррозии с металлами указанными в остальных столбцах таблицы и пропорция соотношения площадей металла, указанного в 1 столбце, к металлам в остальных столбцах таблицы. Краткое обозначение С, У, Н в таблице означает: С – сильная и быстрая коррозия металла; У – умеренная коррозия металла; Н – Несущественная или ничтожная коррозия металла

Виды коррозии металлов

Сплошная коррозия

Наименее опасно для различных предметов из металлов является сплошная коррозия. Особенно она не опасна для тех ситуаций, когда повреждения аппаратов и оборудования не нарушают технические нормы их дальнейшего использования. Последствия такого вида коррозии можно с легкостью предугадать и скорректировать с учетом этого оборудование.

Местная коррозия

Большую опасность представляет собой местный вид коррозии. В этом случае потери металла не являются большими, но при этом образуются сквозные поражения металлов, что приводит к выходу из строя изделия или оборудования. Такой вид коррозии встречается в изделиях, которые соприкасаются с морской водой или солями. Такое появление ржавчины способствует тому, что поверхность металлической основы разъедается частично и конструкция теряет свою надежность.

Большое количество проблем появляется в местах, где используется хлорид натрия. Данное вещество применяется для устранения снега и льда на дорогах в городских условиях. Данный вид соли заставляет их превращаться в жидкость, которая уже в разбавленном с солями виде попадает в городские трубопроводы. В этом случае не помешает защита металлов от коррозии. Все подземные коммуникации при попадании воды с солями начинают разрушаться. В Соединенных Штатах Америки подсчитано, что в год на проведение ремонтных работ в области дорожных коммуникации уходит примерно два миллиарда долларов. Однако от данного вида соли для обработки дорожного полотна коммунальщики пока не готовы отказаться из-за низкой его стоимости.

Способы защиты металлов от коррозии

С самых давних времен люди старались защитить металлы от появления коррозии. постоянные атмосферные осадки приводили в негодность металлические изделия. Именно поэтому люди смазывали их различными жирными маслами. Затем они стали использовать для этой цели покрытия из других металлов, которые не ржавеют.

Современные химики тщательно прорабатывают все возможные методы борьбы с коррозией металлов. Они создают специальные растворы. Разрабатываются способы уменьшения рисков образования на металлах коррозии. Примером может служить такой материал, как нержавеющая сталь. Для ее производства использовалось железо, дополненное кобальтом, никелем, хромом и другими элементами. При помощи добавленных к нему элементов удалось создать металл, на котором более длительное время не образуется налет ржавчины.

Для защиты различных металлов от коррозии разработаны различные вещества, которые активно применяются в современной промышленности. Лаки и краски активно сегодня используются. Они являются наиболее доступными средствами для защиты от ржавчины изделий из металлов. Они создают преграду для попадания на сам металл воды или воздуха. Это позволяет на время отсрочить появление коррозии. Следует при нанесении краски или лака учитывать толщину слоя и поверхность материала. Для достижения наилучшего результата покрытие металлов от коррозии должно производиться ровным и плотным слоем.

Химическая коррозия металлов

По сущности коррозия может быть двух видов:

• химическая,
• электрохимическая.

Химическая коррозия представляет собой образование ржавчины при определенных условиях. В промышленных условиях не редко приходится сталкиваться с данным типом коррозии. Ведь на многочисленных современных предприятиях металлы перед созданием из них изделий нагреваются, что приводит к образованию такого процесса, как ускоренная химическая коррозия металла. При этом образуется окалина, которая является продуктом его реакции на появление ржавчины во время нагревания.

Ученые доказали, что современное железо гораздо больше подвержено образованию ржавчины. В нем содержится большое количество серы. Она появляется в металле из-за того, что во время добывания железных руд используется каменный уголь. Сера из него попадает в железо. Современные люди удивляются то, что древние предметы их этого металла, которые находят на раскопках археологи, сохраняют свои внешние качества. Это связано с тем, что в древности для добычи железа использовался древесный уголь, который практически не содержит серы, которая могла бы попасть в металл.

Такие металлы подвергаются коррозии

Среди металлов встречаются различные виды. Чаще всего для созданий каких-либо предметов или объектов применяется железо. Именно из него изготовляется в двадцать раз больше изделий и объектов, чем из других металлов вместе взятых. Данный металл стали использовать активнее всего в промышленности в конце 18 начале 19 веков. Именно в этот период был построен первый чугунный мост. Появилось первое морское судно, для изготовления которого была использована сталь.

В природе самородки железа встречаются в редких случаях. Многие люди считают, что данный металл не является земным, его относят к космическим или метеоритным. Именно он является наиболее подверженным к образования коррозии.

Также есть и другие металлы, подверженные коррозии. Среди них выделяются медь, серебро, бронза.

Видео “Коррозия металлов, способы защиты от неё”

Коррозия металлов и ущерб от неё. Виды коррозии. Способы защиты металлов от коррозии. | Презентация к уроку по химии (8 класс):

Слайд 1

Тема: Коррозия металлов и ущерб от неё. Виды коррозии. Способы защиты от коррозии.

Слайд 2

Слово коррозия происходит от латинского «corrodo» – «грызу» (позднелатинское «corrosio» означает «разъедание»). Коррозия вызывается химической реакцией металла с веществами окружающей среды, протекающей на границе металла и среды. Чаще всего это окисление металла , например, кислородом воздуха или кислотами, содержащимися в растворах, с которыми контактирует металл. Особенно подвержены этому металлы, расположенные в ряду напряжений (ряду активности) левее водорода, в том числе железо.

Слайд 3

КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ – физико-химическое или химическое взаимодействие между металлом (сплавом) и средой, приводящее к ухудшению функциональных свойств металла (сплава), среды или включающей их технической системы.

Слайд 4

Химическая коррозия 0 +4 0 t +3 +6 -2 2 Fe+ 3 SO 2 + 3 O 2  Fe 2 (SO 4 ) 3 0 0 t +3 -1 2 Fe + 3 Cl 2  2 FeCl 3 0 0 t +2 -2 2 Zn + O 2  2 ZnO Коррозия происходит в непроводящей ток среде. Например, взаимодействие металла с сухими газами или жидкостями – неэлектролитами (бензином, керосином и т.д.)

Слайд 5

Многие металлы (например, алюминий) при коррозии покрываются плотной, оксидной пленкой, которая не позволяет окислителям проникнуть в более глубокие слои и потому предохраняет металл от коррозии. При удалении этой пленки металл начинает взаимодействовать с влагой и кислородом воздуха.

Слайд 6

Электрохимическая коррозия Коррозия происходит в токопроводящей среде (в электролите) с возникновением внутри системы электрического тока. Металлы не однородны и содержат различные примеси. При контакте их с электролитами одни участки поверхности выполняют роль- анодов, другие- катодов.

Слайд 7

В результате коррозии железо ржавеет. Этот процесс очень сложен и включает несколько стадий. Его можно описать суммарным уравнением: 4Fe + 6H 2 O (влага) + 3O 2 (воздух) = 4Fe(OH) 3

Слайд 8

Гидроксид железа(III) очень неустойчив, быстро теряет воду и превращается в оксид железа(III). Это соединение не защищает поверхность железа от дальнейшего окисления. В результате железный предмет может быть полностью разрушен.

Слайд 9

Катионы водорода и растворенный кислород- важнейшие окислители, вызывающие электрохимическую коррозию

Слайд 10

Скорость коррозии тем больше, чем сильнее отличаются металлы по своей активности

Слайд 11

Значительно усиливает коррозию повышение температуры

Слайд 12

Зимой для удаления снега и льда с тротуаров используют техническую соль. Образующиеся растворы создают благоприятную среду для электрохимической коррозии подземных коммуникаций и деталей автомобилей.

Слайд 14

Способы защиты от коррозии

Слайд 16

1. Шлифование поверхностей изделия, чтобы на них не задерживалась влага. 2. Применение легированных сплавов, содержащих специальные добавки : хром, никель, которые при высокой температуре на поверхности металла образуют устойчивый оксидный слой(например Cr 2 O 3 ) .Общеизвестные легированные стали – «нержавейки», из которых изготовляют предметы домашнего обихода(ножи, вилки, ложки), детали машин, инструменты.

Слайд 17

3.Нанесение защитных покрытий Неметаллически е – неокисляющиеся масла, специальные лаки, краски, эмали. Правда, они недолговечны, но зато дешевы. Химические – искусственно создаваемые поверхностные плёнки: оксидные, нитридные, силицидные, полимерные и др. Например, все стрелковое оружие и детали многих точных приборов подвергают воронению – это процесс получения тончайшей плёнки оксидов железа на поверхности стального изделия.

Слайд 18

Металлические – это покрытие другими металлами, на поверхности которых под действием окислителей образуются устойчивые защитные плёнки. Нанесение хрома- хромирование, никеля – никелирование, цинка – цинкование и т.д. Покрытием может служить и пассивный в химическом отношении металл – золото, серебро, медь.

Слайд 19

4. Электрохимические методы защиты *Протекторная (анодная) – к защищаемой металлической конструкции присоединяют кусочек более активного металла (протектора), который служит анодом и разрушается в присутствии электролита. В качестве протектора при защите корпусов судов, трубопроводов, кабелей и др. стальных изделий используются магний, алюминий, цинк. *Катодная – металлоконструкцию подсоединяют к катоду внешнего источника тока , что исключает возможность её анодного разрушения .

Слайд 20

Введение веществ – ингибиторов, замедляющих коррозию. Примеры использования современных ингибиторов: соляная кислота при перевозке и хранении прекрасно «укрощается» производными бутиламина, а серная кислота –азотной кислотой; летучий диэтиламин впрыскивают в различные ёмкости. Ингибиторы действуют только на металл, делая его пассивным по отношению к среде. Науке известно более 5 тыс. ингибиторов коррозии. Удаление растворённого в воде кислорода (деаэрация). Этот процесс используют при подготовке воды, поступающей в котельные установки. 5. Специальная обработка электролита или другой среды, в которой находится защитная металлическая конструкция

Слайд 21

Вопросы по теме коррозия: 1. Для защиты железа от коррозии используют никелевое покрытие. На каком свойстве никеля основана эта защита? Можно ли с этой целью использовать кальций? Почему? 2. Можно ли для защиты железных изделий использовать; а) магний; б) цинк; в) никель? Почему? Какой из металлов будет более надежно защищать железные изделия? 3. Для защиты железных изделий от коррозии используют покраску изделий. Почему краска защищает металл от коррозии? Какие ещё покрытия можно использовать для защиты металлов от коррозии? 4. Два соседа решили украсить железные крыши на своих дачах. Один использовал орнамент, сделанный из меди, второй — из магния. У какого соседа раньше начнется коррозия крыши? Почему? 5. Два друга решили провести отдых на своих яхтах. Оба использовали для защиты днища яхт пластины цинка. Один из друзей путешествовал по морю, а второй по реке. Днище какой яхты окажется в лучшем состоянии по возвращении из путешествия? Почему?

Защита от коррозии металла: катодная, анодная, покрытия

Металлы используются человеком с доисторических времен, изделия из них широко распространены в нашей жизни. Самым распространенным металлом является железо и его сплавы. К сожалению, они подвержены коррозии, или ржавлению — разрушению в результате окисления. Своевременная защита от коррозии позволяет продлить срок службы металлических изделий и конструкций.

Защита от коррозии

Виды коррозии

Ученые давно борются с коррозией и выделили несколько основных ее типов:

• Атмосферная. Происходит окисление вследствие контакта с кислородом воздуха и содержащимися в нем водяными парами. Присутствие в воздухе загрязнений в виде химически активных веществ ускоряет ржавление.
• Жидкостная. Проходит в водной среде, соли, содержащиеся в воде, особенно морской, многократно ускоряют окисление.
• Почвенная. Этому виду подвержены изделия и конструкции, находящиеся в грунте. Химический состав грунта, грунтовые воды и токи утечки создают особую среду для развития химических процессов.

Исходя из того, в какой среде будет эксплуатироваться изделие, подбираются подходящие методы защиты от коррозии.

Характерные типы поражения ржавчиной

Различают следующие характерные виды поражения коррозией:

• Поверхность покрыта сплошным ржавым слоем или отдельными кусками.
• На детали возникли небольшие участки ржавчины, проникающей в толщину детали.
• В виде глубоких трещин.
• В сплаве окисляется один из компонентов.
• Глубинное проникновение по всему объему.
• Комбинированные.

Виды коррозионных разрушений

По причине возникновения разделяют также:

• Химическую. Химические реакции с активными веществами.
• Электрохимическую. При контакте с электролитическими растворами возникает электрический ток, под действием которого замещаются электроны металлов, и происходит разрушение кристаллической структуры с образованием ржавчины.

Коррозия металла и способы защиты от нее

Ученые и инженеры разработали множество способов защиты металлических конструкций от коррозии.

Защита от коррозии  индустриальных и строительных конструкций, различных видов транспорта осуществляется  промышленными способами.

Зачастую они достаточно сложные и дорогостоящие. Для защиты металлических изделий в условиях домовладений применяют бытовые методы, более доступные по цене и не связанные со сложными технологиями.

Промышленные

Промышленные методы защиты металлических изделий подразделяются на ряд направлений:

• Пассивация. При выплавке стали в ее состав добавляют легирующие присадки, такие, как Cr, Mo, Nb, Ni. Они способствуют образованию на поверхности детали прочной и химически стойкой пленки окислов, препятствующей доступу агрессивных газов и жидкостей к железу.
• Защитное металлическое покрытие. На поверхность изделия наносят тонкий слой другого металлического элемента — Zn , Al, Co и др. Этот слой защищает железо о т ржавления.
• Электрозащита. Рядом с защищаемой деталью размещают пластины из другого металлического элемента или сплава, так называемые аноды. Токи в электролите текут через эти пластины, а не через деталь. Так защищают подводные детали морского транспорта и буровых платформ.
• Ингибиторы. Специальные вещества, замедляющие или вовсе останавливающие химические реакции.
• Защитное лакокрасочное покрытие.
• Термообработка.

Порошковая покраска для защиты от коррозии

Способы защиты от коррозии, используемые в индустрии, весьма разнообразны. Выбор конкретного метода борьбы с коррозией зависит от условий эксплуатации защищаемой конструкции.

Бытовые

Бытовые методы защиты металлов от коррозии сводятся, как правило, к нанесению защитных лакокрасочных покрытий. Состав их может быть самый разнообразный, включая:

• силиконовые смолы;
• полимерные материалы;
• ингибиторы;
• мелкие металлические опилки.

Отдельной группой стоят преобразователи ржавчины — составы, которые наносят на уже затронутые коррозией конструкции. Они восстанавливают железо из окислов и предотвращают повторную коррозию. Преобразователи делятся на следующие виды:

• Грунты. Наносятся на зачищенную поверхность, обладают высокой адгезией. Содержат в своем составе ингибирующие вещества, позволяют экономить финишную краску.
• Стабилизаторы. Преобразуют оксиды железа в другие вещества.
• Преобразователи оксидов железа в соли.
• Масла и смолы, обволакивающие частички ржавчины и нейтрализующие ее.

Грунт-преобразователь ржавчины

При выборе грунта и краски лучше брать их от одного производителя. Так вы избежите проблем совместимости лакокрасочных материалов.

Защитные краски по металлу

По температурному режиму эксплуатации краски делятся на две большие группы:

• обычные, используемые при температурах до 80 °С;
• термостойкие.

По типу связующей основы краски бывают:

• алкидные;
• акриловые;
• эпоксидные.

Лакокрасочные покрытия по металлу имеют следующие достоинства:

• качественная защита поверхности от коррозии;
• легкость нанесения;
• быстрота высыхания;
• много разных цветов;
• долгий срок службы.

Большой популярностью пользуются молотковые эмали, не только защищающие метал, но и создающие эстетичный внешний вид. Для обработки металла распространена также краска-серебрянка. В ее состав добавлена алюминиевая пудра. Защита металла происходит за счет образования тонкой пленки окиси алюминия.

Краска-серебрянка

Эпоксидные смеси из двух компонентов отличаются исключительной прочностью покрытия и применяются  для узлов, подверженных высоким нагрузкам.

Защита металла в бытовых условиях

Чтобы надежно защитить металлические изделия от коррозии, следует выполнить следующую последовательность действий:

• очистить поверхность от ржавчины и старой краски с помощью проволочной щетки или абразивной бумаги;
• обезжирить поверхность;
• сразу же нанести слой грунта;
• после высыхания грунта нанести два слоя основной краски.

При работе следует использовать средства индивидуальной защиты:

• перчатки;
• респиратор;
• очки или прозрачный щиток.

Способы защиты металлов от коррозии постоянно совершенствуются учеными и инженерами.

Методы противостояния коррозионным процессам

Основные методы, применяемые для противодействия коррозии, приведены ниже:

• повышение способности материалов противостоять окислению за счет изменения его химического состава;
• изоляция защищаемой поверхности от контакта с активными средами;
• снижение активности окружающей изделие среды;
• электрохимические.

Первые две группы способов применяются во время изготовления конструкции, а вторые – во время эксплуатации.

Методы повышения сопротивляемости

В состав сплава добавляют элементы, повышающие его коррозионную устойчивость. Такие стали называют нержавеющими. Они не требуют дополнительных покрытий и отличаются эстетичным внешним видом. В качестве добавок применяют никель, хром, медь, марганец, кобальт в определенных пропорциях.

Нержавеющая сталь AISI 304

Стойкость материалов к ржавлению повышают также, удаляя их состава ускоряющие коррозию компоненты, как, например, кислород и серу — из стальных сплавов, а железо – из магниевых и алюминиевых.

Снижение агрессивности внешней среды и электрохимическая защита

С целью подавления процессов окисления во внешнюю среду добавляют особые составы — ингибиторы. Они замедляют химические реакции в десятки и сотни раз.

Электрохимические способы сводятся к изменению электрохимического потенциала материала путем пропускания электрического тока. В результате коррозионные процессы сильно замедляются или даже вовсе прекращаются.

Пленочная защита

Защитная пленка препятствует доступу молекул активных  веществ к молекулам металла и таким образом предотвращают коррозионные явления.

Пленки образуются из лакокрасочных материалов, пластмассы и смолы.  Лакокрасочные покрытия недороги и удобны в нанесении. Ими покрывают изделие в несколько слоев. Под  краску наносят слой грунта, улучшающего сцепление с поверхностью и позволяющего экономить более дорогую краску. Служат такие покрытия от 5 до 10 лет. В качестве грунта иногда применяют смесь фосфатов марганца и железа.

Защитные покрытия создают также из тонких слоев других металлов: цинка, хрома, никеля. Их наносят гальваническим способом.

Покрытие металлом с более высоким электрохимическим потенциалом, чем у основного материала, называется анодным. Оно продолжает защищать основной материал, отвлекая активные окислители на себя, даже в случае частичного разрушения. Покрытия с более низким потенциалом называют катодными. В случае нарушения такого покрытия оно ускоряет коррозию за счет электрохимических процессов.

Металлическое покрытие также можно наносить также методом распыления в струе плазмы.

Применяется также и совместный прокат нагретых до температуры пластичности листов основного и защищающего металла. Под давлением происходит взаимная диффузия молекул элементов в кристаллические решетки друг друга и образование биметаллического материала. Этот метод называют плакированием.

Коррозия металлов и методы защиты от нее

Коррозия металлов и методы защиты от нее

Категория:

Промышленные материалы

Коррозия металлов и методы защиты от нее

Коррозией называется разрушение металла вследствие химического или электрохимического взаимодействия его с окружающей средой. Коррозии подвержены все металлы, но в зависимости от условий эксплуатации, хранения и транспортирования протекает она по-разному. Примерно около 10% выплавляемых черных металлов ежегодно теряются в виде коррозионной пыли.

Первоначальная стадия коррозии выражается в потускнении поверхности металла, появлении на изделиях темных точек или участков, окрашенных в другой цвет, например медь становится зеленоватой.

Коррозию классифицируют по механизму разрушения (окисления), виду агрессивной среды, характеру разрушения.

В зависимости от механизма разрушения коррозию подразделяют на химическую и электрохимическую.

Химическая коррозия характеризуется только окислительными процессами. Протекает она в неэлектролитах — бензине, керосине, сухих газах. Этот вид коррозии часто наблюдается при высоких температурах. При комнатной температуре металлы также окисляются с образованием на поверхности оксидной пленки, которая препятствует проникновению агрессивных элементов вглубь.

Электрохимическая коррозия в отличие от химической характеризуется наличием окислительных и восстановительных процессов при протекании электрического тока. Она является наиболее распространенной и сложной. К ней относится коррозия в атмосферных условиях, в морской и речной воде, в электролитах.

По виду агрессивной среды коррозию подразделяют на атмосферную, морскую и речную, почвенную, коррозию в электролитах и др.

Атмосферная коррозия является наиболее распространенной, на ее долю приходится около 80% всех коррозионных разрушений. Атмосферную коррозию подразделяют по виду атмосферы и по виду климата. По виду атмосферы ее делят на промышленную, сельскую, приморскую и др. Наиболее агрессивной является приморско-про-мышленная среда, так как в ней наряду с высокой влажностью частыми туманами находятся и различные газы (сернистые, серные, оксиды углерода и др.), поступающие с промышленных предприятий. По виду климата атмосферную коррозию подразделяют на коррозию в умеренном и коррозию в тропическом климате. Последняя значительно сильнее действует на металл, так как кроме высокой влажности влияет температура, солнечная радиация и другие факторы.

Морской и речной коррозией называют разрушение металла соответственно в морской или речной воде, например разрушение корпусов, гребных винтов морских и речных судов, лодок и т. п.

Почвенная коррозия вызывает коррозию металлов в почве, например, водопроводных, газовых или других металлических труб, свай, находящихся в земле.

Коррозией в электролитах называется разрушение металла в водных растворах кислот, щелочей и солей. Этот вид коррозии встречается при травлении металлов, в химической промышленности.

По характеру разрушения металла коррозию подразделяют на четыре вида (рис. 1).

Защита металлов от коррозии. Для защиты металлов от коррозии применяют следующие методы: повышение коррозионной стойкости металлов, снижение агрессивности среды, отделение металла от агрессивной среды-

Повышение коррозионной стойкости металлов осуществляют легированием, удалением из металлов вредных примесей (очистка), модифицированием, химико-термической обработкой.

Рис. 1. Виды коррозии: а —сплошная; б — местная; в—язвенная; г — межкристаллитная

Для снижения агрессивности среды уменьшают концентрацию агрессивных газов, удаляют влагу, пыль и другие загрязнения. Эти способы особенно эффективны при хранении металлоизделий на складах и при их транспортировании. Для этой цели в складских помещениях поддерживают постоянную температуру и влажность, помещения хорошо проветриваются.

Кроме того, применяют ингибиторную защиту, т. е. в агрессивную среду вводят вещества, уменьшающие степень ее коррозионной агрессивности, называемые ингибиторами. Чаще всего ингибиторы вводят в смазки.

Защиту металлов от коррозии, связанную с их отделением от агрессивной среды, осуществляют нанесением металлических и неметаллических покрытий, смазочных масел (индустриальные масла).

По способу нанесения металлические покрытия подразделяют на гальванические и нанесенные горячим методом. Для гальванических покрытий характерна пористость. Поэтому их наносят на предварительно нанесенные слои других металлов. Например, при покрытии металла никелем в качестве подслойного материала применяют медь. Сущность гальванического метода заключается в осаждении металла из раствора солей на изделии при пропускании через раствор электрического тока. При горячем методе готовое изделие опускают на несколько секунд в расплавленный металл, предназначенный для нанесения покрытий. Этим методом наносят покрытия из легкоплавких металлов.

В качестве неметаллических покрытий для защиты от коррозии применяют лакокрасочные, силикатные, полимерные и другие покрытия. Защищают металл и путем создания оксидных пленок на его поверхности — оксидированием.

—

Коррозией называется процесс разрушения металлов и сплавов под воздействием внешней среды. Типичными примерами коррозии является ржавление стали, разъедание подводных частей судов морской водой, разрушение деталей химической Аппаратуры под влиянием растворов солей и кислот, от действия высокой температуры и т. д.

Известно, что от коррозии ежегодно пропадает до 10% всех добываемых металлов. Это огромные потери, и борьба с ними приобретает серьезное значение. Для борьбы с коррозией применяют следующие способы:

Оксидирование — нагрев стального изделия и охлаждение-в минеральном масле. На поверхности стали образуется тонкая пленка окисла черного цвета, защищающая ее от ржавления. Такое покрытие называется оксидированием или воронением стали. Оксидирование часто применяется для покрытия оружия: пистолетов, охотничьих ружей и т. п.

При сухом воронении стальные изделия покрывают тонким слоем асфальтового лака и выдерживают в течение 10—20 минут в печи при температуре 300—450°. Поверхность изделия приобретает блестящий синий или черный цвет.

Легирование — процесс сплавления стали с другими металлами, значительно улучшающими ее свойства. Коррозионная стойкость стали возрастает, если в ее состав входят не поддающиеся окислению на воздухе металлы. Таким путем получают нержавеющую сталь, в которой легирующими элементами являются хром (12—18%) или никель (4—8%).

Металлическое покрытие. В целях экономии стойких от коррозии металлов ими покрывают металлические изделия только поверхностным тонким слоем. Для покрытия стальных изделий широко применяются цинк (оцинкованное железо) и олово (луженая жесть). Это покрытие осуществляется погружением деталей с тщательно очищенной поверхностью в расплавленный металл или гальваническим способом с помощью постоянного электрического тока (никелирование, хромирование).

Окраска. Самый простой и распространенный способ предохранения металлов от коррозии — это покрытие их красками, лаками и эмалями. После высыхания растворителя изделие оказывается защищенным слоем краски или эмали, который, кроме защиты от коррозии, придает металлу желаемый цвет.

Смазка. Предохранение металлических изделий от коррозии хорошо осуществляет слой густого масла, которое выполняет эту роль так же, как краски, но в отличие от них легко может быть Удалено в случае необходимости. Смазка маслом широко применяется для защиты от коррозии станков, инструментов, оружия, особенно в период их храпения (консервация).

—

Коррозией называется непроизвольное разрушение металлов и сплавов под действием окружающей среды. Коррозия называется химической, если она происходит под действием сухих газов или жидкостей-неэлектролитов, т. е. жидкостей, не проводящих электрический ток (бензин, керосин, смола и т. п.). Коррозия называется электрохимической, если она происходит при взаимодействии с жидкостями-электролитами, т. е. проводящими электрический ток (вода, пар, водяные растворы солей, щелочи, кислоты и т. п.).

Так как в подавляющем большинстве случаев металлические детали работают в условиях влажной атмосферы или газов, а некоторые детали, например в подводных лодках, пароходах и гидросамолетах, при непосредственном контакте с растворами солей (морская вода), то явление коррозии может наблюдаться на них в сильной степени, если не будут приняты меры, замедляющие скорость коррозии или устраняющие ее вовсе.

Статистические данные показывают, что количество металлов и сплавов, пришедших в негодность от коррозии, составляет около 40% от общего количества выплавленных металлов и сплавов.

Мировые потери от коррозии за время с 1890 по 1923 г. выражаются огромной цифрой — 706 млн. т из 1760 млн. т общего количества чугуна и стали, выплавленных за тот же период.

При химической коррозии металл или сплав, взаимодействуя с газами при высоких температурах или с жидкостями-неэлектролитами, образует различные химические соединения (оксиды, сульфиды, и др.), т. е. разрушается, переходя в неметаллическое состояние.

При электрохимической коррозии металл или сплав, взаимодействуя с электролитом, переходит в раствор в виде положительно заряженных частиц (ионов).

Происходящие здесь процессы напоминают действие простейшего гальванического элемента. Если такой элемент состоит из пластинки цинка, опущенной в раствор сернокислого цинка, и пластинки меди, опущенной в раствор сернокислой меди, то при замыкании этих пластинок возникает электрический ток и электроны начинают перемещаться от цинковой пластинки к медной. Это значит, что у цинка большая способность превращаться в положительно заряженные частицы (ионы).

В силу этих причин цинковая пластинка в гальваническом элементе в процессе работы будет разрушаться. Образование микрогальванических элементов вследствие неоднородности структуры при взаимодействии металлов и сплавов с жидкостями-электролитами и составляет сущность процесса электрохимической коррозии.

Реклама:

Читать далее:

Виды коррозионных разрушений

Статьи по теме:

II. Типы коррозии и методы защиты

катион

1с

ограниченный,

на

низкое значение

от

potei; tia-1 разница с проводящими средами с малым анодом

-катод

разделение

Impr

Защита по току essed дает

следующие преимущества:

1. Широкий диапазон разности потенциалов

–

достижимо

2.

Разница потенциалов

re

nc

e может быть

скорректирована для соответствия требованиям

из

изменяющихся условий.

3. Большие площади можно защитить. даже

пайков с большим анодом-катушкой

ode

se

pa-

и те, которые расположены в среде с высоким сопротивлением

.

4.

Необходимо несколько анодов.

Th

e Наиболее серьезные недостатки:

1.

Требование

к надежному источнику питания

Источник питания

2.

Риск

из

избыточная защита Неправильная полярность

соединения возможны

4. Непросто достичь равномерного потенциала электрода на поверхности металла

.

(b)

Anodic

pro

tection

Принцип

из

анодная защита

зависит от поддержания стабильного слоя пассии

на металлической поверхности.

Добавление

из

элементов, таких как палладий

или

co

pp

er в виде компонентов с низкой концентрацией

в легированной стали производит гальву

ni

c анодная защита

000 л.

Анодная защита наложенным током

используется в гораздо меньшей степени, чем его катодный аналог

, хотя примеры

включают защиту резервуаров для хранения химикатов

(Рисунок 5) и теплообменников.

На

ввод в эксплуатацию. подаваемый ток должен на

превышать критическое значение va

lu

e, необходимое для пропуска поверхности

. Таким образом,

футов

er, происходит уменьшение

в токе

, так что подаваемый ток

поддерживает пассивную пленку

.

Текущий

тогда минимален. Например, нержавеющая сталь и титановые сплавы

могут быть защищены в кислотном электролите средствами

из

импресс

ed

токовая анодная защита.

Покрытия поверхностей

Для защиты поверхности

eta

л может применяться широкий спектр

из

покрытий поверхности

.

Должно быть

Возмещение должно быть

должно быть выплачено

во избежание локальных повреждений, которые могут

сделать

участков поверхности уязвимыми для

коррозии. Примеры

из

поверхностного покрытия

защитных слоев включают:

1.

Краска

или

полимерная облицовка.

2. Оксиды металлов, такие как

анодирование

алюминия

.

3.

Металлическое покрытие, например,

сталь

l sh

ee

t elec-

tro

покрытие цинком

или

hot

-d

0003

-d

оцинкованное железо.

Раствор

Цинк

Сталь

(a)

Counrer-

ele

ctrode

To

porenrio

s

rode

000

000

000

000

ror

Рисунок

5.Анодная защита

s1ee /

1ank

by

1he

application

of

po1ential

из

1he

1ank

surface

is

maimained

a1

a

100002000

000

специализированный блок питания

ly

известный

как

a

po1en1ios1at.

В случаях

ll

защитных покрытий,

последствий дефектов

покрытия

(возможно

из-за

подготовки поверхности) или

повреждений

из

покрытие

(возможно

с во время установки

или

в эксплуатации) на коррозию

необходимо учитывать. Примеры:

, показанные на рисунке 6, где гальваническое кор-

at

поврежденная зона

в лакокрасочном покрытии на металле

(Рисунок 6 (c)).

ВЫВОДЫ

Большое разнообразие различных типов коррозии

может происходить в зависимости от конкретных условий

металлической поверхности. Номер

из

, эти

зависят от самого металла

, а остальные

связаны с окружающей средой. Доступен широкий спектр профилактических методов

из

для

контроль коррозии; все они зависят от

при удалении компонентов

в

розиционной ячейке

или (чаще

y)

от

, снижая скорость электродных процессов.

БЛАГОДАРНОСТИ

Материал

, содержащийся в этом учебном пособии

n

ote

используется в лекциях по коррозии для первых

года бакалавра прикладной химии

tr

000

ed

Env

ironm

enta

l Science

и

BTEC

HNC / HND

курсы бакалавриата

и был адресован

в университеты

на краткосрочных курсах

на промышленных курсах

из Саутгемптона и Шеффилда.

авторов

благодарны за f

ee

dback from

их многочисленные работы

dent

s.

ДАЛЬНЕЙШИЕ

ЧТЕНИЕ

1. K.R. Trethewey and J.

Chamber

lain,

«Коррозия для студентов

из

Science

and Engineering», Longman Harlow,

1988.

-a

полезный низкоуровневый intr od

нацелен на

на

широкой читательской аудитории.

Solution

Олово

Сталь

(b)

2. У. Вранглен,

‘An

Введение в

Коррозия и защита металлов’

Chapman and Hall, London, 1985. ‘

– широкий охват

из

принципов.

3.

Дж. М. Вест, «Основная коррозия и

окисление», Эллис Хорвуд

Чичестер. 1980. ‘

-an excelle

nt

обработка

из

фундаментальные

термодинамика и кинетика.

4. E.Mattson, ‘Basic Corrosion Tech-

nology for Scientists

and

Engineers’

E

ll

is

Horwood, Chichester, 1989. ‘

-a

низкоуровневое введение с

множеством примеров из практики

.

5.

Д. Плетчер, «Первый курс по

электродным процессам»,

The

Electro-

chemical Consultancy, Romsey,

1991.

-a

Упрощенный электрохимический подход

к методам электрохимии.

6.

Д. Плетчер и Ф. К. Уолш, «Industrial

Electrochemistry», 2-е изд.,

Chapman and Hall, London,

1990 ».

– фундаментальные

и

технологические

аспекты

из

коррозия помещается

в

за-

в рамках

из

другие

электрохимические

электрические

процессы.

7.

M.G.Fontana, «Corrosion En-

gineering», 3rd

Ed

n

.,

McGraw-Hill

Int.

Ed

ns., New York, 1987.

– специализированный текст с обширным охватом

принципов и практики

.

8. U.R.Evans,

‘An

Introduction to

Metallic Corrosion

‘,

3rd

Edn, Arnold,

London, 1981.

-one

из

классический

te

xt

книги по принципам

из

защиты от коррозии и защиты.

9.

P.Neufeld (Ed.),

‘A

Рабочая группа

Отчет

о практической коррозии

Принципы

Европейский

Федерация

ti

Публикации по коррозии No.2,

The

Institute

of

Metals, London,

1989.

-a полезная

summa

ry

из

принципы

с описанием

simple

эксперт-

им

энц.

10. F.C. Уолш, ‘Электродные реакции при чистовой обработке металлов

· и электрохимические

Реакции в ячейках при чистовой обработке металлов,

Trans.Inst. Металлическая отделка.,

69

(3),

(1991), 107-116.

– первые две части

из

Учебник серии

es

по обработке металла.

11.

M.G. Fontana

и

ND Greene,

‘Corrosion Engin

eer

ing’, McGraw-

Hill, New York, 1967.

-a classic

te

xt

xt принципы

из

инженерии коррозии и про-

tec

ti

on.

12. F.C. Уолш и Б.Д. Баркер,

‘Th

e

Общий

Скорость

с электрода

Реакции; Законы Фарадея для электролиза

», Пер. Inst. Металл

Финиш., 69 (4), (1991) 155-162.

-t

he

третья

и

четвертая статьи в этой серии руководств

.

Woter

+ низкий

конус

.электролиты

(от co., so ,, Noell

Point

(c)

Металл

Fi

gu

re

6. Коррозия

из

a subs1rme al dama

d или

def

ee

l площадки

in

охлаждения:

(a)

z

in

c-

p / a1

0002 ed

0002 ed

0003

l

wh

ere

1h

ez

in

c анодный

с

по отношению к базовой стали

и цинку c

или

rs

r

предпочтительно: (b)

олово

уголь

is

ca1hodic

wilh

res

кожура

10

1he

und

erlying s

1eel

и

Rapid,

локальная коррозия

из

th

e sub irate занимает

pla

ce:

000

000

000

e неблагоприятный случай

из

a small ano

de

ar

ea и

lar

ge

caihode area: (

c)

lo

коррозии a me / al

subs1ra1

e

может произойти

на поврежденном участке

на месте

coa1

i

11

g.

(во всех случаях предполагается, что кислородный красный

11

c

1i

на

равен

1h

e c

a1h

ode process).

120

Предотвращение коррозии металлов

Практически во всех ситуациях коррозию металла можно контролировать, замедлять или даже останавливать с помощью надлежащих методов. Предотвращение коррозии может принимать различные формы в зависимости от обстоятельств коррозии металла.Методы предотвращения коррозии можно разделить на 6 групп:

Изменение окружающей среды

Коррозия вызывается химическим взаимодействием металла и газов в окружающей среде. Удалив металл из окружающей среды или изменив тип окружающей среды, можно немедленно снизить износ металла.

Это может быть так же просто, как ограничение контакта с дождем или морской водой путем хранения металлических материалов в помещении, или может быть в форме прямого воздействия на металл в окружающей среде.

Методы снижения содержания серы, хлорида или кислорода в окружающей среде могут ограничить скорость коррозии металла. Например, питательная вода для водогрейных котлов может быть обработана смягчителями или другими химическими средами, чтобы отрегулировать жесткость, щелочность или содержание кислорода, чтобы уменьшить коррозию внутри устройства.

Выбор металла и состояние поверхности

Ни один металл не защищен от коррозии во всех средах, но благодаря мониторингу и пониманию условий окружающей среды, которые являются причиной коррозии, изменение типа используемого металла также может привести к значительному снижению коррозии.

Данные о коррозионной стойкости металлов можно использовать в сочетании с информацией об условиях окружающей среды для принятия решений относительно пригодности каждого металла.

Постоянно ведется разработка новых сплавов, предназначенных для защиты от коррозии в определенных средах. Никелевые сплавы Hastelloy, стали Nirosta и титановые сплавы Timetal – все это примеры сплавов, предназначенных для предотвращения коррозии.

Контроль состояния поверхности также важен для защиты металла от коррозии.Трещины, щели или неровности поверхности, вызванные эксплуатационными требованиями, износом или производственными дефектами, могут привести к более высокой скорости коррозии.

Надлежащий мониторинг и устранение излишне уязвимых состояний поверхности, а также принятие мер для обеспечения того, чтобы системы были спроектированы таким образом, чтобы избегать сочетаний химически активных металлов и чтобы коррозионные агенты не использовались при очистке или обслуживании металлических деталей, также являются частью эффективной программы снижения коррозии. .

Катодная защита

Гальваническая коррозия возникает, когда два разных металла находятся вместе в коррозионном электролите.

Это обычная проблема для металлов, погруженных вместе в морскую воду, но может также возникнуть, когда два разнородных металла погружены в непосредственной близости во влажную почву. По этим причинам гальваническая коррозия часто поражает корпуса судов, морские буровые установки и нефте- и газопроводы.

Катодная защита работает путем преобразования нежелательных анодных (активных) участков на поверхности металла в катодные (пассивные) посредством приложения противодействующего тока.Этот противодействующий ток поставляет свободные электроны и заставляет локальные аноды поляризоваться до потенциала локальных катодов.

Катодная защита может иметь две формы. Первое – это внедрение гальванических анодов. Этот метод, известный как жертвенная система, использует металлические аноды, введенные в электролитическую среду, чтобы жертвовать собой (корродировать), чтобы защитить катод.

В то время как металл, требующий защиты, может варьироваться, расходуемые аноды обычно изготавливаются из цинка, алюминия или магния, металлов с наиболее отрицательным электрическим потенциалом.Гальваническая серия обеспечивает сравнение различного электрического потенциала – или благородства – металлов и сплавов.

В жертвенной системе ионы металла перемещаются от анода к катоду, что приводит к более быстрой коррозии анода, чем в противном случае. В результате анод необходимо регулярно заменять.

Второй метод катодной защиты называется защитой от наложенного тока. Этот метод, который часто используется для защиты подземных трубопроводов и корпусов судов, требует подачи в электролит альтернативного источника постоянного электрического тока.

Отрицательный вывод источника тока соединен с металлом, а положительный вывод подсоединен к вспомогательному аноду, который добавляется для замыкания электрической цепи. В отличие от гальванической (протекторной) анодной системы, в системе защиты наложенным током вспомогательный анод не жертвуется.

Ингибиторы

Ингибиторы коррозии – это химические вещества, которые вступают в реакцию с поверхностью металла или окружающими газами, вызывая коррозию, тем самым прерывая химическую реакцию, вызывающую коррозию.

Ингибиторы могут работать, адсорбируясь на поверхности металла и образуя защитную пленку. Эти химические вещества можно наносить в виде раствора или в качестве защитного покрытия с помощью методов диспергирования.

Процесс замедления коррозии ингибитором зависит от:

• Изменение поведения анодной или катодной поляризации
• Уменьшение диффузии ионов к поверхности металла
• Повышение электрического сопротивления поверхности металла

Основными отраслями конечного использования ингибиторов коррозии являются нефтепереработка, разведка нефти и газа, химическое производство и водоочистные сооружения.Преимущество ингибиторов коррозии заключается в том, что они могут наноситься на металлы на месте в качестве корректирующего действия для противодействия неожиданной коррозии.

Покрытия

Краски и другие органические покрытия используются для защиты металлов от разрушающего воздействия газов окружающей среды. Покрытия сгруппированы по типу используемого полимера. Обычные органические покрытия включают:

• Алкидные и эпоксидноэфирные покрытия, которые при сушке на воздухе способствуют окислению поперечных связей
• Двухкомпонентные уретановые покрытия
• И акриловые, и эпоксидные полимерные отверждаемые излучением покрытия
• Комбинированные латексные покрытия на основе винила, акрила или стирола
• Водные- растворимые покрытия
• Высокотвердые покрытия
• Порошковые покрытия

Покрытие

Металлические покрытия или гальваника могут применяться для предотвращения коррозии, а также для обеспечения эстетической декоративной отделки.Есть четыре распространенных типа металлических покрытий:

• Гальваника: Тонкий слой металла – часто никеля, олова или хрома – наносится на металлическую основу (обычно сталь) в электролитической ванне. Электролит обычно представляет собой водный раствор, содержащий соли осаждаемого металла.
• Механическое покрытие: Металлический порошок можно приваривать холодным способом к металлической подложке путем переворачивания детали вместе с порошком и стеклянными шариками в обработанном водном растворе.Механическое покрытие часто используется для нанесения цинка или кадмия на мелкие металлические детали
• Без использования электричества: Металлическое покрытие, такое как кобальт или никель, наносится на металлическую основу с помощью химической реакции в этом неэлектрическом методе нанесения покрытия.
• Горячее погружение: При погружении в ванну расплава защитного металлического покрытия тонкий слой прилипает к металлу основы.

Типы и причины коррозии и способы их предотвращения Блог Motion and Control Technology

Контроль и предотвращение коррозии является критическим фактором во многих промышленных условиях.Если не лечить, коррозия может поставить под угрозу инфраструктуру, безопасность и эффективность бизнеса – с потенциально разрушительными последствиями. Это также плохо для чистой прибыли; По оценке NACE International, ежегодные издержки от коррозии составляют 2,5 триллиона долларов.
С другой стороны, инженерам-конструкторам доступно больше инструментов, чем когда-либо прежде. Углубленное понимание типов и причин коррозии, усовершенствования в материалах и рекомендации по передовому опыту – все это помогает инженерам предотвращать и сокращать деградацию металлов.

Информация в этом посте обобщает недавний технический документ Parker по борьбе с коррозией.

Определения коррозии

Коррозия – это процесс, при котором инфраструктура, продукты и детали могут разрушаться в результате химической или электрохимической реакции с окружающей средой.

Основные виды коррозии

Сегодня в промышленности обычно встречаются шесть типов коррозии:
• Гальваническая коррозия – это когда два электрохимических разных материала (например.грамм. сталь и латунь) вступают в контакт в коррозионной среде, вызывая коррозию наименее стойкого материала.
• Точечная коррозия возникает, когда глубокие узкие отверстия быстро проникают внутрь, но остальная часть металла поверхности остается нетронутой. Обычно это относится к самопассивирующимся материалам, таким как нержавеющая сталь или алюминиевые сплавы
• Равномерная коррозия происходит с постоянной скоростью, оставляя равномерный отложение на поверхности незащищенного металла
• Щелевая коррозия может быть обнаружена там, где застойная жидкость скапливается локально в небольших зазорах , например, в карманах или углах
• Межкристаллитная коррозия происходит на зернистой структуре сплава или рядом с ней, вызывая локальные повреждения
• Коррозия под напряжением – это когда материал подвергается постоянному или изменяющемуся напряжению в коррозионной среде, что приводит к трещинам .

Что вызывает коррозию?

Причины коррозии сложны и различаются в зависимости от отрасли. Ниже перечислены некоторые общие для конкретных отраслей промышленности примеры:
• Коррозия в строительстве часто возникает из-за того, что металлы подвергаются воздействию внешних элементов и экстремальных температур.
• Подземная добыча типична для кислой водной среды (часто с хлоридами и сульфатами) в сочетании с высоким влажность и температура
• Коррозия в лесном хозяйстве часто имеет место в удаленных местах, где оборудование, припаркованное на траве или почвенных поверхностях, втягивает большое количество влаги за ночь; это может вызвать коррозию бортовых механических систем и компонентов.
Условия окружающей среды также влияют на скорость и распространение коррозии. В условиях влажности образуется влага, вызывающая реакцию, при которой металлы разъедают гораздо быстрее, чем в сухих условиях.
Один или несколько из следующих факторов часто присутствуют в агрессивной среде:
• Влажность
• Экстремальные температуры
• Поверхностная влажность
• Частицы в воздухе
• Соль
• Промышленные смазочные материалы.

Предотвращение коррозии и борьба с ней

Инженеры могут использовать ряд методов для уменьшения или предотвращения коррозии.Эти методы, более подробно рассмотренные в официальном документе по борьбе с коррозией, включают:
• Выбор материалов – выбор правильных материалов для задачи и окружающей среды является ключевым моментом. В то время как все металлы могут подвергаться коррозии в агрессивной среде, характеристики сплавов могут сильно отличаться; выбор правильного баланса прочности на разрыв с устойчивостью к нагреванию, химическим веществам и коррозии имеет решающее значение.
• Совместимость материалов – инженерам необходимо учитывать контакты между потенциально несовместимыми материалами при разработке продуктов; например, такие комбинации, как медь и нержавеющая сталь или бронза и сталь, могут привести к гальванической коррозии.Выбор совместимых металлов и сплавов или использование изоляции для предотвращения образования электрического пути может помочь решить эту проблему.
• Защитные покрытия – некоторые металлы, такие как сталь, железо и алюминий, могут иметь антикоррозийное покрытие в качестве защиты. Выбор оптимального металла и техники покрытия основан на тщательном анализе прочности, долговечности, трения, крутящего момента и коррозионной стойкости для задачи
• Испытания на коррозию – контролируемые испытания могут моделировать ряд агрессивных сред, включая брызги соленой воды, соляной туман, высыхание и влажность .Такие тесты обычно выполняются в соответствии с очень точными спецификациями, такими как воссоздание сезонных погодных циклов для воспроизведения реальных условий
• Управление коррозией – эффективная система управления коррозией может помочь предприятиям эффективно управлять угрозами. Мониторинг состояния и журналы происшествий могут помочь получить более четкое представление о практике коррозии; обмен информацией между отделами подчеркивает потенциальную взаимосвязь между капитальными затратами, процедурами послепродажного обслуживания и сроком службы активов.

Борьба с коррозией: информационный документ

Загрузить официальный документ

Статья предоставлена ​​доктором Филиппом Вагенером

Статьи по теме:

Новое покрытие устойчиво к коррозии в восемь раз дольше, чем обычные покрытия

Пыль и влага: динамическое время простоя Duo

Что такое коррозия металла и как ее предотвратить?

Коррозия создает всевозможные проблемы для предприятий, которые покупают металлические сплавы для использования в различных областях – только для того, чтобы обнаружить, что они не соответствуют требованиям, или у них неправильный сплав.

Протекающие ванные комнаты, сломанные мосты, поврежденные нефтепроводы и ржавые выхлопные трубы автомобилей – все это примеры коррозии металла.

Замена этих сплавов – дорогостоящая работа. Вы должны не только платить за материалы, но и требовать дополнительных затрат труда на их замену.

Коррозия представляет собой огромную проблему для инженеров, и ремонт может стоить тысячи или сотни тысяч фунтов для одного предприятия.

С другой стороны, вам может не хватать опыта и знаний, чтобы покупать коррозионно-стойкие металлы, а это значит, что вы захотите сделать свою первую покупку правильно.

Мы собираемся объяснить основы коррозии металлов и рассказать, как найти правильный сплав, который поможет предотвратить коррозию металлов в ваших приложениях.

Что такое коррозия металлов и что вызывает коррозию металлов?

Коррозия – это ухудшение состояния металла или сплава или постепенное разрушение материала из-за окружающей среды, в которой он присутствует.

Металлы подвергаются суровым условиям, таким как экстремальные температуры или даже простые элементы, такие как ветер и воды.Газы, контактирующие с металлом, определяют скорость коррозии, а также сам металл.

Газы, такие как водород и кислород, вызывают коррозию, а также грязь и сажу, электрические токи или когда на металл оказывается слишком большая нагрузка, вызывающая его растрескивание.

Как видите, существует множество факторов, которые могут повлиять на коррозионную стойкость металлов, поэтому важно выбрать правильный, поговорив с компанией, имеющей опыт работы с коррозионно-стойкими металлами.

Как коррозия влияет на металлы

?

Коррозия может иметь как положительные, так и отрицательные последствия, но мы не советуем выбирать металл, который не является коррозионно-стойким, когда это необходимо. Например, иногда зеленая патина, покрывающая металлы, может предотвратить повреждение от суровых погодных условий. Но вы должны учитывать нестабильность и потенциальные повреждения, которые может вызвать коррозия.

Различные типы коррозии

Существует четыре различных типа коррозии:

Общая коррозия

Возникает на поверхности металла, легко поддается обработке и является распространенной формой коррозии. коррозия.Например, вы могли взять в руки медную монету с зеленой поверхностью.

Локальная коррозия

Локальная коррозия поражает часть металлической конструкции, она может быть разрушительной, поскольку ее довольно сложно предсказать, обнаружить и охарактеризовать. Существует три типа локальной коррозии:

• Язвенная коррозия – образование небольших отверстий на поверхности металла.
• Щель – атака на разрыв или область рядом с промежутком между материалами.
• Filiform – когда вода проникает под поверхность материала и вызывает коррозию.

Гальваническая коррозия

Происходит, когда два металла соединяются в жидком электролите, таком как соленая вода. Один металл притягивает к себе молекулы другого, и только один металл вызывает коррозию.

Растрескивание в окружающей среде

В стрессовых условиях некоторые металлы могут начать трескаться или проявлять признаки повреждения, усталости или слабости.

Какие металлы ржавеют или разъедают?

Ржавеет ли легированный металл?

Во-первых, все зависит от того, имеете в виду ржавчину или ржавчину .Коррозия – это тип окисления, тогда как ржавчина – это часть коррозии. Если сплав содержит черный металл (железо), он ржавеет. Все сплавы подвержены коррозии. Ржавчина возникает, когда мы подвергаем металл воздействию воздуха и влаги, образуя слой оксида железа. Коррозия возникает, когда мы подвергаем металлы воздействию воздуха и химикатов, в результате чего образуются оксиды металлов или солей.

• Ржавчина = относится только к железу.
• Corrode = относится ко всем металлам.

Легированная сталь ржавеет или корродирует?

Нержавеющая сталь представляет собой смесь элементов и содержит железо, поэтому да, она может ржаветь.Однако большинство нержавеющих сталей содержат около 18% или более хрома, который образует защитный слой (оксид хрома) поверх металла, защищая его от коррозии, а содержание хрома и молибдена предотвращает ржавчину.

Алюминиевый сплав ржавеет или разъедает?

Алюминиевый сплав не ржавеет, потому что в нем почти нет железа. Без железа металл не может ржаветь. Однако алюминий позволяет окисляться, но когда вода попадает на поверхность металла, она образует защитный слой «оксид алюминия», что делает его более устойчивым к коррозии.

Магниевый сплав ржавеет или разъедает?

Поскольку сплавы магния не содержат железа, они не ржавеют. Однако магний подвержен коррозии (особенно гальванической коррозии), которая выглядит как серая пленка на поверхности металла.

Цинковый сплав ржавеет или разъедает?

Цинк не ржавеет, потому что в нем нет железа. Когда мы подвергаем цинк воздействию воздуха, он вступает в реакцию с углекислым газом и образует слой карбоната цинка. Это защищает металл и предотвращает его реакцию на воздух и воду, поэтому мы используем цинк для гальванизации других металлов и предотвращения коррозии.

Никель ржавеет или ржавеет?

Никель не ржавеет, так как не содержит железа. Чистый никель очень устойчив к коррозии, особенно к целому ряду восстанавливающих химикатов. Легирование хромом придает стойкость к окислению. Это приводит к появлению широкого спектра сплавов, таких как ZERON® 100, с оптимальной коррозионной стойкостью как в восстановительной, так и в окислительной среде.

Сплавы на основе никеля могут выдерживать большее количество сплавов, чем нержавеющая сталь и другие материалы на основе железа, сохраняя при этом хорошую стабильность.Эта гибкость привела к разработке множества сплавов на основе никеля с множеством сплавов, разработанных для обеспечения устойчивости к множеству различных агрессивных сред.

Многие легирующие элементы могут соединяться с никелем, чтобы противостоять коррозии в различных средах, и NeoNickel поставляет их все. Выбор сплава металла, который вам подходит, зависит от ваших обстоятельств, и существует множество возможных вариантов.

Никель придает сплавам металлургическую стабильность:

• Сплавы обладают большей термической стабильностью и лучше свариваются.
• Повышенная стойкость к восстанавливающим кислотам и щелочам.
• Повышается стойкость к коррозионному растрескиванию под напряжением, особенно хлоридов и щелочей.

Соперничать с преимуществами этих сплавов невозможно. Неудивительно, что они так популярны в водных приложениях.

Металлические сплавы на основе никеля обладают отличной коррозионной стойкостью. Это делает их предпочтительным материалом для изготовления приложений во многих различных отраслях промышленности.В основном они используются в водной среде, в таких частях, как насосы, клапаны и трубопроводные системы.

Как легирование предотвращает образование ржавчины?

Легирование предотвращает ржавление за счет объединения нескольких металлов или элементов, которые взаимодействуют друг с другом, образуя защитный слой поверх поверхности металла. Этот барьер ограничивает проникновение кислорода и воздуха через поверхность металла во внутреннюю структуру. Любые черные металлы, не содержащие других химически активных металлов, образующих этот слой, подвержены ржавчине.

Различные легирующие элементы и их коррозионные свойства

Различные легирующие элементы обладают впечатляющим набором свойств, которые вы можете увидеть на наших линейных картах.

Хром

Стойкость к окисляющим коррозионным веществам и высокотемпературному окислению. Также улучшается сульфидирование. Повышается устойчивость к точечной и щелевой коррозии.

Молибден

Повышение стойкости к восстановительным кислотам, точечной и щелевой коррозии в средах, содержащих водный хлорид.Повышает жаропрочность.

Железо

Повышенная стойкость к высокотемпературным средам науглероживания и помогает контролировать тепловое расширение. Это снижает затраты на сплав.

Алюминий

Способствует старению. Повышенная стойкость к окислению и повышенным температурам.

Медь

Повышенная стойкость к восстановительной кислоте. В частности, негазированная серная и плавиковая кислоты, а также соли.Добавлен в сплавы никель-хром-молибден-железо, он повышает стойкость к соляной, фосфорной и серной кислотам.

Ниобий (ранее известный как Columbium)

Сочетается с углеродом, что снижает уязвимость к межкристаллитной коррозии, вызванной осаждением карбида хрома (которая возникает в результате термообработки). Повышает жаропрочность. Повышенная стойкость к точечной и щелевой коррозии.

Вольфрам

Повышенная стойкость к восстановительным кислотам и локальной коррозии.Повышаются свариваемость и прочность.

Азот

Повышенная металлургическая стабильность. Повышает жаропрочность. Также повышается устойчивость к науглероживанию и сульфидированию.

Сочетание этих элементов с никелем

Многие из этих элементов могут легироваться с никелем в различных комбинациях, поэтому доступен очень широкий спектр коррозионно-стойких сплавов для самых разных сред.

Изготовить эти сплавы легко из-за их металлургической стабильности, и они могут подвергаться термической обработке без риска вредных последствий.

Упрочнение высоконикелевых сплавов возможно с помощью процессов упрочнения: дисперсионного твердения, дисперсионного упрочнения порошковой металлургии и осаждения карбидов.

Какие сплавы обеспечивают максимальную защиту от общей коррозии?

Такие вещи, как точечная коррозия, щелевая и стресс-коррозия, более локализованы, что означает, что их труднее предсказать. Предсказать общую коррозию просто. Существует метод оценки способности каждого сплава противостоять однородным атакам и определения материалов, которые лучше работают в условиях испытаний.

Это рейтинг «Отлично», когда сплав демонстрирует исключительную стойкость к общей коррозии и может способствовать формированию критических деталей или компонентов; «Удовлетворительно», что означает, что металл в целом подходит для некритических деталей, и, наконец, «Не рекомендуется», что означает, что сплав не подходит для рассматриваемой среды.

Итак, какие сплавы обеспечивают лучшую общую коррозионную стойкость? В NeoNickel у нас есть ряд общих коррозионно-стойких сплавов, которые остаются прочными в течение длительного периода времени и играют важную роль в сложных условиях окружающей среды.

Само собой разумеется, что выбранный вами сплав должен зависеть от воздействия агрессивных сред, поэтому важно, чтобы вы знали о свойствах, которые составляют наши сплавы. Некоторые, например сплав 600, идеально подходят для работы в горячих, концентрированных щелочных средах; тогда как сплав AL-6XN идеален, когда присутствуют органические кислоты, такие как нафтеновые кислоты, используемые на нефтеперерабатывающих заводах. Также существует сплав 20, который содержит элементы молибдена и меди и идеально подходит для областей, богатых серной кислотой.

Независимо от окружающей среды, когда речь идет о поставках обычных коррозионно-стойких сплавов, NeoNickel предлагает огромное разнообразие устойчивых и сверхнадежных металлов, подходящих для клиентов, работающих в самых экстремальных и сложных условиях.

Методы предотвращения коррозии

Металл Тип

Самый эффективный способ предотвратить коррозию – это получить правильный металлический сплав, который также может снизить потребность в дополнительных методах предотвращения.

Защитные покрытия

Есть два типа лакокрасочных покрытий, предотвращающих коррозию, один из них – краска, которая действует аналогично элементарной реакции, о которой мы упоминали выше. Другой метод – порошковое покрытие, при котором порошок распределяется по новой металлической поверхности, которая затем нагревается, образуя защитную пленку.

Химическая балансировка

Коррозия возникает, когда металлы реагируют на различные химические вещества, поэтому контроль этих химикатов может помочь предотвратить ее. Например, вы можете ограничить контакт с определенными химическими веществами, разместив аппликации или уменьшив уровень химикатов в воздухе или воде.

Жертвенное покрытие

Жертвенное покрытие помещает другой металл поверх исходного металла поверхности, поэтому вероятность коррозии этого металла выше, чем находящегося под ним.Существует два метода нанесения защитного покрытия:

• Катодный – покрытие металла более активным металлом , например цинком (гальванизация), поскольку цинк корродирует, он окисляется, что предотвращает ржавление металла.
• Анодный – покрытие металла менее реактивным металлом , например оловом, который не вступает в реакцию с металлом под поверхностью. Пока металлическая поверхность остается на месте, конструкция не ржавеет.

Изменение конструкции

Изменение конструкции может помочь предотвратить коррозию и улучшить любые методы предотвращения коррозии, которые вы используете.Конструкции не должны улавливать воду и пыль, избегать открытых щелей и способствовать движению воздуха; а также простота обслуживания и ремонта.

Коррозионно-стойкие сплавы для вашего бизнеса

Хотите узнать больше о коррозионно-стойких металлических сплавах и подходят ли они вам?

Технический персонал NeoNickel будет рад более подробно обсудить ваши требования к металлическим сплавам. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы получить дополнительную информацию.

Коррозия и окружающая среда

Коррозия и окружающая среда

Коррозия – это разрушающее воздействие на материал реакция с окружающей средой. Серьезные последствия коррозии процесса стали проблемой мирового значения. В добавление к наши повседневные встречи с этой формой деградации, причины коррозии остановки завода, растрата ценных ресурсов, потеря или загрязнение продукт, снижение эффективности, дорогостоящее обслуживание и дорогостоящая переделка.Это также может поставить под угрозу безопасность и препятствовать техническому прогрессу.

Шаг 1 железо + кислород -> оксид железа

Шаг 2 оксид железа + вода -> гидратированный оксид железа (ржавчина)

Коррозия атмосферная окисление металлов. Это означает, что кислород соединяется с металлом и образует новый слой. Этот слой может быть хорошим или плохим.Безусловно, самый важный Форма коррозии – ржавление железа и стали. Ржавчина – это процесс окисления, при котором железо соединяется с водой и кислородом с образованием ржавчины, красновато-коричневая корка, образующаяся на поверхности железа. Потому что железо настолько широко используется, например, в строительстве и в производстве инструментов, что его защита от ржавления важна. Ржавчину можно предотвратить, исключив воздух и вода с поверхности железа, e.g. покраской, смазкой или смазкой, или покрывая утюг защитным покрытием из другого металла. Много сплавы железа устойчивы к коррозии. Нержавеющие стали – это сплавы железа с такими металлами, как хром и никель; они не разъедают, потому что добавленные металлы помогают формировать твердое, прочное оксидное покрытие, устойчивое к дальнейшая атака.

Хотя такие металлы, как алюминий, хром и цинк, корродируют их оксиды легче, чем железо, образуют покрытие, защищающее металл от дальнейшего нападения.Ржавчина хрупкая и отслаивается от поверхности. утюга, постоянно обнажая свежую поверхность. Таким образом, эти металлы могут быть лучшим выбором для продукта, который будет подвержен ржавчине условия, такие как вода и воздух.

Распознавание симптомов и механизма коррозии проблема – важный предварительный шаг на пути к поиску удобного решение.Существует пять основных методов борьбы с коррозией: Заменить на более подходящий материал Изменения в окружающей среде с использованием ингибиторы Использование защитных металлических или органических покрытий Конструктивные изменения системы или компонента Обеспечьте соответствующую вентиляцию и дренаж, чтобы свести к минимуму скопление конденсата Избегайте депрессивных участков с недостаточным дренажем Избегайте использования впитывающих материалов (например, войлока, асбеста). и ткани) в контакте с металлическими поверхностями) Тщательно подготовьте поверхности перед нанесением любая система защитных покрытий. Обеспечивает легкий доступ для проверки коррозии и ремонтные работы Информационная помощь врачей-коррозионистов для получения дополнительной информации о: Специфическая коррозия металлов, теория Коррозии или Глоссарий по коррозии щелкните ссылку

Различные виды коррозии металлов

Коррозия – очень сложное явление.Однако, в зависимости от формы, внешнего вида и распространения воздействия, коррозия в промышленности классифицируется на следующие типы: 1. Равномерная коррозия 2. Атмосферная коррозия 3. Межкристаллитная коррозия 4. Точечная коррозия 5. Щелевая коррозия 6. Коррозия под напряжением. Растрескивание 7. Водородное охрупчивание 8. Коррозия-усталость 9. Эрозия-коррозия и некоторые другие.

Типы № 1. Равномерная коррозия:

Если коррозия такова, что вся поверхность металла корродирована в одинаковой степени, и металл становится более тонким и в конечном итоге разрушается, это называется равномерной коррозией.Механизм может быть химическим или электрохимическим по своей природе. При равномерной коррозии, особенно когда металл помещен в электролит, области анода и катода постоянно смещаются.

Металл коррозирует равномерно, даже не контактируя со вторым материалом. При такой коррозии можно оценить срок службы детали. Такая коррозия обычно встречается в кислых растворах или в концентрированных водных растворах солей. Равномерная коррозия является причиной наибольших потерь металлов на тоннажной основе.Равномерную коррозию можно уменьшить путем правильного выбора материала и / или покрытия на нем, или путем использования катодной защиты или ингибиторов.

Типы # 2. Атмосферная коррозия:

Коррозия в различных средах является основной причиной разрушения металлов, как черных, так и цветных, как по тоннажу, так и по стоимости. Ржавчина железа и стали – наиболее распространенная видимая форма атмосферной коррозии. Ржавчина во многом зависит от влажности. Если воздух влажный, образуется тонкая пленка влаги, вызывающая электрохимическую коррозию в слабых местах оксидной пленки.

Кислород может легко попасть на поверхность через тонкую пленку. При относительной влажности ниже критической примерно 65% ржавчины нет, и присутствует оксидная пленка, образованная воздухом. Хотя оксид железа гигроскопичен, ржавчина сильно развивается при относительной влажности около 80%. Железо, подвергающееся воздействию щелочных или нейтральных растворов, не имеет определенного продукта коррозии – ржавчины. Это результат нескольких химических этапов.

Общая реакция:

Fe + 1/2 O ₂ + H ₂ O → Fe ²⁺ + 2 (OH) ̅ → Fe (OH) ₂ … (14.50)

Поскольку гидроксид двухвалентного железа относительно нерастворим в воде, он выпадает в осадок из раствора. Растворенный O ₂ окисляет гидроксид железа до гидроксида железа, который является основным компонентом ржавчины as-

.

2 Fe (OH) ₂ + H ₂ O + 1 / 2O ₂ → 2Fe (OH) ₃ … (14,51)

Строго говоря, ржавчина состоит из гидратированных оксидов железа (в основном гидратированного Fe ₂ O ₃ ). При равномерной коррозии ржавчина образуется на аноде, но в других случаях она несколько удаляется с анодных областей.

Металлы изначально образуют защитную пленку в основном из-за окисления металла воздухом. Разрушение этой пленки происходит из-за ее гигроскопичности, а также из-за загрязняющих веществ в воздухе, таких как соединения серы, хлорид натрия.

Поломка вызывает ускоренную атмосферную коррозию, которая усугубляется попаданием в атмосферу пыли, золы и частиц сажи. Скорость коррозии сильно различается, хотя коррозия носит электрохимический характер.

Эти частицы поглощают влагу (будучи гигроскопичными), газы, такие как SO ₂ , и выделяют H ₂ SO ₄ как:

S + O ₂ = SO ₂

2 SO ₂ + O ₂ + 2H ₂ O = 2 H ₂ SO ₄

H ₂ SO ₄ + 2 NaCl = Na ₂ SO ₄ + HCl

Происходит гальваническая коррозия и дифференциально-аэрационная коррозия.Частица сажи вызывает сильную местную коррозию, так как препятствует распространению влаги или кислоты по металлической поверхности. Промышленная атмосфера более агрессивна, чем сельская. Прибрежная атмосфера также более агрессивна.

Погодоустойчивые стали (Cu = 0,1%) устойчивы к коррозии, образуя более плотную и более защитную ржавчину. Они не работают при высокой влажности. Добавление Ni и Cu сопротивляется промышленной атмосфере, поскольку нерастворимые сульфаты нелегко вымываются. Для получения полностью нержавеющих сплавов используйте нержавеющую сталь.Для обычных сред обычно используются медь, свинец, алюминий, оцинкованная сталь. Также используются органические, неорганические или металлические покрытия. Если возможно, влажность может быть ниже критического значения.

Типы № 3. Межкристаллитная коррозия:

Из-за различия структуры и состава границы зерен подвержены локальной анодной коррозии. В большинстве поликристаллических металлов возникает равномерная коррозия, поскольку границы зерен обычно лишь немного более реактивны, чем зерна.Но в некоторых конкретных условиях коррозия является серьезной на границах зерен, вызывая межкристаллитную коррозию.

Когда коррозия сильная на границах зерен и вблизи них с незначительной коррозией зерен, так что сплав даже разрушается там, это называется межкристаллитной коррозией. Классическим примером является нержавеющая сталь, которая в определенных металлургических условиях становится настолько чувствительной, что происходит полная коррозия границ зерен, из-за которых деталь выходит из строя.

Хром в такую ​​сталь добавляется, чтобы он находился в твердом растворе, и защищает сталь, образуя пассивирующую пленку на ее поверхности.Такая сталь при нагревании до 500-600 ° C вызывает удаление хрома вблизи границ зерен из твердого раствора с образованием выделений карбида хрома, как показано на рис. 14.14 (b).

Тонкие слои вдоль границ зерен, обедненные хромом, больше не защищены пассивирующей пленкой и становятся анодными по сравнению с остальной поверхностью. Поскольку они очень узкие, они сильно подвержены коррозии, вызываемой катодными реакциями на остальной поверхности металла.

Такая специфическая коррозия обычно называется распадом сварного шва, потому что во время сварки такой диапазон температур достигается на некотором расстоянии от сварного шва. Одним из способов преодоления такого эффекта является использование стабилизированных нержавеющих сталей, которые содержат небольшое количество (0,5%) сильного карбидообразующего элемента, такого как титан, колумбий или ниобий, которые имеют гораздо большее сродство к углероду, чем хром. чтобы полностью захватить углерод и оставить хром в растворе.

Содержание углерода ниже 0,03% в нержавеющих сталях также не вызывает межкристаллитной коррозии, или использование высокотемпературной (1050-1100 ° C) термообработки на растворе с последующим быстрым охлаждением в диапазоне чувствительности, называемом закалочным отжигом Часть распада сварного шва также предотвращает межкристаллитную коррозию.

Разрушение по линии ножа (KLA) – это также межкристаллитная коррозия стабилизированных нержавеющих сталей, аналогичная распаду сварного шва из-за выделения карбида хрома при определенных условиях.KLA возникает в узкой полосе, прилегающей к сварному шву, где температура металла достигает 1400 ° C. При такой температуре карбиды колумбия / титана растворяются в этой узкой зоне, и быстрое охлаждение не допускает образования карбидов.

При нагревании до 500-800 ° C образуются осадки карбида хрома, истощающие тонкие участки хрома и вызывающие коррозию. Чтобы избежать KLA после сварки, деталь следует повторно нагреть до 1060–1100 ° C, чтобы карбид хрома растворился и выпал карбид колумбия или титана для полного захвата углерода.

Стационарные алюминиевые сплавы, дюралюминиевые, также подвержены межкристаллитной коррозии, хотя и в меньшей степени. Осадки CuAl ₂ , Mg ₂ Si, Mg ₅ Al ₈ и т.д. в этих сплавах вдоль границ зерен приводят к образованию обедненных зон, которые корродируют в подходящей среде. Некоторые сплавы на основе магния и меди также страдают от межкристаллитной коррозии.

Типы # 4. Питтинговая коррозия:

Точечная коррозия – одна из самых разрушительных и опасных форм коррозии.Это тип коррозии, при которой небольшие локализованные участки металла подвергаются воздействию с образованием ямок размером от мелких полусферических форм до точечных отверстий, а глубина проникновения обычно намного больше диаметра.

Часто труба или резервуар имеют перфорацию, даже если количество металла, потерянного из-за коррозии, очень мало. Точечная коррозия особенно опасна, потому что это сильно локализованная и интенсивная форма коррозии. Сбой часто случается очень внезапно.

Начало карьера:

Возникновение и распространение ям – сложный процесс. Точечная коррозия, вероятно, зарождается из-за образования ячеек коррозии между небольшой анодной областью и большой катодной областью, или скорость растворения в какой-то конкретный момент моментально высока.

Эта небольшая анодная область или эта точка, в которой коррозия проявляется в виде ямок, может быть вызвана неоднородностью, существующей в металле, или в пленке на поверхности металла, или в растворе в непосредственной близости от металла.Возникающая винтовая дислокация может быть вероятным анодным участком для образования ямки на поверхности металла. Избирательная атака менее благородного металла широко разнесенной гальванической пары или наличие небольших участков более пластической деформации, которые становятся анодными по отношению к остальному металлу, вызывая ямки.

Когда металл мгновенно растворяется с высокой скоростью в точке, как на рис. 14.32, ионы хлора мигрируют в эту точку, но хлорид еще больше ускоряет растворение. Скорость растворения увеличивается в яме, что создает избыток положительного заряда (ионы M ⁺ ) в этой области, вызывая большую миграцию хлорид-ионов для поддержания электронейтральности.Это увеличивает концентрацию MCl в яме.

Реакция:

M ⁺ Cl ̅ + H ₂ O = MOH + H ⁺ Cl ̅… (14,52)

производит высокую концентрацию ионов водорода. Ионы H ⁺ , а также ионы Cl ̅ помогают растворять большинство металлов, и весь процесс со временем ускоряется. Таким образом, питтинг является самостимулирующим и самораспространяющимся. В яме более концентрированный раствор. В яме не происходит восстановления кислорода, так как внутри нет кислорода.

Присутствие концентрированного раствора в яме необходимо для дальнейшей точечной коррозии, поэтому ямки наиболее устойчивы при росте в направлении силы тяжести. Было также замечено, что сразу за периферией ямки продукт ямочной коррозии и ионы (OH) ̅ взаимодействуют с образованием «ржавчины», состоящей из Fe (OH) ₃ , Fe ₃ O ₄ , Fe ₂ O ₃ (в разном окисленном состоянии) в виде трубки. Для точечной коррозии не требуется трещин, так как она образуется сама по себе.

Было замечено, что точечная коррозия в основном вызывается хлоридом и хлорсодержащими ионами или, скорее, галогенид-ионами, такими как галогениды меди, железа и ртути. Точечная коррозия увеличивается с увеличением pH. Язвы обычно связаны с застойными участками с жидкостями.

Активные металлы, такие как хром, алюминий и особенно нержавеющая сталь, более подвержены точечной коррозии. Лучше избегать застойных условий, избегать галогенид-ионов, снизить содержание O ₂ и использовать полированную чистую поверхность.

Типы # 5. Щелевая коррозия:

Когда интенсивная локальная коррозия происходит в щелях и других экранированных областях на металлических поверхностях, подверженных воздействию коррозионных сред, это называется щелевой коррозией. Небольшой объем застойного раствора имеется в щелях под головками болтов и заклепок, в отверстиях, поверхностях прокладок, трубчатых втулках; или создать застойные условия под такими отложениями, как песок, грязь, продукты коррозии. Это также называется коррозией отложений или прокладок.

Металлы и сплавы, такие как алюминий, имеющие оксид или пассивную пленку для коррозионной стойкости, также подвержены щелевой коррозии, когда такая пленка разрушается высокой концентрацией ионов хлора или водорода.

Основным механизмом щелевой коррозии является взаимодействие металла с окружающей средой посредством реакций:

M → M ⁺ + e̅

O ₂ + 2H ₂ O + 4e̅ → 4 (OH) ̅… (14,52)

Истощение O ₂ с образованием ячейки концентрации кислорода в щели действительно имеет место и может способствовать такой коррозии, но его истощение останавливает реакцию (14.52). Таким образом, щелевая коррозия требует повышенной концентрации как металла, так и хлорид-ионов в щели. Гидролиз также увеличивает концентрацию ионов водорода (pH составляет 2-3). Таким образом, скорость растворения металла увеличивается.

Щелевая коррозия может быть уменьшена путем использования соответствующих легирующих элементов в металлах, использования сварных соединений, использования неабсорбирующих прокладок, поддержания чистой поверхности без отложений и т. Д.

Типы № 6. Коррозионное растрескивание под напряжением (SCC):

Когда растрескивание возникает из-за одновременного наличия растягивающего напряжения и определенной коррозионной среды, это называется коррозионным растрескиванием под напряжением.В SCC большая часть металлической поверхности практически не повреждена, в то время как мелкие трещины проходят через нее. Уровень напряжения, остаточного или приложенного, находится в пределах проектного напряжения.

Двумя классическими примерами коррозионного растрескивания под напряжением являются «сезонное растрескивание» латуни и «едкое охрупчивание» стали. Патрон-латунь растрескивается в остаточно-напряженном состоянии в атмосфере аммиака. Взрывы стальных котлов из-за трещин в отверстиях под заклепки также были вызваны напряжениями, возникающими во время клепки в атмосфере каустика или гидроксида натрия.

Трещины, в некоторых случаях мелкие и многочисленные, с рисунком «дельта реки», но в других случаях трещины ориентированы случайным образом без разветвлений. Обычно трещина идет перпендикулярно приложенному напряжению. Наблюдались как межкристаллитные, так и трансгранулярные трещины. Коррозионное растрескивание металла под напряжением происходит в определенных условиях.

Например, нержавеющая сталь трескается в хлоридной среде, а не в среде аммиака, но для латуни верно обратное.Таким же образом для каждого сплава и окружающей среды, вероятно, существует эффективное минимальное или пороговое напряжение для возникновения коррозионного растрескивания под напряжением. Но этот минимум зависит от температуры, состава сплава и состава окружающей среды.

Напряжение должно быть растягивающим по своей природе, будь то приложенное, остаточное, термическое или вызванное сваркой. Ширина трещины мала на ранних стадиях растрескивания, и наблюдается небольшое изменение ее расширения. На более поздних стадиях трещина расширяется.Непосредственно перед разрывом поперечное сечение уменьшается до точки, в которой приложенное напряжение равно или превышает UTS металла. Происходит большая пластическая деформация и наблюдается большое изменение растяжения. Наконец, отказ происходит из-за механического разрыва.

Коррозионное растрескивание под напряжением – очень важная проблема коррозии, но она не совсем понятна из-за сложного взаимодействия металла, поверхности раздела и свойств окружающей среды. Более того, конкретный механизм не может применяться ко всем системам «металл-окружающая среда».Растягивающее напряжение разрушает защитные пленки как при зарождении, так и при распространении трещин. Разрывы пассивной пленки (в нержавеющих сталях) способствуют более быстрой коррозии в различных точках поверхности и, таким образом, инициируют трещины.

Для быстрого распространения необходимо быстрое местное растворение. Коррозия играет важную роль в имитации трещин. Ямка или неоднородность на поверхности металла действует как фактор повышения напряжения. Как известно из теории упругости, концентрация напряжений быстро увеличивается по мере уменьшения радиуса вершины ямки.Как только трещина образовалась, распространяющийся наконечник имеет малый радиус. Из-за высоких напряжений в области, непосредственно предшествующей вершине трещины, может происходить пластическая деформация.

Холоднодеформированная область менее устойчива к коррозии из-за непрерывного выступа ступенек скольжения. Трещина распространяется за счет локализованного анодного растворения, ускоренного пластической деформацией. Хлорид-ионы могут мигрировать, разрушая пленку и растворяя металл. Поверхностно-активные частицы поглощают и взаимодействуют с напряженными связями на вершине трещины, снижая прочность связи и вызывая распространение трещины.

Трещина распространяется путем образования глубоких ямок или туннелей в результате растворения с последующим соединением этих ям или туннелей посредством пластичного разрушения. Продукты коррозии, накапливаясь в существующих трещинах, вызывают расклинивание.

Растрескивание под напряжением можно предотвратить, используя один или несколько из следующих методов:

и. Снижение напряжения ниже порогового значения за счет отжига, использования более толстых секций или уменьшения нагрузки.

ii. Модификация или устранение критической среды:

Это достигается путем дегазации или деминерализации, или путем добавления достаточного количества ингибиторов, таких как фосфаты и т. Д.

iii. Выбор подходящего сплава:

Углеродистые стали более устойчивы к коррозионному растрескиванию, чем нержавеющие стали. Такая замена может производиться, например, в теплообменниках, контактирующих с морской водой.

iv. По катодной защите.

v. Дробеструйная обработка вызывает сжимающие остаточные напряжения для уменьшения коррозионного растрескивания под напряжением.

Типы # 7. Водородная хрупкость:

Потеря пластичности материала в присутствии водорода называется водородной хрупкостью. Водородное охрупчивание является хорошо известным, если не до конца понятным, явлением в металлах с ОЦК, особенно в сталях, а также в металлах и сплавах с ГЦК. Обычно водородная хрупкость возникает, когда металлы подвергаются растягивающей нагрузке в атмосфере водорода.

Водород проникает в структуру металлов в атомарной форме. В титане и других металлах, образующих сильные гидриды, растворенный водород образует хрупкие гидридные соединения. В других материалах, таких как железо и сталь, этот растворенный водород взаимодействует, вызывая хрупкость.

В некоторых случаях атомарный водород поглощается во время таких процессов, как травление, гальваника, коррозия в водных растворах, катодная защита, сварка и т. Д., Когда металл не находится под напряжением. Последующее напряжение таких материалов в нормальной атмосфере вызывает разрушения при нагрузках, значительно меньших предела прочности.Такие отказы также называются отложенными отказами.

В сталях водородная хрупкость возникает, когда напряжения имеют растягивающий характер. Это не влияет на ударные характеристики, но снижение температуры снижает восприимчивость сталей к водородному охрупчиванию. Напряжение разрушения уменьшается, и поверхность излома становится хрупкой.

В теории давления для объяснения водородной хрупкости растворенный атомарный водород в стальной решетке выделяется в молекулярной форме на дефектах, таких как включения, микротрещины, скопления дислокаций, создавая высокое внутреннее давление (1000-1400 МНм ^-2 ).В модифицированной теории водород выделяется в микротрещинах, пустотах и ​​т. Д., Которые образуются в области трехосности перед трещиной.

Концентрация напряжений увеличивает плотность пустот. По мере диффузии водорода пустоты увеличиваются в размерах и сливаются друг с другом, образуя микротрещину, которая сливается с продвигающейся трещиной, образуя ступеньку в ней. Этот процесс продолжает приводить к образованию трещины критической длины, вызывающей разрушение.

Теория адсорбции рассматривает уменьшение поверхностной энергии как причину адсорбции водорода в микротрещинах.Это снижает напряжение разрушения. Ни одна из этих теорий не может объяснить все явления водородной хрупкости.

Однако один или несколько из следующих методов предотвращают водородное охрупчивание:

а. Выпечка:

Водород можно удалить из стали путем обжига при температуре 100–150 ° C для восстановления почти механических свойств.

г. Уменьшить прием водорода:

Травление – очень частая причина поглощения водорода.Осторожное добавление ингибитора во время травления исключает реакцию кислоты с основным металлом, что резко снижает поглощение водорода до уровня ниже повреждения. Поглощение водорода во время гальваники можно уменьшить, изменив ванны и токи гальваники. Использование сварочных стержней с низким содержанием водорода и поддержание сухих условий позволяет снизить накопление водорода во время сварки.

г. Правильные сплавы:

Очень высокопрочные стали обычно страдают водородной хрупкостью.Добавление никеля или молибдена в сталь снижает склонность к водородному охрупчиванию.

Типы # 8. Коррозионная усталость:

Уменьшение усталостной прочности из-за присутствия агрессивной среды называется коррозионной усталостью, как показано на рис. 14.34. Стали имеют предел выносливости на воздухе, то есть ниже определенного напряжения они не разрушаются от усталости, но сталь, пострадавшая от коррозионной усталости, не имеет такого критического значения напряжения, т.е.е. Коррозионно-усталостное разрушение происходит даже при более низких значениях напряжения.

На рис. 14.33 показано коррозионно-усталостное разрушение. Существует большая площадь, покрытая продуктами коррозии, и меньшая шероховатая область в результате окончательного хрупкого внезапного разрушения. Присутствие продуктов коррозии не обязательно указывает на коррозионную усталость, поскольку коррозия могла иметь место позже, после того, как произошло усталостное разрушение.

Но имеется несколько трещин, а не одна трещина, и эти трещины обычно перпендикулярны главному растягивающему напряжению.Они возникают на поверхности, где напряжения были максимальными на поверхности с коррозионно-усталостным изломом. Коррозионно-усталостное разрушение обычно является трансгранулярным.

Коррозионная усталость обычно наблюдается на морских платформах, подводных лодках, гребных валах морских судов, котлах, роторах турбин, лопастях, корпусах, перфораторах, а также на аэрокосмических и атомных станциях.

Коррозионная усталость наиболее выражена при низких частотах напряжения, так как тогда увеличивается время контакта между металлом и коррозионной средой.На коррозионную усталость влияют такие факторы агрессивной среды, как содержание кислорода, pH, ее состав, температура. Например, нержавеющая сталь имеет только 70-80% сопротивления усталости в морской воде по сравнению с обычной водой.

Кривые коррозионной усталости чугуна и стали напоминают цветные металлы, как показано на рис. 14.34. Было замечено, что коррозионная усталость более распространена в средах, вызывающих точечную коррозию. Эти ямы действуют как концентраторы напряжений и вызывают образование усталостных трещин.Коррозия наиболее интенсивна в вершине трещины.

Усталостные трещины распространяются от дна этих ямок. Как только трещина возникла, удаление агрессивной среды не влияет на дальнейшее распространение. Поэтому конечные стадии коррозионной усталости идентичны обычной усталости, т. Е. Окончательное разрушение носит чисто механический характер.

Коррозионную усталость можно предотвратить одним или несколькими из следующих методов:

а. Снижение растягивающего напряжения металла или сплава.

г. Снижение нагрузки на компонент за счет изменения конструкции или подходящей термообработки.

г. Создание сжимающего напряжения в поверхностных слоях путем дробеструйной обработки, азотирования и т. Д.

г. Удаление критических ионов из окружающей среды.

e. Добавление ингибиторов для устранения воздействия окружающей среды.

ф. Покрытия, исключающие прямой контакт металла с окружающей средой.

г. Избегайте структурной вибрации при эксплуатации.

Типы # 9. Эрозия-коррозия:

Он определяется как увеличение скорости коррозии металла из-за относительного движения между поверхностью металла и коррозионной средой, которая может быть жидкостью или газом. Это распространенный тип коррозии, при котором встречаются высокие скорости коррозионной жидкости. Это также называется ударной коррозией.

Металл удаляется с поверхности в виде растворенных ионов или, если он образует твердые продукты коррозии, они механически смываются с поверхности металла.

Поверхность, покрытая эрозией, имеет яркий вид с характерными ямками, канавками, волнами, закругленными отверстиями и впадинами, а также имеет диаграмму направленности. Большинство металлов и сплавов подвержены эрозионно-коррозионному воздействию, но металлы, которые не подвержены механическому износу, такие как медь и свинец, более склонны к эрозии и коррозии. Все машины, подверженные воздействию движущейся жидкости, страдают от эрозии и коррозии, такие как изгибы, колена, тройники, сопла, каналы, перегородки, впадины, насосы, нагнетатели, гребные винты, рабочие колеса, мешалки и сосуды с мешалкой, лопатки турбин и т. Д.

Факторы, влияющие на эрозию-коррозию:

и. Тип поверхностной пленки:

Некоторые металлы образуют защитную пленку. Твердая, плотная, липкая и сплошная пленка, обладающая стойкостью к износу в конкретной среде, которой подвергается металл при эксплуатации, может обеспечить лучшую защиту. Металл должен иметь возможность быстро и легко образовывать пленку при открытии в свежем виде или быстро восстанавливаться при повреждении или разрушении.

Хрупкая пленка или сколы не могут защитить.Пассивная пленка на нержавеющих сталях легко подвергается эрозии в суспензии серной кислоты и сульфата железа, движущейся со скоростью. Углеродистые стали показывают хорошую стойкость к эрозии и коррозии при pH воды 6 и 10, поскольку они имеют пленку из Fe (OH) ₂ и Fe (OH) ₃ соответственно.

При pH 8 пленка представляет собой гранулированный Fe ₃ O ₄ , тогда как при pH ниже 5 пленка трескается из-за внутренних напряжений, вызывая тем самым высокую скорость эрозии и коррозии. Пленка TiO ₂ на титане имеет хорошую эрозионно-коррозионную стойкость в морской воде, растворах хлоридов и дымящей азотной кислоте.

ii. Скорость среды:

Повышенная скорость среды может влиять на механизмы коррозионных реакций, а также увеличивать механический износ, особенно когда твердые частицы находятся во взвешенном состоянии. Обычно скорость атаки быстро увеличивается при достижении критической скорости, особенно когда она ускоряет механизм коррозии. Например, в стали при увеличении подачи O ₂ , CO ₂ или H ₂ S.

Он может уменьшить коррозию за счет повышения эффективности ингибиторов путем подачи химикатов к поверхности металла с более высокой скоростью, или путем предотвращения отложения ила, грязи, которые могут вызвать щелевую коррозию, или путем удаления присутствующего или нового коррозионного агента. сформирован.Турбулентный поток жидкости приводит к лучшему тесному контакту между окружающей средой и металлом, что увеличивает эрозионную коррозию.

Условия турбулентного потока существуют очень часто, когда поток текучей среды переходит из трубы большого диаметра в трубу меньшего диаметра, или из-за наличия выступов или других препятствий. Атака соударением очень серьезна, когда жидкость вынуждена изменить направление потока. Твердые частицы, пузырьки газа, пузырьки воздуха в жидкости ускоряют ударную атаку. Например, в лопатках паровых турбин, в выхлопных трубах, коленах, тройниках, внешних компонентах самолетов, частях перед впускными трубами и т. Д.

iii. Гальванический эффект:

Контакт другого металла в проточной системе может усилить коррозию, например нержавеющей стали (316), со свинцом, поскольку он разрушает пассивную пленку на нержавеющей стали за счет комбинированных сил эрозии-коррозии и гальванической коррозии. При высоких скоростях сталь менее подвержена разрушающим воздействиям в сочетании с нержавеющей сталью и титаном, чем в сочетании с медью или никелем, поскольку в первом случае наблюдается более эффективная катодная поляризация.

iv.Тип материала:

Состав сплава во многом определяет его коррозионную стойкость. Активный металл или сплав, содержащий активный металл, устойчив к коррозии благодаря своей защитной пленке. Благородный металл обладает собственной устойчивостью к коррозии, такой как никель, поэтому сплав 80 Ni-20 Cr превосходит сплав 80% Fe-20% Cr.

Добавление третьего элемента, такого как железо, к мельхиору, алюминию в латуни, увеличивает сопротивление эрозии и коррозии морской водой из-за более стабильной защитной пленки за счет третьего элемента.Мягкие металлы более подвержены механическому износу. Закалка в твердом растворе обеспечивает хорошую эрозионно-коррозионную стойкость.

Железо с высоким содержанием кремния (14,5% Si), содержащее неблагородные металлы, возможно, является наиболее универсальным коррозионно-стойким и единственным сплавом, который может использоваться во многих тяжелых условиях эрозии и коррозии. Чугуны обычно показывают лучшие результаты, чем стали, особенно в горячей сильной кислоте H ₂ SO ₄ .

Профилактика:

и. Материал можно выбрать, как описано выше.

ii. Лучший дизайн:

Он включает изменение формы или геометрии, а не выбор материала. Некоторые простые случаи показаны на рис. 14.36, чтобы уменьшить влияние столкновения.

iii. Изменения в окружающей среде:

Возможна деаэрация, отстаивание и изменение жидкости. Могут быть добавлены ингибиторы. По возможности можно снизить температуру, не влияя на процесс.Температура – злейший враг всех типов коррозии, включая эрозионную.

iv. Электрохимическая защита:

а. Катодная защита:

Снижает атаку. Стальные пластины на головках конденсаторов защищают входные концы трубок в теплообменнике, использующем морскую воду. Цинковые пробки используются в водяных насосах.

г. Другие методы:

Могут использоваться твердые покрытия или наплавки, если покрытие имеет хорошую коррозионную стойкость.Можно использовать ингибиторы. Бихроматы в качестве ингибитора защищают латунь 70/30 от морской воды.

Типы # 10. Кавитационная коррозия:

Это особая форма эрозии-коррозии, вызванная образованием и схлопыванием пузырьков пара в коррозионной жидкости вблизи металлической поверхности. Это происходит на поверхностях, которые находятся в контакте с жидкостями, движущимися с высокой скоростью и часто меняющимися давлением, например, в гидравлических турбинах, гребных винтах судов, рабочих колесах насосов и т. Д.

Если давление внутри емкости с водой падает, вода испаряется с образованием пузырьков. Повышение давления заставляет пузыри схлопываться. Если эти два этапа повторяются на высокой скорости, образуются ударные волны с давлением до 400 МН / м ^-2 , вызывающие пластическую деформацию некоторых металлов. На деталях насоса были замечены линии скольжения. Это может вызвать вмятины и легко повредить любую защитную пленку. Это процесс кавитации.

Кавитация-коррозия – это сочетание механического воздействия и коррозии.Из-за первого, то есть схлопывающихся пузырьков пара, разрушаются защитные поверхностные пленки, как показано на этапах 2 и 5 на рис. 14.37, и, таким образом, увеличивается коррозия по мере того, как новая открытая область подвергается коррозии и пленка восстанавливается.

Повторение этих шагов приводит к образованию глубоких отверстий. В отсутствие защитной пленки взрывающийся кавитационный пузырь заставляет частицы металла отрываться от поверхности, оставляя за собой шероховатую поверхность, на которой могут образовываться новые кавитационные пузырьки, продолжая повреждение.Кавитационное повреждение увеличивается по мере того, как увлекаемый воздух, пыль в воздухе и коррозионная активность жидкости возрастают с повышением температуры с максимальным повреждением при 50 ° C.

Аналогичные профилактические методы могут использоваться в соответствии с предписаниями для предотвращения эрозии-коррозии. Особые меры заключаются в использовании более качественных материалов, таких как нержавеющая сталь, вместо латуни. Сверхгладкая поверхность затрудняет образование пузырьков. Катодная защита помогает уменьшить этот ущерб. Резиновые и пластмассовые покрытия на металлах отражают ударные волны без значительных повреждений.Конструкции деталей могут быть улучшены, чтобы минимизировать разницу давлений в технологических потоках.

Типы № 11. Фреттинг-коррозия:

Это коррозия, возникающая в местах контакта двух поверхностей под нагрузкой, подверженных вибрации и скольжению. Наблюдаются ямки или бороздки в металле, окруженные продуктами коррозии (обычно мелкодисперсными частицами). Фреттинг-коррозия происходит в атмосфере (а не в водных условиях), и ее также называют окислением-трением, окислением-износом, ложным бринеллингом (ямки напоминают вмятины Бринелля).

Оксидные частицы вызывают заедание и истирание. Теряется точность размеров плотно прилегающих деталей. Нужна частая подтяжка деталей. Запрессованные шарикоподшипники откручиваются и в конечном итоге выходят из строя. Шероховатая поверхность снижает сопротивление усталости деталей. Классический случай фреттинг-коррозии – анкерные пластины рельсов.

Основные требования для возникновения фреттинг-коррозии:

и. Соприкасающиеся поверхности должны находиться под нагрузкой.

ii. Между двумя поверхностями должна происходить вибрация или повторяющееся относительное движение размером от 10 ^{до 8} см.

iii. Нагрузка, а также относительное движение должны вызывать пластическую деформацию поверхностей. Было предложено два механизма для объяснения фреттинг-коррозии. Оба механизма работают во время фреттинг-коррозии, т.е. оба вместе вызывают фреттинг-коррозию.

а. Механизм износа-окисления:

Под приложенной нагрузкой холодная сварка или сплавление происходит в верхних точках двух поверхностей, рис.14.38 (а). При последующем относительном движении точки контакта разрываются, и в результате удаляются осколки металла. Теплота трения немедленно окисляет эти мелкие фрагменты металла. Этот процесс постоянно повторяется, что приводит к потере металла и образованию оксидных остатков.

г. Механизм окисления-износа:

Большинство металлов имеют на поверхности тонкую липкую защитную оксидную пленку из-за атмосферного окисления. Когда металлы контактируют под нагрузкой и подвергаются повторяющемуся относительному движению, оксидные пленки разрываются в высоких точках, образуя оксидные осколки.Свежие открытые поверхности окисляются. Повторяющиеся шаги вызывают потерю пленки металла и окисленных остатков.

Паркаризованные (с фосфатным покрытием) детали со смазкой маловязкими маслами и консистентными смазками уменьшают фреттинг-коррозию. Использование твердых металлов или даже металлов холодной обработки или дробеструйной обработки снижает фреттинг-коррозию. Используйте прокладки для поглощения вибрации и исключения доступа кислорода к опорным поверхностям, чтобы предотвратить эту коррозию. Увеличьте нагрузку на поверхности, чтобы предотвратить скольжение поверхностей.

Типы # 12.Селективное выщелачивание или удаление сплава :

Эти два члена в общем означают предпочтительное удаление элемента из твердого сплава, оставляющее после себя измененную структуру. Наиболее распространенными примерами являются обесцинкование (удаление цинка из латуни) и графитизация (удаление феррита из серого чугуна), хотя наблюдаются и другие, такие как деалюминирование (Al из алюминиевых бронз), де-кобальтификация и т. Д. Мелкодисперсный металлический порошок может быть получен из такого агрессивного сплава, как никель.

Децинкификация – это избирательная коррозия цинка из латуни с содержанием цинка более 15%. Показатель увеличивается с увеличением содержания цинка в латуни. Цвет желто-латуни становится красным или медным, но становится слабым, пористым и малопрочным. Обесцинкование является равномерным в кислой среде для латуни с высоким содержанием цинка, но для латуни с низким содержанием цинка – пробкового типа.

Процесс интенсифицируется в застойных условиях, при высоких температурах, в растворах с высоким содержанием кислоты и хлоридов.Возможно, атомы цинка покидают решетку латуни с пустыми местами, или происходит растворение латуни с обратным осаждением меди. Удаление цинка снижается за счет удаления кислорода, катодной защиты или использования сплавов, содержащих 1% Sn, или небольших количеств As, Sb или P.

Графитизация происходит из серого чугуна. Графит действует как катод, преимущественно разъедая анодный феррит. Конечный результат – слабая пористая масса графитовой сетки с пустотами и ржавчиной, которую можно легко разрезать ножом. Графитизация – очень медленный процесс и происходит в мягких средах, таких как почва или вода.Графитизация не происходит в чугуне S.G., ковком чугуне (отсутствие графитовой сетки) и белом чугуне.

Три режима защиты от коррозии

Когда мы говорим о защите от коррозии, у вас может возникнуть соблазн подумать, что есть миллион способов сделать это. Но на самом деле защитные покрытия обеспечивают защиту от коррозии одним из трех способов.

По сути, они либо блокируют объединение необходимых элементов для запуска процесса коррозии, активно предотвращают возникновение электрохимической реакции, либо направляют процесс коррозии в направлении, которое в конечном итоге не наносит вреда объекту.

Вот как работает каждая из этих трех стратегий:

Барьерные покрытия

Барьерные покрытия

предназначены для предотвращения контакта воды, кислорода и других химикатов с субстратом. На самом деле считается само собой разумеющимся, что некоторое количество воды и кислорода достигнет поверхности, которую защищают барьерные покрытия. Но поскольку вода, которая действительно проходит через барьерное покрытие, не имеет значительного заряда (это означает, что в воде нет высокой концентрации ионов), не все основные элементы, необходимые для запуска процесса коррозии, присутствуют.

Согласно NACE, важно, чтобы барьерное покрытие имело следующие характеристики:

• Химическая стойкость
• Вибростойкость
• Хорошие смачивающие свойства для равномерного нанесения
• Сильная адгезия даже в присутствии влаги

Большинство покрытий обладают по крайней мере некоторыми свойствами барьерного покрытия. В зависимости от обстоятельств, некоторые из перечисленных ниже типов защиты от коррозии могут быть объединены с продуктом, специально разработанным с учетом барьерных свойств, для достижения максимальной защиты.

Термобарьерные покрытия – один из наиболее часто используемых примеров этого типа защиты от коррозии. Они используются для защиты от влаги на подложках, которые обычно достигают очень высоких температур. Поскольку между слоем изоляции и основанием часто образуется зазор, любая влага, достигающая поверхности, может начать процесс коррозии в отсутствие барьерного покрытия. Известная как коррозия под изоляцией (CUI), это распространенная проблема, которую призваны решать тепловые барьерные покрытия.

Ингибирующие покрытия

Ингибирующие покрытия, содержащиеся в грунтовочной части системы покрытия, состоят из пигментов, которые активно препятствуют химическим реакциям. Эти покрытия были разработаны для предотвращения возникновения коррозии. Они делают это, влияя на электролиты, необходимые для начала процесса коррозии.

Красный свинец – хорошо известный пример ингибирующего покрытия, поэтому его так широко использовали до того, как полностью осознали вредные последствия воздействия свинца.С тех пор, как в конце 1970-х годов стали жестко регулироваться свинцовые пигменты, эта стратегия коррозионной стойкости была жестко регламентирована до такой степени, что больше не использовалась широко в Соединенных Штатах.

Жертвенные покрытия

Жертвенные покрытия – это бескорыстная разновидность покрытий, состоящих из металла, обычно цинка, который корродирует преимущественно стали. По сути, этот метод перехватывает процесс коррозии и направляет его в направлении, которое не причинит вреда активу, который покрытие призвано защищать.Чтобы быть эффективными, защитные покрытия (также иногда называемые «катодной защитой») должны наноситься непосредственно на черный металл, например, на сталь.

Поскольку временные покрытия, такие как грунтовки на основе неорганического и органического цинка, предназначены для нанесения непосредственно на основу, их часто комбинируют с верхними покрытиями, которые демонстрируют другие барьерные свойства для комбинированной защиты от коррозии.

Цинковые грунтовки – отличный пример катодной защиты субстрата. Цинк не только корродирует преимущественно сталь, но и обычно корродирует медленнее, чем другие защитные покрытия, что позволяет проводить более длительные периоды между нанесением покрытия.