Sposoby zwalczania korozji

Metale to pierwiastki chemiczne, które ulegają reakcjom utleniania-redukcji. Niekontrolowany proces nazywany jest korozją. Jeśli powierzchnia części metalowej nie zostanie zabezpieczona przed kontaktem z agresywnymi substancjami, z czasem wytrzymałość konstrukcji nieodwracalnie się pogorszy. Co szósty wielki piec na świecie pracuje w celu skompensowania szkód korozyjnych. Instytut Chemii Fizycznej Polskaej Akademii Nauk szacuje roczną utratę żelaza na poziomie 10%.

Mechanizmy niszczenia metali przez korozję

Degradacja metalu następuje w miejscu, gdzie powierzchnia produktu ma kontakt z agresywnym medium. W wyniku tej interakcji powstają nowe związki chemiczne metali, takie jak tlenki i sole. Struktura pochodnych może być gęsta, chroniąc powierzchnię metalu przed dalszym rozkładem, lub luźna, wówczas skorupa rdzy powiększa się, a proces utleniania metalu trwa nadal.

Gęsta warstwa ochronna może następnie ulec zniszczeniu w nieprzyjaznym środowisku – reagując ponownie, aby uwolnić powierzchnię. Istnieje wiele czynników, które powodują korozję metalu.Ochrona jest konieczna:

1. Z agresywnych chemicznie środowisk atmosferycznych, wodnych i podpowierzchniowych;

2. Procesy elektrochemiczne w parze elektronowej

3. prądy błądzące;

4. biokorozja;

Każdy czynnik uszkadzający i ich suma ma wielostronny wpływ na zewnętrzną i wewnętrzną strukturę metalu.Procesy rozpadu metali w przyrodzie zachodzą w środowisku, w którym każdy czynnik odgrywa określoną rolę:

1. Konstrukcje betonowe w skorupie ziemskiej, rurociągi, kolumny zależą od warunków glebowych i składu wód gruntowych.

2. Im więcej jest w powietrzu wilgotnych oparów i agresywnych kwaśnych gazów, tym silniejsza jest korozja atmosferyczna.

3. Środowiska płynne źródeł słodkowodnych i słonych różnią się agresywnością w zależności od składu soli pełniących rolę elektrolitów oraz agresora chemicznego.

Czy wszystkie metale są podatne na korozję

Metale szlachetne platyna, srebro, złoto nie wchodzą w reakcje chemiczne, są obojętne i nie ulegają korozji.

Na powierzchni chromu, niklu, tytanu, cynku, kadmu i aluminium powstaje gruba warstwa tlenku. Niektóre powłoki nie są jednak wystarczająco stabilne, niszcząc się w środowisku kwaśnym lub zasadowym.

Miedź i żelazo nie zapewniają nawet minimalnej ochrony – powierzchnia jest trwale utleniona, ponieważ tworzy się porowata warstwa, która nie zapobiega dostępowi gazów korozyjnych.

Miedź ma zieloną patynę.Konstrukcje żelazne korodują, tworząc różnokolorowe osady, w zależności od warunków:

1. W środowisku wodnymŻółta skala FeO(OH) powstaje, gdy brakuje tlenu

   O.

2. W suchym powietrzui rzadko rdzawobrązowy Fe2O3.

3. Narażenie metalu na działanie wilgoci atmosferycznejpowoduje powstanie czerwonej skali Fe2O3*

   O.

4. Czarna skala Fe3O4jest ferromagnetykiem, stworzonym sztucznie, aby nadać metalowi nadprzewodnictwo.

Ustalono wzór, który wzmacnia korozyjne działanie środowiska, gdy metale stykają się ze sobą. Są one podzielone na pięć grup w zależności od ich pokrewieństwa. Metale z tej samej grupy nie są antagonistyczne, mogą być stosowane razem. Metale różnych grup stykające się ze sobą zwiększają szybkość korozji elektrochemicznej.

1. 1 grupa– magnez.

2. 2 grupa– kadm, aluminium, cynk.

3. grupa 3– Ołów, cyna, żelazo i stal węglowa.

4. Grupa 4– Stale chromowe i chromowo-niklowe, chrom, nikiel.

5. Grupa 5– Miedź i jej stopy z niklem, srebrem.

Najbardziej rozpowszechnionym metalem konstrukcyjnym na Ziemi jest żelazo. Zabezpieczenie antykorozyjne na stali i aluminium przedłuża żywotność produktu i zapobiega wypadkom.

Warunkami wstępnymi dla korozji są

1. Długotrwałe narażenie na działanie wilgoci, kwasów lub zasad.

2. Wahania temperatury.

3. Zmienne obciążenia, wibracje i tarcie na metalu.

4. Narażenie na promieniowanie.

5. Narażenie na prądy wirowe, elektrostatyczne, prądy stałe, promieniowanie elektromagnetyczne.

6. Biologiczne niszczenie metalu przez bakterie.

Rodzaje korozji

Charakter uszkodzeń korozyjnych konstrukcji zależy od rodzaju metalu, ale niezmiennie prowadzi do uszkodzeń strukturalnych i utraty wytrzymałości. Korozja stała wygląda jak nieregularna skorupa kruchych ziaren złuszczająca się na całej powierzchni. Częściej zdarza się, że łącznik wykonany z innego materiału pęka w miejscu łączenia. Na przykład, nity aluminiowe na płytach tytanowych ulegają zniszczeniu, podczas gdy metal podstawowy pozostaje nienaruszony.

Korozja może w niewidoczny sposób rozprzestrzeniać się pod powierzchnią, tworząc rozwarstwienia. Międzyziarnowe – rozbijają strukturę, element traci wytrzymałość poprzez utratę wewnętrznych wiązań. Wilgoć może dostać się do szczeliny między dwoma współpracującymi częściami, tworząc warunki dla korozji szczelinowej. Uszkodzenia wżerowe w głębi mogą tworzyć otwory przelotowe.

Badane są wszystkie rodzaje korozji, warunki wstępne ich występowania i wymyślane są coraz to nowe metody ochrony powierzchni z kontaktu metalu ze środowiskiem zewnętrznym.

Sposoby zmniejszania szybkości korozji

Najbardziej efektywnym sposobem poprawy odporności metalu jest dodanie ligandów, które modyfikują właściwości materiału. W ten sposób powstają specjalne stale nierdzewne i inne stopy.

Stosowane są poszczególne rodzaje zabezpieczeń:

1. Pasywne;

2. Aktywny;

3. Strukturalne.

Jeśli celem jest pasywna ochrona powierzchni, stosuje się różne powłoki. Tworzą one nieprzepuszczalną powłokę o różnej grubości i zastosowaniu.

Powłoki niemetaliczne:

1. Ochrona chemiczna– Azotowanie, fosforanowanie – nakładanie inhibitorów korozji, a następnie utrwalanie.

2. Nakładanie powłok malarskich.

3. Polimerowa powłoka proszkowa.

Powyższe metody powlekania są skuteczne, o ile powierzchnia nie jest spękana lub złuszczona. Wymagają systematycznego odnawiania, nie są używane w niedostępnym środowisku.

Przed nałożeniem nowej powłoki na powierzchnię, stara powłoka musi zostać usunięta. Metal zostaje oczyszczony z pozostałości lakieru, śladów rdzy, odtłuszczony, zagruntowany. Proces jest pracochłonny.

Aktywna kontrola korozji zapewnia degradację elektrochemiczną zachodzącą w parach galwanicznych w wilgotnym środowisku. W tym przypadku jako metal niszczący instaluje się anodę protektorową, tak jak w elektrycznych kotłach wodnych. Do struktury można przyłożyć pole elektryczne, które zwiększa potencjał elektrodowy metalu konstrukcyjnego.

Metoda strukturalna – pomiędzy metalami antagonistycznymi wykonuje się podkładki izolacyjne, stosuje się stopy neutralne.

Rodzaje powłok niemetalicznych na powierzchniach metalowych

Liczne receptury, do ogólnych zastosowań technicznych i specjalnych. Do grupy tej należą podkłady, wypełniacze, lakiery i farby.

Rodzaje zabezpieczeń:

1. Emalie krzemianowepracować w wysokich temperaturach w agresywnym środowisku. Folia o wysokim połysku bardzo dobrze chroni powierzchnię, ale może pękać pod wpływem uderzeń, powodując przerwanie hermetycznego uszczelnienia.

2. Folie z tworzyw sztucznych, tworzone przez zanurzanie, wirowanie i gazowo-termiczne rozpylanie ciekłych IMS polistyrenu, polipropylenu, fluoroplastu, żywic epoksydowych. Tworzy się cienka warstwa, z możliwym efektem przeciw tarciu.

3. Przez fosforanowanie części w roztworze soli cynku i fosforuTworzy film odporny na działanie gorących roztworów soli.

4. HumirovaniWnętrze zbiorników i rur do pompowania alkaliów i kwasów. Gumowa powłoka jest nietrwała, wymaga wymiany po kilku latach użytkowania.

5. Utleniające.Stal z „tłustym” niebieskawym odlewem powstaje w wyniku specjalnej obróbki alkalicznej z przepuszczeniem prądu elektrycznego. Powierzchnia o grubości 1,5 mikrona otrzymuje ochronę antykorozyjną na cały okres eksploatacji części.

Rodzaje galwanizacji

Galwaniczna metoda nakładania powłok polega na zastosowaniu elektrolitu i prądu stałego. Roztwór elektrolitu do chromowania, cynkowania lub niklowania powierzchniowego. Jedna z elektrod jest przedmiotem obrabianym, na którym osadzana jest równomierna warstwa okładzin. Proces ten jest złożony i zależy od wielu czynników oraz pożądanej grubości powłoki ochronnej. Stosuje się go na powierzchnię metali żelaznych i nieżelaznych. Anodowanie zapewnia warstwę ochronną o różnej grubości i strukturze – porowatą, plastyczną, twardą.

Opracowane metody:

1. Niklowanie chemiczne i elektrolityczne;

2. Galwanizacja niklu;

3. Anodowanie aluminium i jego stopów;

4. Powłoka cynkowa;

5. Miedziana powłoka;

6. Pasywacja chemiczna;

7. Polerowanie elektrolityczne;

8. Powłoki wielowarstwowe.

Przyjrzyjmy się niektórym z tych procesów galwanicznych.

Powlekanie aluminium

Anodowanie aluminium i jego stopów jest powszechną metodą uzyskiwania unikalnych cech dla lekkiego metalu. Pistolet Glock wykonany z takiego materiału nie traci przydatności do użytku po zanurzeniu w wodzie morskiej na dłużej niż miesiąc.

Anodowanie daje wykończenie powierzchni imitujące stal nierdzewną lub tworzywo sztuczne o różnej fakturze. Odmiana galwanizacji, „emulgowanie” tworzy matową lub przezroczystą warstwę ochronną o wysokiej wytrzymałości.

Cynkowanie

Cynk nakładany jest na katodę, charakteryzuje się zachowaniem właściwości powierzchniowych nawet po uszkodzeniu warstwy ochronnej, zapobiega występowaniu rdzy. Ale cynk jest wrażliwy na żywice, tłuszcze i oleje.

Proces polerowania elektrolitycznego odbywa się w kąpieli z elektrolitem alkalicznym lub lekko kwaśnym. Obróbka alkaliczna nadaje się do skomplikowanych kształtów, obróbka kwasowa tworzy warstwę dekoracyjną imitującą chromowanie. Krótkotrwała pasywacja chroni powierzchnię przed tlenem atmosferycznym.

Elektrolit niklowy w kąpieli galwanicznej, odporna powłoka nadająca się do produkcji oleju i stolarstwa.

Cementowanie

Tworzenie okładziny niklowej na powierzchni poprzez nawęglanie jest przydatne dla stali nierdzewnych i żelaznych. Stal stopowa ma zwiększoną odporność na ścieranie. W czarnej stali zamykane są nie tylko pory, ale również szczeliny międzykrystaliczne, co zwiększa odporność na korozję powłoki dwuwarstwowej.

Cementowanie, podstawowy proces galwanizacji, jest określane jako wyciskanie ciekłego elektrolitu. Brak dalszego odrywania się folii na elementach aluminiowych o skomplikowanych kształtach. Tworzy podłoże ochronne pod warstwą podstawową niklowania chemicznego lub elektrochemicznego.

Właściwości niklowania chemicznego

Po zacementowaniu lub pokryciu miedzią, warstwa niklowania chemicznego zabezpiecza wyrób przed korozją termiczną, poprzez dodanie 10% soli fosforowych. Ale odporność powłoki może być zwiększona przez dodatek fosforu i boru. Zwiększona twardość powierzchniowa pozwala następnie na zastosowanie materiału na wały korbowe, sworznie tłokowe, cylindry i elementy sprzęgła. Proces chemicznego niklowania jest znacznie droższy niż proces elektrolityczny.

Pasywacja chemiczna

Nawet w stalach nierdzewnych bez ochrony powierzchniowej mogą wystąpić wżery. Pasywacja chemiczna wykonywana również w kąpieli galwanicznej. Stosowane elektrolity to chromiany i molibdany w środowisku azotanowym, z których wszystkie są silnymi utleniaczami chroniącymi metal przed agresywnymi wpływami środowiska.

Powstała na powierzchni warstwa tlenku jest nierozpuszczalna w wodzie. Dla długotrwałego działania film jest zabezpieczony – powierzchnia jest lakierowana inhibitorami korozji. Pasywacja chemiczna mosiądzu nie tylko zwiększa jego właściwości ochronne i dekoracyjne.

Wybór metody ochrony metalu zależy od zastosowania.

Sposoby technicznej ochrony konstrukcji przed rdzą

Korozja może być całkowicie stłumiona poprzez umieszczenie części metalowej w komorze wypełnionej gazem obojętnym. W praktyce nie jest to możliwe. Dlatego stosuje się metody tłumienia korozji poprzez wykluczenie czynników szkodliwych.

Kotły parowe wykorzystują wodę odgazowaną z usunięciem tlenu i dwutlenku węgla, co prowadzi do powstawania wżerów w rurach parowych i kolektorach. Usuwanie soli twardości i chlorków.

Ochrona elektrochemiczna platform wiertniczych, zakopanych rurociągów i konstrukcji. Są one połączone w obwodzie prądu stałego jako katoda. Anoda jest obojętną elektrodą pomocniczą. Takie zabezpieczenie nazywane jest ochroną bieżnika.

Specjaliści uważają, że najbardziej skomplikowany jest zestaw środków zapobiegających zniszczeniu mediów w ziemi. Korozja gleby jest zarówno zmienna, jak i podstępna. Ochrona elektrochemiczna uwzględnia osobliwość i wilgotność gruntu powodując zniszczenia katodowe lub anodowe.

W przypadku elementów zakopanych stosuje się odporne obróbki powierzchniowe z użyciem kitów lub polimerów w postaci taśm, topników i emalii. Skuteczna jest powłoka bitumiczna o grubości 3-9 mm.

Rurociągi o długości dziesiątków lub setek kilometrów układane są na podłożu o jednakowej kwasowości. W celu uniknięcia oparów galwanicznych można zastosować podsypkę piaskową lub wapnowanie obszarów kwaśnych. Na całej długości rurociągu należy zainstalować stację ochrony katodowej.

Wniosek

Korozji metalu nie da się zatrzymać, ale można ją ograniczyć za pomocą różnych środków technicznych. Bez ochrony metal szybko się niszczy, powodując katastrofalne skutki.