Что такое химическая коррозия металлов


Коррозия металлов

Коррозия – это самопроизвольный окислительно-восстановительный процесс разрушения металлов и сплавов вследствие взаимодействия с окружающей средой.

Различают два вида коррозии – химическую и электрохимическую. Химическая коррозия обусловлена взаимодействием металлов с веществами, содержащимися в окружающей среде. В производственных условиях такими веществами, помимо О2, являются SO2, CO2, H2S , NH3 и др.

Химическую коррозию, обусловленную взаимодействием металлов с газами, называют газовой. Основной вклад в газовую коррозию металла вносит кислород воздуха. Различные металлы обладают различной устойчивостью по отношению к О2. Некоторые металлы (Al, Cr, Zn, Pb, Sn) образуют на воздухе плотные пленки оксидов, не разрушающиеся при изгибе или нагревании. Такие пленки защищают металл от дальнейшего доступа к нему газов и жидкостей, и процесс коррозии резко замедляется. Оксидные пленки других металлов (например, Fe) представляют собой рыхлые, пористые, механически непрочные образования. Они не предохраняют металл от доступа к нему газов и жидкостей. Поэтому такие металлы корродируют особенно быстро.

Процесс химической коррозии Fe схематически можно представить следующими уравнениями:

2Fe + O2=2FeO

4Fe + 3O2 = 2Fe2O3

3Fe + 2O2 =FeO · Fe2O3

4Fe + 3O2 +6H2O=4Fe(OH)3

Fe(OH)3=t H2O+FeOOH (ржавчина)

Однако наибольший вред приносит не химическая, а электрохимическая коррозия, связанная с переходом электронов от одних участков металла к другим. Химическая коррозия сопровождает электрохимическую и усиливает ее.


Сущность электрохимической коррозии

Металлы обычно содержат примеси других металлов и неметаллов. При соприкосновении таких  металлов с электролитом (которым может служить Н2О, адсорбированная из воздуха, поскольку в ней как правило имеются ионы растворенных веществ) на поверхности металла возникает множество микрогальванических пар. В этих парах атомы более активного металла (обычно Fe) играют роль анода, а атомы менее активного – роль катода.

На катоде идет процесс восстановления молекул О2 в нейтральной и щелочной средах, или ионов Н+ – в кислой среде.

На аноде происходит окисление атомов металла, из которых состоит анод, с образованием катионов Men+.

Последние переходят в электролит (растворение анода) и соединяются с ионами ОН, с образованием гидроксида Me(OH) n и других продуктов. Называемых ржавчиной. В результате металл, играющий роль анода, разрушается.

Скорость электрохимической коррозии тем больше, чем дальше друг от друга расположены металлы в ряду напряжений, и чем выше температура окружающей среды.

Чистые металлы устойчивы к коррозии. Однако, так ка абсолютно чистым металлов нет, а также вследствие того, что гальваническая пара может быть образована отдельными участками одного и того же металла, находящимися в различных условиях (под разными электролитами или под одним и тем же электролитом разной концентрации), то электрохимическая коррозия имеет место всегда при соприкосновении металла с электролитом (атмосферной влагой).

Роль катода при электрохимической коррозии могут выполнять не только менее активные металлы, но и примеси неметаллов, способных принимать электроны.

Коррозия – процесс поверхностный и при отсутствии трещин внутри металла развиваться не может. Поэтому одним из способов защиты от коррозии является нанесение на поверхность металла металлических и неметаллических покрытий.

В качестве металлических покрытий используются пленки Au, Ag, Ni, Cr, Zn и других металлов, которые мало подвергаются коррозии из-за своей индифферентности или по причине образования прочных оксидных пленок. Некоторые из этих металлов (Au, AgNi, Cr), помимо защитной, выполняют и эстетическую – придают изделиям приятный внешний вид.

Различают два вида металлических покрытий – анодное и катодное. Покрытие называется

  • анодным, если оно изготовлено из металла более активного, чем защищаемый;
  • катодным, если изготовлено из менее активного металла.

Примером анодных покрытий для изделий из железа являются пленки из Cr, Zn, примером катодных – пленки из Ni, Sn, Ag, Au. Катодные покрытия не защищают металлы в случае нарушения их целостности (трещины, царапины), так как при наличии электролита возникает гальваническая пара, роль растворимого анода в которой играет защищаемый металл.

Неметаллические покрытия также делятся на два вида: неорганические и органические. В качестве органических покрытий используются пленки лаков, красок, пластмасс, резины, битума, в качестве неорганических – эмали.

Протекторная защита заключается в соединении защищаемого изделия проводником с протектором – пластиной из более активного металла (Al, Mg, Zn). В процессе коррозии протектор служит анодом и разрушается, предохраняя от коррозии металлическое изделие или конструкцию.

Электрохимическая (катодная) защита заключается в соединении защищаемого изделия с катодом внешнего источника тока, вследствие чего изделие становится катодом. Анодом служит вспомогательный, обычно стальной, электрод (кусок металла), который и разрушается в процессе коррозии.


 

Автор: Метельский А.В.
Источник: Метельский А.В., Химия в Экзаменационных вопросах и ответах, Минск, изд. «Беларуская энцыклапедыя», 1999 год
Дата в источнике: 1999 год

Коррозия металлов

Теория коррозии металлов

Коррозия определяется как повреждение материала в результате химическая, часто электрохимическая реакция с окружающей средой. Согласно этому определению термин «коррозия» может применяться ко всем материалы, в том числе неметаллы. Но на практике слово коррозия в основном используется в в сочетании с металлическими материалами.

Почему металлы корродируют? Помимо золота, платины и некоторых других, в чистом виде металлы в природе не встречаются. Они обычно химически связаны с другими веществами в рудах, такими как сульфиды, оксиды и т. д. Энергия должна быть затрачена (например, в доменной печи) для извлечения металлов из сульфиды, оксиды и т. д. для получения чистых металлов.

Чистые металлы содержат больше связанной энергии, представляя собой более высокое энергетическое состояние, чем в природе в виде сульфидов или оксидов.


Энергетическое состояние металла в различных формах

Поскольку весь материал во Вселенной стремится вернуться к своему низкому уровню энергетическое состояние, чистые металлы также стремятся вернуться к своему самому низкому энергетическому состоянию которые у них были в виде сульфидов или оксидов. Один из способов, которыми металлы могут вернуться к низкому уровню энергии за счет коррозии. Продукты коррозии металлы часто представляют собой сульфиды или оксиды.

Химическая и электрохимическая коррозия

Химическая коррозия может рассматриваться как окисление и происходит под действием сухих газов, часто при высоких температурах. С другой стороны, имеет место электрохимическая коррозия. электродными реакциями, часто во влажной среде, например влажной коррозией.

Все металлы в сухом воздухе покрыты очень тонким слоем оксида, мощностью около 100 (10 -2 м).Этот слой создан химическим коррозия кислородом воздуха. При очень высоких температурах реакция с кислородом в воздухе может продолжаться без ограничений, и металл будет быстро превращаться в оксид.


Окисление металла при разных температурах

При комнатной температуре реакция останавливается, когда слой становится тонким.Эти тонкие слои оксида могут защитить металл от продолжительного воздействия, например в водный раствор. На самом деле именно эти слои оксида и / или продукты коррозии, образующиеся на поверхности металла, защищающие металл от продолжающегося нападения в гораздо большей степени, чем коррозия сопротивление самого металла.

Эти слои оксида могут быть более или менее прочными в вода, например.Мы знаем, что обычная углеродистая сталь быстрее корродирует в воде. чем нержавеющая сталь. Разница зависит от состава и проницаемость их соответственно оксидных слоев. Следующее описание явление коррозии касается только электрохимической коррозии, т.е. влажная коррозия.

Ячейки коррозии

Как металлы корродируют в жидкостях? Проиллюстрируем это, используя явление коррозии, называемое биметаллической коррозией или гальванической коррозией.Биметаллическая коррозионная ячейка может, например, состоят из стальной пластины и медной пластины в электрическом контакте друг с другом и погружены в водный раствор (электролит).

Электролит содержит растворенный кислород из воздуха. и растворенная соль. Если лампа подключена между стальной пластиной и медная пластина, она загорится. Это означает, что ток течет между металлические пластины.Медь будет положительным электродом, а сталь - быть отрицательным электродом.


Ток течет через лампу от медной пластины к стальной пластине

Движущей силой тока является разница в электрическом потенциал между медью и сталью. Цепь должна быть замкнута и следовательно, ток будет течь в жидкости (электролите) от стального листа к медной пластине.Ток протекает через положительно заряженный атомы железа (ионы железа) покидают стальную пластину, и стальная пластина корродирует.

Корродирующая металлическая поверхность называется анодом. Кислород и вода расходуются на поверхности медной пластины и гидроксильных ионов (ОН-), которые имеют отрицательный заряд, образуются. Отрицательные ионы гидроксила «нейтрализовать» положительно заряженные атомы железа.Ионы железа и гидроксила образуют гидроксид железа (ржавчина).

В описанной выше коррозионной ячейке металлическая медь называется катодом. Обе металлические пластины называются электродами, а определение анода и катода дано ниже.

Анод : Электрод, от которого течет положительный ток. в электролит.
Катод : Электрод, через который проходит положительный электрический ток. ток уходит из электролита.

Когда положительные атомы железа переходят в раствор из стальной пластины, электроны остаются в металле и переносятся в обратном направлении, в сторону положительный ток.

Предпосылки для К формированию биметаллической ячейки относятся:
1.Электролит
2. Анод
3. Катод
4. Окислительная среда, например растворенный кислород (O 2 ) или ионы водорода. (H + ).

Электродный потенциал - гальваническая серия

В приведенном выше примере было показано, что движущая сила для протекания тока и, следовательно, Коррозия - это разность электродных потенциалов.Электродный потенциал металл - это показатель склонности металла к растворению и коррозии в определенном электролите.

Упоминается также «благородство» металла. Более благородный металла, чем выше потенциал, тем меньше у него тенденции к раствориться в электролите.

Электродные потенциалы различных металлов могут быть указаны в отношение друг к другу в гальваническом ряду для разных электролитов.В гальванический ряд различных металлов в морской воде показан ниже.

Золото +0,42
Серебро +0,19

Нержавеющая сталь (AISI 304), пассивное состояние

+0.09
Медь +0.02
Олово -0,26

Нержавеющая сталь (AISI 304), активное состояние

-0,29
Свинец -0,31
Сталь -0.46
Кадмий -0,49
Алюминий -0,51
Сталь оцинкованная -0,81
Цинк -0,86
Магний -1,36

Учитывая сталь-медь Например, из приведенной выше таблицы будет отмечено, что медь имеет более высокий потенциал ( благороднее), чем обычная углеродистая сталь.Сталь будет анодом и корродирует, тогда как медь будет катодом и не подвергнется коррозии.

Коррозия в микроячейках

Сталь-медь пример показал, как происходит коррозия, когда два разных материала соединен в водном растворе. Как происходит коррозия на поверхности из цельного металла? Когда поверхность металла исследуется под микроскопом, будет видно, что это не один однородный металл.Различия в структура и размер зерна возникают на поверхности. Химический состав может варьируются, и могут присутствовать различные примеси.

Если потенциал электрода измеряется через явно однородной поверхности, будет обнаружено, что она значительно варьируется в пределах только доли квадратного миллиметра. Катоды и аноды, возможно, маленькие, но достаточно большой, чтобы вызвать коррозию, может быть сформирован на той же металлической поверхности.В результате анодной и катодной реакций образовалась коррозионная микроячейка. описано ниже.


Анодная часть поверхности корродирована

В случае низкого pH катодная реакция будет: 2e - + 2H + → H 2 . Катодная поверхность может быть примеси, такие как оксидные включения, прирост графита или более благородная фаза.

.

% PDF-1.4 % 178 0 объект > endobj xref 178 37 0000000016 00000 н. 0000001634 00000 н. 0000001719 00000 н. 0000001910 00000 н. 0000002147 00000 н. 0000002525 00000 н. 0000003081 00000 н. 0000003553 00000 н. 0000003590 00000 н. 0000003638 00000 н. 0000003686 00000 н. 0000003912 00000 н. 0000004181 00000 п. 0000004431 00000 н. 0000004509 00000 н. 0000005266 00000 н. 0000006017 00000 п. 0000006764 00000 н. 0000007526 00000 н. 0000008301 00000 н. 0000009065 00000 н. 0000009198 00000 п. 0000009356 00000 н. 0000010162 00000 п. 0000010711 00000 п. 0000013405 00000 п. 0000050032 00000 н. 0000050225 00000 п. 0000053846 00000 п. 0000054087 00000 п. 0000058874 00000 п. 0000067630 00000 п. 0000067879 00000 п. 0000068084 00000 п. 0000068372 00000 п. 0000077251 00000 п. 0000001036 00000 н. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 214 0 объект > поток xb``f``Idʻe` Ȁ

.

Последствия и экономические последствия коррозии

Что такое коррозия?

Коррозия - это ухудшение свойств материалов из-за взаимодействия с окружающей средой, и коррозия большинства металлов (и многих материалов в этом отношении) неизбежна.
Хотя в первую очередь связаны с металлическими материалами, все типы материалов подвержены деградации. Деградация полимерных изоляционных покрытий на проводке является проблемой при старении самолетов. Даже керамика может разрушаться в результате избирательного растворения.Мы надеемся избежать коррозии, как смерть и налоги; но в конечном итоге мы должны научиться с этим справляться.

Основной причиной или движущей силой любой коррозии является снижение энергии Гиббса системы. Производство почти всех металлов (и инженерных компонентов из металлов) требует добавления энергии в систему.

В результате этой тяжелой термодинамической борьбы металл имеет сильную движущую силу, чтобы вернуться в свое естественное состояние оксида с низкой энергией.Это возвращение к естественному оксидному состоянию - это то, что мы называем коррозией, и даже при том, что это неизбежно, можно использовать значительные препятствия (методы контроля коррозии), чтобы замедлить его продвижение к состоянию равновесия.

Таким образом, часто интерес представляет скорость приближения к равновесию. Эта скорость контролируется не только природой металлической поверхности, но и природой окружающей среды, а также их развитием.

Годовые прямые затраты на коррозию

В свете термодинамической основы коррозии неудивительно, что затраты, связанные с коррозией, высоки.Несколько исследований за последние 30 лет показали, что ежегодные прямые затраты на коррозию для промышленной экономики составляют примерно 3,1% валового национального продукта (ВНП) страны. В Соединенных Штатах это составляет более 276 миллиардов долларов в год.

Одно только министерство обороны имеет затраты на коррозию в размере 20 миллиардов долларов США. Из-за значительного экономического, безопасного и исторического воздействия коррозии на общество, а также поскольку коррозия металлов является электрохимическим процессом, также неудивительно, что Подразделение коррозии является одним из них. старейших подразделений ECS.

Отделение было создано в 1942 году, но коррозия была важной темой в Обществе с 1903 года. Обзоры ранней литературы и истории Отделения были подготовлены Улигом к 50-й и 75-й годовщине Общества, а обзор столетия - Isaacs был опубликован совсем недавно. Читателям, которые ищут хороший общий источник информации о коррозии, рекомендуется обратиться к Справочнику по коррозии Uhlig.

Коррозионные процессы

Большинство процессов коррозии включают по крайней мере две электрохимические реакции (анодную и катодную).Корродирующую поверхность можно рассматривать как короткозамкнутую батарею; реакция растворения на аноде поставляет электроны для реакции восстановления на катоде. Короткое замыкание - это электрическое соединение, проводимое между двумя физическими узлами, которые часто разделены очень небольшими расстояниями.

Таким образом, изучение процессов коррозии включает использование многих из тех же инструментов, которые используют электрохимики, изучающие батареи, топливные элементы, а также физическую и аналитическую электрохимию.Применение теории смешанного потенциала к коррозии было первоначально представлено Вагнером и Траудом и обсуждено позже в Журнале Электрохимического общества Петрочелли.

В 1957 году Штерн и Гири теоретически проанализировали форму поляризационных кривых, которые легли в основу основной экспериментальной техники (электрохимическая поляризация), используемой в электрохимических исследованиях коррозии. Образование поверхностных оксидных пленок имеет решающее значение для снижения скорости растворения металла, поэтому у коррозионистов есть много общего с теми, кто изучает диэлектрики для других целей.Именно эти тонкие (<10 нм) пленки естественного оксида делают возможным технологическое использование металлических материалов, выступая в качестве барьеров для растворения.

Категории коррозии

Традиционно коррозия подразделяется на восемь категорий в зависимости от морфологии воздействия, а также типа окружающей среды, в которой находится материал.
Равномерная или общая коррозия является наиболее распространенным типом коррозии, и примеров этого типа коррозии предостаточно; включая ржавление стальных мостов, ржавление подземных трубопроводов, потускнение серебра и образование патины на медных крышах и бронзовых статуях.Тот, кто оставил снаружи незащищенный кусок стали, знаком с равномерной коррозией.

К счастью, равномерная коррозия предсказуема и может контролироваться различными методами, такими как окраска поверхности или нанесение слоя жертвенного металла, такого как цинк, на сталь. Эта жертвенная коррозия поверхностного слоя цинка для защиты лежащей под ним стали на самом деле является формой гальванической или биметаллической коррозии. В этом случае, как и в случае с аккумулятором, мы используем коррозию в своих интересах.

Поверхности некоторых металлов (например, алюминия, нержавеющей стали и титана) защищены от равномерной коррозии чрезвычайно тонкой оксидной пленкой, которая образуется естественным путем. Многие практические применения материалов зависят от присутствия этого защитного оксида. Мы не смогли бы использовать самолеты (или любые другие конструкции в этом отношении) из алюминия, если бы не эта тонкая защитная пленка.

К сожалению, эта пленка может разрушаться локально, что приводит к таким формам коррозии, как точечная коррозия алюминиевых пластин, щелевая коррозия крепежных деталей из нержавеющей стали или коррозионное растрескивание труб в ядерных реакторах.Защита конструкций и оборудования от этих форм коррозии необходима и возможна.

Доступные подходы к борьбе с коррозией включают нанесение защитных покрытий на металлические поверхности, которые действуют как барьер или, возможно, обеспечивают жертвенную защиту, добавление химических веществ в окружающую среду для подавления коррозии, изменение химического состава сплава, чтобы сделать его более устойчивым к коррозии. и обработка поверхности металла для повышения его устойчивости к коррозии.

Органические покрытия обычно являются первой линией защиты от коррозии, а в таких изделиях, как автомобили и самолеты, используются задействованные системы покрытий, состоящие из нескольких слоев и механизмов защиты. Эти покрытия используются для изоляции металла от окружающей среды, и их барьерные свойства представляют особый интерес.

Некоторые частицы при добавлении в электролит преимущественно мигрируют в анодные и / или катодные участки, замедляя процесс коррозии. Хроматы, фосфаты, нитраты, молибдаты и различные органические соединения обеспечивают защиту от коррозии трубопроводных систем на электростанциях, предприятиях химической переработки и нефтегазовой промышленности.

Вы добавляете ингибитор в радиатор вашего автомобиля всякий раз, когда добавляете охлаждающую жидкость. Точно так же вы предотвращаете коррозию стали, распыляя WD-40 TM на поверхность. Нержавеющая сталь - классический пример легирования для повышения коррозионной стойкости.

В большинстве сред повсеместное ржавление стали облегчается добавлением не менее 12% хрома. Хром изменяет состав естественно образующейся оксидной пленки на поверхности металла, и при концентрациях хрома более 12% пленка содержит достаточно оксида хрома, чтобы значительно снизить коррозию.Защитные пленки на других металлах (например, алюминии и магнии) также можно улучшить за счет легирующих добавок.

Поскольку коррозия обычно возникает на поверхности металла, многие успешные методы борьбы с коррозией включают обработку или изменение поверхности металла. Эти виды обработки могут быть такими же обычными, как дробеструйная обработка поверхности металла для повышения его сопротивления коррозионной усталости; или они могут быть высокотехнологичными, такими как лазерное плавление поверхности, чтобы обеспечить гладкую поверхность с измененным составом.

Будущие тенденции в исследованиях коррозии включают разработку экологически безопасных ингибиторов, точное прогнозирование срока службы конструкции и поиск способов сделать коррозию хорошей вещью! На ингибиторы тратятся огромные суммы денег в самых разных отраслях промышленности. Один трубопровод может тратить миллион долларов в год на ингибиторы, которые добавляют в нефть перед транспортировкой.

Хромат является мощным ингибитором коррозии многих металлических поверхностей, но он канцерогенен.Таким образом, поиски заключались в том, чтобы найти ингибитор, столь же эффективный, как хромат, но безвредный для окружающей среды. Это требует междисциплинарной работы, включающей химию, электрохимию, науку о поверхности и металлургию.

Поскольку инфраструктура промышленно развитых стран продолжает стареть, происходит все больше и больше отказов из-за коррозии. Замена всех мостов и трубопроводов (газ, нефть, вода) была бы чрезмерно дорогой и ненужной, поскольку большинство из них находятся в хорошем состоянии и могут прослужить еще много лет.

Определение того, какие из них выходят из строя и как долго они могут прослужить, является функцией прогнозирования срока службы. Эта область предполагает работу с компьютерными учеными, инженерами всех категорий (гражданские, механические, химические, электрические, информационные), а также экономистами. Точные модели требуют точного представления процессов размером более десяти порядков величины (от <0,1 нм до 10 м) и более двадцати порядков величины во времени (от 1 пс до 50 лет и более). Убедительным примером серьезной проблемы в этой области является прогнозирование коррозионного поведения контейнеров, выбранных для хранения высокоактивных радиоактивных отходов в течение 10 000 лет или более.

Коррозия - это хорошо. Можно использовать растворение для выборочного удаления одного компонента из материала (известное как удаление сплава), оставляя пористую структуру, которую можно использовать для удержания и медленной элюции лекарств при имплантации структуры. Включение такого материала на поверхность коронарного стента может позволить заменить используемые в настоящее время полимерные пленки, которые могут треснуть при расширении стента. В том же духе (простите за каламбур) магниевые стенты находят применение в качестве биоабсорбируемых стентов.Многое было изучено в отношении коррозии за последние сто лет.

Это исследование позволило понять природу коррозии - причины ее возникновения и способы ее предотвращения. Теперь доступны возможности для продления срока службы множества конструкций и компонентов, от легковых и грузовых автомобилей до контейнеров для хранения ядерных отходов.

До 1980-х годов коррозия транспортных средств была проблемой, с которой большинство людей в США имело личный опыт (как и аспиранты - авторы этой статьи).

Источник приведенного выше текста Барбара А. Шоу и Роберт Г. Келли

БАРБАРА ШО - профессор технических наук и механики в Пенсильванском государственном университете. Она является членом исполнительного комитета отдела коррозии ECS. В ее исследовательские интересы входят коррозия металлов (особенно легких металлов), разработка коррозионно-стойких сплавов и покрытий, локальная коррозия и разработка биорассасываемых магниевых сплавов.

РОБЕРТ КЕЛЛИ - профессор материаловедения и инженерии Университета Вирджинии.Его исследовательские интересы включают коррозию металлов в водных и неводных растворителях, уделяя особое внимание моделированию и измерению условий внутри локализованных участков коррозии.

Интересные статьи

Оригинал статьи:
Барбара А. Шоу
Роберт Г. Келли

Руководство по коррозии для начинающих

Руководство по контролю и обработке коррозии

Руководство по защите от коррозии

Защита металлов от коррозии

Биологическая коррозия железа

.

Коррозионные механизмы, процессы

Как производитель металла, вы больше всего сосредотачиваетесь на изменении формы металлической заготовки, при резке, гибке, формовании концов, прошивке, надрезании, механической обработке или каком-либо другом процессе. Для большинства этих процессов требуется жидкость на основе масла, растворителя или воды для предотвращения трения, которое, в свою очередь, предотвращает перегрев или преждевременный износ.

Еще одно соображение, не менее важное, чем изготовление заготовки, - предотвращение коррозии.Некоторые производители полагаются на жидкость для металлообработки, чтобы обеспечить как производственную, так и окончательную защиту от коррозии; другие используют заключительный процесс для нанесения краткосрочной или долгосрочной защиты от коррозии. В любом случае средства защиты от коррозии выполняют необходимую функцию. Без защиты железо (Fe) в сталь взаимодействует с кислородом (O) в атмосфере, вызывая коррозию стали.

Независимо от того, принимает ли коррозия форму красной ржавчины (оксид железа, Fe 2 O 3 ) или черного пятна (оксид железа, Fe 3 O 4 ), процесс аналогичен: окисление металла связано с уменьшением количества других компонентов в технологическом процессе, включая жидкости для металлообработки.

Определение коррозии

Коррозия черных металлов - это окисление металлического железа от Fe до Fe + 2 , далее до Fe +3 , вызванное потоком электронов от анода (точка положительной полярности) к катоду (точка отрицательной полярности). ). Обычная батарея использует аналогичный процесс для передачи электрического тока от одного вывода к другому. Процессы контроля коррозии останавливают поток электронов или нарушают химическая реакция на катоде или аноде.

Требования к ржавчине.Для образования ржавчины необходимы три компонента или составляющих:

  1. Ячейка, состоящая из катода и анода
  2. Влага, по которой течет ток
  3. Кислород, который соединяется с металлом

Шесть обычных условий могут превратить любой кусок стали в коррозионную ячейку (см. Рисунок 1 ).

Несколько ключевых моментов, о которых следует помнить:

  • Требования к созданию ячеек коррозии минимальны.Например, стальная пыль и мелочь, обычные побочные продукты многих операций по металлообработке, могут стать катодом коррозионной ячейки. Точно так же простого обращения с трубой или трубой голыми руками может быть достаточно, чтобы начать процесс коррозии.
  • Некоторые электролиты в жидкой форме влияют на скорость распространения коррозии.
  • Поверхностные царапины обычны и не обязательно приводят к образованию ржавчины; глубокие царапины, оставляющие блестящую сталь незащищенной, обычно являются местами коррозии.
  • Если металл подвергается значительному воздействию воздушного потока, запас кислорода пополняется более или менее непрерывно, и в результате образуется красная ржавчина.Если детали хранятся или используются в среде с ограниченным воздушным потоком, металл все равно может ржаветь, но при этом образуются черные пятна оксида.

Предостережения по защите от коррозии

Водорастворимые жидкости для обработки и шлифования обеспечивают временную защиту от коррозии. Однако производители не могут полагаться на них для предотвращения коррозии, потому что продолжительность необходимой защиты варьируется от производителя к производителю; некоторым требуется всего несколько часов защиты, пока детали не перейдут к следующему процессу, в то время как другие хранят детали неделями.Условия хранения и охлаждающей жидкости имеют решающее значение факторы, определяющие, как долго жидкости обеспечивают защиту от коррозии.

Факторы, влияющие на продолжительность защиты от коррозии, включают:

  1. Производственные процессы разведки и добычи.
  2. Чистота поверхности.
  3. Состояние средства защиты от коррозии при нанесении.
  4. Качество аппликационного метода.
  5. Упаковка, используемая для упаковки детали.
  6. Среда хранения.

Информация о производственных процессах и жидкостях, используемых в этих процессах, помогает понять, как обращаться со вторым фактором - чистотой поверхности. Какие виды жидкостей для металлообработки были использованы при изготовлении детали? Хранилась ли деталь между этапами изготовления? Как с этим справились? Если на детали есть остатки жидкости для металлообработки или если она хранилась в местах с мелкими пыль, чистота поверхности - проблема, которую необходимо решить.

Рис. 1: Ржавчина вызывается коррозионными ячейками.Каждая коррозионная ячейка имеет анод и катод (положительный и отрицательный полюс). Влага обеспечивает путь для прохождения тока, а кислород - агент, который заставляет сталь менять форму на трехвалентное или закись железа.

В-третьих, после нанесения покрытия, но перед упаковкой, необходимы надлежащие методы обращения для сохранения целостности защитной пленки. Перчатки необходимы для предотвращения контакта кожного жира рабочих со сталью.

В-четвертых, система подачи жидкости должна иметь достаточную способность для тщательного смачивания деталей и должна поддерживаться в рабочем состоянии, чтобы обеспечить постоянное количество антикоррозийных средств для деталей.Хорошая система фильтрации - такая, которая сводит к минимуму размер и количество мелких частиц, а также уровни посторонних масел, хлоридов и сульфатов - увеличивает способность жидкости предотвращать коррозию. Кроме того, жидкость Концентрация должна поддерживаться на правильном уровне, который следует измерять более точным прибором, чем рефрактометр.

В-пятых, упаковка для размещения деталей должна быть надлежащего качества и в хорошем состоянии, без разрывов и повреждений, чтобы предотвратить прямой доступ к деталям с покрытием.

Наконец, необходимо контролировать среду хранения, чтобы предотвратить резкие колебания температуры и влажности (менее 15 градусов по Фаренгейту и менее 10 процентов изменения относительной влажности в течение 24 часов).

Измерение эффективности защиты от коррозии

С помощью ряда краткосрочных и долгосрочных испытаний можно определить степень защиты от коррозии. Все эти тесты предназначены для имитации реальных приложений в ускоренных условиях. Имейте в виду, что интерпретация результатов тестирования может быть столь же важной, как настройка и контроль условий тестирования.

Жидкости для удаления металлов. Тест на стружку используется для оценки взаимодействия образующейся смазки для удаления металла и металлической стружки. Если стружка не соответствует типу сплава, ее размеру и чистоте (например, на стружке нет мелких частиц), результаты будут несовместимыми. Большинство тестов чипов включают фиксированное количество чипов, покрытых определенным количеством охлаждающей жидкости. Влажная стружка затем нанесите на фильтровальную бумагу или металлические блоки, чтобы определить потенциал ржавчины. Большинство тестов чипов длятся несколько часов.

Жидкости для предотвращения коррозии. К средствам защиты от коррозии предъявляются более строгие требования и более четко определены методы испытаний, чем к жидкостям для обработки металлов. Некоторые из наиболее распространенных тестов включают шкафы, которые контролируют температуру и влажность. Кроме того, обращение с испытательными панелями с покрытием необходимо контролировать в зависимости от количества антикоррозионного средства, нанесенного на поверхность. Большинство тестов проводится с двумя или тремя панелями, и источник воды должен быть чистым, чтобы исключить любые загрязняющие вещества (хлориды или сульфаты), которые могут повлиять на результаты.

  • При испытании шкафа для совместного армейско-военно-морского флота (JAN), используемого с 1940-х годов, используется температура, поддерживаемая на уровне 120 градусов по Фаренгейту и относительная влажность 100 процентов. Это конденсирующаяся среда, что означает, что вода собирается на поверхности испытательной панели и стекает по панели и покрытию.
  • Испытание в камере с солевым туманом (ASTM B117) подвергает образцы воздействию 5% солевого тумана в виде тумана; температура поддерживается на уровне 100 градусов F.
  • 10-тактный тест GM, разработанный General Motors для оценки средств защиты от коррозии, был принят многими поставщиками, связанными с GM.Этот метод аналогичен JAN, но работает при температуре 100 ° F в среде без конденсации. Кроме того, он выполняет 10 циклов, каждый из которых состоит из 18 часов в шкафу и 6 часов вне шкафа.

Устранение неисправностей

Когда вы впервые исследуете проблему ржавчины, важно узнать историю воздействия металлической поверхности; вам необходимо проследить все процессы, чтобы определить, где началась коррозия. Исследование должно включать все процессы и жидкости, контактирующие с деталями.Только отслеживая весь процесс, у вас есть шанс определить приложение, которое оказывает наибольшее влияние на проблема коррозии. Кроме того, жидкости, участвующие в процессе, должны быть оценены на пригодность к использованию по сравнению со свежей жидкостью.

Диаграммы причинно-следственных связей

могут помочь вам найти основную причину (см. , рисунок 2, и , рисунок 3, ).

Анализ жидкостей

Анализ жидкости дает представление об эффективности защиты от коррозии.Семь тестов измеряют присущие жидкости характеристики: кислотность, влажность, грязь, процент твердых веществ, кальций, вязкость и удельный вес. Восьмая оценка, испытание на коррозию меди, является субъективным показателем того, как жидкость окрашивает медь.

Рис. 2. Выявление причины коррозии не должно быть сложной задачей. Разделение причин на пять широких категорий дает вам отправную точку.

  1. Кислотность. Чрезмерное содержание кислоты, которое может быть вызвано перегревом продукта, загрязнением или чрезмерным испарением растворителя, способствует и ускоряет коррозию.Низкая кислотность может быть связана с чрезмерным разбавлением растворителем или загрязнением.
  2. Влажность. Вода в составе средства для предотвращения коррозии на основе масла или растворителя будет способствовать образованию ржавчины или появлению пятен. Повышенный уровень обычно связан с остаточной пленкой на входящих деталях.
  3. Грязь. Твердые частицы - мелкие частицы железа, песок или взвешенные в воздухе частицы - на поверхности детали действуют как места коррозии. По мере нанесения, слива и повторного нанесения антикоррозионного средства уровень грязи продолжает расти.
  4. процентов твердых веществ. Содержание твердых веществ можно использовать для определения концентрации. Низкая концентрация может возникнуть из-за загрязнения или чрезмерного разбавления растворителем. Высокое содержание твердых частиц может быть вызвано загрязнением или испарением растворителя. Низкое содержание твердых частиц означает низкую концентрацию, что снижает защиту от коррозии.
  5. Кальций. Это прямой показатель основного сырья, используемого для защиты от коррозии. Низкий уровень кальция обычно указывает на низкую концентрацию, результат чрезмерного загрязнения или чрезмерного разбавления.Высокий уровень кальция может указывать на испарение растворителя, чрезмерное загрязнение или присутствие воды.
  6. Вязкость. Вязкость, мера способности продукта растекаться или смачиваться, часть имеет решающее значение для образования непрерывной однородной барьерной пленки по всей части. Толщина масляной пленки, которая остается на детали, напрямую связана с уровнем защиты от коррозии. Как правило, более тонкие пленки обеспечивают меньшую защиту от коррозии, тогда как более толстые пленки обеспечивают больше.
  7. Низкая вязкость может быть результатом низкой концентрации, чрезмерного загрязнения или чрезмерного разбавления. Высокая вязкость обычно указывает на высокую концентрацию из-за испарения растворителя или чрезмерного загрязнения.
  8. Удельный вес. Это измерение, иногда называемое плотностью, дает четкое представление о загрязнении. Низкие значения удельного веса обычно указывают на низкую концентрацию, чрезмерное загрязнение или чрезмерное разбавление. Высокий удельный вес обычно указывает на высокую концентрацию из-за испарения растворителя или чрезмерного загрязнения.
  9. Испытание на коррозию меди. Этот тест, описанный в стандарте ASTM D130, оценивает коррозионную активность нефтепродуктов, вызванную активными соединениями серы. Результаты оцениваются путем сравнения пятен на медной полосе с цветовой шкалой от 1 до 4. Типичным источником серы является хонинговальное масло.

Коррозия - какой ценой?

Согласно исследованию «Расходы на коррозию и превентивные стратегии в США», проведенному в 2002 году по заказу Федерального управления автомобильных дорог CC Technologies Laboratories Inc.и при финансовой поддержке NACE International прямые затраты на коррозию металлов в США составляют 276 миллиардов долларов в год. Для сравнения: он составлял более 3 процентов валового дохода США. внутренний продукт.

Коррозия имеет другую цену. Изготовленный компонент или узел, который выходит из строя или требует специальной обработки для предотвращения коррозии, вызывает недовольство клиентов. Использование комплексных методов борьбы с коррозией имеет решающее значение для минимизации обоих типов затрат.

Рис. 3. Дополнительные сведения об устранении неполадок могут помочь вам разобраться в проблемной области.

.

Смотрите также