Как ускорить коррозию металла химическим способом


создание естественной ржавчины и имитация

На сегодняшний день эффект ржавчины – это один из самых популярных вариантов отделки металлических и иных поверхностей. Существует два простых способа придания покрытию оттенка ржавчины: имитация ржавления и натуральное ржавление металла при помощи специальных химических реагентов. В этой статье мы рассмотрим самые эффективные способы, как заржавить металл в домашних условиях и при промышленной обработке.

Естественная ржавчина

Как известно, любая металлическая поверхность со временем утрачивает свой первоначальный облик, теряет не только технические, но и внешние свойства. Для металлов характерно естественное ржавление, которое происходит из-за негативного воздействия факторов окружающей среды. При необходимости создания натуральной ржавчины на металле можно просто ускорить данный процесс путем использования химических реагентов – их действие направлено на формирование слоя коррозии металла.

Перед тем как проводить химическую реакцию, нужно удостовериться в том, что применяемый металл подвержен коррозии. Ржавчина появляется только на металлических поверхностях, в составе которых содержится железо. Некоторые же металлы более устойчивы к коррозии – зачастую это хромовые составы или так называемая нержавейка. Для химического ржавления подходят также чугун и кованое железо.

Первый метод: медно-кислотный раствор

Одним из самых простых способов создания натуральной ржавчины является применение медно-кислотного раствора. Для его изготовления не требуется наличие каких-либо специфических реагентов, самое главное в точности соблюдать технические условия и порядок выполнения операции:

  1. В подготовленную (заранее очищенную) емкость заливается порядка шестидесяти миллилитров соляной кислоты. Обязательное условие — использование защитных очков и перчаток из плотной резины.
  2. Далее в соляной кислоте необходимо растворить небольшое количество меди (медный провод или монетки), после чего раствор должен настояться в течение семи дней для ускорения коррозийных процессов на металле.
  3. Остатки меди следует удалить из получившегося состава. Изготовленный медно-кислотных раствор развести с водой в пропорции: одна часть кислоты на пятьдесят частей воды.
  4. Далее проводится зачистка металла (удаление красящего слоя, штукатурки и иных отделочных материалов), после чего поверхность тщательно промывается мыльным раствором.
  5. Наносить медно-кислотный раствор необходимо при помощи специального пульверизатора или обычной строительной кисти. При этом соблюдайте все правила безопасности, уделите особое внимание вентиляции помещения.

Приблизительно через два часа после нанесения на поверхности появится ржавый эффект. Нет необходимости смывать смесь, поскольку состав самостоятельно улетучится спустя некоторое время. При недостаточном количестве образовавшейся ржавчины, процедуру можно провести повторно, дабы добиться желаемого результата.

Второй метод: уксус и отбеливатель

Есть еще один способ, как сделать ржавчину легко и быстро в домашних условиях — применение уксуса и отбеливателя. Данный метод подойдет только для поверхностей, при отделке которых не использовалась грунтовка и различные герметические составы. Сочетание уксуса и отбеливателя дает максимальный эффект естественного ржавления, если металлические изделия имеют в своем составе олово или железо.

Рассмотрим инструкцию покрытия металлического изделия ржавчиной:

  1. На первом этапе тщательно осмотрите объект на наличие посторонних следов старых покрытий, при необходимости очистите.
  2. Далее смешайте в подготовленной емкости одну часть уксуса и две части хлорной извести. Объем смеси может варьироваться в зависимости от размеров предмета, который вы собираетесь заржавить.
  3. Поместите металлическое изделие в раствор на тридцать минут – за этот промежуток времени на поверхности предмета образуется потрескавшийся слой ржавчины.
  4. Уберите остатки смеси при помощи обычного бумажного полотенца, а также утилизируйте оставшуюся часть уксуса и отбеливателя.
  5. После того как изделие полностью высохнет, сотрите необходимую часть ржавчины (в зависимости от желаемого результата). Некоторым больше нравится толстый слой ржавого покрытия, другим же поверхностная коррозия на металле и иных поверхностях.

Для закрепления полученного эффекта на объекте используйте специальную грунтовку в аэрозоле либо матовый герметик в виде спрея.

На видео: три простых способа создания благородной ржавчины.

Имитация натуральной ржавчины на металле

Можно ли заржавить металл, не искажая натуральную структуру материала? В таких случаях используют имитацию ржавления при помощи специального красящего состава или пленки под ржавчину. Обратите внимание, что придать эффект ржавчины можно как металлу, так и иным материалам, например, древесине.

Краски и пигменты

Чтобы сделать изделие ржавым, чаще всего применяют краску под ржавчину на акриловой основе. Сейчас такую смесь можно приобрести в любом строительном магазине. Как же создается краска под ржавчину? Ржавые оттенки образуются посредством взаимодействия коричневого, желтого и красного пигментов. Также может добавляться синий пигмент для придания покрытию большей глубины и насыщенности цвета.

Существует и природный пигмент, который при одиночном использовании дает вид будто поверхность заржавела со временем, а не в результате декоративно-отделочных работ – это сурик железных или охра (смесь гидрата окиси железа и глины).

Природную охру не используют для покраски металлических предметов. Она лишь является основополагающим компонентом и добавляется в лакокрасочные материалы (в краски, грунтовки, эмали).

Независимо от того, какую краску вы собираетесь использовать — купленную или приготовленную самостоятельно на основе железного сурика, смесь должна наноситься на очищенную и обезжиренную поверхность. Чтобы создать правдоподобную текстуру ржавчины, краску можно нанести с помощью пористой губки или сухой кистью (для имитации подтеков).

Имитирующая пленка

В магазинах строительных и отделочных материалов можно найти самоклеящуюся пленку с изображением ржавчины. Это также неплохой вариант, который позволит быстро и без особых проблем получить нужный эффект. Однако такую пленку рекомендуется клеить на идеально ровную поверхность, в противном случае могут появиться воздушные пузыри, либо в некоторых местах пленка просто отклеится.

Чаще всего пленку с имитацией ржавчины используют автовладельцы, которые хотят затюнинговать свою машину.

Как использовать пленку:

  1. Поверхность, которую требуется задекорировать, необходимо обезжирить (спиртом или специальным обезжиривателем).
  2. Приложите пленку к основе и отметьте участки либо контуры, которые нужно вырезать.
  3. Отсоедините пленку от подложки и начинайте приклеивать отрезок по середине, постепенно разравнивая к краям.

Декоративная покраска под ржавчину (2 видео)

Пигменты и бытовые средства (25 фото)

 

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 незащищенными, обычно являются участками 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 она хранилась в местах с мелкими и 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 - это 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

Ряд краткосрочных и долгосрочных испытаний может 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 противоречивыми. 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 антикоррозийного средства, наносимого 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.

  • В испытании шкафа для совместного армейско-военно-морского флота (JAN), используемого с 1940-х годов, используется температура, поддерживаемая на уровне 120 градусов по Фаренгейту, при 100-процентной относительной влажности. 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 появлению 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 спонсируемые 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.

.

% PDF-1.2 % 33 0 объект > endobj xref 33 34 0000000016 00000 н. 0000001027 00000 н. 0000001497 00000 н. 0000001704 00000 н. 0000001844 00000 н. 0000002453 00000 н. 0000035004 00000 п. 0000035190 00000 п. 0000035417 00000 п. 0000035889 00000 п. 0000036080 00000 п. 0000036288 00000 п. 0000036309 00000 п. 0000036957 00000 п. 0000036978 00000 п. 0000037493 00000 п. 0000037514 00000 п. 0000038073 00000 п. 0000038094 00000 п. 0000038616 00000 п. 0000038637 00000 п. 0000039167 00000 п. 0000039396 00000 п. 0000047332 00000 п. 0000047514 00000 п. 0000047812 00000 п. 0000047833 00000 п. 0000048495 00000 п. 0000048516 00000 п. 0000049139 00000 п. 0000049160 00000 п. 0000049771 00000 п. 0000001164 00000 н. 0000001476 00000 н. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 34 0 объект > endobj 65 0 объект > ручей Hb``f`ʻaʻe`` [

.

1 Коррозия - ее влияние и контроль | Возможности исследований в области науки и техники коррозии

Системы ядерных реакторов

Коммерческие и военные ядерные реакторы испытали широкий спектр проблем с коррозией за последние 55 лет, и - начиная с 1960-х годов - исследования коррозии нашли хорошее применение для смягчения и решения этих проблем. Все действующие предприятия в Соединенных Штатах используют обычную легкую воду с небольшим количеством примесей, но, тем не менее, они на удивление подвержены коррозии.

В системах реакторов с кипящей водой преобладающей проблемой было межкристаллитное коррозионное растрескивание под напряжением (SCC) в аустенитной нержавеющей стали 304, сенсибилизированной сваркой, что приводило к серьезным простоям оборудования. Эту ситуацию изменило понимание того, что растрескивание можно контролировать, изменяя химический состав воды и состояние увлажненных поверхностей установки.

Во-первых, было снижено содержание примесей в воде; затем вводили водород в нежелательно высоких концентрациях, чтобы снизить коррозионный потенциал стали.Затем, в классическом применении науки о коррозии, было показано, что влажное осаждение благородных металлов на поверхности растений может обеспечить аналогичный уровень защиты при гораздо более низком уровне содержания водорода. Все эти практические меры по смягчению последствий были поддержаны обширными научными исследованиями в области коррозии, включая разработку датчиков на месте для мониторинга содержания водорода, электродного потенциала и скорости роста трещин.

В реакторах с водой под давлением проблемы коррозии были связаны в основном с парогенераторами, где сплав 600 на основе никеля первоначально использовался для труб, которые отделяли воду теплоносителя первого контура от воды, которая кипятится для привода турбин.Это оказалось неудачным выбором, потому что материал был подвержен SCC с обеих сторон. Однако меры по исправлению положения - включая термическую обработку материала труб, замену трубок новым сплавом и уменьшение отложений шлама, возникающего из-за примесей в питающей воде, - продлили срок службы парогенераторов.

В процессе этого смягчения последствий были проведены превосходные исследования в поддержку критических вопросов в металлургии, химическом машиностроении, науке о коррозии и даже в геохимии. Теперь отрасль находится в положении, когда она может - с достаточной уверенностью - прогнозировать чрезвычайно долгий срок службы своих новых заводов, а также превышать целевые показатели по продлению срока службы отремонтированных станций.

Оба типа ядерных установок столкнулись с проблемами SCC из-за нейтронно-облученного материала в активной зоне, и некоторые из самых амбициозных исследований коррозии за последние два десятилетия имели дело с полученным сочетанием изменения свойств материала, микроструктуры и поведения SCC с использованием достижений в моделировании и характеристике. В результате экспериментов и фундаментальных исследований срок службы материала можно предсказать более точно, и существуют рекомендации для новых сплавов с повышенной устойчивостью к этой специальной форме SCC.Конечная цель - количественное прогнозирование срока службы после полного понимания механизмов коррозии и деградации.

.

Измерения электрохимической коррозии - Гальваническая коррозия

Обзор электрохимических основ коррозии

Большая часть коррозии металлов происходит в результате электрохимических реакций на границе раздела между металлом и раствором электролита. Например, тонкая пленка влаги на поверхности металла образует электролит для атмосферной коррозии. Второй пример - это когда влажный бетон является электролитом для коррозии арматурных стержней в мостах. Хотя большая часть коррозии происходит в воде, коррозия в неводных системах известна.

Коррозия обычно происходит со скоростью, определяемой равновесием противоположных электрохимических реакций. Одна из реакций - это анодная реакция, в которой металл окисляется, высвобождая электроны в металл. Другой - катодная реакция, в которой частицы раствора (часто O 2 или H + ) восстанавливаются, удаляя электроны из металла. Когда эти две реакции находятся в равновесии, поток электронов от каждой реакции уравновешен, и чистый поток электронов (электрический ток) не возникает.Две реакции могут происходить на одном металле или на двух разнородных металлах (или участках металла), которые электрически связаны.

На рисунке 1 показан этот процесс. По вертикальной оси отложен электрический потенциал, а по горизонтальной оси - логарифм от

.

Смотрите также