В чем сущность защиты металлов от коррозии


Коррозия металлов и способы защиты от неё

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.⁠


% 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`` [

.

Что такое коррозия и как ее предотвратить? - Marine Coatings

Что такое коррозия?

Коррозия - это естественный процесс движения материалов, обычно металлов, к их самому низкому энергетическому состоянию, что приводит к спонтанной реакции между материалом и окружающей средой, что приводит к его разрушению. Слово происходит от латинского « corrodere» , что переводится как «грызть на куски».

Для морских применений низкоуглеродистая сталь остается металлом номер один в конструкционных целях благодаря своей относительно низкой стоимости, механической прочности и простоте изготовления.Его главный недостаток состоит в том, что он легко корродирует в морской воде и, если он не имеет надлежащей защиты, быстро теряет прочность, что может привести к разрушению конструкции. На приведенной ниже диаграмме показан цикл коррозии. От добычи оксида железа и производства стали до коррозии.

Изображение: ResearchGate

Ремонт покрытий на море может стоить до 100 раз дороже первоначального покрытия, и, по оценке NACE International, общая стоимость морской коррозии во всем мире составляет от 50 до 80 миллиардов долларов в год. Источник: Морская промышленность. 2018. Морская промышленность. [ONLINE] Доступно по адресу: https://www.nace.org/Corrosion-Central/Industries/Maritime-Industry/ .

При правильном планировании судовладельцы могут гарантировать, что их суда работают с максимальной производительностью и поддерживают рентабельность, сохраняя при этом состояние своих активов. Если плохая подготовка поверхности является причиной порчи, единственное решение - удалить краску и начать заново.Важно сделать все правильно с первого раза.

Два типа коррозии, особенно актуальных для морской промышленности, - это точечная коррозия и бактериальная коррозия.

Как предотвратить коррозию

Предотвращение коррозии требует устранения или подавления с использованием двух основных методов: катодной защиты и покрытия . Обычно системы катодной защиты используются вместе с системами покрытий.

Катодная защита

Целью катодной защиты является подавление происходящей электрохимической реакции.В нормальных коррозионных условиях ток от анода приводит к потере металла на анодном участке, что приводит к защите металла на катодном участке.

Защита может быть обеспечена путем создания структуры, которую вы хотите защитить катодной, двумя способами:

  1. Расходные аноды:

Когда два разнородных металла погружаются в морскую воду, металл с наименьшим электрическим потенциалом подвергается наибольшей коррозии.Например, скорость коррозии мягкой стали можно контролировать, соединив ее с цинком, поскольку она затем станет анодом и подвергнется коррозии. В этом примере цинковый анод упоминается как жертвенный анод , потому что он медленно расходуется (корродирует) во время процесса защиты.

Еще одно применение цинка в качестве расходуемого анода - это покрытие стали цинком; либо в виде гальванизации или металлизации, либо в виде краски с высоким содержанием активного цинка.

  1. Системы импульсного тока:

Корпус судна можно сделать катодным с помощью источника постоянного тока.Наложенный ток подается в противоположном направлении, чтобы нейтрализовать ток коррозии и преобразовать коррозирующий металл с анода на катод. В этом примере отрицательная клемма постоянного тока подключена к защищаемому трубопроводу. Анод удерживается внутри для увеличения электрического контакта с окружающей средой.

Изображение: Основные принципы катодной защиты

Покрытия

Эффективность покрытий, предотвращающих коррозию, зависит от многих факторов, например от типа покрытия, конечного использования покрытия и условий эксплуатации резервуара.

Низкая проницаемость и хорошая «влажная адгезия», т.е. адгезия при погружении, широко считаются наиболее важными аспектами контроля коррозии с помощью покрытий.

Для максимальной адгезии покрытий стальные поверхности перед окраской должны быть чистыми, сухими и свободными от масел, ржавчины, солей и других загрязнений.

Сильно сшитые химически отверждаемые системы, вероятно, будут иметь относительно низкие характеристики проницаемости, и на них может повлиять толщина пленки. Как правило, более толстые пленки задерживают прохождение кислорода и воды к поверхности стали.Таким образом, высокая толщина пленки (> 400 мкм dft) может обеспечить высокую степень защиты от коррозии, которая лучше всего достигается в многослойных системах, а не в одном слое.

Покрытия в эксплуатации могут подвергаться механическим повреждениям. Следовательно, поддержание защиты от коррозии может быть наилучшим образом достигнуто с помощью покрытий, которые обеспечивают как стойкость к истиранию, так и защиту от коррозии. Рекомендуется, чтобы покрытия обладали хорошей стойкостью к «подрезанию», то есть стойкостью к ползучести под пленочной коррозии на поврежденных участках.

Другие механизмы, используемые для предотвращения коррозии в непогруженных, надводных областях, включают:

  • Использование антикоррозионных пигментов, например фосфата цинка. Этот пигмент малорастворим и может образовывать молекулярный слой, препятствующий коррозии, на поверхности стали.
  • Использование металлического цинка в качестве жертвенного пигмента, по сути, разработка системы катодной защиты «на месте».

Наш успех в защите от коррозии:

Многим клиентам AkzoNobel удалось предотвратить коррозию с помощью Intershield 300.Подробнее:

Свяжитесь с нами

Свяжитесь с нами , если вам нужна дополнительная информация о том, как предотвратить коррозию, или свяжитесь с вашим торговым представителем.

.

% 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 п. 0000010162 00000 п. 0000010711 00000 п. 0000013405 00000 п. 0000050032 00000 п. 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

.

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.

.

Смотрите также