Коррозия металлов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Коррозия металла

Коррозией называется разрушение поверхности металлов под влиянием химического и электрохимического воздействия внешней среды. Коррозия разъедает металл, делая непригодным его дальнейшее использование и эксплуатацию. С течением времени это приводит к снижению прочности, а в ряде случаев и к разрушению металлических изделий.

Быстрота коррозионных процессов зависит от условий, в которых изготовляются и эксплуатируются изделия. Поскольку устранить атмосферное воздействие на металлические конструкции практически невозможно, то и коррозию следует признать вечным спутником металла. Процесс коррозии включает в себя четыре основных элемента. Это - катод (или электрод, на котором происходит катодная реакция), анод (или электрод, на котором происходит анодная реакция), проводник электронов (металл, проводящий электрический ток) и проводник ионов (проводящая электрический ток жидкость или электролит).

Электроды (катод и анод) являются электронными проводниками, которые соприкасаются с проводниками ионов. В проводнике ионов (электролит) возникает соответствующий электродный потенциал или электродное напряжение. Когда электроды соприкасаются между собой, то разность между электродными потенциалами действует как возбудитель коррозионной реакции. В результате образуется коррозионная пара, в которой один из электродов (анод) и разъедает металл. Все меры по защите металла от коррозии направлены на то, чтобы ослабить или не допустить образования коррозионных пар.

Важнейшим способом защиты металла от коррозии является покраска поверхности металлов специальными антикоррозионными составами.

Химическая коррозия металлов протекает в сухих газах и неэлектролитах, т. е. в тех средах, которые не проводят электрический ток. Примером химической коррозии является газовая коррозия выпускного тракта автомобильного двигателя при взаимодействии металла с отработавшими газами в зоне высоких температур.

Электрохимическая коррозия протекает при соприкосновении металла с электролитом. При электрохимической коррозии возникает электрический ток, который протекает как в металле, так и в растворе электролита, образующих замкнутую цепь, подобно короткозамкнутому гальваническому элементу. Электрохимическая коррозия охватывает все виды коррозионного разрушения автомобиля, среди которых наибольшее распространение имеет атмосферная коррозия.

Защита от коррозии -- одна из главных проблем долговечности конструкций. Под влиянием разрушительных атмосферных воздействий и агрессивных сред металлические конструкции постепенно утрачивают первоначальный внешний вид и теряют свои качества. В таких случаях очень остро встает вопрос о защите металла от коррозии.

Современная защита металлов от коррозии базируется на следующих методах: повышение химического сопротивления конструкционных материалов, изоляция поверхности металла от агрессивной среды, понижение агрессивности производственной среды, снижение коррозии наложением внешнего тока (электрохимическая защита).

Эти методы можно разделить на две группы. Первые два метода обычно реализуются до начала производственной эксплуатации металлоизделия (выбор конструкционных материалов и их сочетаний еще на стадии проектирования и изготовления изделия, нанесение на него гальванических и иных защитных покрытий).

Последние два метода, напротив, могут быть осуществлены только в ходе эксплуатации металлоизделия (пропускание тока для достижения защитного потенциала, введение в технологическую среду специальных добавок-ингибиторов) и не связаны с какой-либо предварительной обработкой до начала использования.

При применении первых двух методов не могут быть изменены состав сталей и природа защитных покрытий данного металлоизделия при непрерывной его работе в условиях меняющейся агрессивности среды.

Вторая группа методов позволяет при необходимости создавать новые режимы защиты, обеспечивающие наименьшую коррозию изделия при изменении условий их эксплуатации. Например, на разных участках трубопровода в зависимости от агрессивности почвы можно поддерживать различные плотности катодного тока или для разных сортов нефти, прокачиваемой через трубы данного состава, использовать разные ингибиторы.

Методы защиты металла от коррозии можно разделить на несколько групп:

· Изменение свойств конструкционного материала.

o подбор конструкционного материала;

o термообработка;

o поверхностная обработка (пассивация, аморфизация и др.).

· Изменение свойств окружающей среды.

o осушение воздуха;

o снижение содержания кислорода;

o ингибирование;

o снижение содержания агрессивных компонентов.

· Изменение характера взаимодействия конструкционного материала со средой на границе раздела сред.

o нанесение защитных покрытий для изоляции конструкционного материала от окружающей среды (лакокрасочных, металлических, оксидных, фосфатных, смазок, облицовки);

o катодная поляризация (анодные защитные покрытия, катодная защита);

o устранение анодной поляризации (защита от контактной коррозии, устранение блуждающих токов и т. д.);

o рациональное проектирование(выбор конструкционных материалов, устранение зазоров, устранение гальванических пар разнородных металлов и др.).

Ингибиторы коррозии

Для борьбы с коррозией металлов широко распространены ингибиторы коррозии, которые в небольших количествах вводятся в агрессивную среду и создают на поверхности металла адсорбционную пленку, тормозящую электродные процессы и изменяющую электрохимические параметры металлов.

Согласно стандарту ISO 8044-1986 ингибиторами коррозии (ИК) называют химические соединения, которые, присутствуя в коррозионной системе в достаточной концентрации, уменьшают скоростькоррозии без значительного изменения концентрации любого коррозионного реагента. Ингибиторами коррозии могут быть и композиции химических соединений. Содержание ингибиторов в коррозионной среде должно быть небольшим.

Ингибиторы коррозии подразделяются:

* по механизму своего действия -- на катодные, анодные и смешанные;

* по химической природе -- на неорганические, органические и летучие;

* по сфере своего влияния -- в кислой, щелочной и нейтральной среде.

Действие ингибиторов коррозии обусловлено изменением состояния поверхности металла вследствие адсорбции ингибитора или образования с катионами металла труднорастворимых соединений. Защитные слои, создаваемые ингибиторами коррозии, всегда тоньше наносимых покрытий. Ингибиторы коррозии могут действовать двумя путями: уменьшать площадь активной поверхности или изменять энергию активации коррозионного процесса.

Катодные и анодные ингибиторы замедляют соответствующие электродные реакции, смешенные ингибиторы изменяют скорость обеих реакций. Адсорбция и формирование на металле защитных слоев обусловлены зарядом частиц ингибитора и способностью образовывать с поверхностью химические связи.

Катодные ингибиторы коррозии замедляют катодные реакции или активное растворение металла. Для предотвращения локальной коррозии более эффективны анионные ингибиторы. Часто для лучшей защиты металлов от коррозии используют композиции ингибиторов с различными добавками.

При этом может наблюдаться:

* аддитивное действие, когда ингибирующий эффект отдельных составляющих смеси суммируется;

* антагонизм, когда присутствие одного из компонентов ослабляет ингибирующее действие другого компонента;

* синергизм, когда компоненты композиции усиливают ингибирующее действие друг друга.

Неорганические ингибиторы коррозии

Способностью замедлять коррозию металлов в агрессивных средах обладают многие неорганические вещества. Ингибирующее действие этих соединений обуславливается присутствием в них катионов (Са²⁺, Zn²⁺, Ni²⁺ , As³⁺, Bi³⁺, ^Sb3+) или анионов (CrO^2-₄, Cr₂0^2-₇, NO^-₂, SiO^2-₃, PO^3-₄).

Экранирующие катодные ингибиторы коррозии -- это соединения, которые образуют на микрокатодах нерастворимые соединения, отлагающиеся в виде изолирующего защитного слоя. Для железа в водной среде такими соединениями могут быть ZnSO₄, ZnCl₂, а чаще Са(НС0₃)₂.

Бикарбонат кальция Са(НС0₃)₂ -- самый дешевый катодный экранирующий ингибитор, применяемый для защиты от коррозии стали в системах водоснабжения.

Бикарбонат кальция в подщелоченной среде образует нерастворимые соединения СаСОз, осаждающиеся на поверхности, изолируя ее от электролита.

Анодные неорганические ингибиторы коррозии образуют на поверхности металла тонкие (~ 0,01 мкм) пленки, которые тормозят переход металла в раствор. К группе анодных замедлителей коррозии относятся химические соединения -- пленкообразователи и окислители, часто называемые пассиваторами.

Катодно-анодные неорганические ингибиторы, например KJ, КВr в растворах кислот, тормозят в равной степени анодный и катодный процессы за счет образования на поверхности металла хемосорбционного слоя.

Пленкообразующие ингибиторы защищают металл, создавая на его поверхности фазовые или адсорбционные пленки. В их число входят NaOH, Na₂C0₃ и фосфаты.

Наибольшее распространение получили фосфаты, которые широко используют для защиты железа и стали в системе хозяйственных и коммунальных стоков.

В присутствии фосфатов на поверхности железа образуется защитная пленка. Она состоит из гидроксида железа, уплотненного фосфатом железа. Для большего защитного эффекта фосфаты часто используются в смеси с полифосфатами.

Пассиваторы тормозят анодную реакцию растворения металла благодаря образованию на его поверхности оксидов.

Эта реакция может протекать только на металлах, склонных к пассивации. Пассиваторы являются хорошими, но опасными ингибиторами. При неверно выбранной концентрации, в присутствие ионов Сl^- или при несоответствующей кислотности среды, они могут ускорить коррозию металла, и в частности вызвать очень опасную точечную коррозию.

Хроматы и бихроматы натрия и калия используются как ингибиторы коррозии железа, оцинкованной стали, меди, латуни и алюминия в промышленных водных системах.

Оксидная пленка состоит из 25 % Cr₂0₃ и 75 % Fe₂0₃ .

Нитриты применяются в качестве ингибиторов коррозии многих металлов (кроме цинка и меди) при рН более 5. Они дешевы и эффективны в случае присутствия ржавчины. Защитное действие нитритов состоит в образовании поверхностной оксидной пленки.

Силикаты относятся к ингибиторам коррозии смешанного действия, уменьшая скорости как катодной, так и анодной реакций. Действие силикатов состоит в нейтрализации растворенного в воде углекислого газа и в образовании защитной пленки на поверхности металла.

Пленка не имеет постоянного состава. По структуре она напоминает гель кремневой кислоты, в которой адсорбируются соединения железа и соли жесткости. Ее толщина обычно равна около 0,002 мм.

Полифосфаты -- растворимые в воде соединения метафосфатов общей формулы (МеР0₃)_n. Защитное действие полифосфатов состоит в образовании непроницаемой защитной пленки на поверхности металла. В водных растворах происходит медленный гидролиз полифосфатов, в результате образуются ортофосфаты. В присутствии Са2+ и Fe3+ на поверхности образуется непроницаемая защитная пленка.

Наибольшее распространение в промышленности получил гексаметафосфат натрия. Фосфаты и полифосфаты находят применение в качестве замедлителей коррозии стали в воде и холодильных рассолах. Большой эффект достигается при совместном использовании фосфатов и хроматов. коррозия металл краска цинкование

Органические ингибиторы коррозии

Многие органические соединения способны замедлить коррозию металла. Органические соединения -- это ингибиторы смешанного действия, т.е. они воздействуют на скорость как катодной, так и анодной реакций.

Органические ингибиторы коррозии адсорбируются только на поверхности металла. Продукты коррозии их не адсорбируют. Поэтому эти ингибиторы применяют при кислотном травлении металлов для очистки последних от ржавчины, окалины, накипи.

Органическими ингибиторами коррозии чаще всего бывают алифатические и ароматические соединения, имеющие в своем составе атомы азота, серы и кислорода.

Амины применяют как ингибиторы коррозии железа в кислотах и водных средах. Тиолы (меркаптаны), а также органические сульфиды и дисульфиды проявляют более сильное ингибирующее действие по сравнению с аминами. Основные представители этого класса -- тиомочевина, бензотриазол, алифатические меркаптаны, дибензил сульфоксид.

Органические кислоты и их соли применяют как ингибиторы коррозии железа в кислотах, маслах и электролитах, а также как ингибиторы процесса наводороживания.

Наличие в органических кислотах амино- и гидроксильных групп улучшает из защитные свойства.

В спиртовых растворах, особенно многоосновных (этиленгликоль, пропиленгликоль), применяемых в системах охлаждения эффективным ингибитором коррозии является КПГ-ПК.

Необычайно широко применение ингибиторов в промышленности. В щелочных средах ингибиторы используются при обработке амфотерных металлов, защите выпарного оборудования, в моющих составах, для уменьшения саморазряда щелочных источников тока.

В последние годы появились новые смесевые ингибиторы коррозии для защиты стальной арматуры в железобетоне. Эти соединения -- лигносульфонаты, таннины, аминоспирты -- способны образовывать с катионами железа труднорастворимые комплексы. Среди них особое внимание заслуживают танины, благодаря их положительному влиянию на бетон и способности взаимодействовать с прокорродировавшей сталью.

Новый класс ингибиторов -- это мигрирующие ингибиторы коррозии. Они обладают способностью диффундировать через слой бетона и адсорбироваться на поверхности стальной арматуры, замедляя ее коррозию.

Из ингибиторов для нейтральных сред следует выделить группу ингибиторов коррозии для систем охлаждения и водоснабжения. Видное место здесь занимают полифосфаты, поликарбоксильные аминокислоты, так называемые комплексоны -- ЭДТА, НТА и др.; и их фосфорсодержащие аналоги--ОЭДФ, НТФ, ФБТК. Комплексоны защищают металлы только в жестких водах, где они образуют соединения с катионами Са2+ и Mg2+.

В водооборотных системах хорошие результаты получены с ингибиторами СП-В. Они надежно защищают системы, состоящие из различных конструкционных материалов (Fe, Сu, Аl, и их сплавы).

Летучие ингибиторы являются современным средством защиты от атмосферной коррозии металлических полуфабрикатов и готовых изделий на время их хранения и транспортировки. Принцип действия летучих ингибиторов коррозии заключается в образовании паров, которые диффундируют через слой воздуха к поверхности металла, и защищают ее. Летучие ингибиторы коррозии раньше использовались преимущественно для защиты от коррозии военной техники и энергетического оборудования. В последние годы к известным летучим ингибиторам НДА, КЦА, Г-2, ИФХАН-100, ВНХЛ-49 добавился ряд новых -- ХНТ, СП-В, КПГ-ПК. Установлена способность лучших летучих ингибиторов защищать металл от коррозии длительное время (более 3-х месяцев) даже после удаления их из упаковочного пространства -- эффект последействия.

Самые распространенные способы поверхностной защиты стали:

· Антикоррозийное лакокрасочное покрытие

· Горячая гальванизация погружением

· Гальванопластика

· Гальванизация напылением

· Хромирование

· Напыление алюминия

· Нанесение резинового покрытия

· Нанесение полимерных покрытий на стальные листы (койлкоутинг)

Самым распространенным методом защиты стальных строительных деталей является горячая гальванизация. Этот простой процесс представляет собой покрытие поверхности стали устойчивым к коррозии металла цинком или цинк-алюминиевым сплавом. Цинк и сплавы цинка защищают сталь двумя способами. Во-первых, как и краска, они обеспечивают барьерную защиту. Во-вторых, они обеспечивают гальваническую защиту, т.е. под действием факторов коррозии цинк разрушается, сохраняя сталь.

В дополнение к металлическому покрытию, многие плоские строительные детали, например, облицовочные и кровельные элементы, имеют верхнее органическое покрытие, увеличивающее долговечность и улучшающее внешний вид элементов. Существует широкий диапазон покрытий, предназначенных для различных видов продукции. Толщина покрытия может варьироваться в пределах от 25 до 200 мкм.

Антикоррозионная краска

Краска представляет собой барьерное покрытие, которое при правильном использовании, обеспечивает достаточную защиту стали от коррозии. Однако антикоррозионная краска не всегда выполняет свою защитную функцию в полной мере. Даже под идеально нанесенной краской при продолжительном контакте с водой появляется коррозия.

В любом случае, антикоррозионную краску необходимо наносить на чистую подготовленную поверхность. Подготовка поверхности и защита стали от коррозии с помощью антикоррозийных лакокрасочных покрытий описаны во многих стандартах.

В зависимости от состава пигментов и пленкообразующей основы лакокрасочные покрытия могут выполнять функции барьера, пассиватора или протектора. Барьерная защита - это механическая изоляция поверхности. Нарушение целостности покрытия даже на уровне появления микротрещин предопределяет проникновение агрессивной среды к основанию и возникновение подпленочной коррозии.

Пассивация поверхности металла с помощью ЛКП достигается при химическом взаимодействии металла и компонентов покрытия. К этой группе относят грунты и эмали, содержащие фосфорную кислоту (фосфатирующие), а также составы с ингибирующими пигментами, замедляющими или предотвращающими процесс коррозии.

Протекторная защита металла достигается добавлением в материал покрытия порошковых металлов, создающих с защищаемым металлом донорские электронные пары. Для стали таковыми являются цинк, магний, алюминий. Под действием агрессивной среды происходит постепенное растворение порошка добавки, а основной материал коррозии не подвергается.

Заводская грунтовка

Заводская грунтовка наносится на стальную поверхность сразу после пескоструйной обработки, для временной защиты от коррозии в процессе производства, транспортировки, монтажа и хранения. Краска обычно наносится поверх заводской грунтовки, на которую обычно наносится также новый слой грунтовки. Как правило, заводская грунтовка не является частью конечной лакокрасочной системы, поэтому в некоторых случаях ее необходимо смывать. Детали, поставляемые в заводской грунтовке, можно скреплять сваркой.

Цинковые покрытия

Цинковые покрытия могут наноситься с помощью:

· Горячей гальванизации погружением

· Гальванопластики

· Гальванизации напылением

· Нанесением красок с высоким содержанием цинка

Стойкость цинкового покрытия к атмосферной коррозии линейно зависит от его толщины. Например, покрытие толщиной 20 мкм в тех же условиях прослужит вдвое дольше, чем покрытие толщиной 10 мкм.

Наиболее распространенный способ нанесения цинкового покрытия на стальные конструкции - горячее цинкование погружением (горячая гальванизация погружением).

Лакокрасочные материалы, покрывающие отопительные приборы с температурой до 90°С

«Vivatix» - краска тиксотропная, алкидная. Покрытие обладает стойкостью к истиранию, мытью, животным, смазочным маслам и жирам, воздействию химикатов. Нанесение:кисть, распыление. Растворитель-лаковый бензин.Также можно использовать акриловый лак для отопительных систем. Водорастворимый, не желтеет.

ЛКМ можно применять по металлическим поверхностям с температурой до 120°С

«Universal» - краска алкидная, белая, колеруемая с глянцевым блеском. Покрытие обладает хорошей атмосферос-тойкостью, стойкостью к истиранию, мытью, растворителям (скипидару, уайт-спириту, техническому этиловому спирту, кроме сильных), животным, смазочным маслам и жирам. Нанесение: кисть, окунание, распыление. Растворитель - уайт-спирит. Суперлак для отопительных систем на основе искусственных смол. Быстровысыхающий, температурная устойчивость до + 120 °С, не желтеет. «Уматор» - краска тиксотропная, алкидная, белая, колеруемая, с полуматовым блеском. Для внутренних работ по металлическим поверхностям, радиаторам отопления. Покрытие обладает хорошей стойкостью к истиранию, мытью, растворителям (скипидару, лаковому бензину, метиловому спирту), но неустойчиво к сильным растворителям.

Какими красками можно окрашивать сильнонагреваемые металлические поверхности

Эмаль серебристую ПФ-837 применяют для покрытия поверхностей, подвергающихся в процессе эксплуатации воздействию высокой температуры. Нанесение: распылением.

«Aluminiumfarg» - алюминиевая глянцевая краска, обладающая устойчивостью к нагреву до высокой температуры, в которой в качестве связующего используется кумароновая смола. Используют для окраски горячих поверхностей: поверхности топок, бойлеров, печей и горячих трубопроводов внутри помещений. Выдерживает температуры до 800 °С. Нанесение: распылением.

Как защитить металлические или железобетонные конструкции от влияния агрессивной среды - солей, кислот, щелочей, растворителей

Для создания химстойких покрытий существует несколько защитных материалов, у каждого из которых своя область защиты. Наиболее широкий спектр защиты имеют: эмали ХС-759, ХС-724, «ЭЛОКОР СБ-022» лак ХВ-784, ФЛК-2, грунтовки ХС-059, ХС-010 и др. В каждом отдельном случае подбирается конкретная схема окраски, согласно условиям эксплуатации.

Размещено на Allbest.ru