Korozja Metali - Przyczyny I Metody Ochrony

Spisu treści:

Korozja Metali - Przyczyny I Metody Ochrony
Korozja Metali - Przyczyny I Metody Ochrony

Wideo: Korozja Metali - Przyczyny I Metody Ochrony

Wideo: Korozja Metali - Przyczyny I Metody Ochrony
Wideo: Prezentacja Korozja i jej zapobieganie 2024, Marzec
Anonim
  • Co to jest korozja metalu
  • Korozja chemiczna
  • Korozja elektrochemiczna
  • Inne przyczyny korozji metali
  • Środki ochrony przed korozją metali
  • Ochrona antykorozyjna z powłokami niemetalicznymi
  • Żelazna ochrona przed korozją przez powłoki z innych metali
  • Poprawa odporności na korozję poprzez dodanie dodatków stopowych do stopów stali
  • Środki antykorozyjne
  • Ochrona przed prądami błądzącymi
Zniszczenie metali
Zniszczenie metali

Wyrażenie „kosztuje niezły grosz” w odniesieniu do korozji metalu jest więcej niż prawdziwe - roczne szkody spowodowane przez korozję stanowią co najmniej 4% rocznego dochodu każdego rozwiniętego kraju, aw Rosji wielkość szkód oblicza się za pomocą dziesięciu cyfr. Co zatem powoduje procesy korozyjne w metalach i jak sobie z nimi radzić?

Co to jest korozja metalu

Zniszczenie metali w wyniku oddziaływania elektrochemicznego (rozpuszczanie w zawierającym wilgoć środowisku powietrza lub wody - elektrolit) lub chemicznego (tworzenie się związków metali z czynnikami chemicznymi o dużej agresywności) ze środowiskiem. Proces korozji metali może rozwinąć się tylko w niektórych obszarach powierzchni (korozja lokalna), pokryć całą powierzchnię (korozja jednolita) lub zniszczyć metal wzdłuż granic ziaren (korozja międzykrystaliczna).

Metal pod wpływem tlenu i wody staje się luźnym jasnobrązowym proszkiem, lepiej znanym jako rdza (Fe 2 O 3 · H 2 O).

Korozja chemiczna

Proces ten zachodzi w środowiskach niebędących przewodnikami prądu elektrycznego (suche gazy, ciecze organiczne - produkty ropopochodne, alkohole itp.), A intensywność korozji wzrasta wraz ze wzrostem temperatury - w efekcie na powierzchni metalu tworzy się film tlenkowy.

Wszystkie metale, zarówno żelazne, jak i nieżelazne, podlegają korozji chemicznej. Aktywne metale nieżelazne (na przykład aluminium) pod wpływem korozji pokryte są warstwą tlenku, która zapobiega głębokiemu utlenianiu i chroni metal. I taki niskoaktywny metal, jak miedź, pod wpływem wilgoci zawartej w powietrzu nabiera zielonkawego nalotu - patyny. Co więcej, powłoka tlenkowa nie we wszystkich przypadkach chroni metal przed korozją - tylko wtedy, gdy struktura krystaliczno-chemiczna utworzonej powłoki jest zgodna ze strukturą metalu, w przeciwnym razie folia nie pomoże.

Miedź patynowana
Miedź patynowana

Stopy są podatne na inny rodzaj korozji: niektóre pierwiastki stopów nie są utleniane, ale są redukowane (na przykład w połączeniu wysokiej temperatury i ciśnienia w stalach następuje redukcja węglików za pomocą wodoru), podczas gdy stopy całkowicie tracą niezbędne właściwości.

Korozja elektrochemiczna

Proces korozji elektrochemicznej nie wymaga obowiązkowego zanurzenia metalu w elektrolicie - dostatecznie cienkiej warstwy elektrolitycznej na jego powierzchni (często roztwory elektrolityczne impregnują środowisko otaczające metal (beton, grunt itp.)). Najczęstszą przyczyną korozji elektrochemicznej jest powszechne stosowanie soli domowych i przemysłowych (chlorków sodu i potasu) do usuwania lodu i śniegu z dróg zimą - szczególnie dotyczy to samochodów i mediów podziemnych (według statystyk roczne straty w Stanach Zjednoczonych wynikające ze stosowania soli zimą są 2,5 miliarda dolarów).

Dzieje się tak: metale (stopy) tracą część swoich atomów (przechodzą do roztworu elektrolitycznego w postaci jonów), elektrony zastępujące utracone atomy ładują metal ładunkiem ujemnym, natomiast elektrolit ma ładunek dodatni. Powstaje para galwaniczna: metal ulega zniszczeniu, stopniowo wszystkie jego cząstki stają się częścią roztworu. Korozja elektrochemiczna może być spowodowana prądami błądzącymi powstającymi w wyniku upływu części prądu z obwodu elektrycznego do roztworów wodnych lub do gleby, a stamtąd do konstrukcji metalowej. W miejscach, w których prądy błądzące opuszczają konstrukcje metalowe z powrotem do wody lub gleby, dochodzi do zniszczenia metalu. Prądy błądzące występują szczególnie często w miejscach, w których poruszają się naziemne pojazdy elektryczne (na przykład tramwaje i lokomotywy kolejowe napędzane trakcją elektryczną). W ciągu zaledwie roku wędrujące prądy 1A są w stanie rozpuścić żelazo - 9,1 kg, cynk - 10,7 kg, ołów - 33,4 kg.

Inne przyczyny korozji metali

Rozwojowi procesów korozyjnych sprzyja promieniowanie, produkty przemiany materii i bakterie. Korozja powodowana przez mikroorganizmy morskie uszkadza dna statków, a procesy korozyjne wywołane przez bakterie mają nawet swoją nazwę - biokorozja.

Procesy korozyjne
Procesy korozyjne

Połączenie skutków naprężeń mechanicznych i środowiska zewnętrznego wielokrotnie przyspiesza korozję metali - spada ich stabilność termiczna, uszkadzane są powierzchniowe warstwy tlenków, aw miejscach, gdzie pojawiają się niejednorodności i pęknięcia, uaktywnia się korozja elektrochemiczna.

Środki ochrony przed korozją metali

Nieuniknioną konsekwencją postępu technologicznego jest zanieczyszczenie naszego środowiska - proces, który przyspiesza korozję metali, ponieważ środowisko zewnętrzne jest wobec nich coraz bardziej agresywne. Nie ma sposobu, aby całkowicie wyeliminować korozyjne niszczenie metali; jedyne, co można zrobić, to maksymalnie spowolnić ten proces.

Aby zminimalizować niszczenie metali, możesz wykonać następujące czynności: zmniejszyć agresję środowiska otaczającego produkt metalowy; zwiększyć odporność metalu na korozję; wykluczyć interakcję między metalem a substancjami ze środowiska zewnętrznego, które wykazują agresję.

Od tysięcy lat ludzkość wypróbowała wiele metod ochrony wyrobów metalowych przed korozją chemiczną, niektóre z nich są nadal używane: powlekanie tłuszczem lub olejem, inne metale, które korodują w mniejszym stopniu (najstarszą metodą, która ma ponad 2 tysiące lat, jest cynowanie cyna)).

Ochrona antykorozyjna z powłokami niemetalicznymi

Powłoki niemetaliczne - farby (alkidowe, olejne i emalie), lakiery (syntetyczne, bitumiczne i smołowe) oraz polimery tworzą na powierzchni metali film ochronny, który wyklucza (poprzez swoją integralność) kontakt ze środowiskiem zewnętrznym i wilgocią.

Stosowanie farb i lakierów jest korzystne, ponieważ te powłoki ochronne można nakładać bezpośrednio na miejscu montażu i budowy. Metody nakładania farb i lakierów są proste i podatne na mechanizację, zniszczone powłoki można odtworzyć „na miejscu” - podczas eksploatacji materiały te mają stosunkowo niski koszt, a ich zużycie na jednostkę powierzchni jest niewielkie. Jednak ich skuteczność zależy od spełnienia kilku warunków: zgodności z warunkami klimatycznymi, w jakich będzie stosowana konstrukcja metalowa; potrzeba używania wyłącznie wysokiej jakości farb i lakierów; ścisłe przestrzeganie technologii nakładania na powierzchnie metalowe. Farby i lakiery najlepiej nakładać w kilku warstwach - ich ilość zapewni najlepszą ochronę powierzchni metalowej przed warunkami atmosferycznymi.

Powłoki antykorozyjne
Powłoki antykorozyjne

Polimery, takie jak żywice epoksydowe i polistyren, polichlorek winylu i polietylen, mogą działać jako powłoki ochronne przed korozją. W pracach konstrukcyjnych osadzone elementy żelbetowe pokryte są powłokami z mieszanki cementu i nadchlorowinylu, cementu i styropianu.

Żelazna ochrona przed korozją przez powłoki z innych metali

Istnieją dwa rodzaje powłok z inhibitorami metali - bieżnikowe (powłoki cynkowe, aluminiowe i kadmowe) oraz odporne na korozję (powłoki ze srebra, miedzi, niklu, chromu i ołowiu). Inhibitory stosuje się chemicznie: pierwsza grupa metali ma wysoką elektroujemność w stosunku do żelaza, druga - dużą elektrododatniość. Najbardziej rozpowszechnione w naszym codziennym życiu są powłoki metalowe z żelaza z cyną (blacha, z niej wykonane są puszki) i cynkiem (żelazo ocynkowane - pokrycia dachowe), otrzymywane przez przeciąganie blachy przez stopiony jeden z tych metali.

Kształtki żeliwne i stalowe, a także rury wodociągowe są często ocynkowane - operacja ta znacznie zwiększa ich odporność na korozję, ale tylko w zimnej wodzie (przy doprowadzaniu ciepłej wody rury ocynkowane zużywają się szybciej niż nieocynkowane). Pomimo skuteczności cynkowania nie zapewnia idealnej ochrony - powłoka cynkowa często zawiera pęknięcia, które w celu ich wyeliminowania wymagają wstępnego niklowania powierzchni metalowych (niklowanie). Powłoki cynkowe nie pozwalają na nakładanie na nie farb i lakierów - nie ma stabilnej powłoki.

Najlepszym rozwiązaniem ochrony przed korozją jest powłoka aluminiowa. Metal ten ma niższy ciężar właściwy, co oznacza, że jest mniej zużyty, można malować aluminiowane powierzchnie, a warstwa farby będzie stabilna. Ponadto powłoka aluminiowa w porównaniu z powłoką ocynkowaną jest bardziej odporna na agresywne środowisko. Aluminium nie jest szeroko stosowane ze względu na złożoność nakładania tej powłoki na blachę - aluminium w stanie stopionym wykazuje dużą agresję na inne metale (z tego powodu stopione aluminium nie może znajdować się w kąpieli stalowej). Być może ten problem zostanie całkowicie rozwiązany w najbliższej przyszłości - oryginalną metodę aluminiowania odkryli rosyjscy naukowcy. Istotą opracowania nie jest zanurzanie blachy stalowej w stopionym aluminium,i podnieś płynne aluminium do blachy stalowej.

Poprawa odporności na korozję poprzez dodanie dodatków stopowych do stopów stali

Wprowadzenie chromu, tytanu, manganu, niklu i miedzi do stopu stali umożliwia otrzymanie stali stopowej o wysokich właściwościach antykorozyjnych. Stal stopowa jest szczególnie odporna na duże ilości chromu, dzięki czemu na powierzchni konstrukcji tworzy się warstwa tlenków o dużej gęstości. Wprowadzenie miedzi do składu stali niskostopowych i węglowych (od 0,2% do 0,5%) umożliwia 1,5-2-krotne zwiększenie ich odporności na korozję. Dodatki stopowe są wprowadzane do składu stali zgodnie z regułą Tammana: wysoką odporność na korozję uzyskuje się, gdy na każde osiem atomów żelaza przypada jeden atom stopu.

Środki antykorozyjne

Aby ją zmniejszyć, konieczne jest zmniejszenie korozyjnej aktywności medium poprzez wprowadzenie niemetalicznych inhibitorów oraz zmniejszenie liczby składników zdolnych do zainicjowania reakcji elektrochemicznej. Ta metoda zmniejszy kwasowość gleb i roztworów wodnych w kontakcie z metalami. Aby zmniejszyć korozję żelaza (jego stopów), a także mosiądzu, miedzi, ołowiu i cynku, z roztworów wodnych należy usunąć dwutlenek węgla i tlen. Przemysł energetyczny usuwa z wody chlorki, które mogą wpływać na miejscową korozję. Wapnując glebę można zmniejszyć jej kwasowość.

Ochrona przed prądami błądzącymi

Możliwe jest ograniczenie elektrokorozji podziemnych mediów i zakopanych konstrukcji metalowych, jeśli przestrzegane są kilka zasad:

  • odcinek konstrukcji służący jako źródło prądu błądzącego musi być połączony przewodem metalowym z szyną tramwajową;
  • trasy sieci ciepłowniczej powinny być zlokalizowane jak najdalej od linii kolejowych, po których poruszają się pojazdy elektryczne, aby zminimalizować liczbę ich skrzyżowań;
  • zastosowanie izolujących wsporników rur w celu zwiększenia oporu przejścia między gruntem a rurociągami;
  • na wejściach do obiektów (potencjalne źródła prądów błądzących) konieczne jest zainstalowanie kołnierzy izolacyjnych;
  • zamontować zworki podłużne przewodzące na kształtkach kołnierzowych i kompensatorach dławnic - w celu zwiększenia przewodności wzdłużnej na chronionym odcinku rurociągów;
  • w celu wyrównania potencjałów równoległych rurociągów konieczne jest zainstalowanie poprzecznych zworek elektrycznych w sąsiednich odcinkach.

Ochronę izolowanych metalowych przedmiotów i małych konstrukcji stalowych zapewnia ochraniacz, który działa jak anoda. Materiał na ochraniacz to jeden z aktywnych metali (cynk, magnez, aluminium i ich stopy) - przejmuje większość korozji elektrochemicznej, zapadając się i zabezpieczając główną strukturę. Na przykład jedna anoda magnezowa chroni 8 km rurociągu.

Zalecane: