Коррозионное воздействие воды на металлы

Обновлено: 04.10.2024

ВОДОПОДГОТОВКА ДЛЯ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ
(данная статья опубликована в журнале «Сантехника», по материалам ASHRAE* Handbook – HVAC Applications (Руководство ASHRAE – Применение оборудования ОВК). ASHRAE Handbook – HVAC Applications является справочным пособием для проектировщиков и инженеров.)

ХАРАКТЕРИСТИКИ ВОДЫ

Химические характеристики

Падающий дождь поглощает имеющиеся в атмосфере углекислый газ и кислород. Углекислый газ смешивается с водой и образует угольную кислоту (H₂CO₃). Когда угольная кислота попадает на почву, содержащую известняк (СаСО₃), она разлагает кальций с образованием карбоната кальция. Карбонат кальция, присутствующий в воде, используемой в системах отопления или кондиционирования воздуха, в конечном итоге превращается в твердый осадок или накипь, которая может привести к увеличению затрат на использование энергии, времени на техническое обслуживание, частоты отключения оборудования. В конце концов из-за этой накипи придется преждевременно заменять оборудование.
В следующих пунктах рассматриваются наиболее типичные химические и физические свойства воды, используемой в приложениях ОВКВ.

Щелочность является мерой способности нейтрализации сильных кислот. В природной воде щелочность почти всегда обеспечивается за счет присутствия бикарбоната, хотя может присутствовать и некоторое количество карбоната. Бораты, гидроксиды, фосфаты и другие компоненты, если они присутствуют в воде, также вносят вклад в меру щелочности обрабатываемой воды. Щелочность также способствует образованию твердого осадка. Щелочность измеряется двумя различными индикаторами: щелочность по фенолфталеину (р-щелочность) определяет содержание в воде сильных щелочей; щелочность по метилоранжу (м-щелочность) определяет общую щелочность в воде. Заметим, что общая щелочность включает в себя и щелочность по фенолфталеину. В большинстве случаев для природной воды, в которой концентрация фосфатов, боратов и других некарбонатных щелочных материалов невелика, наличие действительно присутствующих в воде химических веществ может быть оценено по двум измерениям щелочности (табл. 1). Щелочность или кислотность часто путают с рН. Такой путаницы можно избежать, если иметь в виду, что рН является мерой концентрации ионов водорода, выраженной в виде логарифма его обратной величины.

Хлориды не влияют на образование твердого осадка, но способствуют коррозии из-за своей электропроводимости, а также вследствие того, что из-за своего небольшого размера ионы хлорида не препятствуют непрерывному потоку коррозии, если поверхностная пленка пористая. Количество хлоридов в воде является полезным измерительным инструментом для испарительных систем. Содержание практически всех других составляющих примеси в воде увеличивается или уменьшается при внесении обычных химикатов для обработки воды или в результате химических изменений, происходящих в нормальном режиме работы. В противоположность этому на концентрацию хлоридов действует, за небольшими исключениями, только испарение, и поэтому отношение содержания хлоридов в пробе воды из работающей системы к содержанию хлоридов в подпиточной воде может служить мерой того, насколько была выпарена вода. (Примечание: Уровень содержания хлоридов изменяется, если система постоянно хлорируется.)

Растворенные в воде твердые вещества состоят из солей и других материалов, соединяющихся с водой в виде растворов. Они могут влиять на образование коррозии и твердого осадка. Вообще вода с малым содержанием растворенных твердых веществ является коррозийной, т. к. в ней хуже откладывается защитный твердый осадок. Но если вода с высоким содержанием растворенных твердых веществ не содержит твердого осадка, она более интенсивно образует коррозию из-за своей высокой электропроводимости. Растворенные в воде твердые вещества часто определяются как общее количество растворенных в воде твердых веществ (Total Dissolved Solids – TDS).

Электропроводимость, или удельная электропроводимость, является мерой способности воды проводить электричество. Электропроводимость возрастает с увеличением TDS. Удельная электропроводимость может использоваться для оценки общего количества растворенных в воде твердых веществ.

Кремнезем, если позволить ему достичь определенной концентрации, может образовывать особенно тяжело удаляемые отложения. К счастью, отложения кремнезема менее вероятны, чем отложения другого рода.

Растворимое железо может образовываться в воде в результате коррозии металла в системах водоснабжения или в качестве загрязнения в подаче подпиточной воды. Железо может образовывать теплоизолирующие отложения при осадке в виде гидроксида или фосфата железа (если при обработке воды используется вещество на основе фосфата или если фосфат присутствует в подпиточной воде).

Сульфаты также способствуют образованию твердого осадка в воде с высоким содержанием кальция. Однако осадок сульфата кальция образуется только при гораздо большей концентрации, чем более обычный осадок, состоящий из карбоната кальция. Высокое содержание сульфатов также способствует усиленной коррозии из-за своей высокой электропроводимости.

Взвешенные твердые частицы включают в себя как органические, так и неорганические вещества, взвешенные в воде (особенно в неочищенной воде из поверхностных источников или в воде, циркулирующей в открытом оборудовании). Органические вещества в поверхностных источниках могут быть в коллоидном виде. Природные составы, такие как лигнины и танины, часто имеют коллоидную форму. При больших скоростях течения воды тяжелые взвешенные частицы могут истирать оборудование. Осевшие частицы любого типа могут способствовать концентрационной коррозии.

Мутность может интерпретироваться как недостаток чистоты или яркости в воде. Ее нельзя путать с цветом. Вода может быть темного цвета, но в то же время чистой и не мутной. Мутность вызывается взвесями, находящимися в окончательно измельченном состоянии. Мутность могут вызывать глина, ил, органические вещества, микроскопические организмы и подобного рода материалы. Хотя взвешенные частицы и мутность очень тесно связаны друг с другом, они не являются синонимами. Взвешенные частицы являются материалом в воде, который может быть отфильтрован. Вода, применяемая в системах ОВКВ, должна иметь как можно меньшую мутность. Это особенно касается питательной воды для котлов. Мутность может сгущаться в котлах и может осаждаться в виде слякоти или грязи, а также может вести к накоплению отложений. Она может вызывать закупорку, перегрев, вспенивание в котле, а также из-за нее может потребоваться более интенсивная продувка котла.

Биологические характеристики

В воде могут присутствовать бактерии, водоросли и грибки. Их размножение может представлять проблемы при эксплуатации, техническом обслуживании, а также определенную угрозу здоровью людей. На рост микроорганизмов оказывает влияние температура, источники питания и наличие воды. Биологический рост может происходить в большинстве систем водоснабжения при температуре ниже 65 °С. Проблемы, связанные с биологическими материалами, варьируются от появления зеленых водорослей в башенных градирнях до образования липкого бактериального ила в укромных и темных местах. Результатом этого может быть закупорка оборудования в местах со значительным потоком. Отмершие водоросли часто характеризуются отвратительным запахом и похожими на грязь отложениями, которые часто образуются на кремнеземе из стенок клеток диатомовых водорослей. Эти проблемы могут быть устранены или по крайней мере понижены до приемлемого уровня при помощи механической или химической обработки.

Контроль коррозии

Коррозией называется разрушение металла или сплава при химических или электрохимических реакциях с окружающей средой. В большинстве случаев такие реакции имеют электрохимическую природу, наподобие реакциям, происходящим в электрической батарее. Для возникновения коррозии необходимо наличие коррозийного элемента, состоящего из анода, катода, электролита и электрического соединения. Ионы металла распадаются в электролите (воде) на аноде. При этом высвобождаются электрически заряженные частицы (электроны). Эти электроны текут через металл к катоду, где происходит реакция поглощения электронов. Результатом этого является разрушение металла и часто – образование отложений.

Типы коррозии

Коррозия часто обозначается как общая, локальная или точечная, электрохимическая, щелочное коррозионное растрескивание, коррозионная усталость, эрозионная коррозия и микробиологическая коррозия.

Общая коррозия равномерно распределяется по поверхности металла. Значительное количество оксида железа, образующегося при общей коррозии, приводит к загрязнению.

Локальная или точечная коррозия имеется, когда корродируют только небольшие области металла. Точечная коррозия является наиболее серьезной формой коррозии, т. к. реакция концентрируется на небольших участках. Точечная коррозия может за короткое время проделать множество дыр в металле.

Электрохимическая коррозия может происходить при контакте двух разных металлов (так называемое, образование комплементарных пар). Более активный (менее благородный) металл быстро ржавеет. Наиболее типичным примером электрохимической коррозии в системах водоснабжения является коррозия на парах – сталь и латунь, алюминий и сталь, цинк и сталь, цинк и латунь. При электрохимической коррозии ржавеет металл, указанный здесь первым.

Коррозионная усталость может происходить в результате действия одного из двух механизмов. В первом случае в местах, где коррозия делает шероховатой или точечно поражает поверхность металла, возникают циклические напряжения (например, при быстром нагреве или охлаждении). Во втором случае в местах, где поверхность металла покрывается толстой защитной оксидной пленкой, в результате циклических напряжений образуются трещины.

Щелочное коррозионное растрескивание возникает, если в металле имеются напряжения, вода содержит большое количество щелочи, имеются следы кремнезема и действует механизм концентрации. Трещины, образованные от коррозии под напряжением, могут образовываться в сплавах, находящихся в характерной коррозийной среде под растягивающим напряжением. Это напряжение может прилагаться, может быть остаточным (в результате обработки) или можем быть комбинированным. Образующиеся в результате трещины обычно являются межкристаллитными.

Эрозионная коррозия возникает как результат воздействия потока воды или удара, которые физически удаляют защитный слой оксида на металле. Коррозия такого типа обычно возникает из-за изменения характера потока или при значении расхода, превосходящем расчетное значение.

Микробиологическая коррозия происходит из-за кислоты, выделяемой на поверхности металла бактериями. Часто бактерии смешиваются с грязью и илом, защищающими бактерии от биоцидов.

Факторы, способствующие коррозии

Влага. Коррозия не возникает в сухих условиях. Однако в большинстве случаев в окружающей среде присутствует некоторое количество влаги. В чистом кислороде при относительной влажности вплоть до 99 % на железе почти не возникает коррозии. Однако в присутствии таких загрязняющих веществ, как диоксид серы или твердые частицы древесного угля, коррозия происходит при относительной влажности 50 % и более. Реакция коррозии происходит на открытой влажной поверхности таких металлов, как железо и нелегированная сталь. На многих металлах образуются защитные пленки, являющиеся продуктом коррозии, или оксидные покрытия. В результате этого влага не может оказывать воздействия на металлы.
Кислород. В электролитах, состоящих из растворенных в воде солей или кислот, присутствие растворенного кислорода ускоряет коррозию на сплавах на основе железа благодаря деполяризации зоны вблизи катода, происходящей в результате реакции с водородом, формируемом на катоде. Во многих системах, например, в котлах и водонагревателях, большая часть растворенного кислорода и других растворенных газов удаляется из воды при деаэрации, снижающей потенциал для коррозии.
Растворы. На черных металлах, таких как железо и сталь, минеральные кислоты увеличивают интенсивность коррозии, в то время как щелочи замедляют ее. Соответственно, катодная поляризация, замедляющая коррозию, снижается при повышении концентрации ионов водорода (т. е. кислотности внешней среды). Относительная кислотность или щелочность раствора определяется в рН, причем нейтральный раствор имеет значение рН, равное 7. Коррозионная активность большинства растворов солей зависит от их рН. Так как для сплавов на основе железа щелочные растворы в целом менее коррозийны, во многих закрытых системах водоснабжения на практике уменьшают коррозию при помощи добавления щелочи или щелочной соли, что позволяет увеличить рН до 9 или выше.
Дифференциальная концентрация раствора. Чтобы реакция коррозии могла происходить, необходима разность потенциалов областей анода и катода. Такая разность потенциалов между двумя областями на поверхности металла может установиться из-за разницы концентрации раствора в среде вблизи этих областей. Коррозия, вызываемая такими условиями, называется концентрационной коррозией. Ячейками концентрации коррозии могут быть ионы металла или ячейки концентрации кислорода. В ячейке, связанной с ионом металла, поверхность металла, контактирующая с большей концентрацией ионов растворенного металла, становится областью катода, а поверхность, контактирующая с меньшей концентрацией, становится областью анода. Фигурирующие в этой реакции ионы металла могут входить в состав окружающей среды или могут происходить из самой корродирующей поверхности. Разность концентрации может быть вызвана тем, что в одном месте ионы растворенного металла удаляются, а в другом – нет. В ячейке концентрации, связанной с кислородом, поверхность, контактирующая со средой, имеющей меньшую концентрацию кислорода, становится анодом. Щели или посторонние отложения на поверхности металла могут создавать условия, благоприятствующие коррозии. В этом случае область анода, где происходит коррозия, находится в щели или под отложением. Хотя и щелевая коррозия, и развитие отложений являются проявлениями концентрационной коррозии, они иногда рассматриваются как отдельные формы коррозии.

Корродирующая торцевая поверхность (анодная или из менее благородного металла)
↓ Магниевые сплавы
↓ Цинк
↓ Бериллий
↓ Алюминиевые сплавы
↓ Кадмий
↓ Малоуглеродистая сталь, кованое железо
↓ Чугун, чешуйчатый или ковкий
↓ Низколегированная сталь повышенной прочности
↓ Нирезист типа 1 и 2
↓ Морская латунь (СА464), латунь с высоким содержанием цинка (СА268), алюминиевая латунь (СА687), томпак (СА230), адмиралтейская латунь (СА443), марганцевая бронза
↓ Олово
↓ Медь (СА102, 110), кремниевая бронза (СА655)
↓ Свинцово-оловянный припой
↓ Оловянная бронза (G и М)
↓ Нержавеющая сталь с 12 и 14 % хрома (типы AISI 410, 416)
↓ Нейзильбер (СА 732, 735, 745, 752, 764, 770, 794)
↓ Медно-никелевый сплав в пропорции 90/10 (СА 706)
↓ Медно-никелевый сплав в пропорции 80/20 (СА 710)
↓ Нержавеющая сталь с 16 и 18 % хрома (типы AISI 430)
↓ Свинец
↓ Медно-никелевый сплав в пропорции 70/30 (СА 715)
↓ Никель-алюминиевая бронза
↓ Припои из серебряного сплава
↓ Никель 200
↓ Серебро
↓ Нержавеющая сталь с 18 % хрома, 8 % никеля (типы AISI 302, 304, 321, 347)
↓ Нержавеющая сталь с 18 % хрома, 12 % никеля и молибдена (типы AISI 316, 317)
↓ Титан
↓ Графит, графитированный чугун
Защищаемая торцевая поверхность (катодная или из более благородного металла)

Морская коррозия

Одним из наиболее опасных для металла явлений считается морская коррозия. Это электрохимический процесс, который запускается и протекает из-за особенностей состава жидкости.

В этом материале мы подробнее разберем особенности явления, его протекание и методы защиты.

Почему морская вода так опасна для металла

По статистике, металлические изделия в море портятся намного быстрее, чем в стандартных условиях на открытом воздухе.

Катализатором становится 3 особенности жидкости:

Большое количество кислорода. Как известно, именно он запускает окисление, которое и понимается под коррозией. Уровень содержания кислорода – до 8 мг на один литр.
Электропроводность. Морская вода выступает как хороший электролит. В некоторых морях ее электропроводность составляет 3х10-2 Ом-1 см-1.
Особый состав. Химики давно установили, что в жидкости присутствует весь набор веществ, делающих ее опасной для металла – от сульфатов натрия и солей кальция до хлоридов.

Коррозия в морской воде протекает быстрее, потому что у нее есть выраженное депассивирующее действие. Если на поверхности начинает формироваться защитная пассивная пленка, вода быстро разрушает ее.

Все что попадает в море начинает разрушаться. Убедитесь в этом, если посмотрите на состояния днищ кораблей, погруженных металлоконструкций, трубопроводов, проложенных по дну.

То же относится и к металлическим изделиям, которые периодически соприкасаются с агрессивной средой, к примеру, при охлаждении.

Особенности протекания процесса

Морская коррозия металлов протекает под воздействием множества внешних агрессивных факторов. Как мы уже отмечали, этот процесс относится к электромеханическим разновидностям процессов.

Его протекание напрямую связано с кислородной деполяризацией и дифузионно-кинетическим катодным контролем.

Проблем добавляет то, что сама вода постоянно двигается. Это связано не только с давлением, но и с тем, что суда постоянно находятся в движении с собственной скоростью.

В зависимости от условий, в которых находится металлоконструкция, меняется тип контроля:

При сильной аэрации и в местах с сильным течением, частым волнением, кинетический контроль выходит на первый план.
На участках где морская вода находится в неподвижном состоянии, преобладающим оказывается катодный контроль.

Если рассматривать процесс как катодно-анодную реакцию, мы увидим, что в качестве анода выступает металл, в то время как катодом становится оксидная пленка на его поверхности.

Морская коррозия становится заметной быстро. Она вызывает масштабное разрушение материала, на нем появляются язвы большой глубины, структура металла разрушается и становится хрупкой. Материал уже переносит прежнего нагрузок.

Также не стоит сбрасывать со счетов атмосферную коррозию в морских районах. Она связана с особым составом воздуха, воздействием других особых условий среды.

Что усиливает морскую коррозию

На разных морях ржавение металла протекает с разной скоростью. На скорость и особенности явления влияет 6 факторов среды:

Степень солености воды. Чем больше твердых веществ растворено в жидкости, тем больше будет степень солености. Этот фактор не сильно влияет на скорость или характер процесса, но чем больше содержание, тем выше будет опасность на контрасте с другими факторами.
Состав воды. Состав жидкости формирует благоприятную среду, в которой коррозия могла бы развиваться намного быстрее. Состав отличается в зависимости от географического расположения места. Одними из самых опасных веществ становятся хлориды и сероводород. Если их много, катодный и анодный процесс становятся более интенсивными. Также такой состав приводит к появления сульфидов, которые будет сложно растворить. Еще один фактор риска – большое количество ионов брома. Интересная особенность заключается и в том, что в ряде случае состав выступает и в качестве защитного фактора – он помогает сформировать специальную пленку, отталкивающую внешние угрозы.
Скорость течения. Чем быстрее течение, тем лучше будет диффузия кислорода. Потому, когда судно движется с большой скоростью, риск морской коррозии становится все более и более ощутимым. Но опасность представляет и неподвижная вода. Даже когда на море штиль, есть риск что ржавение начнет протекать с диффузионным контролем.
Место расположения ватерлинии. Место, с которым соприкасается морская вода, намного больше других поражено коррозионными процессами. Причина в том, что на этом участке кислород наиболее сильно влияет на металл. Также сказывается и температура. Вода, которая омывает ватерлинию более теплая из-за контакта с солнечными лучами.
Наличие прокатной окалины на поверхности металла. Опасность ее присутствия заключается в том, что в этом случае сильно упрощается формирование гальванопары. Это опасно, потому что возникает анодное растворение металла.
Биологический состав морской воды. Как и в почве, в морской воде много микроорганизмов, флоры и фауны, которые стимулируют разложение металла. К ним относятся различные виды бактерий, а также кораллы и моллюски. При их большом скоплении увеличивается риск образования коррозийных поражений. Исключение составляют только некоторые виды морских существ, которые не позволяют кислороду контактировать с металлическими частями. Скорость протекания коррозийного поражения также зависит от сплава, который был использован при изготовлении той или иной конструкции. Так опасность для биокоррозии представляют сплавы, в которых есть много свинца, никеля, олова и алюминия. Наиболее защищенными оказываются магниевые сплавы и медь.

Виды морской коррозии

В морской воде протекает 2 вида коррозии.

Наиболее распространенными среди них считаются следующие:

Контактная. Проявляется из-за контакта жидкости и металла. Причиной становится хорошая электропроводность. Если рядом в воде находится несколько металлических изделий, металл становится по отношению к стали катодом.
Электрокоррозия. Появляется, потому что в воде находятся блуждающие токи. Иногда проблемы оказываются связанными и с самими морскими судами, состоянием проложенной на них электросети.

Коррозия металла в морской воде способна за короткое время вывести из строя даже крупную металлоконструкцию. Как результат – она теряет прочность и обрушиться.

Это всегда риск появления человеческих жертв и больших убытков.

К 2020 году разработано множество средств, позволяющих или обеспечить защиту от агрессивной среды или замедлить протекание процесса. Их качество доказано на практике – удается получить заметный результат.

Рассмотрим вопросы защиты от морской коррозии более подробно.

Как защитить металл от повреждения

В работе используется несколько видов защитных средств, к которым относятся такие, как:

Использование специальных лакокрасочных покрытий

Как и в случае с борьбой с ржавением под открытым воздухом, очень важно не допустить контакта агрессивной среды с металлом. ЛКМ в таком случае подходят отлично.

Есть несколько типов материалов, которые можно свободно использовать в окрашивании.

К ним относятся такие, как:

Краски на основе битумов.
Составы с фенолформальдегидной основой.
Этинолевые лакокрасочные материалы.

Хорошо показывают себя вещества с эпоксидной, каменноугольной основой. Главное требование, чтобы в них было как можно меньше растворителей.

Главное преимущество использования такого средства заключается в простоте нанесения.

Краска наносится на поверхность, защищенные места сразу становятся хорошо видимыми.

Для дополнительного усиления, ограждающего от агрессивной среды эффекта, можно также применять разные окиси, в том числе, ртути и меди. В таком случае конструкция не будет обрастать морскими обитателями.

Чтобы нанесение ЛКМ дало лучшие результаты, поверхность металлоконструкции нужно будет фосфатировать. Только после этого допускается проведение окрашивания.

Стоит также учитывать, что оно должно быть как можно более толстым, чтобы удержаться дольше и сохранить заметный эффект.

Применение металлических защитных покрытий

В этом направлении работает наша компания. Среди самых распространенных видов составов можно назвать цинк.

Он наносится на металл слоем толщиной до 200 мкм. При этом создается хорошая защита от контакта со средой.

Еще одно преимущество – такой материал можно окрашивать.

Оцинковывают самые разные изделия, в том числе, днища морских судов.

Зачистка поверхности

Процесс очень важен, потому что позволяет снять окалину. Как мы уже говорили выше, ее присутствие способно в несколько раз ускорить негативный процесс.

Для удаления окалины могут применяться высокие температуры, химическое травление и очистка пескоструйным методом.

Низкое легирование

Изменение самого характера стали – один из действенных методов для борьбы с коррозией. По данным исследований, стали с большим содержанием никеля портятся особенно быстро, в то время как добавление меди помогает сделать конструкцию намного более стойкой.

Создание дополнительной электрохимической защиты

Она может быть двух типов – от внешнего источника тока или от протектора. При этом удается остановить формирование пор и протекание электрохимического процесса, представляющего большую опасность для материалов.

Все перечисленные методы используются и в месте. В таком случае, вероятность повреждения металла станет намного ниже. Вопрос о подборе материалов, правильном конструировании также стоит очень остро.

Защита методом горячего цинкования

Наша компания предлагает горячую оцинковку различных видов конструкций, в том числе тех, которые постоянно находятся в контакте с морской водой.

Работаем с 2007 года и готовы быстро выполнить даже наиболее сложный и крупный заказ.

4 причины обратиться к нам:

Действуют три цеха горячего цинкования. Наши производственные мощности – 120 тысяч тонн в год.
Работаем с большинством видов деталей и конструкций. На предприятии установлена одна из самых крупных ванн в ЦФО. Ее глубина составляет 3,43 метра.
Гарантируем качество. Горячее цинкование проводится строго по ГОСТ 9.307-89.
Используем передовое оборудование. Установлена европейская техника от KVK KOERNER и EKOMOR.

Готовы ответить на все интересующие заказчика вопросы и быстро приступить к работе. Звоните или оставляйте заявку на сайте.

Атмосферная коррозия металла

Атмосферная коррозия металлов – один из основных факторов риска при использовании металлоконструкций на открытом воздухе. Процесс начинается под действием внешних факторов и приводит к постепенному разрушению материала.

В этом материале мы расскажем о том, как формируется такой тип коррозии, в чем его опасность и какие средства используют для защиты металла.

Понятие и виды атмосферной коррозии

Появление ржавчины стимулируется микроклиматом, наблюдаемым в нижних слоях атмосферы. Материалы без дополнительной защиты постепенно начинают страдать от такой проблемы.

При этом, атмосферная коррозия не такая стремительная и губительная, как почвенная и морская. Это дает возможность использовать специальные средства для защиты от нее и продлевать длительность эксплуатаций изделий из металла.

Особенность атмосферной коррозии заключается в том, что у разных материалов и в зависимости от климата, ее протекание сильно отличается.

Есть 3 вида атмосферной коррозии:

Сухая атмосферная коррозия

В этом случае повреждение начинается и без воздействия влаги – на поверхности металла не появляется характерной деструктивной пленки из жидкости. Для протекания процесса, нужно чтобы влажность окружающей среды была меньше 60%.

По своей сути процесс – химический. Он слишком стремителен в силу образования окислительного слоя – он постепенно замедляет распространение ржавения внутрь. Аналогичный принцип используется и при пассивации металлов.

Если рассматривать течение процесса подробнее, его делят на два этапа:

Быстрый. Начинается при соприкосновении необработанного материала с воздухом.
Медленный. Постепенное протекание ржавения металла после того, как на нем появился слой окислов.

При этом ржавчина, пусть и медленно, но распространяется. Поверхность постепенно темнеет, а структура материала начинает разрушаться, теряет прочность.

Интенсивность протекания процесса будет зависеть от температуры окружающей среды. Если она высокая, скорость увеличится. Толщина пленки варьируется в зависимости от самого материала. Доказано, что дополнительным стимулятором развития процесса становится рассеивание в атмосфере агрессивных газов.

Влажная атмосферная коррозия

Такой тип коррозии стимулируется появлением слоя влаги на металле. Для России такой тип повреждений наиболее характерен. Если влажность воздуха превышает 60%, риск развития коррозийного поражения увеличивается.

Уйти от него невозможно – даже при утреннем выпадении росы влажность уже оказывается достаточной, чтобы покрыть деталь опасной пленкой.

Риск поражения также увеличивается из-за высокого уровня загрязненности воздуха, контакта с агрессивными химическими средами.

Конденсация влаги проходит по трем основным механизмам:

Химический. Влага начинает накапливаться, потому что коррозийные продукты начинают контактировать с влажным воздухом. Это усугубляет процесс, потому ржавые участки сильнее задерживают воду.
Капиллярная. Возникает в трещинах, зазорах и щелях.
Абсорбционная. Связана с действием одноименных сил на стальной поверхности.

Часто в развитии процесса участвуют все три механизма, но на разных этапах его появления. Итог один – материал теряет прочность и постепенно начинает разрушаться.

Мокрая атмосферная коррозия

Быстрый и опасный тип атмосферной коррозии. Начинает появляться при стопроцентной влажности воздуха, когда на металле скапливаются капли воды.

Также процесс характерен и для тех конструкций, которые постоянно помещены в воду. Если вода загрязнена, имеет повышенную кислотность или концентрацию соли, риск только увеличивается.

Как факторы влияют на появление коррозии

Когда мы рассмотрели виды атмосферной коррозии, пришло время внимательнее оценить факторы ее возникновения и развития.

На изделие их может воздействовать сразу несколько, а при усугублении влияния скорость только растет.

Среди распространенных факторов:

Повышенная влажность воздуха

Как уже было описано выше, она создает пленку разной толщины, которая начинает разрушать материал.

Главный параметр – относительная атмосферная влажность. Она начинает значительно влиять на металл, когда уровень превышает 60%.

При стопроцентной влажности, развивается мокрая коррозия, затрагивающая практически все виды материалов.

В зависимости от сплава, критический уровень влажности может меняться. Так сталь, цинк, медь и никель начинают ржаветь при показателях выше 70%.

Техногенное загрязнение воздуха становится дополнительным фактором порчи при влажности.

Газовый состав атмосферы

Можно легко заметить, что при аналогичной влажности, уровне осадков и периодичности туманов, в разных регионах материалы ржавеют с отличной друг от друга скоростью. Причина заключается в составе атмосферы. Рассеянные в ней газы могут значительно ускорять процесс.

Наиболее опасная среди всех примесей – диоксид серы. Она дает стимулирование скорости процесса в десятки раз. Некоторые виды газов могут выступать как депассиваторы, а также отражаться на поверхности даже если она прошла обработку.

Именно по этой причине, если вы проводите установку металлоконструкции в промышленном районе с большим количеством опасных производств, нужно внимательно выбирать место. Особенно это актуально при использовании нестабильных металлов, таких, как цинк, кадмий или железо.

Также стоит отметить, что при высокой влажности этот негативный фактор только усугубляется.

Уровень содержания твердых частиц

Речь идет как про пассивные, так и про активные включения. Они влияют на электропроводность влаги, стимулируют ее накопление, выступают как депассиваторы.

К наиболее опасным соединениям относятся такие, как (NH4)2SO4 и Na2SO4. Они могут быть рассеяны в воздухе в виде пыли и легко переносятся ветром. Именно по этой причине рядом с уже сильно проржавевшими металлическими изделиями коррозия начинает развиваться быстрее, чем в обычной обстановке.

Температура

Так как в нашей полосе наиболее распространена именно влажная или мокрая коррозия, температура играет важную роль в испарении воды. Когда столбик термометра опускается ниже, происходит медленное испарение воды, а значит, деталь ржавеет быстрее.

Также не стоит забывать и о географическом факторе. Он сочетает в себе все три описанных. В разных регионах отличается влажность, уровень осадков и другие факторы.

Кроме того, меняется состав атмосферы, наличие посторонних крупных включений и загрязнителей. Потому одинаковые по составу сплавы ржавеют с разной скоростью даже в разных районах одного города, не говоря уже о регионе.

Как протекает атмосферная коррозия?

Чтобы перейти к вопросу защиты от атмосферной коррозии, важно рассмотреть сам механизм ее протекания.

Представим металлическую заготовку и попробуем посмотреть на нее через микроскоп.

Так вы быстро увидите сформированную на поверхности тонкую пленку. Это электролит. В зависимости от того, в каких условиях хранился или использовался металл, электролит формируется из продуктов коррозии или атмосферной влаги.

При контакте с воздухом, на материале начинается развитие катодного процесса с параллельным замедлением анодного. Если атмосфера сильно загрязнена, состав электролита может меняться, на него начинают воздействовать агрессивные примеси газов и других частиц.

Когда критическая масса набирается, металл ржавеет. Процесс проникает все глубже внутрь. На финальных стадиях в листах появляются дыры, а металлические детали становятся хрупкими. Большинство механизмов защиты от действия атмосферы направлены на то, чтобы изначально не дать процессу случиться.

Как защититься от атмосферной коррозии

Защита от угрозы повреждения металла – это очень важное условие увеличения длительности эксплуатации изделий. Явление появления ржавчины хорошо изучено и для уменьшения риска используется несколько основных средств:

Нанесение специальных покрытий. Они могут быть как металлическими, так и неметаллическими. При нанесении металлического используется цинк, никель и другие материалы. К неметаллической группе относятся многочисленные смазки, ЛКП, специальные пасты. Многие из них могут применяться не только для защиты, но и в качестве ингибиторов атмосферной коррозии на уже пораженных деталях. Так удается замедлить или блокировать распространение разрушения.
Стабилизация уровня влажности воздуха. При условии, что воздух чистый, без сильной концентрации вредных примесей, опасных паров, уровень относительной влажности можно поддерживать на отметке в 50%. Это не устранит опасности развития сухой коррозии, но общий риск порчи значительно уменьшит.
Использование ингибиторов. Так называются вещества, которые способны замедлить или заблокировать распространение коррозийного поражения. Обычно используются вещества летучего типа – от нитритов и бензоатов до карбонатов. Они могут применяться в различных видах – от пропитки до закачивания внутрь металлической емкости.
Легирование. Обеспечивается на этапе выплавки стали. Такие вещества как медь, хром, никель, титан и некоторые другие помогают существенно уменьшить скорость анодной реакции. На выходе металлу также будет требоваться дополнительная защита, но и сам по себе он хорошо противостоит угрозе.

Мы знаем, как защитить материал от порчи

Так как распространение ржавчины нужно не допустить – она может полностью вывести из строя металлическое изделие, намного выгоднее изначально подумать о правильной защите. Мы справляемся с задачей методом цинкования. Он помогает создать на поверхности защитный слой, который не допускает контакта с воздухом и водой.

У нас три цеха горячего цинкования и одна из самых глубоких ванн в Центральном федеральном округе. Это позволяет выполнять крупные заказы и работать с массивными изделиями.

Оставьте заявку на сайте или звоните нам, чтобы оформить заказ услуги или получить ответы на интересующие вас вопросы.

Электрохимическая коррозия

Электрохимическая коррозия относится к наиболее часто встречающимся процессам постепенного разрушения металла.

Как мы знаем, наше окружение наполнено электричеством.

В зависимости от среды, меняются показатели проводимости. Не отличается то, что при контакте с такой средой сталь начинает постепенно портиться.

У процесса есть несколько важных отличий.

В первую очередь – неодновременное протекание восстановления окислительного процесса и ионизации атомов металла.

На интенсивность распространения при этом влияет такой параметр, как электродный потенциал металла.

Главная причина электрохимической коррозии в том, что большинство металлов проявляют термодинамическую неустойчивость.

Примеры распространения коррозии такого типа встречаются в воде, почве, на открытом воздухе.

Она часто становится причиной потери прочности и постепенного разрушения металла на днище судов, трубопроводов, опор ЛЭП и других объектов.

Если говорить о типах электрохимической коррозии, то называют 3 разновидности:

щелевые поражения;
питтинги;
межкристаллическое повреждение.

Повреждаться могут разные типы металлов в зависимости от их расположения. Ржавчина появляется при контакте со стоячей и текущей водой, в местах соединения разных металлов, а также на сварных швах.

Какие механизмы отвечают за протекание электрохимической коррозии

Такое повреждение металла проводится двумя механизмами – гомогенным и гетерогенным. Рассмотрим каждый из них подробно.

Гомогенный. Первоначально затрагивается поверхностный слой металлического изделия. Постепенно металл начинает растворяться под действием актов – катодного или анодного. На протяжении определенного времени происходит миграция катода и анода. Со временем процесс ускоряется. Особенность гомогенного механизма в том, что затрагивает как твердые, так и жидкие металлы. Меняется только скорость течения.
Гетерогенный. У большинства твердых металлов не наблюдается гомогенной поверхности. Это связано с тем, что в самом материале состав кристаллической решетки может отличаться. Также как и в описанном выше случае, формируется анодный и катодный процессы, металл начинает постепенно разрушаться.

У такого вида процесса есть несколько особенностей.

В первую очередь – четкое деление на катодный и анодный процесс. Один из основных факторов, влияющих на их скорость протекания относительно друг друга – это время.

Схема электрохимической коррозии

В зависимости от типа металла, коррозия может быть локализована на отдельных участках. Также наблюдается растворение поверхностного слоя на анодах, что позволяет поражению затронуть обширные площади.

Здесь появляется еще одна особенность протекания процесса – формирование гальванических элементов. Это происходит из-за специфики структуры поверхности, на которой присутствуют микроэлектроды.

Из-за чего начинает развиваться коррозия

После того, как мы рассмотрели суть электрохимической коррозии, пришло время обратить внимание на причины распространения коррозии.

Среди них три распространенные:

Сплав имеет неоднородную структуру. В большинстве сплавов поверхность негомогенная, потому что в кристаллической решетке присутствуют посторонние включения. Ухудшает ситуацию и присутствие пор макро и микротипа. Это приводит к тому, что продукты коррозии также начинают образовываться неравномерно.
Неоднородная среда, в которой находится металл. Чтобы коррозия протекла быстрее, важен фактор доступа окислителя. Электрохимическая реакция может быть ускорена.
Отличие физических условий. Коррозия усиливается в том случае, если происходит облучение, в среде присутствуют блуждающие тока. Негативно влияет и температура, особенно при перепадах. В таком случае разница между холодными и теплыми местами становится причиной появления анода.

Именно по причине различия в критических факторах, скорость электрохимической коррозии может сильно меняться.

Главные внутренние факторы протекания электрохимической коррозии

На интенсивность распространения коррозийного поражения влияют две группы факторов – внешние и внутренние.

Текущее состояние поверхности металла

Когда поверхность металла неровная, коррозийный процесс протекает намного интенсивнее. Если на поверхности присутствуют небольшие выступы, они начинают накапливать воду.

Это может негативно повлиять на интенсивность распространения.

Чтобы не допустить такого фактора, важно использовать отшлифованный или отполированный металл.

Когда сталь гладкая, вода не так сильно повреждает ее, потому что постепенно происходит формирование равномерной пленки по всей поверхности.

Также хорошим средством для уменьшения поражения становится применение пассивирования, а также ряд других способов.

Степень термодинамической стойкости металла

Разные виды материалов отличаются разными показателями термодинамической устойчивости.

Наиболее стойкие разновидности материала не разрушаются при помещении в агрессивную среду.

Чтобы понять, есть ли у металла склонность к коррозии под действием термодинамических факторов, измеряют потенциал анодного и катодного процесса, а также изобарно-изотермического.

Именно такой фактор оказывает большое влияние на потенциальное воздействие среды на постепенное развитие коррозии.

К сожалению, у большинства представленных в продаже марок металлов стойкость невысокая. Есть и неустойчивые разновидности, у которых этот риск нивелируется благодаря склонности к образованию пассивных пленок на поверхности.

Кристаллографическая структура

Оказывает прямое воздействие на металл.

Как известно, атомы в кристаллической решетке располагаются по-разному. Лучше защищены те разновидности, у которых атомы упакованы неплотно.

Особенности решетки также учитывают при планировании защиты материала методом создания на нем специальных пленок. И пленка и сам основной материал должны четко соответствовать по составу друг другу или быть максимально приближенными.

В этом случае исключается появление напряжения, которое негативно отражается на текущем состоянии заготовки. Если контакт с агрессивной средой все-таки происходит, материал начинает разрушаться слой за слоем.

Гетерогенность

Этот фактор рассматривается в непосредственной связи с величиной зерна металла.

Если в сплаве есть выраженные анодные включения, они сильно влияют на ускорение протекания коррозии.

Катодные включения не столь опасны, потому что на интенсивности процесса не отражаются. Величина зерна как фактор риска рассматривается не так часто и этим показателем можно пренебречь.

Не стоит сбрасывать со счетов и механические факторы

Важно понимать, что многие конструкции из металла используются под постоянным напряжением.

К этой категории относится повышенное внутреннее напряжение, когда сильно увеличивается риск деформации.

Негативно влияют на качество металла также воздействие истирания, периодические контакты с другими металлическими изделиями.

Такой фактор оказывает значительное влияние на интенсивность распространения повреждения.

Даже если само сырье первоначально обладало стойкостью к потенциальным повреждениям, в таком случае она уменьшится – формируемые пленки просто не будут закрепляться на поверхности.

Потому лучше сразу исключить это условие электрохимической коррозии – постараться не использовать металлоконструкции под пиковыми сильными нагрузками, не допускать возникновения трения и соприкосновения между собой стальных деталей.

Основные внешние факторы электрохимической коррозии

Кроме внутренних, на металл также влияют и внешние факторы.

Они могут не только ускорять, но и замедлять процесс, а также влиять на характер его протекания.

К ним относятся следующие:

Температура. Температура сильно влияет на то, как себя ведет металл в разных условиях. От нее сильно зависит то, насколько быстро будут растворяться вторичные продукты коррозии. Среди других особенностей – запуск и стимуляция диффузионных процессов в металле, создание перенапряжения на электродах и другие проявления. Когда металлическое изделие помещается в растворы с кислородной деполяризацией, по мере прогрева электролита диффузия окислителя ускоряется. На фоне этого наблюдается сильное снижение перенапряжения ионизации кислорода.

Если деталь помещается в растворы неокисляющихся кислот, наблюдается коррозия с водородной деполяризацией.

Повышение температуры уменьшает скорость распространения повреждений, потому что сильно снижается перенапряжение водорода.

Отдельно стоит отметить ситуацию, когда металл уже покрывается специальной защитной пленкой. В этом случае сам тип пленки будет влиять на то, как именно она поведет себя при контакте с разными видами внешних угроз, в том числе, с повышением температуры.

Нагрев и охлаждение могут отразиться на состоянии катодов и анодов через их внутренние процессы.

В некоторых случаях полярность электродов значительно меняется.

Как мы уже отмечали выше, проблемы могу возникать из-за того, что разные участки детали нагреты до отличающихся друг от друга температур.

В этом случае стремительно увеличивается количество термогальванических пар, стимулирующих распространение коррозии на новые участки.

Уровень рН раствора, в который помещен металл. Такой показатель как рН указывает, насколько в растворе будут активными ионы водорода, и как быстро коррозия будет распространяться по материалу. Это опасно, потому что может непредсказуемо менять потенциал катодных процессов, формирование окисных пленок. Также создается значительное перенапряжение реакции на электродах. Рекомендуется не допускать контакта металла со средами, у которых показатель рН высокий.

Если по каким-то причинам металлическая заготовка оказалась помещена в раствор, большое значение будет иметь скорость, с которой он движется, а также само наличие внутренних колебаний.

Заранее определить точное воздействие будет сложно по той причине, что всегда непросто предсказать, как поведут себя нейтральные электролиты.

Cчитается, что при смешении электролита, меняются показатели диффузии кислорода, что значительно отражается на процессе протекания коррозии.

Можно уделять меньше внимания скорости движения электролита в том случае, если вы имеете дело со средами повышенной кислотности.

На них подобное поражение оказывает минимум влияния.

Чем отличаются анодный и катодный процессы

Если вы внимательно проследите за тем, как работает гальванический элемент, то увидите, что в нем протекают сразу два связанных друг с другом процесса – анодный и катодный.

Рассмотрим их более подробно.

Анодный процесс

В химии показывается формулой Fe → Fe2+ + 2e. Она показывает, что постепенно запускается окисление, ионы металла начинают переход в раствор.

Катодный процесс

Может протекать по-разному.

В частности, переизбыток электронов решается ассимиляцией атомами электролита и его молекул. На фоне этого происходит восстановительная реакция непосредственно на самом катоде.

Формула будет зависеть от того, в каких условиях протекает реакция.

Так при наличии водородной деполяризации можно записать процесс как 2 H+ + 2e → H2.

Важно понимать, что оба процесса сильно связаны друг с другом под влиянием кинетического фактора.

С течением времени может происходить взаимное замедление или ускорение анодного или катодного процесса. При этом сам анод всегда будет оставаться тем местом, на котором формируется коррозия металла.

Во время анализа протекания процесса коррозии часто обращают внимание на электропроводящие фазы и момент после их соприкосновения.

Обычно одна фаза имеет положительный заряд, в то время как другая – отрицательный. Это приводит к появлению разности потенциалов.

Таким образом возникает ДЭС или как его часто называют ученые – двойной электрический слой с ассиметричным расположением частиц в местах, где фазы разделяются.

Опасным для металла становится скачок потенциалов. Он может стимулироваться двумя центральными причинами:

Большая накопленная энергия гидратации. В таком случае наблюдается отрыв ионов металла и постепенное перетекание их в раствор. На поверхности в результате остается аналогичное число электронов, заряд становится отрицательным. Далее, в соответствии с законами физики, наблюдается перетекание катионов из раствора, формируется ДЭС на границе, как мы уже описывали выше.
Разряжение катионов электролита. В результате металл начинает стремительно принимать положительный заряд. ДЭС появляется из-за активности анионов раствора в контакте с катионами электролита.

Что происходит в том случае, если поверхностный слой металла совсем не имеет определенного заряда?

В таком случае ДЭС наблюдаться не будет, возникнет явление нулевого заряда.

Его потенциал будет отличаться в зависимости от того, с каким металлом вам приходится работать.

Описанный процесс значительно отражается на том, как протекает коррозия и как быстро она захватывает все новые и новые участки металла.

В современной науке нет средств, которые могли бы точно измерить величину скачка потенциала, значит и процесс формирования электродвижущей силы оказывается на таким интенсивным.

Если рассматривать вопросы, связанные с процессом поляризации, можно написать отдельную статью на эту тему.

Потому далее мы рассмотрим другой важный показатель – поляризацию.

Поляризация и ее влияние на скорость протекания коррозии

Процесс поляризации связан с интенсивностью распространения электрохимической коррозии.

Этот показатель отражает, насколько сильное перенапряжение наблюдается на определенном участке.

Принято выделять три вида поляризации:

Электрохимическая. Чаще всего наблюдается в ситуации, когда катодный и анодный процессы начинают замедляться.
Фазовая. Возникает в том случае, если на поверхности материала формируется новая фаза.
Концентрационная. Этот процесс появляется в том случае, если есть очень малые показатели скорости отвода продуктов коррозии, а также подхода деполяризатора.

Особенности поляризации также стоит учитывать в том случае, если вы заинтересованы в дополнительной защите металлов от постепенного разрушения.

Обеспечиваем эффективную защиту от коррозии

Наша компания предлагает заказчикам защиту металлоконструкций разных типов от коррозии.

В пользу работы с нами говорит сразу несколько факторов:

Опыт работы с 2007 года, есть постоянные заказчики.
Большие производственные площади. Три цеха для горячего цинкования, мощность 120 тысяч тонн в год.
Универсальность. Работаем со множеством видов изделий благодаря установленной на предприятии самой глубокой ванны в ЦФО – 3,43 метра.

Мы используем в процессе проверенное европейское оборудование. Даем гарантию соответствия качества товаров требованиям ГОСТ 9.307-89.

Чтобы получить дополнительные консультации и ответы на интересующие вас вопросы, звоните нам или оставляйте заявку на сайте.

Читайте также: