Коррозия металлов цветных металлов

Обновлено: 17.05.2024

Коррозия металла является широко распространенной причиной, приводящей в негодность различные детали из металла. Коррозией металла (или ржавлением) называют разрушение металла под воздействием физических и химических факторов. К факторам, вызывающим коррозию, относят природные осадки, воду, температуру, воздух, различные щелочи и кислоты и т.д.

1 Разновидности ржавления

Коррозия металла становится серьезной проблемой при строительстве, в быту и на производствах. Чаще всего конструкторы предусматривают защиту металлических поверхностей от ржавчины, но иногда ржавление происходит на незащищенных поверхностях и на специально обработанных деталях.

Металлические сплавы лежат в основе жизнедеятельности человека, они окружают его практически везде: в быту, на работе, в процессе отдыха. Не всегда люди замечают металлические вещи и детали, но они постоянно им сопутствуют. Различные сплавы и чистые металлы являются самыми производимыми веществами на нашей планете. Современная промышленность выпускает различные сплавы в 20 раз больше (по массе), чем все остальные материалы. Несмотря на то что металлы считаются одними из наиболее прочных веществ на Земле, они могут разрушаться и терять свои характеристики в результате процессов ржавления. Под воздействием воды, воздуха и других факторов происходит процесс окисления металлов, который и называют коррозией. Несмотря на то что корродировать может не только металл, но и каменные породы, ниже будут рассмотрены процессы, связанные именно с металлами. Здесь стоит обратить внимание на то, что некоторые сплавы или металлы больше подвержены коррозии, чем другие. Это обусловлено скоростью протекания процесса окисления.

Самое распространенное вещество в сплавах - это железо. Коррозия железа описывается следующим химическим уравнением: 3O₂+2H₂O+4Fe=2Fe₂O₃. H₂O. Полученный в результате оксид железа и является той рыжей ржавчиной, портящей предметы. Но рассмотрим виды коррозии:

Водородная коррозия. На металлических поверхностях практически не встречается (хотя теоретически возможна). В связи с этим описываться не будет.
Кислородная коррозия. Аналогична водородной.
Химическая. Реакция происходит из-за воздействия металла с каким-либо фактором (например, воздухом 3O₂+4Fe=2Fe₂O₃) и протекает без образования электрохимических процессов. Так, после воздействия кислорода с поверхностью появляется оксидная пленка. На некоторых металлах такая пленка достаточно прочна и не только защищает элемент от разрушительных процессов, но и повышает его прочность (например, алюминий или цинк). На некоторых металлах такая пленка очень быстро отслаивается (разрушается), например, у натрия или калия. А большинство металлов разрушаются достаточно медленно (железо, чугун и т.д.). Так, например, происходит коррозия чугуна. Более часто ржавление происходит при контакте сплава с серой, кислородом, хлором. Из-за химической коррозии ржавеют сопла, арматура и т.д.
Электрохимическая коррозия железа. Данный вид ржавления происходит в средах, которые проводят электричество (проводники). Время разрушения различных материалов при электрохимических реакциях разное. Электрохимические реакции наблюдаются в случаях контакта металлов, которые находятся на расстоянии в ряду напряженности. Например, изделие изготовленное из стали, имеет медные напайки/крепления. При попадании воды на соединения медные части будут катодами, а сталь - анодом (каждая точка имеет свой электрический потенциал). Скорость протекания таких процессов зависит от количества и состава электролита. Для протекания реакций нужно наличие 2 разных металлов и электропроводящей среды. При этом разрушение сплавов прямо пропорционально зависит от силы тока. Чем больше ток, тем быстрее реакция, чем быстрее реакция, тем быстрее разрушение. В некоторых случаях катодами служат примеси сплава.

Также стоит отметить подвиды, которые бывают при ржавлении (описывать не будем, только перечислим): подземная, атмосферная, газовая, при разных видах погружения, сплошная, контактная, вызываемая трением и т.д. Все подвиды можно отнести к химическому или электрохимическому ржавлению.

2 Что наиболее часто ржавеет и как от этого предохраняться

При строительстве часто встречается коррозия арматуры и сварных конструкций. Коррозия часто происходит из-за несоблюдения правил хранения материала или невыполнения работ по обработке прутьев. Коррозия арматуры довольно опасна, поскольку арматуру закладывают для усиления конструкций, и в результате разрушения прутьев возможен обвал. Коррозия сварных швов не менее опасно, чем коррозия арматуры. Это также значительно ослабит шов и может привести к разрыву. Есть достаточно много примеров, когда ржавчина на силовых конструкциях приводит к обрушению помещений.

Другие часто встречающиеся в быту случаи ржавления - порча бытовых орудий труда (ножей, столовых приборов, инструмента), порча металлоконструкций, порча средств передвижения (как наземных, так и воздушных и водных) и т.д.

Пожалуй, самые часто встречающиеся ржавые вещи - это ключи, ножи и инструменты. Все эти предметы подвергаются ржавлению из-за того, что трением снимается защитное покрытие, которое оголяет основу.

Основа подвергается процессам разрушения из-за контактов с агрессивными средами (особенно ножи и инструменты).

Кстати, разрушения вещей, которые часто используются в быту, можно наблюдать практически повсеместно и регулярно, в то же время некоторые металлические предметы или конструкции могут простоять ржавыми десятилетия и будут исправно выполнять свои функции. Например, ножовка, которой часто пилили бревна и оставили на месяц в сарае, быстро проржавеет и может сломаться в процессе работы, а столб с дорожным знаком может простоять десять, а то и более лет ржавым и не разрушится.

Поэтому все металлические вещи следует защищать от коррозии. Методов защиты несколько, но все это химия. Выбор такой защиты зависит от типа поверхности и действующего на нее разрушительного фактора.

Для этого поверхность тщательно очищают от грязи и пыли, для того чтобы исключить возможность непопадания защитного покрытия на поверхность. Затем ее обезжиривают (для некоторых типов сплава или металла и для некоторых защитных покрытий это является необходимым), после чего наносят защитный слой. Наиболее часто защиту обеспечивают лакокрасочные материалы. В зависимости от металла и факторов используются разные лаки, краски и грунты.

Другой вариант - нанесение тонкого защитного слоя из другого материала. Обычно этот способ практикуется на производстве (например, оцинковка). В итоге потребителю практически ничего не требуется делать после приобретения вещи.

Другой вариант - создание специальных сплавов, которые не окисляются (например, нержавейка), однако они не гарантируют 100% защиты, более того, некоторые вещи из таких материалов окисляются.

Важными параметрами защитных слоев являются толщина, срок службы и скорость разрушения под активным неблагоприятным воздействием. При нанесении защитного покрытия крайне важно точно вписаться в допустимую толщину слоя. Обычно производители лакокрасочных материалов указывают его на упаковке. Так, если слой будет больше максимально допустимого, то это вызовет перерасход лака (краски), и слой может разрушаться под сильным механическим воздействием, более тонкий слой может стираться и сократить срок защиты основы.

Правильно выбранный защитный материал и правильно нанесенный на поверхность гарантирует на 80% то, что деталь не будет подвержена коррозии.

3 Что делать, если ржавчина уже есть

Многие люди в быту не задумываются над тем, как защитить свои вещи ото ржи. И получают проблему в виде испорченного предмета. Как правильно решить эту проблему?

Для того чтобы произвести восстановление вещи или детали от ржавчины, первым делом следует снять весь рыжий налет до чистой поверхности. Он снимается с помощью наждачной бумаги, напильников, сильными реагентами (кислотами или щелочами), но особую славу в этом заслужили напитки типа «Кока-Колы». Для этого вещь погружают полностью в емкость с чудо-жидкостью и оставляют на некоторое время (от нескольких часов до нескольких суток - время зависит от вещи и поврежденной площади).

После того как поверхность очищена, выполняются абсолютно все процедуры по защите от коррозии. То есть на поверхность наносят защитные лакокрасочные покрытия, напыления или хромируют. Главное во всей процедуре - это полностью очистить поврежденное место от ржавчины.

4 Почему надо бороться со ржавчиной

Многие люди часто не обращают внимание на рыжие пятна и на испорченные вещи. Ими продолжают работать, а после окончательного разрушения приобретают новые. На самом деле это дополнительные траты бюджета, в данном случае семейного.

Согласно данным ООН, каждая страна в год теряет от 0,5 до 7-8% валового национального продукта из-за коррозии. Парадокс заключается в том, что менее развитые страны теряют меньше, чем развитые. А 30% всех выпускаемых стальных изделий на планете идет на замену проржавевшим. Поэтому настоятельно рекомендуется отнестись к этой проблеме серьезно.

Коррозия цветных металлов

Рассмотрим характеристики некоторых чистых металлов и их сплавов. С целью предупреждения коррозии цветных металлов необходимо руководствоваться следующими основными положениями:

— не применять вместе различные материалы, поскольку возможно интенсивное развитие коррозии в результате образования макроэлементов;

— не допускать чрезмерно высокого нагрева металлических деталей, находящихся в контакте с водой, так как это может вызвать интенсивную коррозию в результате образования пар дифференциальной аэрации; нежелательны также местные изменения температуры;

— стараться избегать образования застойных зон, в которых происходит снижение концентрации кислорода в воде, так как это может привести к разрушению пассивирующей пленки и растворению токсичных металлов (Pb, Cu).

Коррозия алюминия

Этот металл, имеющий высокий отрицательный потенциал (—1,34 В), теоретически очень подвержен коррозии, но в действительности пассивируется в результате окисления влажным воздухом и образования защитной пленки оксида алюминия. Эту пассивацию можно вызвать искусственно анодным окислением.

Алюминий иногда применяют в морской воде при условии, что, во-первых, на нем не образуются отложения загрязнений, что приводит к возникновению катодных участков, и, во-вторых, применяется технически чистый алюминий. Алюминий можно использовать в слабо кислых водах, но его контакт со щелочными водами недопустим.

Коррозия меди

В воде, содержащей кислород, происходит естественная пассивация меди пленкой оксида меди CuO, которая имеет малую растворимость, но на практике может подвергаться сольватации в виде комплекса аммиаком или цианидами. Тем не менее эта окисная пленка в отличие от пленки, образующейся на алюминии, часто оказывается пористой, и поэтому при производстве и применении медных труб должны быть приняты меры предосторожности.

Сквозные изъязвления и питтинговая коррозия меди иногда наблюдаются в холодных минерализованных водах (питтинг типа I) и при использовании отожженных труб. Те же явления происходят в горячей воде с низким солесодержанием (питтинг типа II).

Коррозия свинца

Оксид свинца РЬО и гидроксид свинца РЬ(ОН)2 относительно растворимы. Поэтому все воды, содержащие кислород, очень коррозионны и опасны для свинца, кроме вод, которые одновременно имеют высокую бикарбонатную щелочность (выше 2,4 мг*экв/л) и малое содержание свободного диоксида углерода (pH немного выше 7). В этом случае может образовываться гидроксикарбонат, который характеризуется значительно меньшей растворимостью, чем гидроксид и, следовательно, защищает металл, если одновременно происходит осаждение карбоната кальция.

Однако в настоящее время рекомендуется ограничивать применение свинцовых труб для питьевого водоснабжения; и оно должно быть полностью исключено для мягкой воды.

Коррозия оцинкованной стали

Рассмотрим покрытия, полученные или электроосаждением цинка, или горячим цинкованием (погружением в ванну с цинком при температуре 450 °С или непрерывным процессом Sendzimir). В этом случае слой n-фазы переменной толщины прочно связан со сталью, а его внешняя поверхность окисляется с образованием гидроксида цинка, оксида или гидроксикарбоната в зависимости от температуры и щелочности воды. Пленка имеет очень сложную структуру и замедляет коррозию цинка торможением диффузии кислорода. Скорость коррозии, которая велика в мягкой воде, значительно уменьшается в водах, содержащих бикарбонат кальция.

Значительные концентрации хлоридов, особенно в щелочной среде, могут вызывать осаждение нерастворимых оксихлоридов, что одновременно увеличивает вероятность питтинговой коррозии.

Защитная пленка имеет более низкую электрическую проводимость, чем пленка, образующаяся на других металлах, и не изменяет потенциал цинка, поэтому действует скорее как лакокрасочное покрытие или растворимый анод, чем как пассивирующая пленка.

При высокой коррозионной активности воды и разрушении пленки цинк, который имеет высокий отрицательный потенциал (—0,776 В), подвергается ускоренной коррозии, заканчивающейся коррозией железа с образованием ржавчины.

Влияние температуры. Скорость коррозии резко возрастает с повышением температуры, достигает максимума при 60 °С и затем снижается до начального значения при 100 °С. При 60 °С все гидроксиды цинка превращаются в более пористый оксид, который имеет плохую адгезию с металлом и образует пленку с более положительным потенциалом, чем потенциал цинка. В результате полярность элемента «защитная пленка — железо» изменяется на противоположную. Это вызывает ускоренную сквозную коррозию незащищенной поверхности стали.

Действие меди. Появление ионов Cu2+ в растворе (экзогенная медь, попавшая в воду в систему выше по течению) повышает электрическую проводимость пленки оксида цинка и в результате скорость коррозии стали возрастает. Поэтому цинкование стали обеспечивает устойчивое замедление коррозии только в воде с низкой коррозионной активностью. При использовании оцинкованных труб в воде с высокой коррозионной активностью, и особенно в морской воде, следует иметь в виду временный характер защиты, которую обеспечивает цинкование.

Коррозия алюминия, меди и латуни – изучаем причины и защитыные меры

Возможна ли коррозия алюминия, меди и иных цветных металлов или их сплавов? Принято считать, что они менее чувствительны к разному виду разрушения. В принципе, так оно и есть, однако это вовсе не означает, что эти материалы не нуждаются в дополнительной защите. Ниже будет приведена общая информация не только о том, что собой представляет столь губительная коррозия, но и как предотвратить ее.

1 Что такое коррозия металлов и сплавов?

В целом этот процесс проявляется как разрушение материала в результате его взаимодействия с внешней средой. Причем ему подвержены как металлы, так и неметаллы (керамика, дерево, полимеры и т. д.). Сюда же мы можем отнести и старение резины, и разрушение пластика. Что же насчет металлических сплавов, так в этом случае наиболее явным примером коррозии является всем известная ржавчина.

Основной причиной данного явления служит недостаточная термодинамическая устойчивость того либо иного материала к каким-либо веществам, которые мы можем обнаружить в контактирующей среде. Так, например, резиновые покрытия портятся из-за взаимодействия с кислородом, полимеры разрушаются после многочисленных контактов с атмосферными осадками, а на большинство металлов и их сплавов губительно влияет чрезмерная влажность. Кроме того, значительно на скорость протекания процесса влияет и температура окружающей среды, в основном, чем данный параметр выше, тем скорее осуществляется разрушение.

2 Коррозия меди и других цветных металлов – признаки и особенности

Вообще коррозия алюминия и многих его сплавов встречается достаточно редко, а все благодаря особенностям данного металла – он способен пассивироваться в различных агрессивных средах. Другими словами, он переходит в пассивное состояние, так, например, при взаимодействии с воздухом на его поверхности образуется оксидная пленка, выполняющая защитные функции. Причем в зависимости от условий толщина пассивного слоя может быть различной.

Также пленка устойчива и к воздействию влаги, а вот в кислой среде нет однозначного ответа, тут все зависит от вида кислоты. Таким образом, изделия из алюминия практически не боятся ни азотной, ни уксусной (при нормальной температуре), а вот щавелевая, серная, муравьиная и соляная губительно влияют на металл. Но особенно этот материал боится щелочной среды, так как при воздействии данного вещества разрушается оксидная пленка алюминия.

Теперь рассмотрим, в каких случаях встречается коррозия меди и содержащих ее сплавов. Этот металл разрушается при взаимодействии с серой и разными ее соединениями. Также она боится окислительных и некоторых аэрированных неокислительных кислот, солей и тяжелых металлов. Что же насчет водной среды, так в этом случае все зависит от того, насколько она насыщена кислородом, чем его содержание больше, тем скорее происходит разрушение.

Признаки коррозии латуни выражаются в основном в растрескивании (во влажной среде интенсивность повышается) и обесцинковании этого сплава, последнему же способствуют растворы, которые содержат ионы хлора. Также происходят данные процессы при взаимодействии материала с аммиаком, растворами различных кислот-окислителей и солей. Кроме того, губительными для латуни являются ртуть, оксиды азота, трехвалентное железо и медь. Еще одной причиной растрескивания могут послужить растягивающие напряжения.

3 Защита сплавов и способы остановить коррозию

Итак, немного узнав об особенностях разрушения цветных металлов, стоит уделить внимание вопросу, как остановить нежелательную коррозию алюминия, его сплавов и иных выше описываемых материалов. Безусловно, лучшим вариантом будет предупредить ее, но для этого необходимо знать некоторые нюансы.

Так, например, максимальной коррозионной стойкостью обладает сверхчистый алюминий, еще для работы с ним и его сплавами следует подбирать наиболее подходящую среду. Кроме того, защита может осуществляться и такими способами, как создание на поверхности изделия лакокрасочного покрытия, металлизация, шлифовка либо дробеструйная обработка, вследствие которых возникают остаточные напряжения сжатия.

Если же металл уже поражен, тогда нужно хорошенько очистить поврежденные участки и обработать их специальными антикоррозионными растворами, купить которые можно довольно легко практически на любом строительном рынке.

Что же насчет изделий из меди и ее сплавов, так и в этом случае меры борьбы практически такие же, как и в случае с алюминием. Условия эксплуатации, а именно pH среды, тут менее значимы, разрушение будет все равно в ощутимой степени. Действительно, произошла ли коррозия меди в сильно кислой среде или же какой-то другой, в любом случае элемент нуждается в тщательной очистке. Затем наносится защита, в качестве которой может выступать краска, лак, масло или же иной металл, такой как олово и алюминий. Метод, когда поверхность покрывают тонким слоем расплавленного олова, называется лужение.

Дабы предотвратить коррозию латуни в результате обесцинкования, в ее состав добавляют немного мышьяка, этот процесс называется легированием. Нейтрализовать же действие аммиака способны кислотные оксиды, однако с ними также нельзя переусердствовать. Кроме того, если речь идет об изготовлении латунных труб и иных изделий, то следует отказаться от таких операций, как безоправочное волочение, а также сборка с "натягом", дабы избежать возникновения растягивающих напряжений. Таким можно представить краткое руководство по защите от коррозии алюминия, латуни, меди и их сплавов. Конечно, особенностей невероятное множество, но об этом лучше поговорить в отдельных статьях.

Виды коррозии – как ржавеет металл?

Все виды коррозии появляются по тем или иным причинам. Ключевой из них считается неустойчивость с точки зрения термодинамики материалов к соединениям, которые имеются в рабочих средах, где функционируют изделия из металлов.

1 Как подразделяются коррозионные проявления?

Под коррозией подразумевают разрушение материалов, вызванное физико-химическим либо сугубо химическим влиянием среды. Прежде всего, коррозию делят по типу на электрохимическую и химическую, по характеру – на местную и сплошную.

Местная коррозия бывает ножевой, межкристаллитной, сквозной (сквозная коррозия известна владельцам машин, которые не следят за состоянием кузова своего транспортного средства), питтинговой, подповерхностной, нитевидной, язвенной. Она также проявляется хрупкостью, растрескиванием и пятнами. Сплошное окисление может быть избирательным, неравномерным и равномерным.

Различают следующие виды коррозии:

биологическая – обусловлена деятельностью микроорганизмов;
атмосферная – разрушение материалов под влиянием воздуха;
жидкостная – окисление металлов в неэлектролитах и электролитах;
контактная – образуется при взаимодействии в электролитической среде металлов с различными величинами стационарных потенциалов;
газовая – становится возможной при повышенных температурах в газовых атмосферах;
белая – часто встречается в быту (на предметах, сделанных из оцинкованной стали, на батареях отопления);
структурная – имеет отношение к неоднородности материалов;
щелевая – возникает исключительно в щелях и зазорах, присутствующих в металлических изделиях;
почвенная – отмечается в почвах и грунтах;
фреттинг-коррозия – образуется при передвижениях (колебательных) по отношению друг к другу двух поверхностей;
внешним током – разрушение конструкции, вызываемое воздействие электротока, поступающего от какого-либо внешнего источника;
блуждающими токами.

Кроме того, существует так называемая коррозионная эрозия – ржавление металлов при трении, коррозия под напряжением, вызванная механическим напряжением и влиянием агрессивной среды, кавитация (коррозионный процесс плюс ударный контакт конструкции с внешней атмосферой). Мы привели основные разновидности коррозии, о некоторых из которых далее расскажем более подробно.

2 Что представляет собой фреттинг-коррозия?

Подобное явление обычно фиксируется при тесном взаимодействии (плотном контакте) пластмассы или резины с металлом либо двух металлов. Разрушение материалов при этом происходит в месте их контакта из-за возникающего в данной области трения, вызываемого влиянием коррозионной среды. На конструкции в этом случае, как правило, действует относительно высокая нагрузка.

Чаще всего, фреттинг-коррозия поражает движущиеся соприкасающиеся стальные или металлические валы, элементы подшипников, разнообразные болтовые, шлицевые, заклепочные и шпоночные соединения, канаты и тросы (то есть те изделия, которые воспринимают определенные колебательные, вибрационные и вращательные напряжения).

По сути, фреттинг-коррозия образуется из-за влияния активной коррозионной среды в комбинации с износом механического характера.

Механизм этого процесса следующий:

на поверхности контактирующих материалов под влиянием коррозионной среды появляются продукты коррозии (оксидная пленка);
указанная пленка разрушается при трении и остается между контактирующими материалами.

С течением времени процесс разрушения оксидной пленки становится все более интенсивным, что обычно становится причиной образования контактного разрушения металлов. Фреттинг-коррозия протекает с разной скоростью, которая зависит от типа коррозионной среды, структуры материалов и нагрузок, воздействующих на них, температуры среды. Если на контактирующихся поверхностях появляется белая пленка (наблюдается процесс обесцвечивания металла), речь чаще всего идет именно о фреттинг-процессе.

Нивелировать негативные для металлоконструкций последствия, которые вызывает фреттинг-коррозия, можно следующими способами:

Использование смазочных вязких составов. Эта методика работает, если на изделия не действуют чересчур большие нагрузки. Перед нанесением смазки поверхность металлов насыщается фосфатами (малорастворимыми) марганца, цинка или обычного железа. Данный способ защиты от фреттинг-коррозии считается временным. Он остается эффективным до тех пор, пока из-за скольжения защитный состав полностью не удаляется. Смазки, кстати, не используются для предохранения конструкций из высоколегированных сталей.
Грамотный выбор материалов для изготовления конструкции. Фреттинг-коррозия образуется крайне редко, если объект сделан из твердых и мягких металлов. Например, стальные поверхности рекомендуется покрывать серебром, кадмием, оловом, свинцом.
Использование дополнительных покрытий с особыми свойствами, прокладок, кобальтовых сплавов, материалов с малым показателем коэффициента трения.

Иногда фреттинг-коррозия предупреждается посредством создания поверхностей, контактирующих между собой, с минимальной величиной скольжения. Но такая методика применяется очень редко, ввиду объективной сложности ее реализации.

3 Основные типы атмосферной коррозии

Под данным видом коррозионного разрушения материалов понимают коррозию, которой подвергаются сооружения и конструкции, функционирующие в приземной атмосферной части. Атмосферная коррозия бывает мокрой, влажной и сухой. Последняя из указанных протекает по химической схеме, первые две – по электрохимической.

Атмосферная коррозия влажного типа становится возможной тогда, когда на металлах имеется небольшая по толщине (не более одного микрометра) пленка влаги. На ней и происходит конденсация влажных капелек. Конденсационный процесс может идти по адсорбционной, химической либо капиллярной схеме.

Атмосферная коррозия сухого типа возникает без наличия влажной пленки на поверхности металлов. На первых этапах разрушение материала идет достаточно быстро, но затем скорость ржавления существенно замедляется. Сухая атмосферная коррозия может протекать и намного активнее, если на конструкции воздействуют какие-либо газовые соединения, присутствующие в атмосфере (сернистые и другие газы).

Атмосферная коррозия мокрого типа образуется при стопроцентной влажности воздуха. Ей подвержены любые объекты, которые эксплуатируются в воде либо постоянно подвергаются воздействию влаги (например, обливаются водой).

Атмосферная коррозия наносит серьезный ущерб конструкциям из металлов, поэтому для борьбы с ней создаются различные методики:

Уменьшение влажности (относительной) воздуха. Сравнительно несложный и при этом очень эффективный способ, который заключается в осушении воздуха и подогреве помещений, где эксплуатируются металлоконструкции. Атмосферная коррозия при такой методике сильно замедляется.
Покрытие поверхностей неметаллическими (лаки, краски, пасты, смазочные композиции) и металлическими (никелевые и цинковые) составами.
Легирование металлов. Атмосферная коррозия становится менее бурной в тех случаях, когда в металл привносят фосфор, титан, хром, медь, алюминий, никель в незначительных количествах. Они приостанавливают анодный процесс либо переводят стальные поверхности в пассивное состояние.
Использование ингибиторов – летучих или контактных. К летучим относят дициклогексиламин, бензоаты, карбонаты, моноэтаноламин. А самым известным ингибитором контактного типа является нитрит натрия.

4 Коротко о газовой и других видах коррозии

Газовая коррозия отмечается, как правило, при повышенных температурах в атмосфере сухих паров и газов. Больше всего от нее страдают предприятия химической, нефтегазовой и металлургической промышленности, так как она поражает емкости, где производится переработка химических соединений и веществ, двигатели специальных машин, химические установки и агрегаты, газовые турбины, оборудование для термообработки и плавления стали и металлов.

Протекает газовая коррозия при окислении:

углекислого газа (углекислотная коррозия);
сероводорода (сероводородная коррозия);
водорода, хлора, различных галогенов, метана.

Наиболее часто газовая коррозия обусловлена воздействием кислорода. Разрушение металлов при ней идет по далее приведенной схеме:

ионизация металлической поверхности (появляются электроны и катионы, которые насыщают оксидную пленку);
диффузия (к газовой фазе) электронов и катионов;
ослабление межатомных связей в кислородной молекуле, вызванное адсорбцией (физической) на металлической поверхности кислорода;
адсорбция химического типа, приводящая к созданию плотной пленки оксидов.

После этого ионы кислорода проникают вглубь пленки, где они контактируют с катионами металла. Газовая коррозия, вызываемая влиянием других химических соединений, проходит по аналогичному принципу.

Явление водородной коррозии стали отмечается в технологическом оборудовании, которое работает в водородных атмосферах при высоких (от 300 МПа) давлениях и температурах более +200 °С. Такая коррозия образуется за счет контакта карбидов, входящих в стальные сплавы, с водородом. Визуально она плохо заметна (поверхность конструкции не имеет явных повреждений), но при этом прочностные показатели стальных изделий существенно уменьшаются.

Существует также понятие коррозии с водородной деполяризацией. Этот процесс может происходить при определенной величине парциального давления в среде, с которой контактирует электролит. Обычно явление коррозии с водородной деполяризацией наблюдается в двух случаях:

при низкой активности в электролитическом растворе ионов металла;
при повышенной активности в электролите ионов водорода.

Углекислотная коррозия поражает нефтяное оборудование и трубопроводы, которые функционируют в средах, содержащих двуокись углерода. В наши дни такой вид коррозионного разрушения предотвращают путем эксплуатации нержавеющих сталей с малым уровнем легирования. Оптимальные результаты, как показала практика, отмечаются при использовании сплавов с включением хрома от 8 до 13 процентов.

Коррозия металлов

Коррозия – это самопроизвольный окислительно-восстановительный процесс разрушения металлов и сплавов вследствие взаимодействия с окружающей средой.

Различают два вида коррозии – химическую и электрохимическую. Х имическая коррозия обусловлена взаимодействием металлов с веществами, содержащимися в окружающей среде. В производственных условиях такими веществами, помимо О₂, являются SO₂, CO₂, H₂S, NH₃ и др.

Химическую коррозию, обусловленную взаимодействием металлов с газами, называют газовой. Основной вклад в газовую коррозию металла вносит кислород воздуха. Различные металлы обладают различной устойчивостью по отношению к О₂. Некоторые металлы (Al, Cr, Zn, Pb, Sn) образуют на воздухе плотные пленки оксидов, не разрушающиеся при изгибе или нагревании. Такие пленки защищают металл от дальнейшего доступа к нему газов и жидкостей, и процесс коррозии резко замедляется. Оксидные пленки других металлов (например, Fe) представляют собой рыхлые, пористые, механически непрочные образования. Они не предохраняют металл от доступа к нему газов и жидкостей. Поэтому такие металлы корродируют особенно быстро.

Процесс химической коррозии Fe схематически можно представить следующими уравнениями:

2Fe + O₂=2FeO

Fe(OH)₃= t H₂O+FeOOH (ржавчина)

Однако наибольший вред приносит не химическая, а электрохимическая коррозия, связанная с переходом электронов от одних участков металла к другим. Химическая коррозия сопровождает электрохимическую и усиливает ее.

Сущность электрохимической коррозии

Металлы обычно содержат примеси других металлов и неметаллов. При соприкосновении таких металлов с электролитом (которым может служить Н₂О, адсорбированная из воздуха, поскольку в ней как правило имеются ионы растворенных веществ) на поверхности металла возникает множество микрогальванических пар. В этих парах атомы более активного металла (обычно Fe) играют роль анода, а атомы менее активного – роль катода.

На катоде идет процесс восстановления молекул О₂ в нейтральной и щелочной средах, или ионов Н + – в кислой среде.

На аноде происходит окисление атомов металла, из которых состоит анод, с образованием катионов Me n+ .

Последние переходят в электролит (растворение анода) и соединяются с ионами ОН – , с образованием гидроксида Me (OH) _n и других продуктов. Называемых ржавчиной. В результате металл, играющий роль анода, разрушается.

Скорость электрохимической коррозии тем больше, чем дальше друг от друга расположены металлы в ряду напряжений, и чем выше температура окружающей среды.

Чистые металлы устойчивы к коррозии. Однако, так ка абсолютно чистым металлов нет, а также вследствие того, что гальваническая пара может быть образована отдельными участками одного и того же металла, находящимися в различных условиях (под разными электролитами или под одним и тем же электролитом разной концентрации), то электрохимическая коррозия имеет место всегда при соприкосновении металла с электролитом (атмосферной влагой).

Роль катода при электрохимической коррозии могут выполнять не только менее активные металлы, но и примеси неметаллов, способных принимать электроны.

Коррозия – процесс поверхностный и при отсутствии трещин внутри металла развиваться не может. Поэтому одним из способов защиты от коррозии является нанесение на поверхность металла металлических и неметаллических покрытий.

В качестве металлических покрытий используются пленки Au, Ag, Ni, Cr, Zn и других металлов, которые мало подвергаются коррозии из-за своей индифферентности или по причине образования прочных оксидных пленок. Некоторые из этих металлов (Au, Ag, Ni, Cr), помимо защитной, выполняют и эстетическую – придают изделиям приятный внешний вид.

Различают два вида металлических покрытий – анодное и катодное. Покрытие называется

анодным, если оно изготовлено из металла более активного, чем защищаемый;
катодным, если изготовлено из менее активного металла.

Примером анодных покрытий для изделий из железа являются пленки из Cr, Zn, примером катодных – пленки из Ni, Sn, Ag, Au. Катодные покрытия не защищают металлы в случае нарушения их целостности (трещины, царапины), так как при наличии электролита возникает гальваническая пара, роль растворимого анода в которой играет защищаемый металл.

Неметаллические покрытия также делятся на два вида: неорганические и органические. В качестве органических покрытий используются пленки лаков, красок, пластмасс, резины, битума, в качестве неорганических – эмали.

Протекторная защита заключается в соединении защищаемого изделия проводником с протектором – пластиной из более активного металла (Al, Mg, Zn). В процессе коррозии протектор служит анодом и разрушается, предохраняя от коррозии металлическое изделие или конструкцию.

Электрохимическая (катодная) защита заключается в соединении защищаемого изделия с катодом внешнего источника тока, вследствие чего изделие становится катодом. Анодом служит вспомогательный, обычно стальной, электрод (кусок металла), который и разрушается в процессе коррозии.

Автор: Метельский А.В.
Источник: Метельский А.В., Химия в Экзаменационных вопросах и ответах, Минск, изд. «Беларуская энцыклапедыя», 1999 год
Дата в источнике: 1999 год

Читайте также: