Разрушение металлов вследствие их взаимодействия с агрессивной окружающей средой называется

Обновлено: 24.04.2024

Материалы из металлов под химическим или электрохимическим воздействием окружающей среды подвергаются разрушению, которое называется коррозией.

Коррозия металлов вызывается окислительно-восстановительными реакциями, в результате которых металлы переходят в окисленную форму и теряют свои свойства, что приводит в негодность металлические материалы.

Можно выделить 3 признака, характеризующих коррозию:

Коррозия – это с химической точки зрения процесс окислительно-восстановительный.
Коррозия – это самопроизвольный процесс, возникающий по причине неустойчивости термодинамической системы металл – компоненты окружающей среды.
Коррозия – это процесс, который развивается в основном на поверхности металла. Однако, не исключено, что коррозия может проникнуть и вглубь металла.

Виды коррозии металлов

Наиболее часто встречаются следующие виды коррозии металлов:

Равномерная – охватывает всю поверхность равномерно
Неравномерная
Избирательная
Местная пятнами – корродируют отдельные участки поверхности
Язвенная (или питтинг)
Точечная
Межкристаллитная – распространяется вдоль границ кристалла металла
Растрескивающая
Подповерхностная

Основные виды коррозии металлов

С точки зрения механизма коррозионного процесса можно выделить два основных типа коррозии: химическую и электрохимическую.

Химическая коррозия металлов

Химическая коррозия металлов — это результат протекания таких химических реакций, в которых после разрушения металлической связи, атомы металла и атомы, входящие в состав окислителей, образуют химическую связь.

Электрический ток между отдельными участками поверхности металла в этом случае не возникает. Такой тип коррозии присущ средам, которые не способны проводить электрический ток – это газы, жидкие неэлектролиты.

Виды химической коррозии

Химическая коррозия металлов бывает газовой и жидкостной.

Газовая коррозия металлов – это результат действия агрессивных газовых или паровых сред на металл при высоких температурах, при отсутствии конденсации влаги на поверхности металла. Это, например, кислород, диоксид серы, сероводород, пары воды, галогены. Такая коррозия в одних случаях может привести к полному разрушению металла (если металл активный), а в других случаях на его поверхности может образоваться защитная пленка (например, алюминий, хром, цирконий).

Жидкостная коррозия металлов– может протекать в таких неэлектролитах, как нефть, смазочные масла, керосин и др. Этот тип коррозии при наличии даже небольшого количества влаги, может легко приобрести электрохимический характер.

При химической коррозии скорость разрушения металла пропорциональна скорости химической реакции и той скорости с которой окислитель проникает сквозь пленку оксида металла, покрывающую его поверхность. Оксидные пленки металлов могут проявлять или не проявлять защитные свойства, что определяется сплошностью.

Фактор Пиллинга-Бэдворса

Сплошность такой пленки оценивают величине фактора Пиллинга—Бэдвордса: (α = V_ок/V_Ме) по отношению объема образовавшегося оксида или другого какого-либо соединения к объему израсходованного на образование этого оксида металла

где V_ок — объем образовавшегося оксида

V_Ме — объем металла, израсходованный на образование оксида

М_ок – молярная масса образовавшегося оксида

ρ_Ме – плотность металла

n – число атомов металла

A_Me — атомная масса металла

ρ_ок — плотность образовавшегося оксида

Оксидные пленки, у которых α < 1, не являются сплошными и сквозь них кислород легко проникает к поверхности металла. Такие пленки не защищают металл от коррозии. Они образуются при окислении кислородом щелочных и щелочно-земельных металлов (исключая бериллий).

Оксидные пленки, у которых 1 < α < 2,5 являются сплошными и способны защитить металл от коррозии.

При значениях α > 2,5 условие сплошности уже не соблюдается, вследствие чего такие пленки не защищают металл от разрушения.

Ниже представлены значения сплошности α для некоторых оксидов металлов

Металл	Оксид	α	Металл	Оксид	α
K	K₂O	0,45	Zn	ZnO	1,55
Na	Na₂O	0,55	Ag	Ag₂O	1,58
Li	Li₂O	0,59	Zr	ZrO₂	1.60
Ca	CaO	0,63	Ni	NiO	1,65
Sr	SrO	0,66	Be	BeO	1,67
Ba	BaO	0,73	Cu	Cu₂O	1,67
Mg	MgO	0,79	Cu	CuO	1,74
Pb	PbO	1,15	Ti	Ti₂O₃	1,76
Cd	CdO	1,21	Cr	Cr₂O₃	2,07
Al	Al₂O₂	1,28	Fe	Fe₂O₃	2,14
Sn	SnO₂	1,33	W	WO₃	3,35
Ni	NiO	1,52

Электрохимическая коррозия металлов

Электрохимическая коррозия металлов – это процесс разрушения металлов в среде различных электролитов, который сопровождается возникновением внутри системы электрического тока.

При таком типе коррозии атом удаляется из кристаллической решетки результате двух сопряженных процессов:

Анодного – металл в виде ионов переходит в раствор.
Катодного – образовавшиеся при анодном процессе электроны, связываются деполяризатором (вещество — окислитель).

Сам процесс отвода электронов с катодных участков называется деполяризацией, а вещества способствующие отводу – деполяризаторами.

Наибольшее распространение имеет коррозия металлов с водородной и кислородной деполяризацией.

Водородная деполяризация

Водородная деполяризация осуществляется на катоде при электрохимической коррозии в кислой среде:

2H + +2e — = H₂ разряд водородных ионов

Кислородная деполяризация

Кислородная деполяризация осуществляется на катоде при электрохимической коррозии в нейтральной среде:

O₂ + 4H + +4e — = H₂O восстановление растворенного кислорода

Все металлы, по их отношению к электрохимической коррозии, можно разбить на 4 группы, которые определяются величинами их стандартных электродных потенциалов:

Активные металлы (высокая термодинамическая нестабильность) – это все металлы, находящиеся в интервале щелочные металлы — кадмий (Е 0 = -0,4 В). Их коррозия возможна даже в нейтральных водных средах, в которых отсутствуют кислород или другие окислители.
Металлы средней активности (термодинамическая нестабильность) – располагаются между кадмием и водородом (Е 0 = 0,0 В). В нейтральных средах, в отсутствии кислорода, не корродируют, но подвергаются коррозии в кислых средах.
Малоактивные металлы (промежуточная термодинамическая стабильность) – находятся между водородом и родием (Е 0 = +0,8 В). Они устойчивы к коррозии в нейтральных и кислых средах, в которых отсутствует кислород или другие окислители.
Благородные металлы (высокая термодинамическая стабильность) – золото, платина, иридий, палладий. Могут подвергаться коррозии лишь в кислых средах при наличии в них сильных окислителей.

Виды электрохимической коррозии

Электрохимическая коррозия может протекать в различных средах. В зависимости от характера среды выделяют следующие виды электрохимической коррозии:

Коррозия в растворах электролитов — в растворах кислот, оснований, солей, в природной воде.
Атмосферная коррозия – в атмосферных условиях и в среде любого влажного газа. Это самый распространенный вид коррозии.

Например, при взаимодействии железа с компонентами окружающей среды, некоторые его участки служат анодом, где происходит окисление железа, а другие – катодом, где происходит восстановление кислорода:

А: Fe – 2e — = Fe 2+

K: O₂ + 4H + + 4e — = 2H₂O

Катодом является та поверхность, где больше приток кислорода.

Почвенная коррозия – в зависимости от состава почв, а также ее аэрации, коррозия может протекать более или менее интенсивно. Кислые почвы наиболее агрессивны, а песчаные – наименее.
Аэрационная коррозия — возникает при неравномерном доступе воздуха к различным частям материала.
Морская коррозия – протекает в морской воде, в связи с наличием в ней растворенных солей, газов и органических веществ.
Биокоррозия – возникает в результате жизнедеятельности бактерий и других организмов, вырабатывающих такие газы как CO₂, H₂S и др., способствующие коррозии металла.
Электрокоррозия – происходит под действием блуждающих токов на подземных сооружениях, в результате работ электрических железных дорог, трамвайных линий и других агрегатов.

Методы защиты от коррозии металла

Основной способ защиты от коррозии металла – это создание защитных покрытий – металлических, неметаллических или химических.

Металлические покрытия

Металлическое покрытие наносится на металл, который нужно защитить от коррозии, слоем другого металла, устойчивого к коррозии в тех же условиях. Если металлическое покрытие изготовлено из металла с более отрицательным потенциалом (более активный) , чем защищаемый, то оно называется анодным покрытием. Если металлическое покрытие изготовлено из металла с более положительным потенциалом (менее активный), чем защищаемый, то оно называется катодным покрытием.

Например, при нанесении слоя цинка на железо, при нарушении целостности покрытия, цинк выступает в качестве анода и будет разрушаться, а железо защищено до тех пор, пока не израсходуется весь цинк. Цинковое покрытие является в данном случае анодным.

Катодным покрытием для защиты железа, может, например, быть медь или никель. При нарушении целостности такого покрытия, разрушается защищаемый металл.

Неметаллические покрытия

Такие покрытия могут быть неорганические (цементный раствор, стекловидная масса) и органические (высокомолекулярные соединения, лаки, краски, битум).

Химические покрытия

В этом случае защищаемый металл подвергают химической обработке с целью образования на поверхности пленки его соединения, устойчивой к коррозии. Сюда относятся:

оксидирование – получение устойчивых оксидных пленок (Al₂O₃, ZnO и др.);

азотирование – поверхность металла (стали) насыщают азотом;

воронение стали – поверхность металла взаимодействует с органическими веществами;

цементация – получение на поверхности металла его соединения с углеродом.

Изменение состава технического металла и коррозионной среды

Изменение состава технического металла также способствует повышению стойкости металла к коррозии. В этом случае в металл вводят такие соединения, которые увеличивают его коррозионную стойкость.

Изменение состава коррозионной среды (введение ингибиторов коррозии или удаление примесей из окружающей среды) тоже является средством защиты металла от коррозии.

Электрохимическая защита

Электрохимическая защита основывается на присоединении защищаемого сооружения катоду внешнего источника постоянного тока, в результате чего оно становится катодом. Анодом служит металлический лом, который разрушаясь, защищает сооружение от коррозии.

Протекторная защита – один из видов электрохимической защиты – заключается в следующем.

К защищаемому сооружению присоединяют пластины более активного металла, который называется протектором. Протектор – металл с более отрицательным потенциалом – является анодом, а защищаемое сооружение – катодом. Соединение протектора и защищаемого сооружения проводником тока, приводит к разрушению протектора.

Примеры задач с решениями на определение защитных свойств оксидных пленок, определение коррозионной стойкости металлов, а также уравнения реакций, протекающих при электрохимической коррозии металлов приведены в разделе Задачи к разделу Коррозия металлов

Конспект урока по химии «Коррозия металлов. Экологические проблемы, связанные с ней».

Коррозия – это постоянно прогрессирующий процесс повреждения металла. Он вызывается различными внешними факторами, приносит серьезные убытки. Также велика опасность того, что из-за ржавения стали может потеряться несущая способность металлоконструкций. Потенциально, это способно привести не только к экономическим издержкам, но и к человеческим жертвам.

Рассмотрим, какими могут быть последствия коррозии металла. Также затронем вопрос о проведении исследования процессов, методах защиты от подобного разрушительного воздействия.

Основные аспекты исследования проблемы коррозии

Несмотря на то, что человечество давно знакомо с проблемой коррозии, исследования протекания процесса и методов борьбы с ними продолжаются и сегодня. Это обусловлено тремя основными аспектами, которые помогает получить научное изучение проблемы:

Экономическая эффективность. Понимание того, что может стимулировать окисление материала и коррозию в определенных условиях, позволяет существенно уменьшить экономические издержки. Это касается разрушения отдельных металлических изделий – от труб и котлов, до деталей станков, теплообменной техники, емкостей. Чем больше служит такое изделие, тем меньше нужно тратить на ремонт и потенциальную замену.
Увеличение надежности оборудования. Существуют области, в которых выход оборудования из строя может приводить к серьезным опасным последствиям. Пример – разрушение турбин на АЭС и ТЭС, проблемы с хранением отходов, представляющих повышенную биологическую опасность, потенциально способные нанести вред, как человеку, так и окружающей среде.
Обеспечение сохранности фонда металлических изделий. Один из факторов – постепенное истощение мировых запасов полезных ископаемых. Многие страны начинают обращать внимание на то, что в будущем вполне может возникнуть вероятность нехватки металла. В таком случае человечество столкнется с серьезными проблемами.

Многие компании, которые работают в производстве оборудования или изготовлении металлических изделий сами финансируют различные исследования в данной области. Они ожидают получения значимой экономической отдачи в будущем, повышения безопасности производства.

Коррозия. Причины возникновения

Коррозионный механизм представляет собой систему, состоящую из поверхностного слоя изделия и агрессивной среды воздействия. В основе разрушения лежат химические или электрохимические процессы.

В результате химической коррозии одновременно протекают окислительные и восстановительные реакции. Окислительные процессы связаны с разрушением металлической поверхности, восстановительные реакции определяют результат воздействия агрессивной среды.

Электрохимическое разрушение определяется не только окислительно-восстановительными реакциями, но и напрямую зависит от электродного потенциала взаимодействующих веществ. Процесс протекает в несколько этапов.

Нарушение поверхностной целостности происходит под действием:

• атмосферных осадков, • газа, • воды, • грунта.

Источники электроэнергии могут оказывать негативное воздействие и быть связаны с процессом коррозионного разрушения. Чаше всего они провоцируют возникновение блуждающих токов в земле (грунте). Химические реакции усиливаются действием электрического тока, вызывая массовые повреждения.

Коррозионное разрушение под напряжением происходит в результате одновременного, совместного влияния окружающей среды и механических воздействий (трения, истирания, колебания, контактного соприкосновения и др.).

Коррозия может быть спровоцирована биологическим воздействием. Бактерии, грибки, попадая на металлическую поверхность, размножаются. Чем благоприятнее среда обитания биологической составляющей, тем обширнее площадь коррозии.

Процессы коррозионного разрушения происходят везде, где возможны протекания химических реакций, — в атмосфере, жидкостях, почве.

Прямые потери в результате действия коррозии

Все потери в результате развития коррозии можно разделить на прямые и косвенные. Прямые потери прописываются как стоимость на повышение трудозатрат, ремонт, демонтаж и установку новых конструкций из металла.

Также к категории прямых затрат относится возникновение проблем с дополнительной обработкой металла после того, как на нем были замечены признаки коррозии. Организация защиты и борьба с последствиями электрохимической коррозии также требует серьезных затрат денег.

Также можно отнести к прямым потерям добавочные расходы. Они связаны с тем, что в местах с повышенным риском ржавения есть необходимость использования более дорогих материалов – защищенной стали, специальной коррозийной обработки.

Приходится тратиться на покупку ингибиторов для уменьшения воздействия коррозии, борьбу с потенциальными условиями, которые могли бы спровоцировать появление коррозии в помещении, где установлено стальное изделие.

О том, насколько серьезными оказываются прямые потери, говорит простая статистика. Она показывает, что в мире каждый год тратится до двух миллиардов долларов в год и это только в области дорожного строительства.

Не менее 4,2% от всего валового национального продукта уходит на компенсацию таких проблем.

При этом ученые заявляют, что использование качественных мер защиты позволяет сократить потери на 15%. Одна из задач современной науки заключается в том, чтобы отыскать методы по дальнейшему уменьшению потенциальных прямых расходов.

Коррозия металла ее последствия, виды коррозии, способы защиты металла от коррозии.

Коррозионное растрескивание высокопрочной стали, например высокопрочных болтов, и высокопрочных алюминиевых сплавов может развиваться как в атмосферных условиях, так и в различных жидких средах.

При установлении факта повреждения конструкции коррозионным растрескиванием необходимо убедиться в отсутствии признаков других форм квазихрупкого разрушения (хладноломкости, усталости). Для этого к проведению обследования необходимо привлекать специалистов в области металловедения, проводить фрактографический анализ проб, в некоторых случаях – химический анализ материалов на содержание водорода. Разрушение отдельных элементов конструкций (высокопрочных болтов, канатов и т.п.) в результате коррозионного растрескивания обычно происходит внезапно. Лишь в листовых конструкциях возможно постепенное развитие трещин, за которыми можно вести наблюдение. Тогда о степени интенсивности коррозионного растрескивания судят по средней скорости роста наиболее длинных трещин.

Коррозионная усталость – вид квазихрупкого разрушения материалов при одновременном воздействии циклических напряжений и жидких агрессивных сред. Она характеризуется теми же внешними признаками, что и коррозионное растрескивание. Об интенсивности коррозионной усталости судят по количеству циклов, которое элементы конструкций могут выдерживать до зарождения трещин, или по скорости роста наиболее длинных трещин в листовых конструкциях.

Расслаивающая коррозия присуща алюминиевым сплавам и характеризуется разделением металла по границам зерен в плоскостях, параллельных плоскости горячей деформации (прокатки, прессования, экструзии и т.д.).

Внутри металла по плоскостям разделения образуются продукты коррозии алюминия. Расслаивание одновременно распространяется из нескольких источников и может происходить в нескольких параллельных плоскостях.

Как частный случай расслаивающей коррозии можно рассматривать и поверхностное шелушение, описанное выше.

Контактная (гальваническая) коррозия выражается в резком, чаще всего местном, увеличении глубины проникновения сплошной коррозии одного из двух разнородных металлов или сплавов, между которыми существует электрический контакт за счет механической связи и одновременного воздействия одной и той же электропроводной среды (электролита) на оба металла или сплава. Зона распространения контактной коррозии определяется равномерностью распределения электролита на поверхности конструкций и его электропроводностью. При атмосферной коррозии сплошная пленка влаги (электролита) обычно очень тонка, не всегда равномерно распределяется по поверхности конструкций и, следовательно, характеризуется значительным электросопротивлением. Зона контактной коррозии в сплошных электропроводных средах (природных и технических водах, грунтах и т.п.) может распространяться на расстоянии до нескольких десятков метров. В этом случае важнейшей характеристикой опасности контакта является соотношение площадей поверхности элементов из более благородного (катодного) металла или сплава и менее благородного (анодного). Чем больше отношение площади катода к площади анода, тем интенсивнее протекает разрушение элементов конструкций из менее благородного материала.

Щелевая коррозия в чистом виде присуща конструкциям из нержавеющей стали и других пассивирующихся материалов в агрессивных жидких средах, в которых материалы вне узких щелей и зазоров устойчивы благодаря пассивному состоянию, то есть вследствие образования на их поверхности защитной пленки. Из-за недостаточного доступа кислорода в узкие щели и зазоры пассивное состояние стали в них неустойчиво, металл в щелях становится анодным по отношению к металлу вне щелей и зазоров, и коррозия протекает подобно контактной.

Коррозия в результате неравномерной аэрации характерна для протяженных стальных конструкций, подвергающихся воздействию жидких сред или грунтов с высокой электропроводностью. Связана с неравномерным доступом кислорода к различным участкам поверхности конструкций, например вследствие различной плотности грунтов, экранирования части поверхности неметаллами, в частности, отслаивающимися полимерными покрытиями, и т.п. Анодными становятся участки, доступ кислорода к которым наиболее ограничен, а доступ электролита обеспечен. Коррозия на этих участках протекает подобно контактной.

Коррозия,

вызываемая
токами от внешних источников, присуща конструкциям, описанным в предыдущем абзаце. Однако движущей силой процесса является не неравномерная аэрация, а постоянные токи от посторонних источников, случайно попадающие в протяженные конструкции вследствие отсутствия или неисправности электроизоляционных, заземляющих, электродренажных и тому подобных устройств. Примерами таких источников являются рельсовый транспорт (для подземных конструкций), сварочные агрегаты, гальванические ванны и т.п. Коррозии подвергаются те участки конструкций, с которых стекают положительные
⇐ Предыдущая2Следующая ⇒

Что относится к косвенным расходам

Кроме прямых, также существуют и косвенные потери. Это большая группа факторов, которые потенциально могут сказаться на общих затратах вашей компании. Рассмотрим наиболее важные среди них:

Простои оборудования. Из-за того, что металлические конструкции и детали оказываются затронутыми коррозией, потребуется время на их замену. Часто это приводит к тому, что производство, трубопровод или другие промышленные объекты начинают простаивать. Это всегда приводит к убыткам.
Уменьшение объема поставки готовых продуктов. Речь идет о том, что под действием ржавения, потенциально могут появляться утечки, пробои. По этой причине происходит отток нефтепродуктов, газа, воды и других товаров.
Снижение мощности. Существует большая опасность того, что в силу большого накопления продуктов коррозии, будет снижаться уровень теплообмена, ухудшаться теплопроводность. Если говорить о трубах, нарастание ржавчины с внутренней стороны приводит к уменьшению проходимости. И такие проблемы присутствуют во многих отраслях, в том числе, в машиностроении, инженерных коммуникациях и других отраслях.
Сильное загрязнение продукции. Важно понимать, что если труба начинает ржаветь, продукты коррозии могут смешиваться с передаваемой по трубопроводу определенной рабочей средой. Таким образом, могут загрязняться нефтепродукты, вода и даже газ. Конечное качество товара будет хуже – это всегда приводит к возникновению множества проблем при поставках.
Устранение последствий аварий. Также к косвенным потерям можно отнести и вероятность того, что из-за коррозии могут появиться потери передаваемого рабочего вещества. Утечки приносят большой вред. Часто приходится тратить большие деньги на выплату многочисленных штрафов. Также есть вероятность, что из-за ржавения появится вероятность взрыва и появления многих других проблем.

Что такое коррозия?

Основной причиной возникновения коррозии на металлической поверхности является термодинамическая неустойчивость металла к негативным действиям извне. Механизм коррозии носит гетерогенный характер.

Коррозионные разрушения происходят в зоне непосредственного контакта, на границе раздела сред. Метод оценки пораженных коррозией участков производится по ГОСТу 9.311-87.

Продуктами коррозии являются химические соединения – оксиды, соли.

Негативными факторами, которые разрушают поверхностную целостность, являются

• химические вещества, • электродный потенциал, • электрический ток, • механическое напряжение, • биологические составляющие.

Коррозия может носить локальный (местный) или сплошной характер разрушения.Процесс разрушения поверхности протекает самопроизвольно. Все термины, характеризующие коррозионный процесс, определяются стандартом ГОСТ 5272-68.

Основным фактором коррозионного разрушения является окислительная реакция – химическое взаимодействие кислорода и металлической поверхности. Многие металлы в результате реакции окисления образуют на своей поверхности окисные соединения (пленки), которые препятствуют проникновению кислорода вглубь (цинк, олово, алюминий). Железо не обладает такой способностью. Кислород, вступая в реакцию с железом, способен беспрепятственно проникать вглубь, образуя неустойчивые соединения и окончательно разрушая изделие.

Выводы

Существует множество причин и последствий коррозии. Они приводят к потере оборудования, наносят сильный вред здоровью человека, ведут к гигантским издержкам. Одним из наиболее эффективных методов избежания такой ситуации становится применение метода цинкования.

Наша компания активно занимается горячим цинкованием с 2007 года. Большой опыт и передовое оборудование позволяет работать с самыми разными типами металлоконструкций. Среди основных преимуществ обращения к нам, говорит:

Три цеха горячего цинкования. Это позволяет нам справляться даже с большими объемами заказов.
Большие мощности. Они составляют до 120 тысяч тонн в год.
Самая глубокая ванна для цинкования в ЦФО. Ее глубина составляет 3,43 метра – это помогает работать даже с очень большими деталями без потери качества.

Общие сведения о коррозии металла

Коррозия — это разрушение твердых тел, вызванное химическими и электрохимическими процессами, развивающимися на поверхности тела при его взаимо-действии с внешней средой. Особенный ущерб приносит коррозия металлов. Распространенный и наиболее знакомый всем нам вид коррозии — ржавление железа. Термин «коррозия» применим к металлам, бетону, некоторым пластмассам и другим материалам. Коррозия — это физико-химическое взаимодействие металла со средой, ведущее к разрушению металла.

Трудно учесть более высокие косвенные потери от простоев и снижения производительности оборудования, подвергшегося коррозии, от нарушения нормального хода технологических процессов, от аварий, обусловленных снижением прочности металлических конструкций, и т. п. Точная оценка ущерба от коррозии железа и стали, конечно, невозможна. Однако на основе некоторых доступных данных по среднему ежегодному объёму замены гофрированных металлических крыш, проводов, трубопроводов, стальных вагонеток и других железных и стальных объектов, подверженных коррозии, можно сделать вывод, что из-за неправильной защиты ежегодные затраты на замену в среднем могут достигать 2 процентов от общего объёма используемой стали.

О коррозии металлов

Не следует путать понятия «коррозия» и «ржавчина». Если коррозия — это процесс, то ржавчина один из его результатов. Это слово применимо только к железу, входящему в состав стали и чугуна. В дальнейшем под термином «коррозия» мы будем подразумевать коррозию металлов. Согласно международному стандарту ISO 8044 под коррозией понимают физико-химическое или химическое взаимодействие между металлом (сплавом) и средой, приводящее к ухудшению функциональных свойств металла (сплава), среды или включающей их тех-нической системы. Ржавчина — это слой частично гидратированных оксидов железа, образующийся на поверхности железа и некоторых его сплавов в результате коррозии.

Кроме коррозии, металлические (в частности, строительные) конструкции подвергаются действию эрозии — разрушению поверхности материала под влиянием механического воздействия. Эрозию провоцируют дожди, ветры, песчаная пыль и прочие природные факторы.
Идеальная защита от коррозии на 80% обеспечивается правильной подготовкой поверхности под окраску и только на 20% качеством используемых лакокрасочных материалов и способом их нанесения (ISO).

Процесс коррозии

Коррозией металлов называется самопроизвольное их разрушение вследствие химического или электрохимического взаимодействия с окружающей средой.

Среда, в которой металл подвергается коррозии (корродирует), называется коррозионной или агрессивной средой. В случае с металлами, говоря об их коррозии, имеют в виду нежелательный процесс взаимодей-ствия металла со средой.

Стадии коррозионного процесса:

подвод коррозионной среды к поверхности ме-талла;
взаимодействие среды с металлом;
полный или частичный отвод продуктов от поверхности металла.

Классификация коррозионных процессов

По природе разрушения различают следующие виды коррозии:

Химическая коррозия — это процесс, при котором окисление металла и восстановление окислительного компонента среды протекают в одном акте.
Химическая коррозия возможна в любой коррозионной среде, однако чаще всего она наблюдается в тех случаях, когда коррозионная среда не является элект-ролитом (газовая коррозия, коррозия в неэлектропро-водных органических жидкостях).

Электрохимическая коррозия — это разрушение металлов вследствие их электрохимического взаимодействия с электролитически проводящей средой, при котором ионизация атомов металла и восстановление окислительного компонента среды протекает не в одном акте и их скорости зависят от величины электродного потенциала металла. Этот вид коррозии наиболее распространен. При электрохимической коррозии химическое превращение вещества сопровождается выделением электрической энергии в виде постоянного тока.

Биохимическая коррозия — в случае, когда коррозия металла в морской воде усиливается под действием обрастания поверхности морскими организмами.
Электрокоррозия — усиление коррозии под действием анодной поляризации, вызванной внешним электрическим полем (например, при производстве сварочных работ на плаву, при наличии блуждающих токов в акватории).

По типу коррозионной среды

Некоторые коррозионные среды и вызываемые ими разрушения столь характерны, что по названию этих сред классифицируются и протекающие в них коррозионные процессы.
Как правило, металлические изделия и конструкции подвергаются действию многих видов коррозии — в этих случаях говорят о действии так называемой смешанной коррозии.

Газовая коррозия — коррозия в газовой среде при высоких температурах.

Атмосферная коррозия — коррозия металла в усло-виях атмосферы при влажности, достаточной для образования на поверхности металла пленки электролита (осо-бенно в присутствии агрессивных газов или аэрозолей кислот, солей и т. д.). Особенностью атмосферной коррозии является сильная зависимость ее скорости и механизма от толщины слоя влаги на поверхности металла или степени увлажнения образовавшихся продуктов коррозии.

Жидкостная коррозия — коррозия в жидких средах.

Подземная коррозия — коррозия металла в грунтах и почвах. Характерной особенностью подземной коррозии является большое различие в скорости доставки кислорода к поверхности подземных конструкций в разных почвах (в десятки тысяч раз).

По характеру разрушения коррозию различают

Сплошная — Охватывает всю поверхность металла
Местная - Охватывает отдельные участки коррозии
Равномерная - Протекает с приблизительно одинаковой скоростью по всей поверхности
Точечная (питтинг) — В виде отдельных точек диаметром до 2 мм
Язвенная — В виде язв диаметром от 2 до 50 мм
Пятнами - В виде пятен диаметром более 50 мм и глубиной до2 мм
Подповерхностная — Вызывает расслоение металла и вспучивание слоев
Подпленочная — Протекает под защитным покрытием металла
Межристаллитная — В виде разрушения границ зерен
Селективная (избирательная) — В виде растворения отдельных компонентов сплава
Щелевая - Развивается в щелях и узких зазорах

Коррозия металлов

В статье рассмотрены основные вопросы процесса коррозионного повреждения металла, виды коррозии и коррозионных разрушений, способы защиты от коррозии.

Ключевые слова: остаточный ресурс, коррозия металлов, защита от коррозии.

Основным критерием оценки остаточного ресурса технического устройства (далее ТУ) являются прочностные характеристики, определяемые расчётами. Расчёт прочностных характеристик зависит от марки материала, геометрических параметров, толщины элементов ТУ. При проектировании ТУ учитываются все эти параметры с учётом допусков, проектной скорости коррозии, сроков и условий эксплуатации. Однако в процессе эксплуатации ключевым фактором, влияющим на пригодность ТУ является коррозионное повреждение металла, скорость которого может отличаться от проектной в несколько раз. Для определения прогнозируемых сроков эксплуатации ТУ необходима оценка скорости коррозии в конкретных условиях эксплуатации, а так же возможность влиять на неё с целью увеличения этих сроков. Для решения этих вопросов необходимо понимание самих процессов протекания коррозии, природы и сути процесса.

Коррозия — это разрушение металла под действием окружающей среды. По механизму протекания различают два типа коррозии — химическую и электрохимическую. Химическая коррозия начинает влиять на металл сначала его происхождения. Окалина ее продукт. Взаимодействие металла и окружающей среды протекает постоянно, химические процессы, проходящие при этом взаимодействии можно назвать борьбой за выживание, наша задача свести потери металла в этой борьбе к минимуму.

По характеру агрессивной среды различают атмосферную коррозию, подземную и подводную.

Виды коррозионных разрушений разнообразны — равномерная коррозия, неравномерная, коррозия пятнами, коррозия язвами, подповерхностная коррозия, точечная или питтинговая, структурно-избирательная коррозия, межкристаллитная коррозия (этот самый опасный вид коррозии, обусловленный сложностью выявления). Последствия скрытно протекающих коррозионных процессов зачастую приводят к авариям, которых могло бы и не быть.

Химическая коррозия — это процесс разрушения металла под действием внешней среды, не сопровождаемая образованием электрического тока. Ее разновидность газовая коррозия, представляет собой процесс взаимодействия газов при высокой температуре с металлом. При таком взаимодействии образуется оксидная пленка, на железе она рыхлая, легко отскакивает и не защищает от разрушения.

В отличии от химической — электрохимическая коррозия протекает при контакте металла с раствором электролита. При этом электролитом может являться любая жидкость или газ. Примером электрохимической коррозии может быть атмосферная коррозия. Электрохимическая коррозия, более трудно прогнозируемая, чем химическая, ввиду необходимости учёта множества факторов, зачастую изменяющихся в процессе эксплуатации ТУ. При этом скорость протекания процессов электрохимической коррозии на порядок больше чем при химической коррозии.

В одних случаях на поверхности металла может образоваться плотная оксидная пленка, выполняющая роль защитного слоя. Образовавшаяся оксидная пленка предохраняет металл от разрушения. Это явление широко используется в современной технике, как способ защиты от коррозионных процессов.

Существует немало способов защиты от коррозии. Самый лучший из них создание такого металла, который бы вообще не корродировал. Один из путей создания коррозионностойкого металла — получение особых сплавов, в которые добавляют хром, никель, молибден, титан и другие компоненты. Так называемое легирование. Технология создания таких сплавов трудоемка, и связана с повышенными экономическими затратами. Цена таких материалов выше и не всегда целесообразно применение их в конкретных условиях.

Ингибирование — способ, при котором скорость коррозии снижается, если в агрессивную среду ввести соединения, значительно замедляющие коррозионный процесс. Одним из механизмов ингибирования является адсорбция ингибитора на поверхности защищаемого изделия. Ингибируемые бумаги и пленки применяются при долговременном хранении.

Различают металлические и неметаллические защитные покрытия, изолирующие металл от агрессивной среды. Большие детали или трубы защищают методом металлизации. Плакирование — метод защиты металла от коррозии другим металлом, который устойчив к агрессивной среде.

Трубы газо- и нефтепроводов защищаются комбинированным способом, мазутно-битумное покрытие, ингибированная бумага и одновременно с этим катодная защита. Сущность электрозащиты состоит в том что, на катод, которым является сам трубопровод, накачиваются электроны от внешнего источника тока, и это тормозит коррозию. Анодом в этом случае может служить любой ненужный металл. Так же широко сейчас применяются различные плёнки на основе полиэтилена, внутренняя поверхность так же защищается различными покрытиями на основе керамики. Сварные стыки также защищаются от взаимодействия с перекачиваемой средой различными способами.

При защите ТУ применяется метод протекторной защиты. Протектор — активный металл, с более отрицательным потенциалом, например цинк, который разрушаясь сам, защищает объект.

Надежным способом зашиты от коррозии, являются гальванические покрытия, которые получают электролизом в водных растворах.

Неметаллические покрытия — это покрытия лаками, красками, различными силикатными эмалями и полимерными материалами. Покрытие силикатными эмалями широко применяется в химической промышленности. Кислотостойкие эмали применяют для покрытия вакуумных аппаратов, резервуаров, реакторов.

Затраты на защиту металла от коррозии оправданы и дают хороший экономический эффект, с учётом снижения затрат на замену непригодного ТУ. Где то, например подземные трубопроводы с агрессивной средой, она просто необходима для безопасной эксплуатации.

При проведении экспертизы промышленной безопасности технических устройств, применяемых на опасных производственных объектах, одной из важнейших задач является определение скорости коррозии и прогнозирование этой скорости на планируемый период эксплуатации. Мероприятия по антикоррозионной защите могут значительно увеличить срок эксплуатации и, как следствие, снизить затраты на замену ТУ.

Материаловедение и технология металлов. / Ф. Гарифуллин, Г. Фетисов. — Издательство: Оникс. 2009. 624 с.
Коррозия и защита от коррозии. / Семенова И. В., Флорианович Г. М., Хорошилов А. В. — Издательство: М.: Физматлит. 2002. 335 с.

Основные термины (генерируются автоматически): агрессивная среда, электрохимическая коррозия, коррозия, способ защиты, химическая коррозия, атмосферная коррозия, коррозионное повреждение металла, остаточный ресурс, процесс эксплуатации, скорость коррозии.

Способы защиты металлоконструкций от коррозии

В данной статье, мы раскрыли понятие коррозии, цели антикоррозийной защиты, а также преимущества и недостатки различных способов защиты металлических конструкций от коррозионных образований.

In this article, we unveiled the concept of corrosion, the purposes of corrosion protection, as well as the advantages and disadvantages of different methods of protection of metal structures from the corrosive formations.

С каждым годом экологические условия существования человечества изменяются, появляются новые озоновые дыры, природные катаклизмы и даже опустение земельных ресурсов. Вина всему — человеческая деятельность. Из-за изменений в экологии, страдают атмосферные факторы, а они оказывают сильное влияние на металлические конструкции, подвергая их коррозийным образованиям. В связи с этим, многие металлоконструкции теряют свои первоначальные характеристики. Что негативно отражается на их сроке службы.

Учитывая все вышеперечисленное, возникает вопрос, а существует ли эффективный способ защиты металлоконструкций от коррозии, сохраняющий металл от негативного влияния? Для начала рассмотрим вопрос, что же такое коррозия.

Согласно материалам Википедии, коррозия — это самопроизвольное разрушение металлов и сплавов в результате химического, электрохимического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой. То есть коррозия — самопроизвольный процесс разрушения металла под воздействием различных взаимодействий с окружающим миром. В перечисленных взаимодействиях не выделено отдельно физическое взаимодействие. Возникает вопрос, почему именно физико-химическое взаимодействие, а не физическое? Дело в том, что физическое взаимодействие подразумевает под собой износ конструкций, то есть это уже является эрозией металла [1].

Чтобы предотвратить разрушающий процесс, была разработана антикоррозийная обработка металлоконструкций. Подобная защита предусматривает увеличение срока эксплуатации металлоконструкций, а также снижение расходов на последующую замену разрушившегося элемента конструкции. Стоит отметить, что антикоррозионные защитные покрытия получили широкое распространение и на современном этапе ни одно строительство промышленного объекта не обходится без обработки металлоконструкций от коррозии.

Главной целью защиты является изоляция металлических поверхностей от агрессивной среды. В основе элементов для противокоррозионной работы применяют либо эпоксидное основание, либо полиуретановое, поскольку эти материалы позволяют наиболее надежно защитить металл от коррозии.

Во всем мире ежегодно теряется несколько миллионов тонн металлофонда. Американские специалисты подсчитали, что ежегодно коррозия уносит около 4 % валового национального продукта, что составляет примерно 300 миллионов долларов.

Полностью избавиться от коррозии невозможно, как невозможно избавиться, например, от закона Архимеда, но тем не менее, вполне реально приостановить коррозионные образования. Для приостановления разрушения металлов нужны комплексы мероприятий, которые направлены на прекращение и ингибирование коррозионных процессов, сохранение и поддержание работоспособности оборудования и сооружений в период их эксплуатирования, как отмечают Петрова Л. Г. и Косачев А. В., что способы защиты металлоконструкций от коррозии основаны на целенаправленном воздействии, приводящем к полному или частичному снижению активности факторов, способствующих развитию коррозионных процессов. Из этого следует, что вариант защиты для конкретного объекта должен выбираться исходя из анализа условий его эксплуатации. При этом должны учитываться требования к показателям, характеризующим необходимое качество работы объекта, технологические особенности применения выбранного метода или методов защиты и достигаемый при этом экономический эффект [3].

Все способы защиты металлоконструкций от коррозийных образований можно подразделить:

Во-первых, на способы воздействия на металл.

Во-вторых, на способы воздействия на окружающую среду.

В-третьих, на комбинированные способы.

К способам воздействия на металлоконструкции относят электрохимическую защиту, а также различного рода покрытия, которые создаются на поверхности металлического изделия.

К методам воздействия на металлоконструкции следует отнести защитные покрытия, которые формируются на поверхности защищаемых конструкций. В наше время существует очень большое количество защитных покрытий, которые, в свою очередь, подразделяются на органические и неорганические. Совершенно верно указал Ворошнин Л. Г., что вне зависимости от вида защитного покрытия, оно обязательно должно быть сплошным, непроницаемым для агрессивной окружающей среды, а также обладать высокой сцепливаемостью с металлом, равномерно распределяться по поверхности и иметь высокую стойкость от коррозийных образований. Следует отметить, что большая часть органических и неорганических покрытий обладают плохой адгезией, а также низкой механической прочностью [6].

Воздействие на окружающую среду осуществляется путем удаления из нее веществ, которые усиливают скорость коррозионного процесса, введением в среду ингибиторов, которые снижают скорость роста коррозии.

Все компоненты защиты от коррозии постоянно совершенствуются. Новые способы защиты от коррозии, а также появление новых идей обработки металлоконструкций, упрощают процесс нанесения защиты.

Самым доступным методом защиты на данный момент является покрытие лакокрасочными материалами. В этом случае защитный слой требуется наносить каждые 5 лет, а это значит, что нужны большие трудовые усилия. Гальваническая и электрохимическая защита также имеют недостаток, а именно — большие затраты. Существуют современные защитные технологии от коррозийных образований, которые доступны не только предприятиям, но и рядовым потребителям. Один из них называется «текучая резина». «Текучая резина» представляет собой инновационный полимер, который способен выполнить долговечную защиту от коррозии. Наносится это покрытие с помощью пульверизатора, а после покрытия эмульсия из битума мгновенно застывает, при этом не образуя подтеков и шероховатостей. Металлоконструкции, которые обработаны таким материалом, совершенно индиффирентны к экстремальным температурам и влажности.

Исходя из всего описанного следует, что коррозия является саморазрушением металла под воздействием факторов окружающей среды. Коррозийные образования металлоконструкций невозможно полностью искоренить, можно лишь приостановить их рост. На сегодняшний день существует множество способов защит от коррозии, но все они имеют как преимущества, так и недостатки. Тем не менее, с развитием научного прогресса, открываются все больше новых способов антикоррозийной защиты металлоконструкций.

Основные термины (генерируются автоматически): коррозия, окружающая среда, способ воздействия, образование, покрытие, способ защиты металлоконструкций, физико-химическое взаимодействие, физическое взаимодействие, электрохимическая защита.

Читайте также: