Способы борьбы с коррозией металлов

Обновлено: 17.05.2024

Коррозия — это самопроизвольный процесс разрушения материалов и изделий из них под химическим воздействием окружающей среды.

Коррозия металлов — разрушение металлов вследствие физико-химического воздействия внешней среды, при котором металл переходит в окисленное (ионное) состояние и теряет присущие ему свойства.

В тех случаях, когда окисление металла необходимо для осуществления какого-либо технологического процесса, термин “коррозия” употреблять не следует. Например, нельзя говорить о коррозии растворимого анода в гальванической ванне, поскольку анод должен окислятся, посылая свои ионы в раствор, чтобы протекал нужный процесс. Нельзя также говорить о коррозии алюминия при осуществлении аллюмотермического процесса. Но физико-химическая сущность изменений, происходящих с металлом во всех подобных случаях, одинакова: металл окисляется.

Типы коррозии

Различают 4 основных вида коррозии, например: электрохимическая коррозия, водородная, кислородная коррозия и химическая.

· Электрохимическая коррозии

Разрушение металла под воздействием возникающих в коррозионной среде гальванических элементов-называют электрохимической коррозией. Не следует путать с электрохимической коррозией коррозию однородного материала, например, ржавление железа или т. п. При электрохимической коррозии всегда требуется наличие электролита, с которым соприкасаются электроды — либо различные элементы структуры материала, либо два различных соприкасающихся материала с различающимися окислительно-восстановительными потенциалами. Если в воде растворены ионы солей, кислот, или т. п., электропроводность её повышается, и скорость процесса увеличивается.

Водородная коррозия - повреждение стали и ее страновление более хрупкой под влиянием длительного воздействия водородной среды при повышенных (gt; 200 °С) температурах эксплуатации в результате физико-химического взаимодействия водорода с отдельными компонентами и/или фазами сплава.

Водородное повреждение при повышенных температурах связано с образованием продуктов реакции между водородом и углеродом по типу: В углеродистой стали суммарная химическая реакция между углеродом, связанным в карбидах железа, и водородом может быть представлена в виде
образующийся в результате реакции метан покидает металл и/или образует внутренние полости и трещины, наполненные газообразным метаном под высоким давлением. В поверхностных слоях металла формируются обезуглероженные зоны. Водородная коррозия может протекать во всех сталях, если они содержат углерод в доступной для реакции форме и он достаточно подвижен, чтобы вступать в реакцию с водородом.
Восприимчивость стали к водородной коррозии зависит от легирующих элементов, которые воздействуют на активность углерода. Скорость водородной коррозии зависит от давления водорода и температуры, а также от размера зерен, состава их границ, степени наклепа стали и других факторов.

Кислородная коррозия возникает при питании парогенератора водой, содержащей кислород. Проявляется эта коррозия в виде язвин и питтингов на трубах. Причиной питтинговой коррозии является двойственное влияние кислорода на коррозионный процесс. С одной стороны, кислород является активным деполяризатором и ускоряет катодный процесс и коррозию в целом. С другой стороны, окисляя металл и образуя окислы, кислород играет роль пассиватора, снижающего скорость коррозии. В результате в присутствии кислорода уменьшается число анодных участков и возрастает площадь катодных участков. Коррозия становится местной, интенсивность её возрастает, разрушения идут, вглубь образуя язвы. Язвенный характер кислородной коррозии делает её особенно опасной.Наблюдается кислородная коррозия главным образом в экономайзерах. При значительном содержании кислорода в питательной воде (более 0,3 мг/кг) кислородная коррозия может протекать в пароводяном коллекторе и отпускных трубах парогенераторов с естественной циркуляцией.

Величина кислородной коррозии пропорциональна содержанию кислорода в питательной воде.

Подъёмные парообразующие трубы также могут разрушаться вследствие кислородной коррозии. Однако коррозионный процесс в них протекает менее интенсивно и практически мало зависит от содержания кислорода. Это обстоятельство связано с деаэрирующией способностью пара при кипении воды в подъёмных трубах.

Повышение давления и температуры при неизменном содержании кислорода приводит к усилению коррозии. Это связано с возрастанием скорости диффузии кислорода к катодным участкам.

Скорость кислородной коррозии зависит от плотности теплового потока, скорости циркуляции, наличия в воде солей. Если в питательной воде наряду с О₂ содержаться хлориды, то коррозия усиливается Химическая коррозия

Химическая коррозия — самопроизвольное взаимодействие металла с коррозионной средой, при котором окисление металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекают в одном акте. Как и любая химическая реакция, этот вид коррозии носит временной характер. Окислителями (корродирующими агентами) могут быть сухие газы (О₂, СО₂, SО₂, HC1, оксиды азота и др.), перегретый водяной пар, жидкости, не являющиеся электролитами, а также расплавы органических и неорганических веществ, в том числе металлов. Наиболее часто химической коррозии подвергается металлургическое оборудование, сопла реактивных двигателей, детали газовых турбин и двигателей внутреннего сгорания, оболочки ракет и космических кораблей, т. е. изделия, работающие при высоких температурах.

Скорость коррозии

Скорость коррозии металлов и металлических покрытий в атмосферных условиях определяется комплексным воздействием ряда факторов: наличием на поверхности фазовых и адсорбционных пленок влаги, загрязненностью воздуха коррозионно-агрессивными веществами, изменением температуры воздуха и металла, образованием продуктов коррозии и так далее.
Оценка и расчет скорости коррозии должны основываться на учете продолжительности и материальном коррозионном эффекте действия на металл наиболее агрессивных факторов.
В зависимости от факторов, влияющих на скорость коррозии, целесообразно следующее подразделение условий эксплуатации металлов, подвергаемых атмосферной коррозии:
Закрытые помещения с внутренними источниками тепла и влаги (отапливаемые помещения);
Закрытые помещения без внутренних источников тепла и влаги (неотапливаемые помещения);
Открытая атмосфера.

Классификация коррозионных процессов по типу разрушений

Наиболее часто встречаются следующие виды коррозии металлов:

1. Равномерная – охватывает всю поверхность равномерно

4. Местная пятнами – корродируют отдельные участки поверхности

5. Язвенная (или питтинг)

7. Межкристаллитная – распространяется вдоль границ кристалла металла

Защита от коррозии

Основные способы защиты металлов от коррозии

Для защиты металлов от коррозии применяются различные способы, которые условно можно разделить на следующие основные направления: легирование металлов; защитные покрытия; электрохимическая защита; изменение свойств коррозионной среды; рациональное конструирование изделий.

Легирование металлов. Это эффективный метод повышения коррозионной стойкости металлов. При легировании в состав сплава или металла вводят легирующие элементы (хром, никель, молибден и др.), вызывающие пассивность металла. Пассивацией называют процесс перехода металла или сплава в состояние его повышенной коррозионной устойчивости, вызванное торможением анодного процесса. Пассивное состояние металла объясняется образованием на его поверхности совершенной по структуре оксидной пленки (оксидная пленка обладает защитными свойствами при условии максимального сходства кристаллических решеток металла и образующегося оксида).

Широкое применение нашло легирование для защиты от газовой коррозии. Легированию подвергаются железо, алюминий, медь, магний, цинк, а также сплавы на их основе. В результате чего получаются сплавы с более высокой коррозионной стойкостью, чем сами металлы. Эти сплавы обладают одновременно жаростойкостью и жаропрочностью.

Жаростойкость – стойкость по отношению к газовой коррозии при высоких температурах. Жаропрочность – свойства конструкционного материала сохранять высокую механическую прочность при значительном повышении температуры. Жаростойкость обычно обеспечивается легированием металлов и сплавов, например, стали хромом, алюминием и кремнием. Эти элементы при высоких температурах окисляются энергичнее, чем железо, и образуют при этом плотные защитные пленки оксидов.

Легирование также используется с целью снижения скорости электрохимической коррозии, особенно коррозии с выделением водорода. К коррозионностойким сплавам, например, относятся нержавеющие стали, в которых легирующими компонентами служат хром, никель и другие металлы.

Защитные покрытия. Слои, искусственно создаваемые на поверхности металлических изделий для защиты их коррозии, называются защитными покрытиями. Нанесение защитных покрытий – самый распространенный метод борьбы с коррозией. Защитные покрытия не только предохраняют изделия от коррозии, но и придают поверхностям ряд ценных физико-химических свойств. Они подразделяются на металлические и неметаллические. Общими требованиями для всех видов защитных покрытий являются высокая адгезионная способность, сплошность и стойкость в агрессивной среде.

Металлические покрытия. Металлические покрытия занимают особое положение, так как их действие имеет двойственный характер. До тех пор, пока целостность слоя покрытия не нарушена, его защитное действие сводится к изоляции поверхности защищаемого металла от окружающей среды. Это не отличается от действия любого механического защитного слоя (окраска, оксидная пленка и т.д.). Металлические покрытия должны быть непроницаемы для коррозионных агентов.

При повреждении покрытия образуется гальванический элемент. Характер коррозионного разрушения основного металла определяется электрохимическими характеристиками обоих металлов. Защитные антикоррозионные покрытия могут быть катодными и анодными. К катодным покрытиям относятся покрытия, потенциалы которых в данной среде имеют более положительное значение, чем потенциал основного металла. Анодные покрытия имеют наиболее отрицательный потенциал, чем потенциал основного металла.

При повреждении никелевого покрытия на анодных участках происходит процесс окисления железа вследствие возникновения микрокоррозионных гальванических элементов. На катодных участках - восстановление водорода. Следовательно, катодные покрытия могут защищать металл от коррозии лишь при отсутствии пор и повреждения покрытия.

Местное повреждение защитного цинкового слоя ведет к дальнейшему его разрушению, при этом поверхность железа защищена от коррозии. На анодных участках происходит процесс окисления цинка. На катодных участках - восстановление водорода.

Электродные потенциалы металлов зависят от состава растворов, поэтому при изменении состава раствора может меняться и характер покрытия.

Для получения металлических защитных покрытий применяются различные способы:электрохимический(гальванические покрытия);погружение в расплавленный металл(горячее цинкование, лужение);металлизация(нанесение расплавленного металла на защищаемую поверхность с помощью струи сжатого воздуха);химический(получение металлических покрытий с помощью восстановителей, например гидразина).

Методы защита от коррозии

На скорость коррозии влияют как внутренние факторы (наличие дефектов кристаллической решетки металла, механические напряжения и др.), так и внешние: температура, природа и состав электролита. С повышением температуры скорость коррозии, как и большинства химических реакций, возрастает. Усиливают коррозию содержащаяся в атмосфере промышленных городов пыль, SO₂, СO₂ и другие газы. Поэтому в городах коррозия протекает в 5-10 раз быстрее, чем в сельской местности. Ионы присутствующие в морской воде, являются катализаторами коррозии железа и его сплавов, так как адсорбируясь на поверхности металла, разрушают или препятствуют образованию на нем защитных слоев. Кроме того, скорость коррозии двух контактирующих металлов будет тем больше, чем больше разность потенциалов этих металлов. Полностью предотвратить процессы коррозии металлов практически не удается, однако существуют способы защиты металлов от коррозии.

1. Изменение коррозионной среды - этот метод пригоден для тех случаев, когда защищаемые изделия эксплуатируются в небольшом объеме. Суть метода состоит в удалении из электролита растворенного кислорода или добавлении к этому раствору веществ, замедляющих коррозию - ингибиторов.

2. Легирование металлов. Это введение в состав сплавов компонентов, повышающих химическую стойкость. Наибольшее применение находят нержавеющие стали, в состав которых входит хром , до 15 % и никель, до 10 %. Кроме того, в качестве легирующих компонентов используют марганец, кремний, вольфрам, молибден, титан и другие металлы.

3. Неметаллические покрытия . Механически защищают металлы от коррозии, изолируя их от влияния внешней среды. Неметаллические покрытия делятся на неорганические и органические. Из неорганических покрытий наиболее распространены оксидные и фосфатные пленки. Так, при кипячении железа в растворе солей фосфорной кислоты получают фосфатные пленки, хорошо защищающие от коррозии в атмосфере. Среди органических, покрытий наиболее распространенными являются масляные краски, лаки, полимерные пленки. Лакокрасочные покрытия - самый дешевый метод защиты от коррозии.

4. Металлические покрытия. По характеру защитного действия различают анодные и катодные покрытия. Аноднымявляется покрытие металлом, электродный потенциал которого меньше, чем у защищаемого металла. Покрытие из металла менее активного (с большим электродным потенциалом), чем защищаемый металл, называется катодным.Если покрытие не нарушено и полностью изолирует основной металл от воздействия окружающей среды, принципиального различия между анодными и катодными покрытиями нет. При нарушении слоя защищающего металла возникают коррозионные гальванические элементы, в которых защищаемый металл может играть роль или инертного катода, или активного анода.

5. Электрохимическая защита:

а) катодная защита. Защищаемую конструкцию присоединяют к катоду внешнего источника тока, в результате она становится катодом, не окисляется, на ней идет восстановление компонентов среды. В качестве анода применяют любой металлический лом, который присоединяют к аноду внешнего источника тока. Таким способом защищают, например, подземные трубопроводы;

б) протекторная защита. Защищаемый металл соединяют с более активным металлом, имеющим меньший электродный потенциал. Последний служит анодом, растворяется и защищает основной металл.

Для более активной защиты металлических конструкций можно совмещать несколько способов защиты от коррозии, например, покрытие и катодную электрозащиту.

Заключение

Металлы составляют одну из основ цивилизации на планете Земля. Их широкое внедрение в промышленное строительство и транспорт произошло на рубеже XVIII-XIX. В это время появился первый чугунный мост, спущено на воду первое судно, корпус которого был изготовлен из стали, созданы первые железные дороги. Начало практического использования человеком железа относят к IX веку до нашей эры. Именно в этот период человечество перешло из бронзового века в век железный.

В XXI веке высокие темпы развития промышленности, интенсификация производственных процессов, повышение основных технологических параметров (температура, давление, концентрация реагирующих средств и др.) предъявляют высокие требования к надежной эксплуатации технологического оборудования и строительных конструкций. Особое место в комплексе мероприятий по обеспечению бесперебойной эксплуатации оборудования отводится надежной защите его от коррозии и применению в связи с этим высококачественных химически стойких материалов.

Необходимость осуществления мероприятий по защите от коррозии диктуется тем обстоятельством, что потери от коррозии приносят чрезвычайно большой ущерб. По имеющимся данным, около 10% ежегодной добычи металла расходуется на покрытие безвозвратных потерь вследствие коррозии и последующего распыления. Основной ущерб от коррозии металла связан не только с потерей больших количеств металла, но и с порчей или выходом из строя самих металлических конструкций, т.к. вследствие коррозии они теряют необходимую прочность, пластичность, герметичность, тепло- и электропроводность, отражательную способность и другие необходимые качества. К потерям, которые терпит народное хозяйство от коррозии, должны быть отнесены также громадные затраты на всякого рода защитные антикоррозионные мероприятия, ущерб от ухудшения качества выпускаемой продукции, выход из строя оборудования, аварий в производстве и так далее.

Защита от коррозии является одной из важнейших проблем, имеющей большое значение для народного хозяйства.

Коррозия является физико-химическим процессом, защита же от коррозии металлов – проблема химии в чистом виде.

Способы борьбы с коррозией

Коррозия в зависимости от характера коррозионных разрушений делится на сплошную и местную.

Сплошная коррозия– появляется при отсутствии защитных пленок на

поверхности металла или при равномерном распределении анодных и катодных участков. Потеря прочности образца пропорциональна потере массы и поэтому этот вид коррозии менее опасный.

Местная коррозия– имеет несколько разновидностей: пятнистая, язвенная, подповерхностная, межкристаллитная.

Пятнистая коррозия– отмечается большая площадь очагов и их малая глубина. По характеру разрушений близка к сплошной коррозии.

Язвенная коррозия– отмечается значительная глубина разрушений,

которая превышает их протяженность (питтинговая коррозия).

Точечная коррозия– наблюдаются глубокие разрушения, часто с образованием сквозных отверстий. Более опасный вид разрушения, чем при

сплошной и пятнистой коррозии, так как, потери массы меньше, чем потери

Подповерхностная коррозия– характеризуется распространением

очага разрушения под поверхностью металла, что приводит к вспучиванию и

расслоению металла продуктами коррозии.

Избирательная коррозия – обусловлена разрушением одного из

компонентов или одной из фаз гетерогенного сплава. К избирательной коррозии можно отнести межкристаллитную коррозию, при которой разрушение идет по границам зерен кристаллов. В некоторых случаях разрушение может распространяться внутрь металла, приводя к значительному снижению прочности образца. Этот вид коррозии наиболее опасный, так как трудно контролируемый и называется транскристаллитной (внутрикристаллической) коррозией.

Щелевая коррозия– обусловлена неравномерным обтеканием, средой

различных участков аппарата, что приводит к образованию катодных и анодных участков. Щелевая коррозия является разновидностью электрохимической коррозии.

Для примера рассмотрим некоторые особенности коррозии нержавеющих сталей и способы борьбы с ней. Высокая коррозионная стойкость нержавеющих сталей определяется их способностью легко (покрываться защитной пленкой) даже в обычных атмосферных условиях за

счет кислорода воздуха.

Коррозионная стойкость нержавеющих сталей зависит:

1. От содержания хрома, основного легирующего компонента, с увеличением содержания которого резко возрастает коррозионная стойкость стали.

2. От содержания углерода, с увеличением которого коррозионная

стойкость стали значительно снижается.

3. От структурного состояния сталей. Наибольшей коррозионной стойкостью обладают твердые растворы, легированные хромом и никелем. Нарушение однородности структуры, вследствие образования карбидов или нитридов, приводит к уменьшению содержания хрома в твердом растворе и снижению коррозионной стойкости.

4. От природы агрессивной среды и устойчивости пассивной пленки.

Нержавеющие стали устойчивы в растворах азотной кислоты, различных нейтральных и слабокислых растворах при доступе кислорода и неустойчивы в соляной, серной и плавиковой кислотах. Стали теряют свою устойчивость в сильно окислительных средах вследствие разрушения пассивных пленок, например, в высококонцентрированной азотной кислоте при высоких температурах.

5. От температуры – с повышением температуры коррозионная стойкость нержавеющих сталей резко ухудшается как в окислительных, так и в неокислительных средах.

Коррозия в нержавеющих сталях может протекать как по электрохимическому, так по химическому механизму.

Ввиду сложного структурного состояния и большой разницы в электрохимических и коррозионных свойствах структурных составляющих, нержавеющие стали особенно склонны к проявлению локальных разрушений

(межкристаллитная коррозия, точечная, язвенная).

В сложных конструкциях, имеющих зазоры и щели, характерно проявление щелевой коррозии.

Межкристаллитная коррозия чаще проявляется в сварных соединениях

и в случае неправильной термической обработки. При этом зерна находятся в пассивном состоянии, а границы зерен в активном, вследствие образования карбида хрома. С повышением содержания в стали углерода чувствительность ее к межкристаллитной коррозии резко возрастает. Существенное влияние на чувствительность сталей к межкристаллитной коррозии оказывает размер зерен, причем, чем меньше размер зерна, тем меньше чувствительность стали к коррозии.

Существует несколько эффективных способов борьбы с межкристаллитной коррозией:

1. Снижение содержания углерода, вследствие чего уменьшается карбидообразование по границам зерен. Менее чувствительные стали с содержанием углерода менее 0,3 %.

2. Применение закалки в воду с высоких температур. При этом карбиды хрома по границам зерен переходят в твердый раствор.

3. Применение стабилизирующего отжига при 750-900 °С, при этом происходит выравнивание концентрации хрома по зерну и по границам зерен.

4. Легирование сталей стабилизирующими карбидообразующими элементами – титаном, ниобием, танталом. Вместо карбидов хрома углерод связывается в карбиды титана, тантала, ниобия, а концентрация хрома в твердом растворе остается постоянной.

5. Создание двухслойных сталей – аустенитно-ферритных. Точечная и

язвенная коррозия нержавеющих сталей часто встречается при эксплуатации

изделий в морской воде. Это связано с адсорбцией хлорионов на некоторых

участках поверхности стали, вследствие чего происходит локализация коррозии. Легирование молибденом резко увеличивает сопротивляемость металла действию хлорионов.

Для изделий из нержавеющей стали сложных конструкций, имеющих

щели, зазоры, карманы, характерна щелевая коррозия. Ее механизм связан с

затруднением диффузии кислорода или другого окислителя или анодных замедлителей коррозии в труднодоступные участки конструкции, вследствие

чего на этих участках сталь переходит в активное состояние.

Методы борьбы с этим видом коррозии сводятся прежде всего к устранению зазоров, карманов, щелей, контактов стали с неметаллическими материалами, т. е. к конструктивным мерам. Весьма эффективно также увеличение концентрации окислителя или анодных замедлителей в растворе.

Коррозионная стойкость нержавеющих сталей может быть значительно

повышена методами легирования, применения оптимальных режимов термической, механической и химико-термической обработки сталей.

Наиболее эффективным является увеличение содержания хрома и снижение содержания углерода. Значительно повышается коррозионная стойкость сталей при введении никеля, молибдена, меди, титана, тантала, ниобия, а также палладия и платины. Коррозионная стойкость нержавеющих сталей в значительной степени определяется защитными свойствами поверхностной пассивной пленки, которые зависят от состава стали и качества обработки поверхности.

Наибольшая коррозионная стойкость в атмосферных условиях достигается в полированном состоянии.

Для защиты сталей от окисления используются термодиффузионные

способы насыщения поверхности стали металлами, повышающими жаростойкость (хромирование, алитирование, силицирование).

Известно большое количество способов защиты металлических поверхностей от коррозионного воздействия среды.

Наиболее распространенными являются следующие:

1. Гуммирование – защитное покрытие на основе резиновых смесей с

последующей их вулканизацией. Покрытия обладают эластичностью, вибростойкостью, химической стойкостью, водо- и газонепроницаемостью. Для защиты химического оборудования применяют составы на основе натурального каучука и синтетического натрий-бутадиенового каучука, мягких резин, полуэбонитов, эбонитов и других материалов.

2. Торкретирование – защитное покрытие на основе торкрет-растворов, представляющих собой смесь песка, кремнефторида натрия и жидкого стекла. Механизированное пневмонанесение торкрет-растворов на поверхность металла позволяет получить механически прочный защитный слой, обладающий высокой химической стойкостью ко многим агрессивным средам.

3. Лакокрасочные покрытия – широко применяются для защиты металлов от коррозии, а неметаллических изделий – от гниения и увлажнения.

Представляют собой жидкие или пастообразные растворы смол (полимеров) в органических растворителях или растительные масла с добавлением к ним тонкодисперсных минеральных или органических пигментов, наполнителей и других специальных веществ. После нанесения на поверхность изделия образуют тонкую (до 100.150 мкм) защитную пленку, обладающую ценными физико-химическими свойствами.

Лакокрасочные покрытия для металлов обычно состоят из грунтовочного слоя, обладающего антикоррозионными свойствами и внешнего слоя – эмалевой краски, препятствующей проникновению влаги и агрессивных ионов к поверхности металла. С целью обеспечения хорошего сцепления (адгезии) покрытия с поверхностью ее тщательно обезжиривают и создают определенную шероховатость, например, гидроили дробе- и пескоструйной обработкой.

4. Лакокрасочные покрытия термостойкие – покрытия способные выдерживать температуру более 100 °С в течение определенного времени без

заметного ухудшения физико-механических и антикоррозионных свойств.

В зависимости от природы пленкообразующего компонента различают следующие виды лакокрасочных покрытий термостойких:

- этилцеллюлозные – при 100 °С;

- алкидные на высыхающих маслах – при 120-150 °С;

- фенольно-масляные, полиакриловые, полистирольные – при 200 °С;

- эпоксидные – при 230.250 °С;

- поливинилбутиральные – при 250-280 °С;

- полисилоксановые, в зависимости от типа смолы–при 350-550 °С, и

5. Латексные покрытия – на основе водных коллоидных дисперсий

каучукоподобных полимеров, предназначенных для создания бесшовного,

непроницаемого подслоя под футеровку штучными кислотоупорными изделиями или другими футеровочными материалами. Латексные покрытия обладают хорошей адгезией со многими материалами, в том числе и с металлами.

Они применяются в производствах фосфорной, плавиковой, кремнефтористоводородной кислот, растворов фторсодержащих солей при температуре не более 100 °С.

6. Футерование химического оборудования термопластами. Защитное

действие полимерных покрытий и футеровок в общем случае определяется

их химической стойкостью в конкретной агрессивной среде, степенью непроницаемости (барьерная защита), адгезионной прочностью соединения с

подложкой, стойкостью к растрескиванию и отслоению, зависящей от внутренних механических свойств полимера и подложки, неравновесностью

процессов формирования защитных слоев и соединений.

Наибольшее распространение при футеровании химического оборудования получили листы и пленки из полиэтилена (ПЭ), полипропилена (ПП), политетрафторэтилена (ПТФЭ), поливинилхлорида (ПВХ), пентапласта (ПТ) и других композиционных материалов. Для повышения физико-механических и защитных свойств, износостойкости листовые футеровочные материалы наполняют минеральными наполнителями (сажа, графит, сернокислотная обработка, ионная бомбардировка и др.).

Для повышения адгезионной активности по отношению к клеям листовые материалы дублируют различными тканями.

Способы борьбы с коррозией металлов

Коррозией металла называется нарушение его структуры в результате химических или электрохимических реакций. Это может приводить к разрушению деталей, конструкций, приводить к выходу из строя узлов автомобилей, станков, другого производственного оборудования, инструментов, трубопроводов и иных металлических изделий. Каждый год коррозия разрушает около 13 миллионов тонн металла.

Предотвратить и замедлить этот негативный процесс призваны меры антикоррозийной защиты металла. На это в мире тратится ежегодно более 2,5 триллионов долларов США, по данным NACE International. Как показывает практика, металлические изделия просто не способны служить без специальных защитных мер в течение длительного времени

Причины коррозии металлов

Основными «виновниками» коррозии являются воздействие природных факторов – воды и повышенной влажности, высокой температуры, кислых веществ с содержанием сульфатов и хлоридов, взвешенных в воздухе частиц различных веществ, солей, промышленных смазочных составов.

Виды коррозии металлов

В зависимости от того, какие именно реакции протекают на границе металла с окружающей средой, выделяют три основных вида коррозии.

Химическая развивается, когда металл соприкасается с солями или сухими газообразными соединениями. Яркий пример – контакт днища кузова автомобиля с солью, которой зимой в России посыпают автодороги. На деталях машин образуется слой из солей натрия и калия, разъедающих сталь и любой другой металл.
Электрохимическая происходит при соприкосновении с водой. Встречается чаще других видов.
Биологическая (биокоррозия) заключается в том, что поверхность металла разрушают микроорганизмы или радиоактивное излучение.

В соответствии с формой поражения коррозия может быть точечной, когда появляются узкие глубокие отверстия внутри металла с сохранением целостности поверхности. Она чаще наблюдается в изделиях из алюминиевых сплавов и нержавеющей стали.

Второй тип – равномерная коррозия, проявляющаяся на поверхности металла в виде равномерного слоя отложений. Третий – щелевая, захватывает участки с небольшими углублениями, где накапливается влага. Четвертый – межкристаллическая, развивается в зернистой структуре металла, приводя к локальным повреждениям. Выделяют также коррозионное растрескивание, когда под действием агрессивной среды в сочетании с постоянной или периодической высокой нагрузкой в металле появляются трещины.

Сегодня применяются различные способы защиты металлов от коррозии. Выбор определяется условиями эксплуатации металлических изделий, в том числе климатом региона, характеристиками самой металлической конструкции, а также совместимостью антикоррозийного состава и обрабатываемого материала, другими факторами.

Все виды борьбы с коррозией металла можно разделить на три основных, направленных на изменение одного из факторов:

свойств самого металла;
свойств окружающей среды;
характера взаимодействия металлического изделия и среды на границе контакта.

Изменение свойств металла для предотвращения коррозии

В эту группу методов включаются легирование, поверхностная и термическая обработка. Первые два можно отнести к химическим методам. Третий – к технологическим методам.

Легирование предполагает включение в состав металла в процессе его производства химических элементов, которые наименее склонны вступать в химическую реакцию с кислородом. Эти компоненты по возрастанию химической эффективности располагаются в следующем порядке: хром, медь, цинк, серебро, алюминий, платина.

Другой способ – металлизация (гальванический метод), когда поверхность изделия покрывается более устойчивым к действию кислорода металлом. Он подается в мелкодисперсном виде в форме ионизированного потока. Сюда относятся холодное цинкование и горячее цинкование.

Для защиты от коррозии могут также применяться фосфатирование или оксалатирование – обработка поверхности металла фосфатными солями марганца и цинка, либо щавелевой кислоты.

Термическая обработка означает нагрев металла до температуры выше +900◦С. Как правило, применяется в сочетании с насыщением поверхности заготовки хромом, азотом, алюминием, кремнием и другими элементами, повышающими сопротивляемость металла коррозии.

Перечисленные выше методы защиты относят к активным. Сюда же можно причислить и преобразование структуры двойного электрического слоя - анодирование. На металлическую поверхность воздействуют постоянным электрическим полем с заданными параметрами напряжения, которые подбираются в соответствии со свойствами металла. Это увеличивает его электродный потенциал и повышает устойчивость к коррозии верхнего слоя. Такой способ обычно используют для создания антикоррозийной защиты алюминия.

Изменение свойств окружающей среды

Параметры окружающей металлическое изделие среды можно менять с помощью ее ингибирования, обескислороживания, осушения воздушной смеси и устранения агрессивных веществ – солей, кислот и других.

Если объект небольшой, вокруг него может создаваться вакуум: в воздухе практически не остается кислорода, соответственно, риск появления коррозии минимизируется.

Другой метод – заполнение пространства вокруг металлической детали или конструкции инертным газом (неоном, ксеноном, аргоном). Этот способ дает высокий эффект, но довольно сложен в применении: необходимо обустройство защитной камеры, а также наличие специальных защитных костюмов для людей, обслуживающих оборудование из металла. Его используют обычно в научно-исследовательских лабораториях и на опытных производственных участках, где требуется поддерживать особый микроклимат.

Изменение характера взаимодействия металла со средой

Это антикоррозийная обработка металла, для которой применяется большое разнообразие способов.

Защитные покрытия – лаков и красок, масел, смазок и так далее.
Устранение катодной поляризации в форме защиты от коррозии контактного типа, электродренажа, удаления блуждающих токов и так далее.
Грамотное проектирование металлических конструкций, при котором подбирается наиболее устойчивый к действию факторов конкретной среды металл, устраняются зазоры, застойные зоны, соприкосновения разнородных металлов, и так далее.

Для борьбы с коррозией металлов широко распространены лакокрасочные покрытия. На сегодняшний день этот вариант применяется особенно часто. Используются специальные органические ЛКМ, компоненты которых не вступают в реакцию с кислородом, в также составы с алюминием. Первые перекрывают доступ О₂. Вторые не допускают коррозионного разрушения стали за счет наличия в составе химически инертного элемента – алюминия. Кроме того, используют защитные пленки и жидкий пластик – относительно новое решение.

На эффективность такой защиты влияют качество подготовки металлической поверхности к нанесению покрытия, равномерность его нанесения, толщина и прочность слоя, исключение образования воздушных полостей и другие факторы.

Этот способ отличается простотой реализации и низкими финансовыми затратами. Однако эффект недолговечен: со временем происходит механическое разрушение покрытия. Важно также понимать, что ЛКМ и пленки препятствуют появлению коррозии, но не способны его предотвратить, что дает основания называть данный способом защиты от коррозии пассивным. Можно покрыть ржавый металл специальной краской, которая трансформирует ржавчину и создаст антикоррозийный защитный слой.

К необычным способам относится высоковязкая технологическая смазка из окислов железа – закиси-окиси Fe3O4. Температура образования данного вещества составляет +250-500◦С. Им можно обработать металл, чтобы не ржавел. Образуя на поверхности плотную пленку, Fe3O4 не дает кислороду проникать к металлу, не позволяя развиваться трибохимической коррозии. Данный метод применяется на металлургических предприятиях в процессе скоростной высадки сплавов и металлов труднодеформируемых типов.

Способы удаления коррозии

Если ржавчина на металле уже появилась, риск разрушения деталей или конструкций резко возрастает. Необходимо удалить коррозию, для чего предлагается использовать один из способов.

Ручная механическая очистка – традиционный вариант. Поверхность изделия обрабатывается металлической щеткой, наждачной бумагой либо абразивным кругом. Можно делать это вручную или с помощью дрели с соответствующей насадкой, либо углошлифовальной машины. Метод требует больших усилий и много времени.
Специальные химические составы, вступающие в реакцию с оксидом железа. Данный вариант актуален для изделий, форма которых сложная, поверхность рифленая. Однако применять этот метод на изделиях с неметаллическими компонентами нельзя. Кроме того, работа с такими средствами требует особой осторожности, поскольку они могут нанести вред здоровью человека.
Электрохимический способ. Металлическое изделие опускают в раствор электролита, подключив к источнику электротоку. Ток, проходящий через электролит и деталь, заставляет слой ржавчины отделяться от ее поверхности. Но этот вариант подходит не для всех изделий из металла.
Пескоструйная и дробеструйная обработка, ультразвук очищают металл от оксида железа, отбивая его от поверхности.
Сухой лед (криобластинг) – очищение с помощью струи из гранул сухого льда. При ударе о металл происходит испарение частичек льда. Высвобождается углекислый газ: мгновенно расширяясь, он захватывает и удаляет ржавчину.

Вложения в защиту металла от коррозии позволяют продлить срок службы деталей и конструкций, а, значит, увеличить периодичность их замены.

Максимальный эффект дает сочетание нескольких методов. Например, для сохранения металлических элементов, находящихся под водой, применяют комбинацию катодной защиты и ЛКМ. Антикоррозийная защита направляющих насадок гребных винтов включает применение коррозионностойкой стали, электроразъединение разнородных материалов, катодную защиту и ЛКМ.

Чем обработать металл, чтобы не ржавел: химические средства и народные методы

В каждом доме есть множество металлических изделий. Они достаточно износостойкие и практичные, но со временем подвергаются коррозии. Это связано с тем, что железо легко вступает в реакцию с окружающей средой, из-за чего покрывается ржавчиной. Чтобы предупредить такой разрушительный процесс, рекомендуем узнать, чем покрыть металл от коррозии, и периодически проводить профилактические мероприятия. Если коррозийное повреждение на поверхности уже возникло, его необходимо правильно обработать. Для этого применяются как специальные средства, так и народные методы.

Почему образуется ржавчина

Любая среда считается агрессивной для незащищенного металла. По этой причине его поверхностный слой постоянно подвергается всевозможным химическим реакциям. Впоследствии возникают ржавые пятна, теряется внешний вид изделия, ухудшаются его прочностные характеристики.

Вдобавок от коррозии страдают устройства из железа, постоянно находящиеся в условиях чрезмерных температур: элементы двигателей, печная арматура, турбинные лопасти. Коррозионному разрушению также подвержены металлические основания, которые продолжительно соприкасаются с различными жидкостями (водой, спиртом).

Как бороться со ржавчиной

На практике применяются много проверенных методов, позволяющих продлить эксплуатационный срок железных изделий. Но самые действенные из них – обработка химпрепаратами (например, ингибиторными составами). После нанесения их тонким слоем металлическая поверхность приобретает надежную защиту от разрушения. Подобные составы зачастую применяются с профилактической целью. Среди прочих высокоэффективных способов стоит отметить устранение ржавчины вручную либо электроинструментами, народные средства, нанесение антикоррозийных веществ.

Механическая чистка

Ручная обработка железа от коррозии предполагает применение жесткой щетки либо крупнозернистой наждачки. Детали допускается обрабатывать во влажном или сухом виде. В первом случае наждачная бумага смачивается в керосине, во втором – происходит простое соскабливание ржавчины.

Вдобавок выполнить механическую чистку ржавеющих материалов возможно при помощи таких инструментов:

болгарка;
электродрель (в качестве насадки – щетка для металла);
шлифовальная машинка;
пескоструйный аппарат.

Ручной способ используется на малых площадях, позволяет очистить поверхности тщательно. Электроинструменты значительно ускоряют процесс, в то же время способны навредить деталям. При их обработке удаляется сравнительно большой слой металла. Аккуратно убрать коррозию поможет пескоструйное устройство. Оно не всем доступно из-за высокой стоимости.

Обработка химическими средствами

Все химпрепараты разделяют на 2 группы: преобразователи ржавчины и кислоты. Под последними нередко подозревают обыкновенные растворители.

Влажной тряпкой протереть железо от пыли.
Убрать с основания остатки влаги.
Используя силиконовую кисть, тонким слоем нанести на предмет кислотосодержащий раствор.
Выждать полчаса, пока вещество прореагирует с поврежденной поверхностью.
Вытереть обработанный участок сухой ветошью.

Внимание! Прежде чем применять химические препараты, нужно надеть спецодежду, защитные перчатки.

Ортофосфорная кислота обладает многими преимуществами перед иными составами: щадяще влияют на поврежденные изделия, хорошо очищает, впоследствии обеспечивает защиту стали от коррозии.

Преобразователями ржавчины обыкновенно покрывается вся металлическая поверхность. В итоге образуется слой, который в будущем предупреждает коррозийное разрушение предмета. Как только раствор хорошо высохнет, основание можно покрасить. На сегодня выпускается огромное количество таких препаратов, среди самых востребованных стоит отметить:

Модификатор ржавчины Berner. Зачастую применяется для болтов либо гаек, которые невозможно демонтировать.
Аэрозоль «Цинкор». Оказывает обезжиривающий эффект, восстанавливает ржавые предметы, образует на них сплошную защитную пленку.
Уничтожитель ржавчины В-52. Быстродействующий гель, который после нанесения не растекается, устраняет даже глубокую коррозию.
Преобразователь СФ-1. Применяется для изделий, сделанных из чугуна, алюминия, а также оцинкованных. Удаляет ржавые пятна, после обработки обеспечивает защиту металла от ржавчины, увеличивает период его полезной эксплуатации.

Применение антикоррозийных препаратов

Известная фирма «Rocket Chemical» выпускает огромный ассортимент качественной противокоррозионной продукции. Высокой эффективностью отличаются такие средства:

Литиевая смазка. После покрытия петель дверей, тросов, цепей и прочих элементов обеспечивает надежную защиту от ржавчины. Вместе с тем на поверхности обработанных изделий формируется устойчивая к влиянию воды пленка.
Ингибитор продолжительного воздействия. Впоследствии обработки металлические детали могут размещаться в уличных условиях на протяжении года: они надежно защищены от атмосферного влияния, провоцирующего коррозию.
Силиконовая смазка. Допускается наносить на металлические основания с включениями из пластика, резины. Она мгновенно высыхает, в результате образуется прозрачное защитное покрытие.
Раствор для устранения коррозийных пятен. Не содержит токсичные компоненты, используется для обработки стройматериалов, кухонных принадлежностей.
Спрей от ржавчины. Подходит для применения в труднодоступных зонах, где требуется глубокое проникновение. После нанесения препятствует повторному появлению ржавых пятнышек. Это средство нередко применяется для противокоррозионной защиты резьбовых соединений, болтов.

Важно! Антикоррозийные препараты состоят из токсичных химических компонентов. Работать с ними необходимо в респираторе. Это позволит обезопасить дыхательную систему от раздражения.

Универсальный спрей улучшает откручивание болтовых соединений, вытесняет влагу, защищает от коррозии тонкой пленкой Источник img2.mx-quad.fr

Видео описание

Разрушитель ржавчины-убийца WD-40,или лайфхак с WD-40

Народные средства

Если химические составы отсутствуют либо работать с ними нельзя, ржавчину с металлических изделий можно попробовать убрать с помощью бытовой химии, прочих эффективных растворов. Некоторые из них придется приготовить самостоятельно.

Cilit

Гель предназначен для устранения ржавчины в кухне, ванной. Его часто применяют для очищения кранов, смесителей, металлических приборов, иных железных изделий. Прежде чем использовать состав, важно учесть, что он способен разъесть краску.

Керосин и парафин

Рекомендуемое соотношение ингредиентов – 10:1. После соединения компонентов средство необходимо выдержать на протяжении суток, затем нанести на поврежденные ржавчиной элементы. Спустя 12 часов обработанное место следует протереть сухой тряпкой. Подобный метод отлично подойдет для стройматериалов, инструментов.

Coca Cola

Щелочной состав напитка уничтожает коррозийные пятна. Способ применения: погрузить поврежденный предмет в жидкость либо обильно смочить тряпкой. По прошествии суток изделие следует промыть проточной водой.

Каустическая сода

Для приготовления средства необходимо подготовить:

формалин (40%) – 250 г;
вода – 0,3 л;
аммоний, каустическая сода – по 50 г.

Получившуюся после соединения указанных ингредиентов пасту следует разбавить в литре воды, потом в готовый раствор опустить ржавые детали. Время чистки напрямую зависит от степени повреждения материала, может составлять 15-30 минут. На завершающем этапе металлическое изделие необходимо прополоскать, затем вытереть насухо.

Перекись водорода

Устранить ржавчину с железных деталей возможно с помощью раствора из таких компонентов:

лимонная кислота – 40 г;
соль – столовая ложка;
перекись водорода – 100 г.

Приготовленную смесь следует поместить в удобную емкость, опустить в нее ржавые элементы. Начало реакции наблюдается практически сразу же, спустя два часа с железа полностью исчезают красные оксиды.

Чтобы продлить срок службы металлических изделий, всегда важно помнить: защита от ржавчины нужна для каждого предмета, который изготовлен из металла. Если не предпринимать профилактические меры, впоследствии придется устранять ржавые пятна при помощи сильнодействующих препаратов.

Термообработка

Эффективный способ выполнить тепловую очистку пораженных металлических поверхностей – применить промышленный парогенератор. В домашних условиях возможно воспользоваться строительным феном. Горячая воздушная струя отлично размягчит верхний слой поврежденного основания, затем ржавчина начнет дробиться на мелкие частицы, легко удаляться потоком воздуха. Подобный метод чрезвычайно актуален в местах, где снять предмет затруднительно.

Еще один альтернативный вариант термообработки железа – использовать кислородно-ацетиленовую горелку. Во время ее применения возникает слишком яркое пламя. Через него нельзя увидеть уцелевшие остатки ржавчины. Потому выжигания коррозии следует продолжать до полного исчезновения поражения.

Обработки поверхности кипятком. Затем нужно будет вручную убрать рыхлую часть.
Нагрева огнем. Снимать налет требуется в процессе работы. Катализатором может служить перекись водорода.
Применения паровой швабры, отпаривателя. Очищение происходит под воздействием сильной струи горячего пара.

Внимание! Во всех вариантах тепловой очистки предварительно важно убедиться, что деталь не содержит пластмассовых или деревянных элементов, которые легко плавятся, воспламеняются.

Удаление ржавчины. Парогенератор: быстро, эффективно.

Заключение

Поскольку металлические изделия применяются повсеместно, за ними необходимо ухаживать. Первым делом следует узнать, как защитить металл от ржавчины. Своевременные профилактические мероприятия не допустят возникновения ржавых пятен, а значит с ними впоследствии не придется бороться. Если же коррозионные процессы все же начали развиваться, в первую очередь желательно испробовать щадящие народные средства. Если желаемый результат достигнуть не получилось, остается прибегнуть к химическим препаратам, сильнодействующим составам.

Читайте также: