Коррозия на стальных пластинах

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

Коррозия на стальных пластинах

Нужен полный текст и статус документов ГОСТ, СНИП, СП?
Попробуйте профессиональную справочную систему
«Техэксперт: Базовые нормативные документы» бесплатно

Единая система защиты от коррозии и старения

МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ

Методы определения показателей коррозии и коррозионной стойкости

Unified system of corrosion and ageing protection. Metals and alloys. Methods for determination of corrosion and corrosion resistance indices

Дата введения 1987-01-01

1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Государственным комитетом СССР по управлению качеством продукции и стандартам

Л.И.Топчиашвили, Г.В.Козлова, канд. техн. наук (руководители темы); В.А.Атанова, Г.С.Фомин, канд. хим. наук, Л.М.Самойлова, И.Е.Трофимова

2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 31.10.85 N 3526

3. Стандарт полностью соответствует СТ СЭВ 4815-84, СТ СЭВ 6445-88

4. ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

5. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

Обозначение НТД, на который дана ссылка

Номер пункта, приложения

6. ПЕРЕИЗДАНИЕ с Изменением N 1, утвержденным в октябре 1989 г. (ИУС 2-90)

Настоящий стандарт устанавливает основные показатели коррозии и коррозионной стойкости (химического сопротивления) металлов и сплавов при сплошной, питтинговой, межкристаллитной, расслаивающей коррозии, коррозии пятнами, коррозионном растрескивании, коррозионной усталости и методы их определения.

Показатели коррозии и коррозионной стойкости используют при коррозионных исследованиях, испытаниях, проверках оборудования и дефектации изделий в процессе производства, эксплуатации, хранения.

1. ПОКАЗАТЕЛИ КОРРОЗИИ И КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ

1.1. Показатели коррозии и коррозионной стойкости металла определяют в заданных условиях, учитывая их зависимость от химического состава и структуры металла, состава среды, температуры, гидро- и аэродинамических условий, вида и величины механических напряжений, а также назначение и конструкцию изделия.

1.2. Показатели коррозионной стойкости могут быть количественными, полуколичественными (балльными) и качественными.

1.3. Коррозионную стойкость следует, как правило, характеризовать количественными показателями, выбор которых определяется видом коррозии и эксплуатационными требованиями. Основой большинства таких показателей является время достижения заданной (допустимой) степени коррозионного поражения металла в определенных условиях.

Показатели коррозионной стойкости, в первую очередь время до достижения допустимой глубины коррозионного поражения, во многих случаях определяют срок службы, долговечность и сохраняемость конструкций, оборудования и изделий.

1.4. Основные количественные показатели коррозии и коррозионной стойкости металла приведены в таблице. Для ряда коррозионных эффектов (интегральных показателей коррозии) приведены соответствующие им скоростные (дифференциальные) показатели коррозии.

Основные количественные показатели коррозии и коррозионной стойкости

Коррозионный эффект (интегральный показатель коррозии)

Скоростной (дифференциальный) показатель коррозии

Показатель коррозионной стойкости

Глубина проникновения коррозии

Линейная скорость коррозии

Время проникновения коррозии на допустимую (заданную) глубину*

Потеря массы на единицу площади

Скорость убыли массы

Время до уменьшения массы на допустимую (заданную) величину*

Степень поражения поверхности

Время достижения допустимой (заданной) степени поражения*

Максимальная глубина питтинга

Максимальная скорость проникновения питтинга

Минимальное время проникновения питтингов на допустимую (заданную) глубину*

Максимальный размер поперечника питтинга в устье

Минимальное время достижения допустимого (заданного) размера поперечника питтинга в устье*

Степень поражения поверхности питтингами

Время достижения допустимой (заданной) степени поражения*

Скорость проникновения коррозии

Время проникновения на допустимую (заданную) глубину*

Снижение механических свойств (относительного удлинения, сужения, ударной вязкости, временного сопротивления разрыву)

Время снижения механических свойств до допустимого (заданного) уровня*

Глубина (длина) трещин

Скорость роста трещин

Время до появления первой трещины**

Снижение механических свойств (относительного удлинения, сужения)

Время до разрушения образца**

Уровень безопасных напряжений** (условный предел длительной коррозионной прочности**)

Пороговый коэффициент интенсивности напряжений при коррозионном растрескивании**

Количество циклов до разрушения образца**

Условный предел коррозионной усталости**

Пороговый коэффициент интенсивности напряжений при коррозионной усталости**

Степень поражения поверхности отслоениями

Суммарная длина торцов с трещинами

При линейной зависимости коррозионного эффекта от времени соответствующий скоростной показатель находят отношением изменения коррозионного эффекта за определенный интервал времени к величине этого интервала.

При нелинейной зависимости коррозионного эффекта от времени соответствующий скоростной показатель коррозии находят как первую производную по времени графическим или аналитическим способом.

1.5. Показатели коррозионной стойкости, отмеченные в таблице знаком*, определяют из временной зависимости соответствующего интегрального показателя коррозии графическим способом, приведенным на схеме, или аналитически из его эмпирической временной зависимости

Показатели коррозионной стойкости при воздействии на металл механических факторов, в том числе остаточных напряжений, отмеченные в таблице знаком**, определяют непосредственно при коррозионных испытаниях.

Схема зависимости коррозионного эффекта (интегрального показателя) от времени

1.6. Допускается использование наряду с приведенными в таблице показателями других количественных показателей, определяемых эксплуатационными требованиями, высокой чувствительностью экспериментальных методов или возможностью использования их для дистанционного контроля процесса коррозии, при предварительном установлении зависимости между основным и применяемым показателями. В качестве подобных показателей коррозии с учетом ее вида и механизма могут быть использованы: количество выделившегося и (или) поглощенного металлом водорода, количество восстановившегося (поглощенного) кислорода, увеличение массы образца (при сохранении на нем твердых продуктов коррозии), изменение концентрации продуктов коррозии в среде (при их полной или частичной растворимости), увеличение электрического сопротивления, уменьшение отражательной способности, коэффициента теплопередачи, изменение акустической эмиссии, внутреннего трения и др.

Для электрохимической коррозии допускается использование электрохимических показателей коррозии и коррозионной стойкости.

При щелевой и контактной коррозии показатели коррозии и коррозионной стойкости выбирают по таблице в соответствии с видом коррозии (сплошная или питтинговая) в зоне щели (зазора) или контакта.

1.7. Для одного вида коррозии допускается характеризовать результаты коррозионных испытаний несколькими показателями коррозии.

При наличии двух или более видов коррозии на одном образце (изделии) каждый вид коррозии характеризуют собственными показателями. Коррозионную стойкость в этом случае оценивают по показателю, определяющему работоспособность системы.

1.8. При невозможности или нецелесообразности определения количественных показателей коррозионной стойкости допускается использовать качественные показатели, например, изменение внешнего вида поверхности металла. При этом визуально устанавливают наличие потускнения; коррозионных поражений, наличие и характер слоя продуктов коррозии; наличие или отсутствие нежелательного изменения среды и др.

На основе качественного показателя коррозионной стойкости дают оценку типа: стоек - не стоек, годен - не годен и др.

Изменение внешнего вида допускается оценивать баллами условных шкал, например, для изделий электронной техники по ГОСТ 27597.

1.9. Допустимые показатели коррозии и коррозионной стойкости устанавливают в нормативно-технической документации на материал, изделие, оборудование.

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КОРРОЗИИ

2.1. Сплошная коррозия

2.1.1. Потерю массы на единицу площади поверхности , кг/м, вычисляют по формуле

где - масса образца до испытаний, кг;

- масса образца после испытаний и удаления продуктов коррозии, кг;

- площадь поверхности образца, м.

2.1.2. При образовании трудноудаляемых твердых продуктов коррозии или нецелесообразности их удаления количественную оценку сплошной коррозии проводят по увеличению массы. Увеличение массы на единицу площади поверхности вычисляют по разности масс образца до и после испытаний, отнесенной к единице площади поверхности образца. Для вычисления потери массы металла по увеличению массы образца необходимо знать состав продуктов коррозии.

Защита металлических изделий от коррозии

Человек с глубокой древности использует предметы из металлов. До сих пор они остаются важной составляющей нашей жизни, причем самыми востребованными являются изделия из железа и его сплавов. Однако все они имеют один серьезный минус, а именно подверженность коррозии, то есть способность разрушаться в процессе окисления. Своевременная защита металлических изделий от коррозии дает возможность увеличить их срок службы.

Почему так важна защита металлических изделий от коррозии

Коррозия оказывает негативное электрохимическое, химическое воздействие на целостность поверхности предметов из стали, чугуна. В результате происходит разъедание металлических изделий, они портятся и не могут использоваться по назначению.

По статистике экспертов, каждый год примерно 10 % от объема всех добываемых на планете металлов приходится расходовать на устранение потерь, вызванных коррозией. Ведь последняя приводит к полной утрате металлическими предметами своих эксплуатационных свойств.

Как только на изделиях из чугуна или стали появляются признаки коррозии, у них снижается герметичность, прочность. Параллельно падает их способность проводить тепло, пластичность, отражательный потенциал, иными словами, утрачивается целый ряд немаловажных свойств. Все это приводит к тому, что конструкции оказываются непригодны для использования по назначению. Вот почему так важно грамотно и своевременно применять существующие способы защиты металлических изделий от коррозии, о которых далее пойдет речь.

Основные виды коррозии

Прежде чем приступать к защите металлических изделий от коррозии, важно понять природу этого процесса. Принято выделять такие типы коррозии:

Атмосферная. Причиной окисления становится контакт металлического предмета с кислородом и содержащимися в воздухе водяными парами. Ржавчина образуется быстрее, когда в воздухе присутствуют загрязнения в виде химически активных веществ.
Жидкостная. Формируется на металлических предметах, находящихся в водной среде. Если речь идет о морской воде, то в ней окисление значительно ускоряется за счет содержащегося в жидкости большого объема солей.
Почвенная. Данному типу подвержены металлические изделия, конструкции, находящиеся в грунте. Химические реакции запускаются и протекают под действием химических элементов, входящих в состав грунта, грунтовых вод, разного рода утечек.

Коррозия на металлических изделиях может проявляться по-разному:

формируется сплошной ржавый слой или его отдельные фрагменты;
появляются небольшие участки ржавчины, проникающей внутрь детали;
образуются глубокие трещины;
окисляется один из компонентов сплава;
происходит глубинное проникновение по всему объему;
сочетаются сразу несколько симптомов.

Причины возникновения могут иметь природу двух видов:

Химическую, то есть металл разрушается в результате химических реакций с активными веществами.
Электрохимическую, связанную с тем, что при контакте с электролитическими растворами возникает электрический ток, под его действием замещаются электроны металлов. Это приводит к тому, что страдает кристаллическая структура, образуется ржавчина.

Способы защиты металлических изделий от коррозии

Можно выделить несколько основных способов защиты металлических изделий от коррозии:

легирование металлов;
защитные покрытия (металлические, неметаллические);
электрохимическая защита;
изменение свойств коррозионной среды;
рациональное конструирование изделий.

1. Легирование металлов.

Это один из действительно эффективных способов, позволяющих увеличить стойкость металлов к ржавчине. В процессе легирования в состав сплава или металла вносят легирующие элементы, такие как хром, никель, молибден, пр. Они приводят к пассивации металла, то есть металл или сплав переходит в состояние повышенной коррозионной устойчивости за счет торможения анодного процесса. Пассивное состояние металла достигается благодаря тому, что на его поверхности формируется совершенная по структуре оксидная пленка. Она обеспечивает защиту изделия лишь при условии, что кристаллические решетки металла и образующегося оксида имеют между собой максимальное сходство.

Рекомендуем статьи по металлообработке

Легирование активно используется для защиты, например, закладных деталей от коррозии. Такую обработку проводят для железа, алюминия, меди, магния, цинка и сплавов на их основе. Получившиеся сплавы, по сравнению с исходными металлами, отличаются повышенной коррозионной стойкостью, а также жаростойкостью и жаропрочностью.

Жаростойкость – способность металла сохранять свои свойства даже при высоких температурах, когда повышается вероятность газовой коррозии.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

Жаропрочность – сохранение конструкционным материалом высокой механической прочности при значительном повышении температуры. Этого свойства обычно достигают легированием металлов и сплавов. Так, сталь легируется хромом, алюминием и кремнием. При высоких температурах они окисляются первыми, в результате чего формируются плотные защитные оксидные пленки, например Al₂O₃ и Cr₂O₃.

Кроме того, легирование позволяет снизить скорость электрохимической коррозии, особенно когда она сопровождается выделением водорода. Ярким примером коррозионностойких сплавов являются нержавеющие стали, где роль легирующих компонентов играют хром, никель и ряд прочих металлов.

2. Защитные покрытия.

В этом случае на поверхности металлического изделия искусственно формируются дополнительные слои для защиты. На самом деле, этот подход является наиболее распространенным среди существующих способов борьбы с коррозией. Мало того, что подобные покрытия оберегают предмет от появления ржавчины, они придают поверхностям ценные физико-химические характеристики. Речь идет об износостойкости, электрической проводимости и еще ряде свойств. Такие покрытия могут быть металлическими и неметаллическими. Однако, вне зависимости от состава, к ним предъявляются единые требования: хорошие адгезионные качества, сплошность и способность сохранять свои свойства в агрессивной среде.

Металлические покрытия выделяются на фоне других способов защиты металлических изделий от коррозии тем, что обладают неоднозначным действием. Пока защитный слой сохраняет свою целостность, он изолирует поверхность изделия от воздействия окружающей среды. То есть по своему действию близок к любой механической обработке, например, окраске, оксидной пленке, пр. В целом, металлические покрытия не должны пропускать коррозионные агенты.

Если такое покрытие повреждается либо в нем есть поры, образуется гальванический элемент. Нужно понимать, что характер коррозионного разрушения материала во многом зависит от электрохимических характеристик обоих металлов. Защитные антикоррозионные покрытия бывают катодными или анодными. В число первых входят покрытия, потенциалы которых в данной среде являются более положительными, чем у основного металла. Анодные покрытия обладают наиболее отрицательным потенциалом, чем потенциал материала изделия.

Если повреждается никелевое покрытие, на анодных участках железо окисляется за счет образования микрокоррозионных гальванических элементов. На катодных участках происходит восстановление водорода. Таким образом, катодные покрытия обеспечивают защиту металлических изделий от коррозии только при условии, что в покрытии нет пор и повреждений.

Если в цинковом слое появляется местное повреждение, защита продолжит разрушаться, но поверхность железа не пострадает от коррозии. На анодных участках происходит процесс окисления цинка, а на катодных участках – восстановление водорода.

Электродные потенциалы металлов зависят от компонентов и их доли в растворах, поэтому характер используемого для защиты покрытия может быть изменен за счет изменения состава.

Защита деталей от коррозии горячим методом осуществляется при помощи разных металлов и подходов. Сформировать металлические защитные покрытия позволяют несколько способов: электрохимический (гальванические покрытия); погружение в расплавленный металл (горячее цинкование, лужение); металлизация (нанесение расплавленного металла на защищаемую поверхность струей сжатого воздуха); химический (защита изделия посредством восстановителей, таких как гидразин).

Материалами для металлических защитных покрытий могут быть как чистые металлы (цинк, кадмий, алюминий, никель, медь, хром, серебро и др.), так и их сплавы (бронза, латунь и др.).

Неметаллические защитные покрытия делятся на неорганические и органические. Суть такой обработки состоит преимущественно в изоляции металла от окружающей среды.

Для защиты металлических изделий от коррозии неметаллическими покрытиями используют неорганические эмали, оксиды металлов, соединение хрома, фосфора, пр. В число органических входят лакокрасочные покрытия, смолы, пластмассы, полимерные пленки, резина.

По своему составу неорганические эмали являются силикатами, иначе говоря, это соединения кремния. Нужно понимать, что подобные покрытия хрупкие и растрескиваются из-за тепловых и механических ударов.

Лакокрасочные покрытия встречаются более часто. Главные условия для защиты металлических изделий от коррозии с помощью лакокрасочных покрытий: покрытие должно быть сплошным, газо- и водонепроницаемым, химически стойким, эластичным, обладать высоким сцеплением с материалом, механической прочностью, твердостью.

3. Химические способы.

Существует множество методов защиты металла, относящихся к этой группе. Одним из них является обработка поверхности веществами, вступающими с ней в химическую реакцию, в результате чего формируется пленка устойчивого химического соединения. Речь идет о таких способах как оксидирование, фосфатирование, сульфидирование, пр.

Оксидирование представляет собой способ защиты за счет образования оксидных пленок на поверхности металлических изделий.

Наиболее современным вариантом этого метода является химическая и электрохимическая обработка деталей в щелочных растворах.

Для железа и его сплавов наиболее часто используется щелочное оксидирование в растворе, содержащем NaOH, NaNO₃, NaNO₂ при температуре +135…+140 °С. Оксидирование черных металлов называется воронением.

Фосфатирование является методом формирования фосфатных пленок на изделиях из цветных и черных металлов. Для фосфатирования металлическое изделие погружают в растворы фосфорной кислоты и ее кислых солей (H₃PO₄ + Mn(H₂PO₄)₂) при температуре +96…+98 °С.

Фосфатная пленка оказывается химически связана с материалом изделия и состоит из сросшихся между собой кристаллов, разделенных порами ультрамикроскопических размеров. Главными достоинствами фосфатных пленок являются хорошая адгезия и развитая шероховатая поверхность. Благодаря этому, такие пленки становятся отличной основой для лакокрасочных покрытий и пропитывающих смазок. Обычно данный подход выбирают для защиты деталей от коррозии, когда те будут использоваться в закрытых помещениях, либо если изделие подвергнется последующей окраске или покрытию лаком. Однако у таких пленок есть свои минусы, в первую очередь к ним относятся низкая прочность и эластичность, хрупкость.

Анодированием называется защита поверхности металла при помощи формирования оксидных пленок, обычно данный способ используется для защиты алюминия. На поверхности этого металла всегда есть тонкая оксидная пленка Al₂O₃ или Al₂O₃ ×∙(H₂O)_n. Однако она не способна противостоять появлению ржавчины, поэтому в результате воздействия окружающей среды на алюминии постепенно образуется слой продуктов коррозии.

Для искусственного формирования оксидных пленок используют химический и электрохимический способы. Во втором случае алюминиевое изделие используется в качестве анода электролизера. Тогда как роль электролита играет раствор серной, ортофосфорной, хромовой, борной или щавелевой кислот. Катодом может быть металл, не вступающий в реакцию с раствором электролита, допустим, нержавеющая сталь. На катоде выделяется водород, за счет чего на аноде формируется оксид алюминия.

От точного выполнения при защите деталей от коррозии требований ГОСТа зависят надежность, сроки эксплуатации изделий. Не менее важно правильно выбрать метод обработки, принимая во внимание условия эксплуатации изделий, а также их изначальные характеристики. В результате удастся обеспечить надежную защиту от ржавчины, а изделие сможет служить значительно дольше, при этом использоваться по своему прямому назначению.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

цветные металлы;
чугун;
нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Защита металлоконструкций

Все металлы кажутся прочными и долговечными, поэтому тот факт, что из-за внешнего воздействия они деформируются или разрушаются, кажется маловероятным. А между тем это вполне возможно и зависит от того, как происходит дальнейший уход.

Защита металлоконструкций от коррозии и пожара сегодня в центре нашего внимания. Рассмотрим важный вопрос, как уберечь металл от агрессивной среды, и дадим полезные советы по профилактике.

Защита металлоконструкций от коррозии

Коррозия представляет собой разрушение металлов и сплавов под действием внешних факторов. Данный процесс имеет электрохимическую либо химическую природу и негативно отражается на функциях и продолжительности службы изделия.

Еще на этапе проектирования важно продумать защиту строительных металлоконструкций от коррозии, включить в смету затраты на данные мероприятия. В строительных нормах и правилах (СНиП) подобные методы названы конструктивными. Согласно определению, в соответствии с данными способами подбирают материалы и способы их нанесения, чтобы минимизировать соприкосновение металлических поверхностей с агрессивной средой.

В СНиП по защите металлоконструкций говорится о необходимости выбора защитного покрытия, а также рекомендуются способы оптимального использования изделий. Необходимо:

устранить все присутствующие на поверхностях предмета щели и углубления, в которых может собираться влага либо образовываться аномальная область нагрева/охлаждения, что чревато разрушением антикоррозийного покрытия;
закрыть металл от попадания брызг, водяных капель;
ввести в агрессивную среду специальные ингибиторы.

Пассивная антикоррозийная защита металлоконструкций

Данный подход является наименее эффективным и предполагает обработку поверхности металла любым лакокрасочным покрытием. Подобная защита стальных конструкций не способна обеспечивать должный результат в течение значительного отрезка времени в связи с такими факторами:

Металлы имеют отличную теплопроводность, поэтому покрытие подвержено частым перепадам температуры, из-за чего за пять лет утрачивает свои свойства и требует замены.
Защита объемных стальных конструкций с использованием лакокрасочного покрытия является слишком трудоемкой. Дело в том, что перед нанесением такого слоя требуется удалить с металла оксидную пленку, после чего загрунтовать все поверхности.

Активные методы защиты металлоконструкций от коррозии

Речь идет о методах защиты металлоконструкций от коррозии в соответствии с ГОСТами, благодаря которым обеспечивается повышенная стойкость ферросплавов и изделий на их основе:

Горячее цинкование. В первую очередь изделие обезжиривается, проходит пескоструйную обработку либо травление кислотой, после чего в специальной вращающейся ванне на него наносится тонкий слой расплава цинка.

Химическая реакция приводит к формированию на поверхности защитной пленки, которая предотвращает попадание влаги на основной металл. Кроме того, цинк образует со сталью гальванопару и может самовосстанавливаться в случае небольших повреждений.

Роль сырья для горячего метода нередко играют и другие металлы. В целом, способ успел зарекомендовать себя при обработке крупных объектов, таких как суда, баки, цистерны.

Электрохимическое или гальваническое цинкование. В основе подхода лежит принцип диффузионного извлечения ионов цинка из слабокислого раствора за счет электролиза. Для этого в ванну с электролитом погружают металлоконструкции, которым необходима защита, и источник цинка. В качестве последнего могут использоваться пластины, шары, болванки. Далее через ванну пропускается электрический ток.

В процессе электролиза цинк берет на себя роль анода, растворяется и оседает на стальной поверхности, и та приобретает красивый блестящий вид. Правда, такое покрытие имеет низкую адгезию, а обработка очень трудоемкая и вредная для экологии. Данный подход используют для защиты метизов и деталей средних размеров.

Термодиффузионное нанесение цинкового покрытия. Здесь атомы цинка из цинкосодержащего порошка при температуре в пределах +290…+450 °C проникают в поверхность железа. В результате образуется очень твердый и износостойкий защитный слой, который полностью повторяет форму исходной детали, в том числе резьбы и тонкий рельеф.

Достоинством этого способа является отсутствие сложной подготовки, такой как удаление очагов ржавчины, обезжиривание, пр. В результате покрытие металлоконструкций и трубопроводов служит в 2-3 раза дольше, чем гальваническое. Кроме того, оно исправно выполняет свои функции даже при использовании изделий в морской воде. Однако метод имеет низкую производительность и требует использования особого оборудования, а именно роторных печей.

Современные методы защиты металлоконструкций от коррозии

Метод алитирования

Алюминиевое напыление формируется при помощи использования порошкообразных смесей на базе ферроалюминия. Для этого на предмет наносится металлизированный порошок, а потом проводится изоляционная обмазка. Далее изделие готовят к диффузионному отжигу и обрабатывают специальной краской, также имеющей алюминий в своем составе. После чего, в соответствии с ГОСТом, для получения антикоррозийной защиты металлоконструкции погружают в алюминиевый расплав с выдержкой.

Характеристики последней зависят от требований к результату. Алитирование позволяет добиться наиболее высокой износостойкости металлических поверхностей.

Метод фаолитирования

Данный подход сочетает в себе обработку металлизированными смесями и поверхностное нанесение ЛКП. За образование защитного барьера отвечает смесь, основным компонентом которой является кислотоупорная термореактивная пластмасса. Готовое антикоррозийное и теплозащитное покрытие способно справляться даже с воздействием химически агрессивных солей.

Немаловажно, что такая антикоррозионная защита металлоконструкций сохраняет свои свойства при высокой температуре. Но чтобы добиться максимального эффекта, нужно предварительно покрывать изделие бакелитовой лаковой основой.

Метод электрохимической защиты от коррозии

При формировании электрохимической защиты к детали крепят протекторный анод из металла, имеющего более электроотрицательные свойства, чем материал изделия. Таким образом скорость окисления в самой конструкции снижается практически до нуля до полного разрушения анода – его еще называют «жертвенным».

Так экранируют свайные фундаменты, металл которых размещен в грунте, что особенно важно для засоленных почв. Кроме того, технология применяется для защиты нефтегазопромысловых сооружений, хранилищ, днищ судов, на которые все время воздействует соленая вода.

Для изготовления анодов используют платинированный титан, железнокремниевые сплавы, графитопласты. Сегодня создаются технологии электрохимической защиты кузовов автомобилей, в рамках которых аноды из электропроводящих полимеров имеют декоративный внешний вид и наклеиваются на кузов в местах, наиболее подверженных образованию очагов ржавчины.

Метод «жидкая резина»

Для надежной защиты металлоконструкций используется двухкомпонентный эластомер со значительным сроком службы. Он представляет собой бесшовную мембранную прослойку, которая наносится распылительным пистолетом и не требует предварительной подготовки металла. Даже на гладкой, скользкой и влажной основе битумная эмульсия мгновенно затвердевает без потеков и неровностей.

Производитель дает гарантию: такой слой будет сохранять свои свойства 20 лет, постепенно приобретая все большую прочность. Данный метод подходит для защиты металлических труб, строительных конструкций вне зависимости от их конфигурации, поверхностей цистерн и кровли. Обработанные «жидкой резиной» металлы не реагируют на повышенную влажность и критическую температуру.

Защита металлоконструкций от огня

Огнезащита является столь же актуальной темой, что и антикоррозийная защита металлоконструкций. Она предполагает проведение ряда мероприятий по снижению, полному предотвращению воздействия огня, повышению огнестойкости изделий на некоторый отрезок времени.

Под влиянием высокой температуры металл претерпевает такие изменения:

плавится, из-за чего повышается пластичность;
утрачивает прежнюю форму, на изделии образуются трещины, отслойки;
теряет прочность.

В случае пожара последний фактор несет главную опасность, ведь может привести к разрушению стен здания всего за несколько минут воздействия огня.

Нормы по противопожарной защите металлоконструкций установлены такими актами законодательства РФ:

ГОСТ Р 53295-2009; НПБ 236-97; 30247.0-94;
строительные правила и нормы, к которым относятся: СП 2.13130.2012; СНиП 21-01-97 (СП 112.13330.2011); СП 21-101, 21-102;
ППР;
справочники к ФЗ № 123 «Пособие по определению пределов огнестойкости»;
технические регламенты.

Металлоконструкции, которые следует защищать от огня

В соответствии с нормами безопасности, защита от пожара является обязательной для следующих видов металлоконструкций:

несущих и опорных, на которые ложится основная нагрузка;
имеющих конструктивное значение;
открытых, поэтому в первую очередь испытывающих на себе воздействие пламени.

Помимо этого, важно защищать соединения и крепления, если их разрушение, искривление может привести к обрушению частей здания.

Необходимо обеспечить защиту таких металлоконструкций из стали, чугуна и алюминия:

всех несущих элементов: колонн, балок перекрытий, ферм, пр.;
лестниц и пролетов;
кровли, ее фрагментов и опор;
составляющих металлокаркаса;
частей противопожарных оград.

Обойтись без защиты металлоконструкций можно, если:

такие части не относятся к основной конструкции здания;
объект не нормирован по степени пожарной опасности и приравнен к V категории;
строение имеет более низкую огнестойкость, чем его элементы из металла;
возможно использование незащищенных конструкций до класса R15.

Стоит пояснить, что в названных случаях допускается отказ от защиты металлоконструкций, так как они в любом случае будут разрушены огнем позже, чем само здание.

Средства и составы, используемые для огнезащиты

Для защиты от огня по ГОСТ 53295-2009 необходимо применять средства, формирующие тонкую пленку на поверхности, не способную изменять форму металлоконструкций. Обычно используют такие составы:

Вспучивающиеся и невспучивающиеся краски. Первые образуют коксовое покрытие под влиянием повышенной температуры, параллельно выделяя вещества, которые приводят к самозатуханию пламени. Так, во время пожара слой толщиной 4 мм увеличивается до 4 см. Тогда как невспучивающиеся краски имеют в своем составе силикаты и по консистенции напоминают толстый слой лака. Они поглощают тепло, выделяют ингибиторы, воду и негорючие газы. Однако нужно понимать, что вторая разновидность обладает меньшей эффективностью, чем вспучивающиеся аналоги.
Лаки.
Пасты, мастики и штукатурки, наносимые слоем до 2 см. Если сравнивать пасты и мастики с красками, то первые имеют высокую дисперсность. А благодаря вяжущим компонентам они оказываются достаточно густыми.
Огнеупорные грунтовки.

Нужно понимать, что для защиты металлоконструкций не используется пропитка, так как она не способна проникнуть в обрабатываемый материал.

При выборе средств огнезащиты учитывают:

на открытой или закрытой территории находится конструкция;
отапливается ли помещение либо имеет особые условия содержания;
какова цель нанесения, будут ли параллельно применяться другие составы;
какой металл обрабатывается: обычная сталь или оцинкованная.

Способы огнезащиты металлоконструкций

Используемые сегодня в строительстве способы защиты металла и дерева от прямого огня, теплового воздействия пожара появились очень давно. На данный момент создаются более современные подходы и средства.

Реальная картина отражается в действующих правилах, таких как СП 2.13130.2012, призванных регламентировать обеспечение стойкости объектов к пламени. Указанный свод правил особо акцентирует внимание на огнезащите металлических конструкций и остальных элементов зданий и сооружений.

Далее названы методы защиты металлоконструкций от огня и теплового воздействия, испытывающих на себе серьезную нагрузку, будучи частью строения.

В основе такой конструктивной огнезащиты лежит формирование теплоизоляционного слоя на поверхности строительных элементов, открытых для внешнего воздействия. Подобное защитное покрытие должно иметь достаточную толщину и качество, чтобы справляться с огнем и теплом на протяжении нормативного времени. Последнее фиксируется ПБ при проектировании или строительстве в части обеспечения огнестойкости:

Огнезащита колонн, опорных столбов из металла, поддерживающих перекрытия, покрытия зданий и сооружений.

Изначально с этой целью применяли природный камень, кирпич, плитные материалы естественного, а позже искусственного происхождения. Подобная облицовка от пола до перекрытия защищает металлическую конструкцию от возможного воздействия огня. Ранее указанные материалы выкладывали вокруг колонны, столба на строительный известковый раствор.

Сейчас же используют другие методы крепления плитных, листовых и рулонных материалов. Они фиксируются на каркасе с воздушными прослойками – таким образом уменьшается нагрузка на междуэтажные перекрытия и снижается стоимость защиты металлоконструкций от огня.

Очевидно, что подобные металлические элементы сложно и порой невозможно обезопасить от контакта с огнем при помощи камня, кирпича или плит, так как они находятся под потолком. Кроме того, описанная выше защита может быть опасна для всех находящихся в здании, особенно на территориях с высокой вероятностью землетрясений.

По этой причине металлические балки, как и колонны, столбы закрывают слоем мокрой штукатурки, цементного раствора либо при помощи бетонирования по деревянной дранке или металлической сетке.

Также используются различные огнезащитные вязкие смеси, предел огнестойкости которых зависит от толщины нанесения. Однако этот подход имеет серьезные минусы: из-за него возрастает нагрузка на перекрытия здания, также он предполагает дополнительные затраты, внешнюю массивность металлоконструкций под подобной защитой. Последний недостаток нередко становится решающим для архитекторов и заказчиков проектов зданий.

Лестницы встречаются в большинстве зданий и обеспечивают возможность эвакуации людей, поэтому их огнезащите уделяется повышенное внимание. В проектировании и строительстве часто прибегают к быстровозводимым, относительно дешевым металлическим лестницам, которым можно задать любой уклон, высоту, ширину маршей.

Их обрабатывают всеми названными выше способами, в том числе тонкослойными напыляемыми средствами.

Для защиты от огня несущих металлоконструкций зданий и лестниц применяют комбинированный метод, совмещающий в себе разные виды обработки.