Ржавеет ли оцинкованная сталь в воде
Обновлено: 17.05.2024
Когда два разнородных металла вступают в контакт, и присутствует электролит, такой как влага, то возникает вероятность биметаллической коррозии у более электроотрицательного или анодного металла, как определено в электрохимическом ряду, который корродирует в первую очередь, предотвращая коррозию другого металла.
Биметаллический эффект является основой для защиты, которую цинковое покрытие (горячее цинкование) обеспечивает для малых зон незащищённой стали, если покрытие повреждено. Цинковые покрытия корродируют в первую очередь, защищая металл, который ниже его в электрохимическом ряду. Степень биметаллической коррозии будет зависеть от числа таких факторов, как контактируют металлы, соотношение площадей контактирующих металлов и условий эксплуатации. Как правило уровень биметаллической коррозии будет увеличиваться с увеличением разницы потенциалов между двумя металлами, например, как далеко расположены друг от друга два металла в гальваническом ряду напряжений. Однако потенциал может изменяться вследствие образования оксидного слоя и не может быть использован для определения степени возникновения биметаллической коррозии, так как другие факторы, которые приведены ниже, также важны. Соотношение площадей контактирующих металлов имеет существенное значение, и в идеале соотношение металлов анод-катод должно быть высоким. Если соотношение уменьшается, то могут возникнуть проблемы вследствие высокого уровня восстановления кислорода, которое может привести к увеличению коррозии анодного металла. Воздействующие условия имеют большое значение, т.к. для биметаллической коррозии электролит должен связать два имеющихся металла. В результате, в сухой окружающей среде (внутри помещения) вероятность биметаллической коррозии очень низкая, в то время как во внешних атмосферных условиях вероятность увеличивается, вследствие наличия влаги в виде дождя и конденсации. Наиболее худшими условиями является погружение в раствор, где электролит постоянно соединяет два металла. Обычно любая возможность биметаллической коррозии может быть ослаблена электрической изоляцией двух металлов друг от друга. Для болтовых соединения могут быть обеспечены при использовании неопреновых или пластиковых шайб, в то время как для перекрытых поверхностей это может быть достигнуто использованием пластиковых прокладок или окрашиванием одной из поверхностей подходящей системы лакокрасочного покрытия. Обычно горячеоцинованная сталь хорошо функционирует в контакте с наиболее распространенными конструкционными металлами, когда в атмосферных условиях, обеспечивается высокое отношение площадей оцинкованной стали к другому металлу. И наоборот, в условиях погружения эффект биметаллической коррозии существенно увеличивается, и обычно требуется изоляция.
Медь и латунь
Если установка требует, чтобы контакт между гальванизированными материалами и медью или латунью в сырой или влажной окружающей среде, может произойти быстрая коррозия цинка. Даже сточные воды могут содержать достаточное количество растворенной меди, чтобы вызвать быструю коррозию.
Если использование меди или латуни в контакте с гальванизированными покрытиями неизбежно, должны быть приняты меры предосторожности, чтобы предотвратить электрический контакт между этими двумя металлами. Поверхность разъема должна быть изолирована непроводящими прокладками; соединения должны быть выполнены с изолирующим крепежом и уплотняющей втулкой. Это должно гарантировать, что вода повторно не распространиться и потоки воды от гальванизированной поверхности к медной или латунной не реверсирует.
Алюминиевая и нержавеющая сталь
В умеренных атмосферных условиях умеренной влажности, контакт между оцинкованной поверхностью и алюминия или нержавеющей стали, вряд ли вызовет существенную инкрементную коррозию. Тем не менее, при очень влажных условиях, оцинкованной поверхности может потребоваться электрическая изоляция от алюминия или нержавеющей стали.
Нержавеющая сталь
Когда гальванизированные болты используются на нержавеющей стали, цинк первоначально жертвует собой, пока защитный слой ржавчины не разовьется на нержавеющей стали. Как только этот слой ржавчины разовьется, он формирует слой изоляции, который предотвращает дальнейшую защиту цинка. Цинковое покрытие должно быть достаточно толстым, чтобы продлить защиту от ржавчины в течение несколько лет. У гальванизированных болтов выполненных горячим методом хватает цинкового покрытия, чтобы продлить защиту с минимальной потерей в эксплуатации покрытия.
Металл Воздействие атмосферы Погруженное состояние
Сельская местность Промышленные/городские районы Прибрежная зона Пресная вода Морская вода
Аллюминий а а-б а-б б б-в
Латунь б б а-в б-в в-г
Бронза б б б-в б-в в-г
Литейный чугун б б б-в б-в в-г
Медь б б-в б-в б-в в-г
Свинец а а-в а-б а-в а-в
Нержавеющая сталь а-б а-б а-б б б-в
a — Цинковое покрытие будет испытывать или дополнительную коррозию, или только незначительную. дополни- тельную коррозию, которая обычно допускается при эксплуатации.
Б — Цинковое покрытие будет испытывать незначительную или умеренную дополнительную коррозию, которая может быть допустимой в некоторых случаях эксплуатации.
В — Цинковое покрытие будет испытывать сильную дополнительную коррозию, необходимы защитные меры.
Г — Цинковое покрытие будет испытывать сильную дополнительную коррозию, контакта рекомендуется избегать.
Руководство, связанное с конкретным применением, касающимся оцинкованных стальных изделий в контакте с указанным металлом или сплавом.
а) Алюминий – Вероятность увеличения биметаллической коррозии вследствие атмосферного кон- такта с алюминием относительно низкая. Применение оцинкованной стали и алюминия, используемые в сочетании друг с другом, является плакирование алюминием. В этом случае рекомендуется изоляция вследствие большой площади поверхности алюминиевых пластин.
б) Медь – Вследствие большого потенциала, установившегося при контакте между сталью с цинковым покрытием, и медью и медьсодержащими сплавами, рекомендуется применение электроизоляции (даже в атмосферных условиях). При конструировании рекомендуется избегать стока воды с меди на оцинкованные изделия, так как малые количества меди, растворенной в воде, могут откладываться на изделии, что приведет к биметаллической коррозии.
в) Свинец – Вероятность биметаллической коррозии со свинцом в атмосферной среде низкая и нет информации о проблемах, касающихся, например, применения свинцовой гидроизоляции оцинкованных изделий и использование свинца в опорах с цинковым покрытием.
г) Нержавеющая сталь – Применение нержавеющей стали с оцинкованной сталью используется в виде гаек и болтов в атмосферных условиях. Учитывая низкий потенциал для биметаллической коррозии и малую площадь поверхности крепежных изделий из нержавеющей стали, биметаллическая коррозия обычно отсутствует, практика показывает необходимость сохранения изоляции, используя изолирующие шайбы. Практический опыт показывает, что там, где отношение площади поверхности цинка к площади другого металла большое, и указана категория «а» или «а – б», дополнительная коррозия как результат контакта будет незначительной или будет отсутствовать. Если соотношение площадей поверхностей уменьшено или выше, может потребоваться изоляция.
В контакте с другими металлами
В воде
Довольно распространенным обстоятельством для оцинкованной стали является ее взаимодействие с водой. Влага оказывает сильное коррозионное воздействие на большинство металлов, включая железо и цинк. Несмотря на сложность прогнозирования коррозии, горячее цинкование металла является одним из лучших способов защиты от коррозии для подобных металлоконструкций из-за его полного и равномерного покрытия. По аналогии с цинковой патиной в атмосферных условиях, в некоторых жидких средах цинковое покрытие приобретает пассивную пленку на поверхности, замедляя скорость коррозии.
Также как и в почве, прогнозировать скорость коррозии металла в воде довольно трудно. Многие параметры влияют на коррозию металлов в водной среде, в том числе уровень рН, содержание кислорода, температура воды, течение, присутствие ингибиторов, а также условия приливов и отливов. Первым шагом в решении вопроса долговечности оцинкованной стали является правильное покрытие для металлоконструкций, чтобы определить, какой тип воды будет использоваться. Вода может быть разделена на несколько различных типов: чистая вода (например, дистиллированная вода), пресная вода или морская вода и каждый из них имеет различные механизмы, которые определяют максимальную скорость коррозии.
Чистая вода
Чистая или дистиллированная вода, как правило, очень агрессивна по отношению к цинковому покрытию из-за присутствия растворенного кислорода и углекислого газа. Скорость коррозии стали растет с аэрацией чистой воды. Растворенный кислород в чистой воде усиливает скорость коррозии в пять-десять раз в сравнении с уголекислотой.
Пресная вода
Цинкование успешно используется для защиты стали, которая контактирует с пресной водой. Пресная вода относится ко всем формам воды, кроме морской воды. Такая вода может быть классифицирована в соответствии с ее происхождением или применением. Сюда входят такие типы воды как горячая и холодная бытовая вода, промышленные воды, речная, озерная и вода каналов. Коррозия цинка в пресной воде представляет собой сложный процесс, контролируемый в основном примесями в воде. Даже дождевая вода содержит кислород, азот, углекислый газ и другие растворенные газы, в дополнение к частицам пыли и дыма.
В грунтовых водах зачастую присутствуют микроорганизмы, продукты эрозии почвы, гниющая растительность, растворенные соли кальция, магния, железа и марганца, и взвешенных коллоидных веществ. Все эти вещества и другие факторы, такие как рН, температура и движение воды влияют на структуру и состав продуктов коррозии, образующихся на открытой поверхности цинка.
Относительно небольшие различия в содержании пресной воды или условиях контакта может привести к сравнительно существенным изменениям в скорости коррозии оцинкованной стали. Таким образом, не существует простого правила, регулирующего скорость коррозии цинка в пресной воде. Тем не менее, некоторые исследования показывают, что жесткая вода гораздо меньше влияет на скорость коррозии стали, чем мягкая вода. В условиях умеренной или высокой жесткости воды, естественный масштаб нерастворимых солей имеет тенденцию к образованию на оцинкованной поверхности. В сочетании с цинком они образуют защитный барьер карбоната кальция и основного карбоната цинка, которые замедляют скорость коррозии.
Самыми существенными факторами, влияющими на скорость коррозии цинка в пресной воде, являются растворенные газы, минеральный уровень жесткости и скорость потока.
Газы: больше кислорода означает, что больше продуктов коррозии образуется на поверхности цинка, которые увеличивают ее скорость. По этой причине, полное погружение в воду оцинкованных металлоконструкций лучше, чем частичное погружение, так как под водой меньше кислорода. Средние и нижние слои воды, как правило, имеют более низкое содержание растворенных частиц кислорода, поэтому коррозия является низкой, в то время как поверхностные воды и источники имеют более высокие коррозионные показатели.
Жесткость: в жесткой воде при контакте с оцинкованным металлом образуется карбоната цинка, который, в отличие от оксида цинка, не растворяется в воде. Карбонатные отложения цинка на поверхности цинка создают пассивную пленку, замедляя коррозию. Чем мягче вода, тем ниже процент содержания карбоновых солей; поэтому, мягкая вода является более коррозионной, чем вода жесткая.
Скорость потока: более высокие скорости потока имеют тенденцию к увеличению коррозии, так как он действует аналогично ветру при атмосферном воздействии — это означает повышенный абразивный износ.
Оцинкованные покрытия и морская вода
Оцинкованные покрытия обеспечивают значительную защиту стали, погруженную в морскую воду и подвергнутую воздействию солевого тумана. Факторы, влияющие на коррозию цинка в пресной воде, также применяются к морской воде.
Температура: Чем теплее вода, тем выше атака на цинк из-за реакции между кислородом и цинком, которая происходит быстрее при более высоких температурах. Поэтому в тропическом климате морская воде гораздо более коррозионная, чем морская вода умеренного климата. Умеренные морские воды имеют цикл замораживания, и часто менее агрессивных по отношению к оцинкованной стали, чем даже пресная вода.
Ионизация: При умеренной температуре существует образование форм солей цинка с магнием и кальцием, которые не растворимы в воде. Эти пассивные соединения образуют на поверхности цинка, препятствующего коррозии металла от реакции с кислородом и хлоридами, и замедляют скорость коррозии. Тропические воды имеют тенденцию к затруднению развития этих соединений, поскольку чем холоднее температура, тем лучше их образование.
Учитывая высокий уровень содержания хлоридов в морской воде, можно было бы ожидать очень высокой скорости коррозии цинка. Тем не менее, присутствие ионов магния и кальция в морской воде оказывает сильное ингибирующее действие на коррозию цинка в этом типе окружающей среды. При ускоренных лабораторных испытаниях иногда используют солевой раствор (NaCl), чтобы имитировать эффекты воздействия морской воды на оцинкованную сталь. Реальные результаты часто существенно отличаются от ускоренных лабораторных испытаний.
4 типа металлов устойчивые к коррозии или нержавеющие
Мы обычно думаем о ржавчине как о оранжево-коричневых хлопьях, которые образуются на открытой стальной поверхности, когда молекулы железа в металле реагируют с кислородом в присутствии воды с образованием оксидов железа. Металлы также могут реагировать в присутствии кислот или агрессивных промышленных химикатов. Если ничто не остановит коррозию, чешуйки ржавчины будут продолжать отламываться, подвергая металл дальнейшей коррозии, пока он не распадется.
Не все металлы содержат железо, но они могут коррозировать или потускнеть в других окислительных реакциях. Чтобы предотвратить окисление и разрушение металлических изделий, таких как поручни, резервуары, приборы, кровля или сайдинг, вы можете выбирать металлы, которые «устойчивы к ржавчине» или, точнее, «устойчивы к коррозии». В эту категорию попадают четыре основных типа металлов:
- Нержавеющая сталь
- Алюминиевый металл
- Медь, бронза или латунь
- Оцинкованная сталь
Типы нержавеющей стали такие, как 304 или 316, представляют собой смесь элементов и большинство из них содержат некоторое количество железа, которое легко окисляется с образованием ржавчины. Но многие сплавы нержавеющей стали также содержат высокий процент хрома (не менее 18%), который даже более активен, чем железо. Хром быстро окисляется, образуя защитный слой оксида хрома на поверхности металла. Этот оксидный слой противостоит коррозии и в то же время предотвращает попадание кислорода на нижележащую сталь. Другие элементы сплава, такие как никель и молибден, повышают его устойчивость к ржавчине.
Рекомендуем эффективный удалитель ржавчины с металлических поверхностей — «РжавоМед-У»
Алюминиевый металл
Многие самолеты сделаны из алюминия, как и детали автомобилей и мотоциклов. Это связано с его небольшим весом, а также с устойчивостью к коррозии. Алюминиевые сплавы почти не содержат железа, а без железа металл не может ржаветь, но окисляется. Когда сплав подвергается воздействию воды, на поверхности быстро образуется пленка оксида алюминия. Слой твердого оксида довольно устойчив к дальнейшей коррозии и защищает лежащий под ним металл.
Медь, бронза и латунь
Эти три металла содержат мало железа или вовсе его не содержат, поэтому не ржавеют, но могут вступать в реакцию с кислородом. Медь со временем окисляется, образуя зеленую патину, которая фактически защищает металл от дальнейшей коррозии. Бронза представляет собой смесь меди и олова, а также небольшого количества других элементов, и, естественно, гораздо более устойчива к коррозии, чем медь. Латунь – это сплав меди, цинка и других элементов, которая также устойчива к коррозии.
Оцинкованная сталь
Оцинкованная сталь долго ржавеет, но со временем она ржавеет. Это углеродистая сталь, оцинкованная или покрытая тонким слоем цинка. Цинк действует как барьер, не позволяющий кислороду и воде достигать стали, поэтому она защищена от коррозии. Даже если цинковое покрытие поцарапано, оно продолжает защищать близлежащие участки лежащей под ним стали за счет катодной защиты, а также путем формирования защитного покрытия из оксида цинка. Как и алюминий, цинк очень реактивен по отношению к кислороду в присутствии влаги, а покрытие предотвращает дальнейшее окисление железа в стали.
Коррозионное разрушение цинкового покрытия в воде
На интенсивность процесса коррозионного разрушения цинкового покрытия в воде оказывают влияние следующие факторы:
• химический состав воды,
• температурный режим,
• скорость перемещения водного потока.
Поэтому процессы коррозионных разрушений в дистиллированной, водопроводной и морской водах, влияние температурного режима, скорости протока воды следует рассматривать отдельно.
Коррозионное разрушение цинкового покрытия в воде дистиллированной
Скоростной режим коррозионного разрушения цинкового покрытия в дистиллированной воде имеет высокие показатели. Опыты показывают, что при суточной выдержке цинка, литого электролитического в воде дистиллированной при комнатной температуре весовые потери за день составляют 55 ÷ 170 мг/дм2.
Причины высокого процента потерь объясняется тем, что в дистиллированной воде отсутствуют химические соединения, стимулирующие образование на цинке защитной пленки.
Коррозионное разрушение цинкового покрытия в воде, водопроводной, холодной
Весовые потери цинкового покрытия при коррозионном разрушении под воздействием водопроводной (холодной) воды идентичны коррозионным потерям в наружной атмосфере. Скорость коррозии определяется:
• кислотностью воды,
• содержанием свободного кислорода и углекислого газа.
Чем мягче вода и выше содержание в ней свободного кислорода и углекислого газа, тем интенсивнее процесс коррозии.
Нормальная кислотность водопроводной воды лежит в диапазоне от 7,5 до 9,5. В состав водопроводной воды при стандартных условиях входят: кальций бикарбонат, сульфиды, хлориды, нитриды. В результате химических реакций на поверхности оцинкованных изделий образуется нерастворимый, защитный слой.
Очень высока скорость коррозионного разрушения цинкового покрытия в хлорированной воде. Весовые потери цинкового слоя в питьевой воде при содержании 0,01 мг/л свободного хлора:
• 1 день – 6 г/л,
• 7 дней – 25 мг/л.
Интенсивность нарушения целостности покрытия зависит от содержания различных примесей в цинковом слое. Согласно исследованиям, при наличии в микроструктуре олова в объеме от 0,28% коррозионное разрушение носит точечный характер. Причина коррозионной неустойчивости покрытия заключается в том, что при затвердевании поверхностного слоя олово выделяется в эвтектической форме по границам зерен цинка. Это приводит к созданию микро гальванопар, которые усиливают процесс коррозии. В водопроводной воде коррозионное разрушение покрытий,
• не содержащих олово составляет 0,65мг/дм2 в день,
• содержащих – 2,05 мг/дм2 в день.
Влияние температурного режима на интенсивность коррозии в воде
Процесс коррозионного разрушения в воде носит свои специфические особенности.
Температура воды изменяет свойства продуктов коррозии и растворимость кислорода в них, что приводит к изменению технологических характеристик поверхностного слоя.
Согласно приведенным данным, высокое содержание хлора (40 мг/л) и свободной CO_2 создают условия для повышения коррозионного разрушения. Содержание ионов водорода в воде
• при температуре 20°C и рН = 7,031
• при t = 40°C рН = 6,71,
т. е. кислотность воды повышается с ростом температурного режима. Жесткая вода действует менее агрессивно, т. к. осадки извести образуют защитное покрытие на цинковом слое. Весовые потери цинкового покрытия в горячей водопроводной воде (t = 70°C) составляют 15 ÷ 50 мг/дм2 в день, это обстоятельство обуславливает увеличение толщины покрытия для оцинкованных изделий, эксплуатируемых в данных условия, в два раза (от 24 мкм до 120 мкм и выше).
Коррозионное разрушение цинкового покрытия в морской воде
Содержание магниевых солей снижает растворимость цинка в воде. В растворах хлорида натрия коррозия пропорциональна времени нахождения оцинкованных деталей в воде, в морской воде процесс коррозионного разрушения замедляется, т. к. происходит образование на поверхности пленок магниевых солей. Согласно проведенным исследованиям, весовые потери оцинкованных изделий, находящихся в морской воде, составили 18 мг/дм2 в день. В перечень продуктов коррозии после проведенных исследований вошли:
• карбонаты,
• гидроокиси,
• оксихлориды.
Длительное нахождение оцинкованных изделий в морской воде возможно лишь при достаточной толщине цинкового покрытие. Поэтому оптимальные параметры цинкового слоя около 300 мкм.
Коррозионное разрушение цинкового покрытия в воде можно предотвратить путем создания эффективной и действенной защиты.
Читайте также: