Естественный химический процесс, который приводит к разрушению целостности структуры материала, называется коррозией. Подвержены коррозионному разъеданию металл, бетон, полимеры. Разрушительный процесс затрагивает практически все области жизнедеятельности человека и может нанести огромный ущерб, если не проводить защитные мероприятия. Рассмотрим подробнее причины, виды коррозии металла и методы борьбы.
Что такое коррозия, причины возникновения
Важно понимать разницу между естественной коррозией и износом, искусственно вызванной эрозией/износом металла. Так, физическое разрушение шарикоподшипников из-за выбоин — это разрушение металла по причине тяжелой ударной нагрузки. Чтобы запустился процесс коррозии, нужен как минимум электролит (вода, растворы солей, слабые кислоты) и окружающая среда с необходимым количеством кислорода. Например, воздействие кислорода и влаги на железо приводит к образованию FeO(OH) или Fe(OH)3. В результате мы наблюдаем ржавление на его поверхности.
Причин, провоцирующих коррозию металлических поверхностей, очень много. Основными триггерами являются следующие факторы:
- высокая влажность воздуха;
- контакт с водной средой;
- взаимодействие разных видов металлов и сплавов;
- образование конденсата из-за температурных перепадов;
- воздействие кислот, щелочей, масел и прочих агрессивных сред.
Риск коррозии металла находится в прямой зависимости от степени его погружения в воду. Если железо постоянно и полностью погружено в воду, скорость ржавления минимальная, коррозионная стойкость чрезвычайно высокая. Частичное или переменное погружение в воду, когда металл циклически подвергается воздействию воздуха, интенсивность коррозионных процессов возрастает.
Виды коррозии
Коррозионные образования принято делить на две большие группы по виду протекания процесса, который может быть химическим или электрохимическим. В первом случае деструктуризация металла происходит в результате химической реакции при взаимодействии с агрессивной средой, пребывающей в агрегатном состоянии.
Об электрохимической природе явления идет речь, когда разрушение металла происходит в результате одновременного задействования электрических и химических процессов:
- Два различных металла исполняют роль анода и катода в электролитной среде - разностные потенциалы инициируют электронные переносы.
- Потеря электронов на аноде в результате окисления и их восстановление на катоде приводит к «растворению» и образованию коррозионных «чешуек» на поверхности термодинамически неустойчивого металла.
Выделяют разные типы поражения металла, включая межкристаллические, щелевые, точечные или равномерно распределенные. Атмосферная коррозия вызвана влиянием кислорода и загрязнителей в воздухе. Газовая вызывает разрушение металла от активных газов хлора или сероводорода. Водная может образоваться от контакта с дождевой, морской водой, воздействием почвенной влаги. Способны вызывать коррозию микроорганизмы, бактерии или грибки.
Электрохимическая защита
Условия эксплуатации металлических конструкций не всегда позволяют соорудить надежный защитный слой от коррозии. Например, в подводной части судов или в стационарных и газопроводных сооружениях. В таких случаях прибегают к электрохимической защите (ЭХЗ), комбинируя, по возможности, с нанесением лакокрасочного слоя (ЛКП). К металлической конструкции подключается источник постоянного тока либо металл-протектор с более отрицательным/положительным зарядом. Смена потенциала металлической поверхности нивелирует реакции, приводящие к коррозии.
Различают катодную и анодную ЭХЗ, в зависимости от поляризации. Катодную активно используют для защиты морских судов. Катодные станции устанавливают на самом судне либо на берегу, во время ремонта или длительной стоянки. Анодная ЭХЗ широко используется в химической промышленности в целях недопущения ржавления емкостей с серной кислотой, растворами аммиака, минеральными удобрениями.
Горячее цинкование
К хорошо изученным, проверенным многолетней практикой методам защиты металла от коррозии относится горячее цинкование. На подготовленную металлическую поверхность наносят расплавленный цинк. Молекулы и атомы двух металлов соединяются, и цинковый слой прочно закрепляется. Разберем этот процесс подробнее.
Обезжиривание и промывка
От качества подготовки к горячему цинкованию зависит степень адгезии цинкового слоя, а значит, надежность защиты. Металл очищают и обезжиривают при температуре +60 °C ... +80 °C. Реагенты подбирают в зависимости от характера загрязнения. Затем металлическое изделие тщательно промывают.
Травление
Для удаления остатков ржавчины проводят травление металлоконструкции раствором соляной кислоты с концентрацией до 210 г/л. Добавление специальных веществ-ингибиторов предотвращает химический процесс абсорбции водорода и разрушение металла.
Флюсование
Деталь повторно тщательно промывают. Окислы, которые появились от контакта с водой, удаляют с помощью концентрированных растворов хлоридов аммония и цинка при температуре +60 °C. Технология предусматривает добавление перекиси водорода. Соли железа осевшие на дне емкости, пропускают через фильтр.
Сушка
Металл нужно полностью освободить от воды. Для этого изделие просушивают в сушильной печи при +100 °C. Высокотемпературная сушка позволяет уменьшить затраты на создание необходимой температуры расплавленного цинка в процессе горячего цинкования.
Основной этап
Металлические детали опускают в герметичную емкость с горячим цинком, доведенным до температуры +450 °C и выдерживают 3-10 минут. Перед тем как вынуть конструкцию, ее очищают от шлака. Оцинкованную деталь сушат и отправляют по автоматической линии в зону сортировки. Одновременно с помощью мощных вентиляционных установок происходит утилизация паров соляной кислоты и иных опасных веществ.
Преимущества метода горячего цинкования
Основное преимущество технологии горячего цинкования — быстрое получение качественного, долговечного покрытия за счет проникновения цинка в кристаллическую решетку железа. Благодаря особым свойствам цинка при контакте оцинкованных металлических конструкций с кислородом формируется пленка высокой плотности, обеспечивающая надежный защитный слой.
Другие преимущества:
- несложный технологический процесс;
- сравнительно небольшие производственные затраты;
- оборудование не нуждается в сложном сервисном обслуживании;
- высокая производительность и скорость процесса цинкования.
Цинковый слой на поверхности металла относится к токопроводящим и хорошо передает тепло. Цинк отличается уникальным свойством самовосстанавливаться. При повреждении защитного слоя, формируется новый в момент контакта с воздухом. И так продолжается до полного истощения цинкового запаса.
Высокотехнологичные линии горячего цинкования последнего поколения полностью управляются электронным блоком управления, который с помощью датчиков контролирует процесс в соответствии с алгоритмами загруженной программы.
Возможные недостатки метода
Уязвимость метода в том, что на устойчивость металла к процессам коррозии влияет толщина слоя и равномерность нанесения. Идеально распределить цинк по изделию очень сложно. Свести к минимуму неравномерность слоя позволяет тщательная отработка технологии и максимальная автоматизация производственного процесса.
Габариты изделий, которые можно пропустить через обработку методом горячего цинкования, ограничены размерами емкости для погружения в расплавленный цинк. Оцинкованные детали плохо поддаются сварке.
Плакирование как способ защиты от коррозии
Сформировать структурные связи между металлами на уровне атомов позволяет современная технология плакирования. Суть технологии состоит в том, что металлическую поверхность закрывают другим металлом, выполняющим роль щита и соединяют полученные слои путем сдавливания. Этапы технологии включают следующие рабочие процессы:
- Очистку механическим и химическими способами.
- Закрепление на поверхности изделия листового, порошкового или трубчатого металла.
- Сжатие полученных слоев до состояния деформации, достаточной для создания атомарных связей на уровне кристаллических решеток.
В зависимости от производственной необходимости, процесс нанесения защитного слоя может быть непрерывным или циклическим. Метода дает возможность обрабатывать до шести слоев металла толщиной до 4,0 мм, в зависимости от материала и цели обработки. Технология обычно применяется для обработки продукции из медных, алюминиевых, нержавеющих сплавов.
Использование СВЧ-излучения и лазерных технологий
Чтобы добиться нужной степени пластичности соединяемых материалов, используется нагрев с помощью СВЧ-излучателей до определенной температуры. Высокотехнологичные установки для плакирования оснащены лазерными технологиями. Металлический порошок для плакирования подается непосредственно в лазерный луч. Микрокристаллы расплавляются и достигают поверхности в виде направленной струи.
Снижение риска коррозии путем уменьшения агрессивного воздействия среды
Современным способом антикоррозийной защиты является изменение состава агрессивной среды, с которой контактирует металл путем внедрения ингибиторов или удалением из рабочей среды провоцирующих коррозию соединений.
Для замедления процессов коррозии используют органические, гетероциклические соединения, ионные жидкости и иные вещества, выбор которых определяют характеристики металла и окружающей среды. Для снижения агрессивности коррозионных сред проводят деаэрацию и вакуумирование, гашение известью или каустической содой.
Итоги
Коррозия — это естественное разъедание материала в результате химического или электрохимического контакта со средой. Позволяют поставить мощную антикоррозионную защиту и создать высокую устойчивость металла к механическим повреждениям. Профессиональные технологи при выборе метода защиты учитывают условия эксплуатации металлоконструкции, вид металла, тип провоцирующей среды, габариты изделия и другие факторы.