Алюцинк эффективный способ защиты поверхности металла от проявления коррозии

Коррозия металлов

Коррозия – разрушение поверхности сталей и сплавов под воздействием различных физико-химических факторов – наносит огромный ущерб деталям и металлоконструкциям. Ежегодно этот невидимый враг «съедает» около 13 млн. т металла. Для сравнения – металлургическая промышленность стран Евросоюза в прошлом, 2014 году произвела всего на 0,5 млн. тонн больше. И это только – прямые потери. А длительная эксплуатация стальных изделий без их эффективной защиты от коррозии вообще невозможна.

Что такое коррозия и её разновидности

Основной причиной интенсивного окисления поверхности металлов (что и является основной причиной коррозии) являются:

1. Повышенная влажность окружающей среды.
2. Наличие блуждающих токов.
3. Неблагоприятный состав атмосферы.

Соответственно этому различают химическую, трибохимическую и электрохимическую природу коррозии. Именно они в совокупности своего влияния и разрушают основную массу металла.

Химическая коррозия

Такой вид коррозии обусловлен активным окислением поверхности металла во влажной среде. Безусловным лидером тут является сталь (исключая нержавеющую). Железо, являясь основным компонентом стали, при взаимодействии с кислородом образует три вида окислов: FeO, Fe2O3 и Fe3O4. Основная неприятность заключается в том, что определённому диапазону внешних температур соответствует свой окисел, поэтому практическая защита стали от коррозии наблюдается только при температурах выше 10000С, когда толстая плёнка высокотемпературного оксида FeO сама начинает предохранять металл от последующего образования ржавчины. Это процесс называется воронением, и активно применяется в технике для защиты поверхности стальных изделий. Но это – частный случай, и таким способом активно защищать металл от коррозии в большинстве случаев невозможно.

Химическая коррозия активизируется при повышенных температурах. Склонность металлов к химическому окислению определяется значением их кислородного потенциала – способности к участию в окислительно-восстановительных реакциях. Сталь – ещё не самый худший вариант: интенсивнее её окисляются, в частности, свинец, кобальт, никель.

Электрохимическая коррозия

Эта разновидность коррозии более коварна: разрушение металла в данном случае происходит при совокупном влиянии воды и почвы на стальную поверхность (например, подземных трубопроводов). Влажный грунт, являясь слабощёлочной средой, способствует образованию и перемещению в почве блуждающих электрических токов. Они являются следствием ионизации частиц металла в кислородсодержащей среде, и инициирует перенос катионов металла с поверхности вовне. Борьба с такой коррозией усложняется труднодоступностью диагностирования состояния грунта в месте прокладки стальной коммуникации.

Электрохимическая коррозия возникает при окислении контактных устройств линий электропередач при увеличении зазоров между элементами электрической цепи. Помимо их разрушения, в данном случае резко увеличивается энергопотребление устройств.

Трибохимическая коррозия

Данному виду подвержены металлообрабатывающие инструменты, которые работают в режимах повышенных температур и давлений. Антикоррозионное покрытие резцов, пуансонов, фильер и пр. невозможно, поскольку от детали требуется высокая поверхностная твёрдость. Между тем, при скоростном резании, холодном прессовании и других энергоёмких процессах обработки металлов начинают происходить механохимические реакции, интенсивность которых возрастает с увеличением температуры на контактной поверхности «инструмент-заготовка». Образующаяся при этом окись железа Fe2O3 отличается повышенной твёрдостью, и поэтому начинает интенсивно разрушать поверхность инструмента.

Методы борьбы с коррозией

Выбор подходящего способа защиты поверхности от образования ржавчины определяется условиями, в которых работает данная деталь или конструкция. Наиболее эффективны следующие методы:

• Нанесение поверхностных атмосферостойких покрытий;
• Поверхностная металлизация;
• Легирование металла элементами, обладающими большей стойкостью к участию в окислительно-восстановительных реакциях;
• Изменение химического состава окружающей среды.

Механические поверхностные покрытия

Поверхностная защита металла может быть выполнена его окрашиванием либо нанесением поверхностных плёнок, по своему составу нейтральных к воздействию кислорода. В быту, а также при обработке сравнительно больших площадей (главным образом, подземных трубопроводов) применяется окраска. Среди наиболее стойких красок – эмали и краски, содержащие алюминий. В первом случае эффект достигается перекрытием доступа кислороду к стальной поверхности, а во втором – нанесением алюминия на поверхность, который, являясь химически инертным металлом, предохраняет сталь от коррозионного разрушения.

Положительными особенностями данного способа защиты являются лёгкость его реализации и сравнительно небольшие финансовые затраты, поскольку процесс достаточно просто механизируется. Вместе с тем долговечность такого способа защиты невелика, поскольку, не обладая большой степенью сродства с основным металлом, такие покрытия через некоторое время начинают механически разрушаться.

Химические поверхностные покрытия

Коррозионная защита в данном случае происходит вследствие образования на поверхности обрабатываемого металла химической плёнки, состоящей из компонентов, стойких к воздействию кислорода, давлений, температур и влажности. Например, углеродистые стали обрабатывают фосфатированием. Процесс может выполняться как в холодном, так и в горячем состоянии, и заключается в формировании на поверхности металла слоя из фосфатных солей марганца и цинка. Аналогом фосфатированию выступает оксалатирование – процесс обработки металла солями щавелевой кислоты. Применением именно таких технологий повышают стойкость металлов от трибохимической коррозии.

Недостатком данных методов является трудоёмкость и сложность их применения, требующая наличия специального оборудования. Кроме того, конечная поверхность изменяет свой цвет, что не всегда приемлемо по эстетическим соображениям.

Легирование и металлизация

В отличие от предыдущих способов, здесь конечным результатом является образование слоя металла, химически инертного к воздействию кислорода. К числу таких металлов относятся те, которые на линии кислородной активности находятся возможно дальше от водорода. По мере возрастания эффективности этот ряд выглядит так: хром→медь→цинк→серебро→алюминий→платина. Различие в технологиях получения таких антикоррозионных слоёв состоит в способе их нанесения. При металлизации на поверхность направляется ионизированный дуговой поток мелкодисперсного напыляемого металла, а легирование реализуется в процессе выплавки металла, как следствие протекания металлургических реакций между основным металлом и вводимыми легирующими добавками.

Изменение состава окружающей среды

В некоторых случаях существенного снижения коррозии удаётся добиться изменением состава атмосферы, в которой работает защищаемая металлоконструкция. Это может быть вакуумирование (для сравнительно небольших объектов), или работа в среде инертных газов (аргон, неон, ксенон). Данный метод весьма эффективен, однако требует дополнительного оборудования – защитных камер, костюмов для обслуживающего персонала и т.д. Используется он главным образом, в научно-исследовательских лабораториях и опытных производствах, где специально поддерживается необходимый микроклимат.

Кто нам мешает, тот нам поможет

В завершение укажем и на довольно необычный способ коррозионной защиты: с помощью самих окислов железа, точнее, одного из них – закиси-окиси Fe3O4. Данное вещество образуется при температурах 250…5000С и по своим механическим свойствам представляет собой высоковязкую технологическую смазку. Присутствуя на поверхности заготовки, Fe3O4 перекрывает доступ кислороду воздуха при полугорячей деформации металлов и сплавов, и тем самым блокирует процесс зарождения трибохимической коррозии. Это явление используется при скоростной высадке труднодеформируемых металлов и сплавов. Эффективность данного способа обусловлена тем, что при каждом технологическом цикле контактные поверхности обновляются, а потому стабильность процесса регулируется автоматически.⁠

Способы защиты от коррозии и их сравнение

Коррозия ежегодно приносит людям огромные убытки. Поэтому, как только человек начал использовать металлы, он сразу же приступил к поиску эффективных способов защиты от коррозии.

По своей сути все способы защиты от коррозии, применяемые сегодня, можно разделить на 3 вида:

Конструктивные способы – это защита коррозируемых металлов различными заслонами, защитными панелями, резиновыми прокладками, битумом или любыми другими не тонкослойными покрытиями.

Пассивные способы (барьерные) – это грунты, краски, лаки и эмали, покрытия создающие барьер, направленный на изоляцию поверхности металла от взаимодействия с окружающей средой.

Активные способы – заключаются в повышении электродного потенциала металла или использовании другого металла, более активного, который будет жертвовать свои электроды, разрушаться сам, тем самым защищая от ржавчины металлическое изделие. Сегодня самым удобным и эффективным способом является именно этот – применение жертвующего собой металла, а металл, который для этого предпочитается – цинк.

Плюсы и минусы способов защиты от коррозии

У конструктивных способов защиты от коррозии очень мало плюсов. Они сложны в применении, дорого обходятся, занимают много места, а иногда их просто невозможно использовать. Например, в качестве защиты от коррозии оборудования, кованых изделий, заборов, объектов городской инфраструктуры. Поэтому конструктивные методы сегодня применяются очень редко и только там, где они скрыты – для внутренних металлических конструкций зданий.

Пассивные способы защиты от коррозии обладают множеством плюсов, но и не лишены минусов.

• Удобство нанесения
• Низкая цена
• Разнообразие цветов и видов
• Создание барьера между поверхностью металла и окружающей средой

• Недолговечность – 1-3 года при благоприятных условиях
• Слабая стойкость к механическим повреждениям
• Даже при небольшой царапине барьер нарушается, проявления окружающей среды проникают к поверхности металла и начинается процесс коррозии

Самый распространенный активный способ защиты от коррозии – цинкование. Так как защита с помощью цинка эффективнее и долговечнее всего защищает металлы от коррозии. Цинк коррозирует в 3 раза медленнее, чем большинство металлов, к тому же стоит намного дешевле, чем, к примеру, платина, которая так же почти не подвержена коррозии. Именно поэтому цинк – идеальный вариант в качестве защитного металла, жертвующего собой ради защиты от коррозии других металлов.

• Долговечность – защищает до 25-50 лет
• Высокая стойкость к механическим повреждениям, агрессивной среде, воде и прочим воздействиям
• Даже при нарушении целостности слоя продолжает защищать от коррозии
• Позволяет добавлять слои и увеличивать срок защиты в процессе эксплуатации

• Требуется тщательная подготовка поверхности и четкое соблюдение технологического процесса

Если все вышеуказанные условия соблюдаются, то цинковое покрытие защищает сразу двумя способами: пассивным и активным. То есть, одновременно создает прочный барьер между поверхностью металла и окружающей средой, а если барьер поврежден, то жертвует коррозии свои электроны до тех пор, пока покрытие полностью не истощится.

Только в этом случае полученный состав является цинкованием и может наноситься в качестве защитного покрытия на другие металлы различными способами. Способов нанесения цинкования несколько: горячее цинкование, холодное, гальваническое, газо-термическое, термодиффузионное. Подробнее о различных видах цинкования, их плюсах и минусах вы можете прочитать в статье: Виды цинкования металлов.

Сравнение самых популярных способов защиты от коррозии

Если сравнить самые популярные сегодня способы защиты от коррозии, то очевидно, что холодное цинкование имеет больше преимуществ. Обработка методом холодного цинкования позволит вам сэкономить, увеличить стоимость ваших конструкций, а значит и ваши доходы, сделать изделия привлекательнее для ваших покупателей. Холодное цинкование позволит вам гордиться произведенной продукцией и не волноваться за ее качество, ведь после нанесения можно просто забыть о коррозии на срок до 25 и более лет.

На нашем сайте вы можете найти цинкосодержащие грунты для холодного цинкования, способные защитить металл в различных условиях эксплуатации. Среди них, Барьер-Грунт – цинкосодержащая краска-грунтовка для металла (96% цинка) гарантирующая антикоррозийную защиту на срок от 10 до 50 лет.

Есть вопросы по выбору состава? Обращайтесь в представительство в вашем городе:

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 (металлические, неметаллические); 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, например Al₂O₃ и Cr₂O₃ .

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 (износостойкость, электрическую проводимость и др.). 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 (или наличии пор) 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.

Так, например, по отношению к железу никелевое покрытие является катодным, а цинковое – анодным (рис. 2.).

При повреждении никелевого покрытия (рис. 2,а) 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 (рис. 2,б).

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).

Рис. 2. Коррозия железа в кислотном растворе с катодным (а) и анодным (б) покрытиями: 1 – основной металл; 2 – покрытие; 3 – раствор электролита.

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. Они могут быть как неорганическими, так и органическими. Защитное действие этих покрытий сводится в основном к изоляции металла от окружающей среды.

В качестве неорганических покрытий применяют неорганические эмали, оксиды металлов, соединение хрома, фосфора и др. К органическим относятся лакокрасочные покрытия, покрытия смолами, пластмассами, полимерными пленками, резиной.

Неорганические эмали по своему составу являются силикатами, т.е. соединениями кремния. К основным недостаткам таких покрытий относятся хрупкость и растрескивание при тепловых и механических ударах.

Лакокрасочные покрытия наиболее распространены. Лакокрасочное покрытие должно быть сплошным, газо -и водонепроницаемым, химически стойким, эластичным, обладать высоким сцеплением с материалом, механической прочностью и твердостью.

Химические способы очень разнообразны. К ним относится, например, обработка поверхности металла веществами, вступающими с ним в химическую реакцию и образующими на его поверхности пленку устойчивого химического соединения, в формировании которой принимает участие сам защищаемый металл. К числу таких способов относится оксидирование, фосфатирование, сульфи-дирование и др.

Оксидирование – процесс образования оксидных пленок на поверхности металлических изделий.

Современный метод оксидирования – 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 О С. Оксидирование черных металлов называется воронением.

На анодных участках происходит процесс окисления:

Fe Fe 2+ + 2

На катодных участках происходит процесс восстановления:

2 Н₂О + О₂ + 4 4ОН –

На поверхности металла в результате работы микрогальванических элементов образуется Fe(OH)₂, который затем окисляется в Fe₃O₄. Оксидная пленка на малоуглеродистой стали имеет глубокий черный цвет, а на высокоуглеродистой стали – черный с сероватым оттенком.

Fe 2+ + 2OH – Fe(OH)₂;

12 Fe(OH)₂ + NaNO₃ 4Fe₃O₄ + NaOH + 10 H₂O + NH₃

Противокоррозионные свойства поверхностной пленки оксидов невысоки, поэтому область применения этого метода ограничена. Основное назначение – декоративная отделка. Воронение используется в том случае, когда необходимо сохранить исходные размеры, так как оксидная пленка составляет всего 1,0 – 1,5 микрона.

Фосфатирование – метод получения 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 о С.

На поверхности металла в результате работы микрогальванических элементов образуется фосфатная пленка, которая имеют сложный химический состав и содержит малорастворимые гидраты двух- и трех замещенных фосфатов марганца и железа: MnHPO₄ , Mn₃(PO₄)₂ , FeHPO₄ , Fe₃(PO₄)₂  n H₂O.

На анодных участках происходит процесс окисления:

Fe Fe 2+ + 2

На катодных участках происходит процесс восстановления водорода:

2Н + + 2 Н₂ (рН 2+ с анионами ортофосфорной кислоты и ее кислых солей образуются фосфатные пленки:

Fe 2+ + H₂PO – ₄ FeHPO₄ + H +

3Fe 2+ + 2 PO₄ 3- Fe₃(PO₄)₂

Образующаяся фосфатная пленка химически связана с металлом и состоит из сросшихся между собой кристаллов, разделенных порами ультрамикроскопических размеров. Фосфатные пленки обладают хорошей адгезией, имеют развитую шероховатую поверхность. Они являются хорошим грунтом для нанесения лакокрасочных покрытий и пропитывающих смазок. Фосфатные покрытия применяются в основном для защиты металлов от коррозии в закрытых помещениях, а также как метод подготовки поверхности к последующей окраске или покрытию лаком. Недостатком фосфатных пленок является низкая прочность и эластичность, высокая хрупкость.

Анодирование – это процесс образования оксидных пленок на поверхности металла и прежде всего алюминия. В обычных условиях на поверхности алюминия присутствует тонкая оксидная пленка оксидов Al₂O₃ или Al₂O₃ ∙ nH₂O, которая не может защитить его от коррозии. Под воздействием окружающей среды алюминий покрывается слоем продуктов коррозии. Процесс искусственного образования оксидных пленок может быть осуществлен химическим и электрохимическим способами. При электрохимическом оксидировании алюминия алюминиевое изделие играет роль анода электролизера. Электролитом служит раствор серной, ортофосфорной, хромовой, борной или щавелевой кислот, катодом может быть металл, не взаимодействующий с раствором электролита, например нержавеющая сталь. На катоде выделяется водород, на аноде происходит образование оксида алюминия. Суммарный процесс на аноде можно представить следующим уравнением:

2 Al + 3 H₂O Al₂O₃ + 6 H + + 6

Способы защиты металлов от коррозии, виды коррозии металла

Коррозия металла представляет собой его разрушение, как результат окисления под действием химических или электрохимических процессов. Яркими примером такой коррозии является ржавление. Однако разновидностей коррозии металлов немало.

Виды коррозии металла

Существует несколько классификаций коррозии металлов. Так, по виду разрушений выделяют сплошную, местную и точечную коррозии. Первая поражает всю поверхность металла равномерно. При местной коррозии выделяются отдельные коррозионные пятна. А точечная коррозия указывает на начальную стадию поражения и проявляется в отдельных точках разрушений.

По характеру проникновения внутрь металла можно выделить межкристаллитную (интеркристаллитную) и транскристаллитную коррозии. Первая проникает между зернами металла, выбирая наиболее слабые места их соединений. Вторая проходит прямо через зерна металла. Обе опасны тем, что быстро приводят к растрескиванию металла и потере им прочности. При этом поверхность изделия может оставаться нетронутой.

Отдельно в данной классификации можно выделить ножевую коррозию, которая обычно приводит к ровной трещине, располагающейся параллельно сварочному шву. Как правило, она возникает при использовании металлических изделий в агрессивных средах.

По способу взаимодействия металла со средой принято выделять химическую и электрохимическую коррозию. металла. При химической атомы металла связываются с атомами действующих на него окислителей, входящих в состав среды. Как правило, это происходит при взаимодействии со средой, не являющейся проводником электричества. При электрохимической коррозии катионы кристаллической решетки металла связываются с другими составляющими коррозионной среды. При этом сам окислитель заполучает высвободившиеся электроны. Подобный тип коррозии характерен для взаимодействия металлов с растворами или расплавами электролитов.

Можно выделить виды коррозии металла по типу среды, воздействующей на него. Так, выделяют газовую, атмосферную, жидкостную и подземную коррозии. Однако чаще всего речь идет о смешанных типах коррозии, когда на металл воздействует сразу несколько сред.

Методы защиты металлов от коррозии

Существует несколько основных методов защиты металла от коррозии:
– увеличение химического состава металла с целью повышения его антикоррозийных характеристик;
– изоляция поверхности металла антикоррозийными материалами;
– снижение агрессивности среды, в которой производятся и эксплуатируются металлические изделия;
– наложение внешнего тока, обеспечивающего электрохимическую защиту от коррозии.
Таким образом, можно защитить металлические изделия от коррозии до начала их эксплуатации или во время нее.

Мы давно занимаемся проблемой защиты металла от коррозии и можем предложить наилучшие варианты. Самый простой из них и широко применяемый нами – это использование специальных металлических защитных покрытий. Так, применение анодных покрытий увеличивает до максимума отрицательных электрохимический потенциал металла, исключая возможность его коррозии. Катодное покрытие имеет менее выраженное действие и требует нанесения более толстого слоя, но при этом оно значительно увеличивает твердость и износостойкость изделия.

Если рассматривать виды покрытия с точки зрения их получения, то можно выделить химическое и электролитическое осаждения, горячее и холодное нанесения, металлическое напыление, плакирование и термодиффузионную обработку.

Одним из самых популярных способов защиты металла от коррозии является нанесение неметаллических составов. Это может быть пластик, керамика, каучук, битум, полиуретан, лакокрасочные составы и многое другое. Причем последние представляют собой наиболее широкий ассортимент и могут применяться в зависимости от условий среды, в которых будет использоваться изделие. Так выделяют лакокрасочные покрытия, устойчивые к действиям воды, атмосферы, химическим растворам и т. д.

Для смягчения действия коррозионной среды можно ввести в нее небольшое количество ингибиторов, которые приводят к нейтрализации или обескислороживанию среды и образуют адсорбционную пленку, защищающую поверхность металла. При этом пленка может в некоторой степени изменить электрохимические показатели металлов.

Электрохимическая коррозионная защита металлов заключается в катодной или анодной поляризации (внешнем воздействии тока). Это также возможно осуществить путем присоединения к металлическому изделию протекторов, замедляющих коррозию.

В современном производстве большое значение уделяется разработке устойчивых к коррозии металлических сплавов. Например, коррозионная устойчивость значительно повышается при добавлении в железный сплав хрома и никеля. Магниевые сплавы с этой же целью легируются марганцем, а никелевые – медью.

Проблеме защиты металлической продукции от коррозии наша компания «Черметком» уделяет большое внимание, нанося специальные покрытия, производя обработку изделий из металла электрическим током или выполняя протекторную защиту. У нас вы также можете приобрести изделия, созданные из устойчивых к коррозии сплавов. Причем металл и продукцию из него можно купить на наших складах в Москве или заказать их изготовление по индивидуальному проекту.

Коррозия. Виды и способы защиты от коррозии

Коррозия материалов является одной из важных мировых проблем. Практика показывает, что только прямые безвозвратные потери металла от коррозии составляют 10…12% всей производимой стали, при этом суммарный ущерб в промышленных странах достигает 4-5% от национального дохода. Ведь корродирует не только черный металл ( сталь, чугун, железо и некоторые его сплавы ), но и бетон, дерево, камень, даже полимеры. Наиболее интенсивная коррозия наблюдается в зданиях и сооружениях химических производств, что объясняется действием различных газов, жидкостей и мелкодисперсных частиц непосредственно на строительные конструкции, оборудование и сооружения, а также проникновением этих агентов в грунты и действием их на фундаменты. Агрессивному воздействию подвержено до 75% строительного фонда. Коррозия металла приводит к ослаблению конструктива и, как следствие, снижению безопасности эксплуатации сооружений.

Коррозия – процесс разрушения материалов вследствие химических или электрохимических процессов. По характеру самого процесса коррозию разделяют на две основные группы : химическую и электрохимическую. Химическая коррозия протекает в не электролитах – жидкостях, не проводящих электрического тока и в сухих газах при высокой температуре. Электрохимическая коррозия происходит в электролитах и во влажных газах и характеризуется наличием двух параллельно идущих процессов: окислительного (растворение металлов) и восстановительного (выделение металла из раствора).

По внешнему виду коррозию различают: пятнами, язвами, точками, внутрикристаллитную, подповерхностную. По характеру коррозионной среды различают следующие основные виды коррозии: газовую, атмосферную, жидкостную и почвенную.

Газовая коррозия происходит при отсутствии конденсации влаги на поверхности. На практике такой вид коррозии встречается при эксплуатации металлов при повышенных температурах.

Атмосферная коррозия относится к наиболее распространенному виду электрохимической коррозии, так как большинство металлических конструкций эксплуатируются в атмосферных условиях. Коррозия, протекающая в условиях любого влажного газа, также может быть отнесена к атмосферной коррозии.

Жидкостная коррозия в зависимости от жидкой среды бывает кислотная, щелочная, солевая, морская и речная. По условиям воздействия жидкости на поверхность металла эти виды коррозии получают добавочные характеристики : с полным и переменным погружением, капельная, струйная. Кроме того, по характеру разрушения различают коррозию равномерную и неравномерную.

По степени воздействия на металлы коррозионные среды делятся на неагрессивные, слабоагрессивные, среднеагрессивные и сильноагрессивные.

Бетон и железобетон находят широкое применение в качестве конструкционного материала при строительстве зданий и сооружений химических производств. Но они не обладают достаточной химической стойкостью против действия кислых сред. Свойства бетона и его стойкость в первую очередь зависит от химического состава цемента из которого он изготовлен. Наибольшее применение в конструкциях и оборудовании находят бетоны на портландцементе. Причиной пониженной химической стойкости бетона к действию минеральных и органических кислот является наличие свободной гидроокиси кальция (до 20%), трехкальциевого алюмината (3CaO×Al2O3) и других гидратированных соединений кальция.

Коррозия бетона происходит тем интенсивнее, чем выше концентрация водных растворов кислот. При повышенных температурах агрессивной среды коррозия бетонов ускоряется. Несколько более высокой кислотостойкостью обладает бетон, изготовленный на глиноземистом цементе, из-за пониженного содержания оксида кальция. Кислотостойкость бетонов на цементах с повышенным содержанием оксида кальция в некоторой степени зависит от плотности бетона. При большей плотности бетона кислоты оказывают на него несколько меньшее воздействие из-за трудности проникновения агрессивной среды внутрь материала.

Щелочестойкость бетонов определяется главным образом химическим составом вяжущих, на которых они изготовлены, а также щелочестойкостью мелких и крупных заполнителей.

Увеличение срока службы строительных конструкций и оборудования достигается путем правильного выбора материала с учетом его стойкости к агрессивным средам, действующим в производственных условиях. Кроме того, необходимо принимать меры профилактического характера. К таким мерам относятся герметизация производственной аппаратуры и трубопроводов, хорошая вентиляция помещения, улавливание газообразных и пылевидных продуктов, выделяющихся в процессе производства; правильная эксплуатация различных сливных устройств, исключающая возможность проникновения в почву агрессивных веществ; применение гидроизолирующих устройств и др.

Непосредственная защита металлов от коррозии осуществляется нанесением на их поверхность неметаллических и металлических покрытий либо изменением химического состава металлов в поверхностных слоях: оксидированием, азотированием, фосфатированием.

Для защиты поверхностей от коррозии существуют разнообразные покрытия: лакокрасочные (антистатичные и армированные, полиуретановые, акриловые, порошковые эпоксидно – полиэфирные, органосиликатные и кремнийорганические), металлизационные с цинком, алюминием, медью и комбинациями этих металлов. Это краски, лаки, эмали, тонкодисперсные порошки, пленки. Лакокрасочные покрытия вследствие экономичности, удобства и простоты нанесения, хорошей стойкости к действию промышленных агрессивных газов нашли широкое применение для защиты металлических и железобетонных конструкций от коррозии. Защитные свойства лакокрасочного покрытия в значительной степени обуславливаются механическими и химическими свойствами, сцеплением пленки с защищаемой поверхностью.

Лакокрасочные материалы в зависимости от назначения и условий эксплуатации делятся на десять групп:

• А – покрытия стойкие на открытом воздухе;
• АН – то же, под навесом;
• П – то же, в помещении;
• Х – химически стойкие;
• Т – термостойкие;
• М – маслостойкие;
• В – водостойкие;
• ХК – кислотостойкие;
• ХЩ – щелочестойкие;
• Б – бензостойкие.

Наиболее распространены в промышленности покрытия металлические, неметаллические (органического и неорганического происхождения), а также покрытия, образованные в результате химической и электрохимической обработки металла.

Выбор вида покрытия зависит от условий, в которых используется защищаемое изделие (перепад температур, повышенная влажность, морская или пресная вода, щелочь, кислота, соли металлов, радиация, электроток и огонь), и технологичность возможностей формирования покрытия.

Наиболее часто применяемые способы защиты металлов:

• легирование;
• электрохимическая защита;
• покрытие металлами;
• защитные пленки.

Легирование – это введение в металл на стадии его производства определенного количества специальных добавок, например – хрома или марганца. Это придает сталям особые свойства, необходимые для использования в сложных условиях. Для возведения современных зданий, особенно повышенной этажности, необходима высококачественная атмосферостойкая легированная сталь, например, погодоустойчивая марка COR-TEN. Такой материал позволяет решить проблемы эксплуатации сооружений даже в экстремальных климатических условиях.

Одними из самых популярных и относительно недорогих мер защиты от коррозии сегодня являются методы, изменяющие химический состав металла в поверхностных слоях. Как правило, это электрохимические способы нанесения покрытий на металл. Наиболее известный процесс называется оцинковкой, которая в зависимости от способа обработки металла делится на горячую и холодную. В первом случае обрабатываемый материал погружается в специальную ванну. Затем под воздействием переменного тока осуществляется его обработка в растворе фосфата цинка при плотности тока 4 А/дм², напряжении 20 В и температуре 600-700ºС. В результате электрохимической реакции образуется ферроцинковый сплав. При применении второго способа на подготовленную поверхность стального листа наносится защитный слой из цинка. Оцинковка толщиной 0,3 мм позволяет обеспечить защиту обработанной поверхности металла более чем на 30 лет.

Итальянская фирма «Metalnastri» разработала метод, сочетающий в себе качество горячего и технологичность холодного цинкования. Это простая идея наклейки цинковой фольги на стальную поверхность. Высокую антикоррозийность создает сплошной цинковый слой, а токопроводящие клеевые композиции обеспечивают и электрохимическую защиту поверхности.

ЦНИИПСК им. А.П. Мельникова предложил метод термодиффузионного цинкования (ТДЦ) метизных и малогабаритных изделий из стали и чугуна. Метод заключается в нагреве металлоизделий в среде, содержащей порошок цинка. В результате на поверхности изделия образуется цинковое покрытие с хорошими защитными и декоративными свойствами. Технологический процесс такого цинкования экологически чист и практически безотходен. В качестве сырья используются отечественные материалы, не требующие специальной обработки. ТДЦпокрытие обладает высокой адгезией и износостойкостью, обеспечиваемой в результате взаимной диффузии железа и цинка. Срок службы покрытия в 1,5-4 раза больше по сравнению с традиционными цинковыми покрытия.

Широкое распространение цинковых покрытий обусловлено их хорошими химическими свойствами. Для стали (катод) цинк является анодом, за счет этого образуется гальваническая пара, имеющая высокие защитные свойства, хорошо сохраняемые даже при малой толщине слоя. Скорость разрушения цинкового покрытия составляет примерно 1-10 мкм в год в зависимости от различных факторов. Оцинковка может осуществляться совместно с другими металлами – с добавлением алюминия (Al) или железа (Fe). В настоящее время в России широко используется сталь Galfan c цинкоалюминиевым покрытием и сталь Galvannealed с цинкожелезным покрытием.

При покрытии другими металлами в зависимости от вида коррозии покрывающий слой наносят различными способами. В качестве покрывающего материала часто используется хром или никель. Хромирование – электролитическое нанесение покрытия из хрома на поверхность металлического изделия. Никелирование, также нанесение на поверхность изделий никеля толщиной от 2 до 50 мкм.

На практике обычно применяются следующие методы:

• Погружение изделий в расплавленный металл (горячий способ). Заключается в том, что изделия погружают в ванну с расплавленным металлом или же нагретую поверхность деталей обволакивают расплавленным металлом.
• Метод термической диффузии. Основан на диффузии (проникновении) в поверхностные слои деталей присадок при высокой температуре. Диффузионные покрытия наносятся при нагреве деталей в твердой (порошкообразной), жидкой или газообразной фазе металла.
• Металлизация. Заключается в нанесении (распылении) на поверхность деталей слоя присадок расплавленного металла с помощью пульверизаторов.
• Контактный метод осаждения металла. Осуществляется без применения внешнего источника тока за счет вытеснения менее благородными металлами более благородных из растворов их солей. Толщина таких покрытий невелика и защитные свойства их невысоки.

Следует отметить, что металлические покрытия достаточно хорошо защищают металл от коррозии. Однако при нарушении защитного слоя она может протекать даже более интенсивно, чем без покрытия. Поэтому в промышленности для улучшения свойств металлических поверхностей, обработанных электротехническим методом, используется способ нанесения защитных покрытий из полимерных материалов. Такие продукты получили широкое распространение в строительной индустрии. Использование полимерных материалов для антикоррозионной защиты обусловлено их уникальными физико-химическими показателями. Полимеры имеют небольшой удельный вес, высокую стойкость к не механическим воздействиям (соприкосновение с водой, солями, щелочами или кислотами). Обладают пластичностью и светостойкостью. В настоящее время наибольшее распространение получили « трехслойные» продукты с двойным уровнем защиты. Первый уровень – непосредственно оцинковка, второй – полимер. Благодаря такой структуре сталь становится стойкой к воздействию агрессивных сред, механическим повреждениям и ультрафиолетовому изучению. Срок их службы составляет порядка 50 лет, в зависимости от качества и толщины покрытия. Необходимо также учесть, что высокие эксплуатационные характеристики таких материалов напрямую зависят от качества оцинковки исходного металла, а потребительские качества – от применяемого в составе полимера.

Альтернативой полимерным материалам являются конструкционные пластмассы и стеклопластики, получаемые на основе различных синтетических смол и стекловолокнистых наполнителей. В настоящее время выпускается значительный ассортимент материалов, особое место среди них занимает полиэтилен. Он инертен во многих кислотах, щелочах и растворителях, а также имеет высокую теплостойкость.

Другим направлением использования полиэтилена в качестве химически стойкого материала является порошковое напыление. Применение полиэтиленовых покрытий объясняется их дешевизной и хорошими защитными свойствами. Покрытия легко наносятся на поверхность различными способами, в том числе пневматическим и электростатическим распылением.

Защитные пленки. Способ заключается в нанесении на металл защитной оболочки из различных компонентов в следующей последовательности: шпатлевка, грунтовка, краска, лак или эмаль.

Для противокоррозионной защиты конструкций зданий и сооружений (ферм, ригелей, балок, колонн, стеновых панелей), а также наружных и внутренних поверхностей емкостного технологического оборудования, трубопроводов, газоводов, воздуховодов вентиляционных систем, которые в процессе эксплуатации не подвергаются механическим воздействиям абразивных частиц, применяют лакокрасочные покрытия. Такие покрытия наиболее эффективны для защиты от атмосферной коррозии. Однако срок службы лакокрасочных покрытий невелик и составляет 4-5 лет. Для повышения коррозионной стойкости лакокрасочных покрытий используют различные противокоррозионные пигменты.

Следует назвать антикоррозионные пигменты фирмы SNCZ (Франция): фосфаты цинка; модифицированные фосфаты цинка; фосфаты, не содержащие цинк; полифосфаты; феррит кальция, а также тетраоксихромат цинка; хроматы стронция, цинка, бария.

Наиболее часто используются фосфаты цинка PZ 20 и PZ W2 в большинстве лакокрасочных систем: органоразбавляемых, водоразбавляемых, воздушной и горячей сушки.

Там, где нельзя использовать противокоррозионные пигменты, содержащие цинк (контакт с пищевыми продуктами), используются пигменты на основе щелочеземельных фосфатов Новинокс РАТ 30, Новинокс РАТ 15 и Новинокс РС01.

Металлоконструкции, подвергающиеся воздействию соляного тумана, могут быть защищены лакокрасочными материалами, содержащими фосфат щелочеземельных металлов. Фосфат щелочеземельных металлов – нетоксичный пигмент, что повышает экологичность лакокрасочного покрытия и увеличивает сферу его применения.

Тетраоксихромат цинка ТС 20, хромат стронция L203E и хромат цинка CZ20 – применяются в лакокрасочных материалах, использующихся в авиационных, судовых покрытиях, а также в составе адгезивов для легких сплавов.

Для защитных покрытий, эксплуатирующихся в условиях высоких температур (до 600ºС), используются хромат бария М 20 и феррит кальция FC 71. Применение феррита кальция для защитных покрытий – новое направление в лакокрасочных материалах. В табл. 1 представлена стойкость различных лакокрасочных материалов (ЛКМ) к агрессивным средам.

Таблица 1. Стойкость лакокрасочных материалов

Примечания: ++ отлично, + хорошо, ± удовлетворитльно

Наиболее распространенным способом защиты от коррозии строительных конструкций, сооружений и оборудования является использование неметаллических химически стойких материалов: кислотоупорной керамики, жидких резиновых смесей, листовых и пленочных полимерных материалов (винипласта, поливинилхлорида, полиэтилена, резины), лакокрасочных материалов, синтетических смол и др. Для правильного использования неметаллических химически стойких материалов необходимо знать не только их химическую стойкость, но и физико-химические свойства, обеспечивающие условия совместной работы покрытия и защищаемой поверхности. При использовании комбинированных защитных покрытий, состоящих из органического подслоя и футеровочного покрытия, важным является обеспечение на подслое температуры, не превышающей максимальной для данного вида подслоя.

Для листовых и пленочных полимерных материалов необходимо знать величину их адгезии с защищаемой поверхностью. Ряд неметаллических химически стойких материалов, широко используемых в противокоррозионной технике, содержит в своем составе агрессивные соединения, которые при непосредственном контакте с поверхностью металла или бетона могут вызвать образование побочных продуктов коррозии, что, в свою очередь, снизит величину их адгезии с защищаемой поверхностью. Эти особенности необходимо учитывать при использовании того или иного материала для создания надежного противокоррозионного покрытия.

Алюцинк эффективный способ защиты поверхности металла от проявления коррозии

КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

1. Коррозия (от латинского « corrodere » разъедать) – самопроизвольный окислительно-восстановительный процесс разрушения металлов и сплавов вследствие взаимодействия с окружающей средой.

2. Виды коррозии: химическая и электрохимическая

I . Химическая – коррозия, обусловленная взаимодействием металлов с веществами, содержащимися в окружающей среде, при этом происходит окислительно-восстановительное разрушение металла без возникновения электрического тока в системе.

К химической коррозии относятся:

– газовая коррозия – коррозионное разрушение под воздействием газов при высоких температурах;

– коррозия в жидкостях-неэлектролитах.

– химическая коррозия, обусловленная взаимодействием металлов с газами.

Основной окислитель – кислород воздуха.

Процессы химической коррозии железа:

2 Fe + O ₂ = 2 FeO

3 Fe + 3 O ₂ = FeO · Fe ₂ O ₃ (смешанный оксид железа ( II , III ) )

4 Fe + 3 O ₂ + 6 H ₂ O = 4 Fe ( OH )₃ (на воздухе в присутствии влаги)

Fe ( OH )₃ t ° C → H ₂ O + FeOOH (ржавчина)

2 Fe + 3 Cl ₂ = 2 FeCl ₃

Химическая коррозия в жидкостях-неэлектролитах

Жидкости-неэлектролиты – это жидкие среды, которые не являются проводниками электричества. К ним относятся: органические (бензол, фенол, хлороформ, спирты, керосин, нефть, бензин); неорганического происхождения (жидкий бром, расплавленная сера и т.д.). Чистые неэлектролиты не реагируют с металлами, но с добавлением даже незначительного количества примесей процесс взаимодействия резко ускоряется. Например, если нефть будет содержать серу или серосодержащие соединения (сероводород, меркаптаны) процесс химической коррозии ускоряется. Если вдобавок увеличится температура, в жидкости окажется растворенный кислород – химическая коррозия усилится.

Присутствие в жидкостях-неэлектролитах влаги обеспечивает интенсивное протекание коррозии уже по электрохимическому механизму.

Химическая коррозия в жидкостях-неэлектролитах подразделяется на несколько стадий:

– подход окислителя к поверхности металла;

– хемосорбция реагента на поверхности;

– реакция окислителя с металлом (образование оксидной пленки);

– десорбция оксидов с металлом (может отсутствовать);

– диффузия оксидов в неэлектролит (может отсутствовать).

Для защиты конструкций от химической коррозии в жидкостях-неэлектролитах на ее поверхность наносят покрытия, устойчивые в данной среде.

II . Электрохимическая – окислительно-восстановительное разрушение сплавов и металлов, содержащих примеси, с возникновением электрического тока в системе.

АНОД (более активный металл) – разрушается

КАТОД (менее активный металл или примесь неметалла, способного + ē) – восстанавливается среда

Ме 0 – n ē → Me n + (процесс окисления)

кислая среда: 2 H + + 2ē → H ₂ (процесс восстановления)

влажный воздух: O ₂ + 2 H ₂ O + 4ē → 4 OH – (процесс восстановления)

Электрохимическая коррозия железной детали с примесями меди во влажном воздухе.

А: Fe 0 – 2ē → Fe 2+ (Окисление)

К: O ₂ + 2 H ₂ O + 4ē → 4 OH – (процесс восстановления)

Итог: 2 Fe + O ₂ + 2 H ₂ O = 2 Fe ( OH )₂ (белая ржавчина)

4 Fe ( OH )₂ + 2 H ₂ O + O ₂ = 4 Fe ( OH )₃ (бурая ржавчина)

1). Металлические покрытия – анодное (покрытие более активным металлом Zn , Cr ) – оцинкованное железо; катодное (покрытие менее активным металлом Ni , Sn , Ag , Au ) – белая жесть (лужёное железо) – не защищает от разрушения в случае нарушения покрытия.

2). Неметаллические покрытия – органические (лаки, краски, пластмассы, резина – гумирование, битум);

3). Протекторная защита – присоединение пластины из более активного металла ( Al , Zn , Mg ) – защита морских судов.

4). Электрохимическая (катодная) защита – соединение защищаемого изделия с катодом внешнего источника тока, вследствие чего изделие становится катодом. Ток идёт в противоположном направлении.

5). Добавление ингибиторов ( в зависимости от природы металла – NaNO ₂, Na ₃ PO ₄, хромат и бихромат калия, ВМС органические соединения), адсорбируются на поверхности металла и переводят его в пассивное состояние.

Задания и вопросы по теме: «Коррозия металлов и сплавов»

№1. При электрохимической коррозии на поверхности анода протекает процесс

А) Восстановления ионов водорода; Б) Окисления металла;

В) Восстановление молекул кислорода; Г) Окисления молекул водорода.

№2. Почему считают, что рядом со стальной коронкой (Fе) не рекомендуется ставить золотую (Аu)?

№3. Вот история, произошедшая с норвежским грузовым судном «Анатина». Трюмы теплохода, направлявшегося к берегам Японии, были заполнены медным концентратом. Корпус судна сделан был из стали. Внезапно судно дало течь. Объясните, что произошло.

№4. Какой из компонентов загрязненного городского воздуха является наиболее коррозионно-активным по отношению к металлам, особенно при повышенной влажности:
а) N₂; б) СО; в) SO₂.

№5. Рассмотрите рисунок, ответьте на вопросы:

Обратите внимание! В восстановлении кислорода участвуют ионы Н + . Если концентрация Н + понижается (при повышении рН), восстановление О₂ затрудняется. Замечено, что железо, находящееся в контакте с раствором, рН которого выше 9–10, не корродирует.

С усилением коррозии в присутствии солей часто сталкиваются автомобилисты в тех местностях, где в зимнее время для борьбы с гололедицей дороги обильно посыпают солью. Влияние солей объясняется тем, что образуемые ионы создают электролит, необходимый для возникновения замкнутой электрической цепи.

• Определить тип коррозии в каждом стакане.
• В каких стаканах железный гвоздь прокорродировал сильнее, в каких меньше, а в каких коррозии не подвергся? Почему?
• Объясните, что усиливает коррозию, а что ее замедляет?

№6. Рассмотрите процесс коррозии при соединении медной трубы с гальванизированной (оцинкованной) стальной трубой, если обе трубы находятся в земле.

№7. Почему цинк не используют при изготовлении консервных банок для покрытия им железа? Почему оцинкованное железо идёт на изготовления вёдер, баков?

№8. Как будет протекать процесс коррозии в том случае, если железную водосточную трубу прибить к дому алюминиевыми гвоздями?

№9. При изготовлении луженого железа (белой жести) – железо покрывают оловом, какое это покрытие – А) Анодное; Б) Катодное? Запишите электродные процессы

№10. Знаменитая Кутубская колонна в Индии близ Дели вот уже полторы тысячи лет стоит и не разрушается, несмотря на жаркий и влажный климат. Сделана она из железа, в котором почти нет примесей. Объясните, почему в данном случае статуя не подвергается коррозии