Коррозия оказывает разрушительное действие на изделия из металла и сплавы. При взаимодействии с окружающей средой металлические изделия покрываются пятнами в виде ржавчины. Чем более активный металл, тем он сильнее подвержен коррозии.
Коррозия оказывает разрушительное действие на автомобили, суда, коммуникации и другие металлические изделия, что может привести к утечке нефти, газа и другим негативным последствиям. Она отрицательно влияет на здоровье человека, а продукты окисления загрязняют окружающую среду.
Недопустима коррозия в авиационной, химической и атомной промышленности. Порой затраты на ремонт металлических изделий превышают стоимость материала, который был израсходован на их изготовление.
Основные виды коррозионных процессов
Виды коррозии металлов можно разделить по следующим признакам: характеру разрушения, коррозионной среде и механизму действия.
Исходя из характера разрушений, коррозия может быть:
- сплошной. При этом она может быть равномерной и неравномерной. При равномерной разрушается вся поверхность изделия. При неравномерной появляются пятна и точечные углубления;
- межкристаллитной. В этом случае она проникает вглубь изделия по границам зерен металла;
- транскристаллитной, при этом металл рассекается трещиной через зерно;
- избирательной. Происходит разрушение одной из составляющих сплава. Например, в латуни может разрушаться цинк.
- подповерхностной. Начинается на поверхности и постепенно проникает в верхние слои металла.
Существуют следующие виды коррозионной среды:
- атмосфера;
- газ;
- почва;
- жидкость (щелочь, кислота или солевые растворы).
Механизм действия разделяет коррозию на химическую и электрохимическую.
Химической коррозией называется процесс, при котором происходит самопроизвольное разрушение металлов. Он происходит при взаимодействии металлических изделий с активно-коррозионной средой, чаще всего газовой. Эти процессы сопровождаются высокими температурами.
В результате происходит одновременное окисление металла и восстановление коррозионной среды. Химическая коррозия происходит также при взаимодействии с органическими жидкостями, например, с нефтепродуктами, спиртом и др.
Электрохимическая коррозия возникает в электролитах, например, в водных растворах. Электрохимическая реакция вызывает электрический ток, который способствует разрушению металла. В этом случае происходят как химические процессы, при которых происходит отдача электронов, так и электрические, при которых движутся электроны.
Разрушение происходит, если соприкасаются разнородные металлы. Поэтому больше подвержены разрушению металлы, в которых много примесей.
Разнородность строения металла приводит к тому, что при электрохимической коррозии образуются по законам гальваники катодно-анодные пары. Если металлические изделия отличаются друг от друга химическим составом, то на поверхности металлических изделий образуется слой ржавчины.
Эта коррозия чаще всего является причиной разрушения металлов. Ниже приведены рисунки, на которых изображен механизм действия электрохимической коррозии.
Во внешней среде наиболее активно на металлические изделия действует кислород, повышенная влажность, оксиды серы, азота, углекислый газ, грунтовые воды. Соленая вода ускоряет процесс окисления, поэтому морские суда ржавеют быстрее, чем речные.
Остановить этот природный процесс невозможно, остается только найти способы защиты от коррозии. Правда, избавиться полностью от коррозионного процесса невозможно, но эти способы помогают замедлить сам процесс.
Методы противостояния коррозионным процессам
Для защиты металлов от коррозии существуют следующие методы:
- повышение сопротивляемости металлов за счет увеличения химического состава;
- изоляция металлических покрытий от агрессивного воздействия окружающей среды;
- снижение агрессивности среды, в которой происходит эксплуатация металлических изделий;
- электрохимические, которые, благодаря законам гальваники, снижают коррозионные процессы.
Эти методы можно разделить на две большие группы. Первые два метода применяются до того, как металлические изделия будут эксплуатироваться, то есть на стадии их производства. При этом выбираются определенные конструкционные материалы для производства изделия, наносятся различные гальванические и защитные покрытия.
Последние два метода применяются при эксплуатации металлических изделий. При этом для защиты пропускается ток через изделие, снижается агрессивность среды путем добавления различных ингибиторов, таким образом, до эксплуатации само изделие предварительно никак не обрабатывается.
Методы повышения сопротивляемости
Эти методы защиты основаны на создании сплавов, которые обладают антикоррозионными свойствами. К металлу добавляются компоненты, повышающие его коррозионную стойкость. Примером может служить легирование стали хромом.
Метод применяется при изготовлении стали. В результате получаются хромистые нержавеющие стали, которые устойчивы к коррозии. Повышают антикоррозионные характеристики сталей добавкой никеля, меди и кобальта.
На этих поверхностях не появляется ржавчина, но коррозия присутствует. Замедляется коррозия благодаря тому, что к восьми атомам железа добавляется один атом легирующей добавки, а это упорядочивает расположение атомов в кристаллической решетке твердого раствора, что и препятствует коррозии.
Коррозионную устойчивость можно повысить, удалив из металлов или сплавов примеси, которые ускоряют коррозию. Например, железо удаляют из сплавов магния или алюминия, серу из сплавов железа и т.д.
Снижение агрессивности внешней среды и электрохимическая защита
Снижение агрессивности внешней среды достигается путем удаления из нее веществ, которые являются деполяризаторами, или путем изоляции металлов от деполяризатора. Удаление кислорода из среды называется раскислением.
Для замедления коррозионного процесса в окружающую среду вводятся специальные вещества – ингибиторы. Они могут быть как органическими, так и неорганическими. Молекулы ингибиторов поглощаются поверхностью металла и, тем самым, способствуют резкому снижению скорости растворения металла и препятствуют протеканию электродных процессов.
При электрохимической защите с помощью внешнего электрического тока, который проходит через металл, сдвигается потенциал металла и, тем самым, изменяться скорость его коррозии.
В зависимости от сдвига потенциала электрохимическая защита может быть катодной и анодной. Эти способы применяют для защиты буровых платформ, сварных металлических оснований, трубопроводов, проходящих под землей, а также защищают подводные части морских судов.
Пленочная защита
Для того чтобы защитить металлические изделия от коррозии, можно нанести защитное покрытие. В качестве покрытия можно использовать лаки, краски, эмали, пластмассы и др.
Лакокрасочные покрытия легко наносятся, недорогие по стоимости, обладают водоотталкивающими свойствами, не вступают в химическую реакцию с металлом, хорошо заполняют поры и трещины. Они служат для защиты металлов от компонентов внешней среды, вызывающих коррозионные процессы.
Если правильно подобрать лакокрасочные материалы и соблюдать технологию их нанесения, то они могут прослужить в качестве покрытия до 5 лет.
Часто под лакокрасочное покрытие наносится грунтовка, проходя через которую, вода растворяет некоторые пигменты и становится не такой корррозионноактивной. Вместо грунтовки может проводится фосфатирование поверхности. Они наносятся кистью или распылителем. Для стальных изделий большинство таких препаратов состоит из смесей фосфатов марганца и железа.
Защитить металлическое изделие можно путем нанесения слоя металла, который более коррозионностойкий. В этом случае коррозия разрушает само покрытие. Такими металлами является хром, никель, цинк. Например, железо покрывается хромом.
Цинком покрываются изделия из меди, латуни, а также листовая сталь. Такие покрытия называются анодными, они обеспечивают электрохимическую защиту. Срок их службы зависит от толщины нанесенного покрытия. Существуют также катодные покрытия.
Они служат для механической защиты основного металла. Если такое покрытие нарушается, антикоррозионная защита перестает действовать. Кроме того, при этом ускоряется коррозионный процесс.
Примером такого покрытия является покрытие железа оловом. Сравнивая эффективность анодного и катодного покрытия, лучше использовать анодное, так как оно действует даже при нарушении целостности покрытия.
Существуют различные способы получения металлических покрытий. При горячем способе покрытие получается путем опускания изделия в горячий металл.
Если изделие покрывается оловом, этот процесс называется лужением, если цинком – оцинкованием. Покрытие может наносится гальваническим методом путем осаждения на изделии солей из электролита.
При использовании метода напыления распыляется плазменная струя расплавленного металла и наносится на поверхность, которую надо защитить. Для распыления используются металлизаторы.
При плакировании осуществляется совместная горячая прокатка основного и защитного металла. Металлы сцепляются между собой благодаря диффузии.
