Коррозия металлоконструкций: причины и способы защиты

СОДЕРЖАНИЕ

• Что такое коррозия металлоконструкций и почему она возникает
• Виды коррозии металлоконструкций по характеру разрушения
• Виды коррозии металлоконструкций по цвету
• Желтая ржавчина
• Коричневая ржавчина
• Красная ржавчина
• Черная ржавчина
• Виды коррозии металлоконструкций по механизму протекания
• Виды коррозии металлоконструкций по типу агрессивной среды
• Атмосферная коррозия
• Газовая коррозия
• Радиационная коррозия
• Подземная коррозия
• Контактная коррозия
• Биокоррозия
• Коррозия током
• Коррозионная кавитация
• Коррозия напряжения
• Фреттинг-коррозия
• Способы защиты металлоконструкций от коррозии с помощью специальных покрытий
• Лакокрасочное покрытие
• Полимерные покрытия
• Гуммирование
• Защита металлических резервуаров
• Покрытия из силикатных эмалей
• Антикоррозийные пасты и смазки
• Холодное цинкование
• Горячая оцинковка металла
• Плакирование
• Предотвращение коррозии металлоконструкций с помощью снижения агрессивной среды

Коррозия металлоконструкций возникает в связи со многими внешними факторами. Ржавчина может образоваться от повышенной влажности, температурных перепадов, от воздействия каких-либо химических веществ.

Если знать виды коррозионных процессов, способы защиты металла и методы удаления ржавчины, то подобной проблемы можно не бояться. Сегодня поговорим об этом подробнее.

Что такое коррозия металлоконструкций и почему она возникает

Негативные факторы внешней среды нередко становятся причиной коррозии металлоконструкций. Со временем на них появляется ржавчина, которая способна испортить внешний вид изделия. Она въедается в материал очень глубоко, в результате чего образуются сквозные отверстия с хрупкими краями, и металлоконструкция теряет свои эксплуатационные свойства.

Причинами коррозии металлоконструкций могут быть:

• перепады температуры;
• повышенное содержание влаги в атмосфере;
• наличие кислотной или щелочной среды;
• случаи соединения разных видов металлов;
• трение поверхностей металлической конструкции друг об друга;
• применение низкокачественных жидкостей в процессе механообработки;
• жировые пятна на поверхности металла.

Читайте также: «Полочные стеллажи»

Также образованию ржавчины способствует постоянный ток, проходящий через металл, и статическое электричество.

Виды коррозии металлоконструкций по характеру разрушения

Коррозионные процессы могут протекать по-разному:

• Сплошная коррозия распространяется по всей поверхности изделия и может быть:

1. равномерной, когда на всех участках присутствует одинаковое количество ржавчины;
2. неравномерной, когда коррозионные процессы на разных участках протекают с разной скоростью;
3. избирательной, когда от проявления коррозии страдает отдельный компонент металлического сплава.

• Местная коррозия затрагивает небольшие по размеру поверхности. Для нее характерно наличие ржавых точек, раковин и немногочисленных углублений.

Виды коррозии металлоконструкций по цвету

Цветовая палитра ржавчины представлена довольно широко. Она может иметь красную, желтую, коричневую и черную окраску. Цвет определяется химической формулой образовавшегося в результате коррозии вещества.

Желтая ржавчина

FeO(OH)H2O. Причиной ее появления является сочетание высокого уровня влажности с недостаточным количеством кислорода. Коррозию металлоконструкций в виде желтого ржавого налета можно обнаружить на предметах, которые долгое время находились в воде.

Коричневая ржавчина

Fe2O3. Довольно редкий вид ржавчины, которая образуется на металлических поверхностях, находящихся на воздухе.

Красная ржавчина

Fe2O3•H2O. Один из самых распространенных видов ржавчины, которая равным слоем распространяется по поверхности металла, подверженного одновременному воздействию воды и кислорода.

Черная ржавчина

Fe3O4. Образуется на металлических конструкциях, размещенных в среде с ограниченным содержанием кислорода и низкой влажностью.

Виды коррозии металлоконструкций по механизму протекания

Многочисленные способы борьбы с коррозией металлоконструкций существуют благодаря тому, что причины ее возникновения хорошо изучены. Вид коррозии определяется исходя из особенностей развития коррозийных процессов.

Химическая коррозия представляет собой результат окислительно-восстановительной реакции, возникшей в результате взаимодействия металла со средой, в которой он находится. Воздействие на материал электрического тока в данном случае отсутствует.

Читайте также: «Лестница на металлическом каркасе»

В зависимости от условий протекания химическая коррозия может быть нескольких видов:

• Газовая, когда образование ржавчины является следствием пребывания конструкции в газовой высокотемпературной среде. Такая коррозия способна полностью разрушить некоторые виды металлов, поэтому выбирать материал для изготовления металлоконструкций нужно, учитывая его свойства. Высокий уровень стойкости в данном случае демонстрируют цирконий, хром и алюминий. Результатом воздействия газовой среды на поверхности этих металлов становится образование защитной пленки, предохраняющей материал от разрушения.
• Жидкостная, когда главным фактором появления коррозии является воздействие на конструкцию агрессивной жидкой среды. Воздействие электрического тока на материал в данном случае также отсутствует.
• Электрохимическая коррозия представляет собой реакцию, которая возникает в среде с присутствием электрического тока.

Исходя из условий протекания, электрохимическая коррозия подразделяется на следующие типы:

• Коррозия в растворах с присутствием электролитов. В качестве среды протекания могут рассматриваться основания, кислоты, соли, вода.
• Коррозия в атмосферных условиях.

Виды коррозии металлоконструкций по типу агрессивной среды

Атмосферная коррозия

Металлические конструкции, находящиеся на воздухе или в атмосфере газов, подвержены процессу естественного разрушения. Скорость распространения коррозии и сила разрушительного воздействия возрастает в условиях повышенного уровня влажности.

Газовая коррозия

Металлоконструкции в данном случае находятся в условиях газовой среды, где уровень влажности достаточно низок. На распространение ржавчины влияние оказывает фактор высоких температур.

Радиационная коррозия

Является следствием воздействия на материал радиационного излучения. Наиболее устойчивы к данному вид коррозии сплавы с высокой плотностью.

Подземная коррозия

Такому виду коррозии подвержены металлические конструкции, которые необходимо разместить в грунте. В результате окислительных процессов, происходящих в земле, на их поверхности чаще всего появляется зеленый налет, хотя коррозионные изменения могут иметь и другую окраску.

Контактная коррозия

Металлоконструкция начинает разрушаться в тех местах, где между собой соприкасаются металлы с разницей стационарного потенциала в электролите. Процесс коррозии в данном случае протекает очень быстро.

Биокоррозия

Виновниками разрушения металлоконструкций являются бактерии, плесень и грибки. Процесс может протекать самостоятельно, но чаще всего проходит параллельно с другими видами коррозии.

Коррозия током

Данный вид коррозии может появиться в результате воздействия на металлоконструкцию блуждающего или внешнего тока. Сила тока, а также длительность и периодичность его воздействия на материал определяют скорость, с которой протекает процесс коррозии.

Коррозионная кавитация

Процесс саморазрушения металла, который может быть запущен в результате механического повреждения или возникновения определенных факторов воздействия внешней среды.

Коррозия напряжения

Причиной коррозии является сочетание постоянного или переменного механического напряжения, которое испытывает металлоконструкция, в коррозионно-активной среде.

Фреттинг-коррозия

Коррозионный процесс вызывают присутствующие в ходе эксплуатации изделия вибрации. Снизить темпы их развития можно за счет уменьшения коэффициента трения частей конструкции.

Способы защиты металлоконструкций от коррозии с помощью специальных покрытий

Для того чтобы обеспечить необходимый уровень устойчивости металлоконструкций к коррозии, применяют различные неметаллические покрытия.

Самыми распространенными среди них являются лаки, краски, силикатные эмали, олифы, грунтовки, шпаклевки, резина, полимеры и т. д. Они предохраняют металл от негативного воздействия влаги, наносятся на поверхность в качестве изоляционного слоя, а также придают изделию привлекательный внешний вид.

Лакокрасочное покрытие

Один из самых простых и эффективных способов защиты от коррозии. Металлоконструкции с лакокрасочным покрытием могут длительное время противостоять негативным факторам внешней среды и сохранять свои первоначальные эксплуатационные качества.

В состав лакокрасочных материалов могут входить красители, растворители, пленкообразующие элементы, наполнители, пластификаторы, катализаторы. Сочетание компонентов зависит от того, какие свойства материала необходимо обеспечить с помощью покрытия: повысить прочность, обеспечить устойчивость к высоким температурам или кислотной среде, добиться необходимого уровня электропроводности и т. д.

Полимерные покрытия

Эффективным способом защиты металлоконструкций от коррозии является использование горячей полимерной смолы. Она может наноситься кистью, а также способами вихревого напыления, погружения или газо-термической обработки. Полимерные покрытия отлично защищают от коррозии химическое оборудование и емкости для хранения веществ, способных привести к быстрому развитию коррозионных процессов.

Читайте также: «Ограждения пожарных лестниц»

В качестве материала для покрытия применяют полиэтилен, эпоксидные смолы, фторопласты, полистирол, полипропилен, полиизобутилен и т. д.

Гуммирование

Технология гуммирования предполагает нанесение на металлические конструкции резинового или эбонитового покрытия. Она применяется для обработки труб, металлических резервуаров, химического оборудования и т. д. При наличии механической, колебательной или иной нагрузки на обрабатываемую деталь применяют мягкий тип резины, содержание серы в котором составляет 2-4 %.

Если изделие эксплуатируется в условиях постоянных температур и нагрузки отсутствуют, в процессе антикоррозийной обработки используют твердую резину с содержанием серы 30-50 %.

Защита металлических резервуаров

Прежде чем нанести резиновое покрытие, поверхность металлоконструкции очищают от загрязнений, обезжиривают и обрабатывают резиновым клеем. Для того чтобы обеспечить прочность соединения клея с поверхностью металла и удалить возможное скопление воздуха, используют валик. Завершающим этапом обработки является вулканизация.

Резиновые покрытия демонстрируют высокую степень устойчивости к воздействию кислот и щелочей. Кроме того, они обладают свойствами диэлектриков. В качестве минуса можно отметить, что срок их службы не очень велик, и, так же как полимеры, они подвержены процессу старения.

Покрытия из силикатных эмалей

Проблемы коррозии металлоконструкций, находящихся в агрессивных средах или функционирующих в условиях высоких температур, решаются благодаря использованию силикатных эмалей. Это порошковые смеси или пасты, которые наносятся сухим или мокрым способом.

Технологический процесс осуществляется последовательно и состоит из нескольких этапов. Сначала с обрабатываемой поверхности необходимо снять температурное и механическое напряжение, а также обеспечить хороший уровень адгезии. С этой целью на деталь наносят порошковую грунтовочную эмаль, и при температурах от 880 до 920 °C проходит процесс ее спекания. После этого приступают к нанесению основного слоя эмали, которую спекают при температурах от 840 до 860 °C.

Количество слоев определяется в зависимости от поставленной задачи. Например, при обработке чугуна толщина покрытия должна быть до 1 мм, поэтому эмаль наносят в три слоя.

Самым большим минусом данного вида покрытия являются сколы и трещины, возникающие в результате ударной нагрузки.

Антикоррозийные пасты и смазки

Специальные антикоррозийные пасты и смазки наносятся на металлические изделия, которым предстоит транспортировка или длительное хранение. Это помогает защитить их от пыли, влаги и газов. В процессе работы используют кисти, тампоны или распылители.

Смазка — это минеральные масла с воскообразными добавками. Самый распространенный состав — 95 % петролатума и 5 % парафина. Повысить качество защиты стали можно, добавив в смазку немного щелочи.

Для приготовления пасты чаще всего используют суспензии минеральных восков (церезина), каучука и парафина. Также может применяться полиизобутилен, растворенный в уайт-спирите.

Читайте также: «Металлические ограждения для лестниц»

Следует отметить, что данный способ антикоррозийной обработки является высокоэффективным, но защитная пленка легко теряет свою целостность. Это свойство необходимо учитывать при организации транспортировки и хранения.

Холодное цинкование

Этот способ активно применяют для защиты от коррозии металлоконструкций, используемых при строительстве газо- и нефтепроводов, а также труб, арматуры и других изделий из металла.

Прочное покрытие образуется в результате нанесения на материал цинконаполненного состава. В результате его контакта с поверхностью металла возникает короткозамкнутый гальванический элемент, ток которого способен нейтрализовать процесс коррозионного разрушения.

Горячая оцинковка металла

Этот простой и малозатратный метод защиты предполагает погружение металлоконструкции в ванну с расплавленным цинком. В результате данной процедуры образуется покрытие с высокими антикоррозионными свойствами.

Плакирование

Технология плакирования строится на основе метода холодной сварки. В результате проведенной обработки образуются атомарные связи между металлами, но при этом процесс взаимопроникновения отсутствует. Происходит пластическая деформация материала, в результате которой поверхность одной детали покрывается защитным антикоррозийным слоем другого металла.

Предотвращение коррозии металлоконструкций с помощью снижения агрессивной среды

Процесс разрушения металлических конструкций в условиях агрессивной среды развивается очень быстро. Замедлить его течение можно, модифицировав среду и устранив отдельные факторы негативного влияния на материал. Для этого применяются следующие способы регулирования ситуации:

• из рабочей среды устраняются соединения, способные запустить процесс коррозии;
• в нее внедряются вещества-ингибиторы, благодаря которым процесс коррозии замедляется.

Применение ингибиторов активно используется для защиты конструкций, постоянно соприкасающихся с агрессивной средой. Примером такого оборудования являются емкости травильных ванн, детали систем охлаждения и т. д. 

Замедлить коррозию можно, используя:

• органические, неорганические и летучие соединения;
• анодные, катодные, комбинированные замедлители;
• вещества для щелочных, кислых или нейтральных сред.

Читайте также: «Металлические перила»

Руководствоваться при выборе ингибиторов следует СНиП, в которых прописано, что использовать в данных целях можно:

• Ca(HCO3)2;

• нитриты;

• хроматы и бихроматы;

• полифосфаты и бораты;

• органические вещества (тиолы, аминоспирты, многоосновные спирты, амины, аминокислоты с поликарбоксильными свойствами, летучие составы НДА, ИФХАН-8А, ВНХ-Л-20).

Также понизить уровень агрессивности можно:

• проведя вакуумирование среды;
• нейтрализовав присутствующие в ней кислотные соединения;
• осуществив процесс деаэрации.

На сегодняшний день существует множество технологий, способных предупредить или замедлить процесс коррозии металлоконструкций. Правильно выбранный метод защиты надолго сохранит эксплуатационные характеристики изделий и продлит срок их службы.