Виды коррозии металлов и способы защиты от нее

СОДЕРЖАНИЕ

• Суть процесса коррозии
• Классификация видов коррозии металла
• По цвету
• По механизму протекания
• По типу агрессивной среды
• По характеру разрушения
• Способы защиты от коррозии
• Металлические покрытия
• Неметаллические покрытия
• Химические покрытия
• Изменение состава металла
• Изменение состава коррозионной среды
• Электрохимическая защита

Коррозия – это процесс разрушения верхнего слоя металлов в результате реакции с окружающей средой. Когда металлы подвергаются, например, воздействию влаги, на их поверхности происходит химическая реакция, которая внешне проявляется в изменении цвета, то есть ржавеют. Это приводит к ухудшению и постепенному разрушению металла, если заранее не принять определенные меры.

Можно выделить 3 признака, характеризующих коррозию:

• Коррозия – это с химической точки зрения процесс окислительно-восстановительный.
• Коррозия – это самопроизвольный процесс, возникающий по причине неустойчивости термодинамической системы «металл – компоненты окружающей среды».
• Коррозия – это процесс, который развивается в основном на поверхности металла. Однако не исключено, что коррозия может проникнуть и вглубь металла.

Причины возникновения коррозионных процессов могут быть и другими: соприкосновение разных видов металлов, сплавов, частые перепады температуры, влияние кислот, щелочей, химических элементов, использование некачественных жидкостей при механической обработке материала, жировые пятна, остающиеся на металлических поверхностях после прикосновения к ним. Также ржавчина может образовываться при периодическом воздействии статического или постоянного тока.

Читайте также: «Металлические перила»

Коррозионная стойкость металла зависит от его природы, характера среды и температуры. Так, благородные металлы не подвергаются коррозии из-за химической инертности. Металлы Al, Ti, Zn, Cr, Ni имеют плотные газонепроницаемые оксидные пленки, которые препятствуют коррозии. Металлы же с рыхлой оксидной пленкой – Fe, Cu и другие – коррозионно неустойчивы. Особенно сильно ржавеет железо.

Степень коррозии может быть выражена в прямых и побочных убытках. К побочным причисляют убытки из-за отказа оборудования, пришедшего в недееспособное состояние в коррозионной среде, временного простоя, связанного с заменой деталей и ремонтом, порчи товаров параллельных производств по причине загрязнения продукции видимыми последствиями коррозии, дополнительных затрат на электроэнергию, воду и ресурсы. Прямыми убытками исчисляют испорченные трубопроводы, машины и оборудование.

Учение о предотвращении развития коррозии и ее обработки известно как коррозионная инженерия. На сегодняшний день существует много форм коррозии. Классификация их дана ниже.

Классификация видов коррозии металла

Коррозионные процессы классифицируются в зависимости от разных критериев. Основные из них — цвет, механизм образования ржавчины, тип агрессивной среды, характер разрушения.

По цвету

В зависимости от цвета бывают разные виды ржавчины. Она может быть черной, желтой, коричневой, красной. Оттенок зависит от химической формулы образовавшегося вещества.

• Желтая. Химическая формула желтой ржавчины — FeO(OH)H2O. Она появляется под воздействием высокой влажности в среде с малым количеством кислорода. Подобный вид ржавчины можно увидеть под водой.
• Коричневая. Химическая формула коричневой ржавчины — Fe2O3. Встречается крайне редко, появляется без воздействия влаги.

• Красная. Химическая формула красной ржавчины — Fe2O3•H2O. Образуется при одновременном воздействии воды и кислорода. Встречается чаще других видов. Разрушительный процесс протекает равномерно, постепенно распространяется на всю поверхность.
• Черная. Химическая формула — Fe3O4. Появляется без воздействия влаги в среде с малым количеством кислорода. Часто используется для создания сверхпроводников, поскольку является ферромагнетиком.

По механизму протекания

Процессы отличаются по механизму разрушения материала.

• Химическая. Процесс разрушения металла, провоцирующий распад металлических связей, развитие химических реакций между атомами материала. Элементы, которые взаимодействуют между собой, пространственно не разделяются. Скорость разрушения детали зависит от скорости протекания химической реакции.
• Электрохимическая коррозия – механизм реакционного соприкосновения раствора электролита с металлом, сущность которого, в противовес химическому типу ржавления, заключается в процессе, когда атомы металла ионизируются, окислительная компонента среды восстанавливается не в едином пространственном и временном промежутке: скорость реакций обусловлена электродным потенциалом.

Читайте также: «Металлические ограждения для лестниц»

По типу агрессивной среды

Тут много разнообразных видов коррозии металла, каждый зависит от воздействия тех или иных внешних сред.

• Атмосферная. Естественный процесс разрушения. Может протекать в воздушной или газовой атмосфере. Важное условие — повышенный уровень влажности. Чем он выше, тем быстрее разрушится материал.
• Газовая. Процесс разрушения металлических деталей, который протекает в условиях газовой среды. Отличается низким уровнем влажности. Процесс образования ржавчины ускоряется при повышении температуры.
• Радиационная. Возникает при интенсивном воздействии радиационного излучения. У сплавов высокой плотности протекает медленно.

• Подземная. Если металлическая деталь какое-то время полежит под землей, можно заметить на ее поверхностях зеленый налет или другие цветовые искажения. Это следствие окислительных процессов, которые протекают в разных видах грунта.
• Контактная. Быстро появляется в местах, где два разных металла соприкасаются друг с другом. Это обуславливается разницей стационарного потенциала в электролите.
• Биокоррозия. Процесс разрушения металлических деталей, который обуславливается воздействием разных микроорганизмов, продуктов их жизнедеятельности.
• Коррозия током. Может происходить при воздействии блуждающего или внешнего тока. Скорость распространения ржавчины зависит от силы тока, длительности, периодичности его воздействия на металлические детали.
• Коррозийная кавитация. Один из многочисленных процессов саморазрушения разных видов металлов. Он запускается при воздействии внешней среды, механическом повреждении.
• Коррозия под напряжением. Процесс разрушения сплавов, который происходит при взаимодействии механического напряжения с коррозийно-активной средой. Этот вид коррозии опасен для металлоконструкций, которые подвержены большим нагрузкам.
• Фреттинг-коррозия. Сложный коррозионный процесс, который протекает под воздействием неблагоприятной среды на детали, испытывающие различные вибрации. Чтобы не допустить образования ржавчины, важно снизить коэффициент трения металлических деталей.

По характеру разрушения

Виды такой коррозии металла отличаются локализацией, степенью углубления в материал, объемом разрушения.

• Сплошная. Ржавчине подвергается поверхность целиком. Различают несколько подтипов. Первый – равномерная (поверхностная коррозия) – разрушение происходит одновременно по всей детали. Второй подтип – неравномерная – скорость реакций на отдельных участках общей поверхности варьируется.
• Избирательная. Подобный процесс затрагивает один из элементов металлоконструкции, который не имеет антикоррозийного покрытия, затормаживающего разрушение.

• Местная коррозия характеризуется наличием сепаратных пятен на целостном объекте. Проявляется в виде отдельных вкраплений ржавчины, проникнувших на малую глубину слоя металла (коррозия латуни в соленой морской воде); значительных углублений в виде раковин (сталь, закопанная в почву); обособленных точек, именуемых питтингами, входящих в толщу металла на серьезную глубину (хромовоникелевая сталь аустенитного класса).
• Подповерхностная. Появляется под металлическими поверхностями. Она быстро проникает вглубь материала. Данный вид коррозионных процессов характеризуется расслоением металла.
• Межкристаллитная. Это появление ржавчины по граням вкраплений. Так называемый скрытный разлом, в период активности которого внешних признаков не заметно, однако металл в краткие сроки лишается свойств прочности и эластичности. Детали становятся хрупкими. Наиболее часто от подобного вида коррозии страдают сплавы, в состав которых входят никель, алюминий, хром.
• Щелевая. Образуется на местах соединения двух металлических деталей. Может появляться в технологических зазорах, под техническими прокладками.

Способы защиты от коррозии

Основной способ предотвращения коррозии металла – это создание защитных покрытий – металлических, неметаллических или химических.

Металлические покрытия

На металл, который нужно защитить от коррозии, наносится слой другого металла, устойчивого к коррозии в тех же условиях. Если металлическое покрытие изготовлено из металла с более отрицательным потенциалом (более активный), чем защищаемый, то оно называется анодным. Если металлическое покрытие изготовлено из металла с более положительным потенциалом (менее активный), чем защищаемый, то оно называется катодным.

Например, часто стальные детали покрывают цинком. При нарушении целостности защитного слоя цинк выступает в качестве анода и будет разрушаться, а железо защищено до тех пор, пока не израсходуется весь цинк.

Катодным покрытием для защиты железа может, например, быть медь или никель. При нарушении целостности такого покрытия разрушается защищаемый металл.

Неметаллические покрытия

Такие покрытия могут быть неорганические (цементный раствор, стекловидная масса) и органические (высокомолекулярные соединения, лаки, краски, битум).

Химические покрытия

В этом случае защищаемый металл подвергают химической обработке с целью образования на поверхности пленки, устойчивой к коррозии. Сюда относятся:

• оксидирование – получение устойчивых оксидных пленок (Al2O3, ZnO и др.);
• фосфатирование – получение защитной пленки фосфатов (Fe3(PO4)2, Mn3(PO4)2);
• азотирование – поверхность металла (стали) насыщают азотом;
• воронение стали – поверхность металла взаимодействует с органическими веществами;
• цементация – получение на поверхности металла его соединения с углеродом.

Читайте также: «Ограждения пожарных лестниц»

Изменение состава металла

За счет различных добавок в технический металл повышают его стойкость к коррозии.

Изменение состава коррозионной среды

Убрав из внешней среды факторы, способствующие разрушению металла (введение ингибиторов коррозии или удаление примесей из окружающей среды), получится защитить его от коррозии.

Электрохимическая защита

Этот метод основывается на присоединении защищаемого сооружения к катоду внешнего источника постоянного тока, в результате чего оно становится катодом. Анодом служит металлический лом, который разрушаясь, защищает конструкцию от коррозии.

Один из видов электрохимической защиты – протекторный. Он заключается в следующем: к защищаемому сооружению присоединяют пластины более активного металла, который называется протектором. Это металл с более отрицательным потенциалом и является анодом, а защищаемое сооружение – катодом. Соединение протектора и основной конструкции проводником тока приводит к разрушению первого и, соответственно, предохраняет вторую.

Читайте также: «Лестница на металлическом каркасе»

Коррозия 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. Поэтому в целях экономической выгоды бороться с коррозией просто необходимо.