дата: 08.12.2016

Що таке хімічна корозія і як її усунути?

Хімічна корозія — це процес, який полягає у руйнування металу при взаємодії з агресивним зовнішнім середовищем. Хімічна різновид корозійних процесів не має зв’язку з дією електричного струму. При цьому виді корозії відбувається окиснювальна реакція, де руйнується матеріал — одночасно відновник елементів середовища.

Хімічна корозія

Класифікація різновиди агресивного середовища включає два види руйнування металу:

  • хімічна корозія в рідинах-неэлектролитах;
  • хімічна газова корозія.

Газова корозія

Найчастіша різновид хімічної корозії — газова — являє собою корозійний процес, що відбувається в газах при підвищених температурах. Зазначена проблема характерна для багатьох типів технологічного обладнання і деталей (арматури печей, двигунів, турбін тощо). Крім того, надвисокі температури використовуються при обробці металів під високим тиском (нагрівання перед прокаткою, штампуванням, куванням, термічними процесами і т. д.).

Особливості стану металів при підвищених температурах обумовлюються двома їхніми властивостями — жароміцність і жаростійкість. Жароміцність — це ступінь стійкості механічних властивостей металу при надвисоких температурах. Під стійкістю механічних властивостей розуміється збереження міцності протягом тривалого часу і опір повзучості. Жаростійкість — це стійкість металу до корозійної активності газів в умовах підвищених температур.

Корозія металу

Швидкість розвитку газової корозії обумовлюється низкою показників, у числі яких:

  • температура атмосфери;
  • компоненти, що входять в метал або сплав;
  • параметри середовища, де знаходяться гази;
  • тривалість контактування з газовим середовищем;
  • властивості корозійних продуктів.

На корозійний процес більше впливають властивості і параметри оксидної плівки, що з’явилася на металевій поверхні. Утворення оксиду можна хронологічно поділити на два етапи:

  • адсорбція кисневих молекул на металевій поверхні, що взаємодіє з атмосферою;
  • контактування металевої поверхні з газом, в результаті чого виникає хімічна сполука.

Корозія корабля

Перший етап характеризується появою іонної зв’язку, як наслідок взаємодії кисню і поверхневих атомів, коли кисневий атом відбирає пару електронів металу. Виникла зв’язок відрізняється винятковою силою — вона більше, ніж зв’язок кисню з металом у окисле.

Пояснення такого зв’язку полягає в дії атомного поля на кисень. Як тільки поверхня металу наповнюється окислювачем (а це відбувається дуже швидко), в умовах низьких температур, завдяки силі Ван-дер-Ваальса, починається адсорбція окислювальних молекул. Результат реакції — виникнення найтоншої мономолекулярной плівки, яка з плином часу стає товщі, що ускладнює доступ кисню.

На другому етапі відбувається хімічна реакція, в ході якої окислювальний елемент середовища відбирає у металу валентні електрони. Хімічна корозія — кінцевий результат реакції.

Характеристики оксидної плівки

Класифікація оксидних плівок включає їх три різновиди:

  • тонкі (непомітні без спеціальних приладів);
  • середні (кольори мінливості);
  • товсті (видно неозброєним оком).

З’явилася оксидна плівка має захисні можливості — вона сповільнює або навіть повністю пригнічує розвиток хімічної корозії. Також наявність оксидної плівки, що підвищує жаростійкість металу.

Однак, дійсно ефективна плівка повинна відповідати ряду характеристик:

  • бути не пористої;
  • мати суцільну структуру;
  • володіти хорошими адгезивними властивостями;
  • відрізнятися хімічною інертністю у відношенні з атмосферою;
  • бути твердою і стійкою до зносу.

Одне з зазначених вище умов — суцільна структура має особливо важливе значення. Умова суцільності — перевищення обсягу молекул оксидної плівки над обсягом атомів металу. Суцільність — це можливість оксиду накрити суцільним шаром усю металеву поверхню. При недотриманні цієї умови, плівка не може вважатися захисної. Однак, з цього правила є виключення: для деяких металів, наприклад, магнію і елементів лужно-земельної груп (крім берилій), суцільність не відноситься до критично важливими показниками.

Оксидна плівка на металі

Щоб встановити товщину оксидної плівки, що використовуються кілька методик. Захисні якості плівки можна з’ясувати в момент її утворення. Для цього вивчаються швидкість окислення металу, і параметри зміни швидкості в часі.

Для вже сформованого оксиду застосовується інший метод, який полягає у дослідженні товщини і захисних характеристик плівки. Для цього на поверхню накладається реагент. Далі фахівці фіксують час, який знадобиться на проникнення реагенту, і на підставі отриманих даних роблять висновок про товщині плівки.

Зверніть увагу! Навіть остаточно сформувалася оксидна плівка продовжує взаємодіяти з окислювальним середовищем і металом.

Швидкість розвитку корозії

Інтенсивність, з якою розвивається хімічна корозія, залежить від температурного режиму. При високій температурі окислювальні процеси розвиваються швидше. Причому зниження ролі термодинамічного фактора протікання реакції не впливає на процес.

Чимале значення має охолодження і змінний нагрівання. З-за термічних напружень в оксидній плівці з’являються тріщини. Через діри окислювальний елемент потрапляє на поверхню. В результаті утворюється новий шар оксидної плівки, а колишній — відшаровується.

Корозія автомобіля від компонентів газового середовища

Не останню роль відіграють і компоненти газової середовища. Цей фактор індивідуальний для різних видів металів і узгоджується з температурними коливаннями. Наприклад, мідь швидко піддається корозії, якщо вона контактує з киснем, але відрізняється стійкістю до цього процесу в середовищі оксиду сірки. Для нікелю ж навпаки, сірчаний оксид згубний, а стійкість спостерігається в кисні, діоксиду вуглецю і водному середовищі. А ось хром проявляє стійкість до всіх перерахованих середовищ.

Зверніть увагу! Якщо рівень тиску дисоціації оксиду перевищує тиск окисляє елемента, окислювальний процес зупиняється і метал знаходить термодинамічну стійкість.

На швидкість окислювальної реакції впливають і компоненти сплаву. Наприклад, марганець, сірка, нікель і фосфор ніяк не сприяють окисленню заліза. А ось алюміній, кремній і хром роблять процес більш повільним. Ще сильніше уповільнюють окислення заліза кобальт, мідь, берилій і титан. Зробити процес більш інтенсивним допоможуть добавки ванадію, вольфраму і молібдену, що пояснюється легкоплавкостью і летючість даних металів. Найбільш повільно окислювальні реакції протікають при аустенітної структури, оскільки вона найбільш пристосована до високих температур.

Сплави металів

Ще один фактор, від якого залежить швидкість корозії характеристика обробленої поверхні. Гладка поверхня окислюється повільніше, а нерівна — швидше.

Корозія в рідинах-неэлектролитах

До неэлектропроводным рідких середовищ (тобто рідин-неэлектролитам) відносять такі органічні речовини, як:

  • бензол;
  • хлороформ;
  • спирти;
  • тетрахлорид вуглецю;
  • фенол;
  • нафта;
  • бензин;
  • гас і т. д.

 

Рідини-неэлектролиты

Крім того, до рідин-неэлектролитам зараховують невелика кількість неорганічних рідин, таких як рідкий бром і розплавлена сірка.

При цьому потрібно зауважити, що органічні розчинники самі по собі не вступають в реакцію з металами, проте, при наявності невеликого обсягу домішок виникає інтенсивний процес взаємодії.

Збільшують швидкість корозії знаходяться в нафті сірковмісні елементи. Також, посилюють корозійні процеси високі температури і присутність кисню в рідині. Волога інтенсифікує розвиток корозії у відповідності з електромеханічним принципом.

Ще один фактор швидкого розвитку корозії — рідкий бром. При нормальних температурах він особливо руйнівно впливає на високовуглецеві сталі, алюміній і титан. Менш істотно вплив брому на залізо і нікель. Найбільшу стійкість до рідкого брому показують свинець, срібло, тантал і платина.

Метал свинець

Розплавлена сірка вступає в агресивну реакцію майже з усіма металами, в першу чергу зі свинцем, оловом і міддю. На вуглецеві марки стали і титан сірка впливає менше і майже зовсім руйнує алюміній.

Захисні заходи для металоконструкцій, які знаходяться в неелектропровідних рідких середовищах, проводять додаванням стійким до конкретної середовищі металів (наприклад, сталі з високим вмістом хрому). Також, застосовуються особливі захисні покриття (наприклад, в середовищі, де міститься багато сірки, використовують алюмінієві покриття).

Способи захисту від корозії

Методи боротьби з корозією включають:

  • обробку основного металу захисним шаром (наприклад, нанесення фарби);
    Антикорозійна фарба
  • використання інгібіторів (наприклад, хлору або арсенитов);
  • впровадження матеріалів, стійких до корозійних процесів.

Вибір конкретного матеріалу залежить від потенційної ефективності (у тому числі технологічної і фінансової) його використання.

Сучасні принципи захисту металу ґрунтуються на таких методиках:

  1. Поліпшення хімічного опору матеріалів. Успішно зарекомендували себе хімічно стійкі матеріали (високополімерні пластики, скло, кераміка).
  2. Ізолювання матеріалу від агресивного середовища.
  3. Зменшення агресивності технологічного середовища. В якості прикладів таких дій можна навести нейтралізацію та видалення кислотності в корозійних середовищах, а також використання всіляких інгібіторів.
  4. Електрохімічний захист (накладення зовнішнього струму).

Зазначені вище методики підрозділяються на дві групи:

  1. Підвищення хімічної стійкості і ізолювання застосовуються до того, як металоконструкція запускається в експлуатацію.
  2. Зменшення агресивності середовища та електрохімічний захист використовуються вже в процесі застосування вироби з металу. Застосування цих двох методик дає можливість впроваджувати нові способи захисту, в результаті яких захист забезпечується зміною експлуатаційних умов.

Один з найбільш часто застосовуваних способів захисту металу — гальванічне антикорозійне покриття — економічно нерентабельний при значних площах поверхонь. Причина у високих витратах на підготовчий процес.

Гальваніка металів

Провідне місце серед способів захисту займає покриття металів лакофарбовими матеріалами. Популярність такого методу боротьби з корозією обумовлена сукупністю декількох факторів:

  • високі захисні властивості (гідрофобність, відштовхування рідин, невисокі газопроникність і паропроникність);
  • технологічність;
  • широкі можливості для декоративних рішень;
  • ремонтопридатність;
  • економічна виправданість.

У той же час, використання широкодоступних матеріалів не позбавлена недоліків:

  • неповне зволоження металевої поверхні;
  • порушене зчеплення покриття з основним металом, що веде до накопиченню електроліту під антикорозійним покриттям і, таким чином, сприяє корозії;
  • пористість, що призводить до підвищеної вологопроникність.

І все ж, пофарбована поверхня захищає метал від корозійних процесів навіть при фрагментарному пошкодження плівки, тоді як недосконалі гальванічні покриття здатні навіть прискорювати корозію.

Органосиликатные покриття

Для якісного захисту від корозії рекомендується застосування металів з високим рівнем гідрофобності, непроникності у водяних, газових і парових середовищах. До числа таких матеріалів відносяться органосиликаты.

Нержавіюча сталь не піддається корозії

Хімічна корозія практично не поширюється на органосиликатные матеріали. Причини цього криються в підвищеної хімічної стійкості таких композицій, їх стійкості до світла, гідрофобних якості і невисокій водопоглинанні. Також органосиликаты стійкі до низьких температур, володіють хорошими адгезивними властивостями і зносостійкістю.

Проблеми руйнування металів з-за впливу корозії не зникають, незважаючи на розвиток технологій боротьби з ними. Причина в постійному зростанні обсягів виробництва металів і все більш складних умов експлуатації виробів з них. Остаточно вирішити проблему на даному етапі не можна, тому зусилля вчених зосереджені на пошуках можливостей щодо уповільнення корозійних процесів.

НАШ ЕКСПЕРТ РАДИТЬ ПОЧИТАТИ ЦЕ

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *