дата: 09.12.2016

Способи зниження інтенсивності і швидкості корозії металевих виробів

Корозією називають мимовільне руйнування металевих поверхонь під впливом взаємодії металу з навколишнім середовищем. Особливо сильно виявляючи себе при підвищених механічних і температурних напруг, корозійні процеси завдають великої шкоди сталевим конструкціям. Правильно оцінити швидкість корозії означає підвищити довговічність виробу.

Руйнування металевих конструкцій

Класифікація видів іржі

Корозія класифікується за такими ознаками:

  1. По рівномірності протікання. Зустрічається більш рівномірна, поверхнева корозія (при якій з однаковим ступенем зменшується товщина стінки виробу) і нерівномірна, місцева корозія, яка характеризується виникненням пошкоджених точок або виразок на сталевий поверхні.
  2. По спрямованості дії. Зустрічається виборча корозія, при якій вражаються тільки певні складові структури металу, і контактна, руйнівне певний метал (для біметалевих з’єднань).
  3. За масштабами своєї дії відомі такі види корозії, як межкристаллитная, руйнівно діє по границях зерен сталі (з поступовим поширенням вглиб), і об’ємна, що вражає всю поверхню одночасно.

Інтенсивність корозії значно збільшується, якщо крім несприятливих змін/коливань температури і вологості на контактну поверхню металу додатково впливають напруги розтягування, а також хімічно агресивне середовище.

Інтенсивність корозії багаторазово зростає через розтріскування між суміжними кристаллитами та їх блоками. Ще агресивніше на сталь впливають зовнішні растягивающе-стискаючі напруги.

Корозія металу у водному середовищі

Механізми виникнення і розвитку корозійних явищ

Оскільки більшість сталевих поверхонь працюють в середовищі певної вологості, а також у воді, водних розчинах солей, кислот і лугів, то переважаючим механізмом появи іржі є електролітичний. Виняток становить лише пічна корозія, яка виникає в металевих конструкціях нагрівальних пристроїв: там поверхневе руйнування відбувається за рахунок утворення високотемпературної іржі – окалини.

Електролітична

При електролітичної корозії в присутності кисню відбувається реакція гідратації заліза сталі, кінцевим продуктом якої є гідрат окису заліза Fe(OH)2. Таке явище називають корозією анодного типу. Але на цьому процес не закінчується. Гідрат окису заліза – речовина нестабільне і в присутності води або водяних парів) досить швидко розпадається на різні оксиди заліза:

  • при підвищених температурах утворюється переважно закис заліза FeO;
  • при кімнатних або трохи вище – оксид заліза Fe2O3;
  • при проміжних (в діапазоні температур +250…+450°C) – магнітна закис-окис заліза fe 3 o 4.

У будь-якому випадку поверхня стали іржавіє, тільки індикатори даного явища можуть бути або червонувато-коричневими, або сірувато-жовтими.

У присутності кислот

Дещо інший механізм утворення іржі відбувається в присутності кислот, кислих розчинів або рідких середовищ, які не містять кисню. Тут відбувається анодне розчинення сталі з утворенням гідридів – сполук заліза з воднем. Але останні є хімічно нестійкими речовинами, швидко окислюються в повітряному і вологому середовищі і також утворюють іржу, тільки більш рихлу. Особливо швидко розпадаються гідриди заліза тоді, коли в атмосфері або навколишньому середовищі присутні сполуки сірки.

У присутності навантажень

За третьою схемою відбувається корозія при накладанні зовнішніх навантажень на контактні поверхні. Тут, крім двох традиційних складових, обов’язково присутній третій компонент – змазка. Оскільки всі органічні сполуки завжди містять кисень і водень, то при підвищенні температури на контакті починають протікати механохімічні реакції окиснення мастила. Вони закінчуються тим, що замість зниження тертя відпрацьована і частково вже зруйнована мастило починає активно окислювати поверхні, утворюючи іржі.

Корозія труб

Методи оцінки корозійних процесів

Інтенсивність корозії щодо стали визначається в залежності від характеру корозійних явищ. Починають зазвичай з візуального виявлення наявності іржі на поверхні.

З допомогою звичайного мікроскопа або навіть лупи можна досить точно оцінити інтенсивність корозійних процесів і ступінь пошкодження поверхні металу.

Більш точно визначають ступінь пошкодження так звані показники корозії. З їх допомогою можна з’ясувати:

  • втрату маси виробу внаслідок корозії;
  • зменшення лінійного розміру деталі або конструкції;
  • інтенсивність пошкодження залежно від часу перебування деталі в корозійно-активному середовищі.

Корозія на старому автомобілі

Крім кількісної оцінки наявності іржі, можлива і якісна. Її індикаторами є виявлені зміни мікроструктури сталі. Так, виявляють межкристаллитную або виборчу корозію. Набагато рідше інтенсивність і швидкість корозії визначається по зміні хімічного складу навколишнього метал середовища або за кількістю виділеного водню.

Конкретні показники корозії, які впливають на швидкість корозії, включають в себе:

  1. Інтегральна корозійна характеристика. Вона розраховується як втрата маси сталевого виробу за рік, поділена на площу поверхні, на якій з’явилася іржа. При цьому зазнала корозії поверхнею сталі вважається така, на якій є навіть поодинокі пошкоджені точки.
  2. Лінійна корозія. Розраховується в залежності від щільності деталі та товщини корродировавшего за рік шару виробу.

Яку величину краще використовувати? Якщо є можливість точно зважити деталь до і після її експлуатації або оцінити зміни в хімічному складі розчину, в якому ця деталь функціонувала, то краще інтегральна оцінка корозійних процесів. Зокрема, оцінюють працездатність контактної мастила. Якщо деталь перевіряється лише кілька разів за рік або оцінку інтенсивності корозійних явищ необхідно виконати оперативно, то краще використовувати другий параметр.

Визначення швидкості процесів корозії

Показники корозії допомагають визначити та інтенсивність несприятливих змін. Для цього використовують поняття «швидкість корозії металу». Її можна оцінити двома різними характеристиками, що змінюються в часі.

Індикатори корозії можна встановити за такими кількісними характеристиками:

  • по площі корродируемой поверхні;
  • за сумарною втратою маси;
  • щодо змін до щільності;
  • за часом перебування деталі або конструкції в корозійному середовищі (добу);
  • по зменшенню товщини.

Корозія виробів з металу

При цьому кількісними критеріями для оцінки характеру корозії сталі протягом певного періоду часу можуть бути:

  • абсолютні корозійні втрати по площі;
  • зміна лінійних розмірів виробу;
  • лінійне корозійне опір;
  • швидкість корозії;
  • лінійна швидкість корозії (міліметрів на рік);
  • сумарна корозійна стійкість або довговічність.

На практиці застосування того чи іншого критерію залежить від способу захисту металевої поверхні. Її можна забарвити атмосферостійкими фарбами, а можна використовувати метал з захисними покриттями. Якщо корозія протікає рівномірно, тоді ефективність захисту може бути оцінена більш точно.

Антикорозійна фарба алкідна

Якщо ж інтенсивність утворення іржі в різних місцях виробу різна, то вибрати найбільш доцільний спосіб захисту можна тільки тоді, коли деталь навантажується зовнішніми розтягувальними напругами. Тоді з часом змінюється не тільки зовнішній вигляд поверхні, але і деякі її фізичні характеристики, зокрема, теплопровідність і електроопір.

Практика корозійних випробувань металів

Індикаторами корозії є кліматичні фактори – температура, склад і відносна вологість навколишнього середовища, характер розподілу зовнішніх навантажень. До уваги необхідно брати також зміна освітленості по часу доби, кількість опадів, можливе забруднення повітря. Наприклад, в зонах викидів димових відходів поблизу хімічних комбінатів і металургійних виробництв, що супроводжуються різким збільшенням процентного вмісту SO2, корозійні процеси різко активізуються.

В якості індикаторів корозійної активності можна використовувати кількісні залежності від корозії часу:

  1. Лінійні – найчастіше це характерно для металевих поверхонь, що не мають захисного покриття.
  2. Експоненціально спадні – зустрічаються при кислотної корозії звичайних металів і сплавів.
  3. Експоненційно зростають – коли на поверхні деталі є захисне покриття.

Іржаві гвинти

Інтенсивність утворення іржі при таких умовах знижують:

  • мала швидкість вітру;
  • знижена циклічність у часі зміни показників відносної вологості;
  • характер впливу корозійно-активного середовища на поверхню.

При слабкому вітрі або його відсутності немає умов для перемішування потоку, що омиває контактну поверхню сталі. При тривалих фазах зниженої і підвищеної вологості протягом року плівка поверхневої іржі встигає сформуватися, набрякнути і відокремитися від основного металу. Товщина поверхні знизиться, зате корозійні процеси змушені «запуститися» спочатку, а для цього потрібно не тільки час, але і відповідні умови – вітер або зміни в хімічному складі повітря, що буває далеко не завжди.

Волога, кислота чи луг можуть потрапляти на поверхню сталі у вигляді крапель або струменевим шляхом. Перший спосіб характерний для зон з підвищеною кількістю опадів, а другий – для несприятливого навколишнього середовища, в якій функціонує деталь або металева конструкція.

Захист металу від корозії

Способи зниження корозії: механізм і ефективність

Здатність пофарбованої поверхні протистояти корозійних процесів залежить від того, який механізм корозії переважає. Наприклад, при постійному в часі дії хімічно активного середовища істотно змінюється різниця потенціалів зовнішньої поверхні металевого виробу і його внутрішніх об’ємів. При цьому виникають корозійні струми, які посилюють процес корозії (явище, часто викликає руйнування сталевих труб в підземних трубопроводах). Тут фарбування не дає ніякого ефекту, оскільки хімічний склад поверхні, покритої шаром фарби, з часом не змінюється.

Покриття металами

Інша справа, коли поверхня покрита металом, що мають негативний електролітичний потенціал по відношенню до окислювально-відновним процесам. При переважання окисних реакцій сталь ефективніше захистити шляхом нанесення поверхневого покриття, що містить в собі алюміній і цинк, – метали, які за своєю кисневої активності стоять «лівіше» заліза.

Холодне цинкування

Такі процеси – цинкування і алюмінування – широко застосовуються в практиці антикорозійного захисту сталевих вузлів і окремих деталей, що знаходяться в окислювальному середовищі. Фарбування в даних ситуаціях носить допоміжний характер, для підвищення декоративних характеристик поверхні.

В відновної середовищі процес утворення гідридів заліза може бути ефективно блокований створенням поверхневих покриттів з металів, що знаходяться «правіше» водню: це мідь і всі благородні метали. Міднення, хоч і використовується на практиці, зазвичай виконується для відносно невеликих за площею поверхонь, оскільки є досить витратним процесом в плані фінансів. Саме для таких ситуацій можна й потрібно застосовувати фарбування.

Фарбування

Захисна роль фарб полягає в тому, що в їх складі присутні завжди інгібітори корозії – компоненти, які уповільнюють у часі швидкість протікання процесів утворення окалини. Хімічні формули речовин-інгібіторів розроблені таким чином, що в результаті припиняється поява іржі. Еластичність сучасних фарбувальних складів дозволяє покриттям успішно протистояти також і поверхневим напруг, які провокують початок корозійних процесів.

Антикорозійна фарба

Антикорозійні властивості фарб збільшуються, якщо в їх складі знаходяться кремнійорганічні полімери, які підвищують здатність пофарбованої поверхні протистояти перепадів вологості і температури незалежно від пори року. Однак такі фарби володіють двома істотними недоліками:

  • отруйні;
  • малоефективні в умовах електролітичного механізму корозії.

Таким чином, правильно підібрані фарбувальні склади можуть досить ефективно блокувати корозійні процеси. Для цього вони повинні містити в собі інгібітори корозії, мати достатню еластичність і механічну міцність, незначно змінюється з часом.

НАШ ЕКСПЕРТ РАДИТЬ ПОЧИТАТИ ЦЕ

Добавить комментарий

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