Коррозия металлов. Виды и способы защиты

Металлопрокат / Статьи / Коррозия металлов. Виды и способы защиты

Любой материал для сохранения своих технических характеристик требует особых условий эксплуатации и хранения. Металлы без должного ухода и обработки под воздействием окружающей среды медленно разрушаются. Это явление называется коррозией. Внешне процесс сопровождается образованием ржавчины на поверхности металлической детали.

Что такое коррозия?

В переводе с латыни термин «коррозия» означает «разъедать». По сути это разрушение материала под воздействием внешних условий, вызванных химическими реакциями.

К саморазрушению склонны практически все типы металлов. От состава материала зависит скорость протекания процесса. При этом несмотря на наличие коррозионных очагов изделие может эксплуатироваться продолжительное время. К коррозии не относится преднамеренное разрушение металла химическими соединениями.

Причины появления

В зависимости от типа окружающей среды выделяют химические и электрохимические виды коррозии. В первом случае наблюдается воздействие на металл жидких и сухих материалов, не проводящих электрический ток. Во втором- влияние электролитов — токопроводящих жидкостей. Ну или при контакте двух металлов, например, железа с медью. Причины возникновения данного явления во многом определяют и способы защиты от конкретного типа коррозии.

Химическая коррозия

Данный процесс протекает в средах, которые не проводят электричество (органические жидкости и сухие газы). На интенсивность существенно влияет температура — при повышении процесс идет быстрее. Это явление затрагивает как черные, так цветные металлы.

В результате воздействия среды на поверхности изделия образуется оксидная пленка. Она препятствует более глубокому окислительному процессу, тем самым защищая металл. Однако образуемая пленка помогает сохранять материал далеко не во всех случаях. Обязательное условие — кристаллохимическая структура пленки должна соответствовать строению металла.

Оксидные пленки могут быть невидимы невооруженным глазом, иметь цвета побежалости или легко различаться без дополнительных приборов.

Чтобы пленка имела защитные свойства она должна:
• покрывать всю поверхность детали;
• не иметь пор;
• хорошо сцепляться с металлом;
• быть инертной к окружающей среде;
• отличаться повышенной износостойкостью и твердостью.

Химическая коррозия несколько по-другому воздействует на сплавы — некоторые элементы восстанавливаются вместо окисления. В этом случае сплав теряет определенные технические характеристики.

Электрохимическая коррозия

Возникает при контакте с токопроводящей средой. Чаще всего процесс происходит за счет воды, которая находится в атмосфере. При этом изделие не обязательно должно погружаться в электролит — хватит тонкой пленки, покрывающей поверхность.

Часто коррозия появляется под воздействием бытовых или технических солей, которые в последнее времяиспользуются для удаления льда и снега на дорожном покрытии. Также на процесс сильно влияют блуждающие токи, возникающие при утечке тока в растворы или почву, а в дальнейшем и в металлические конструкции. Места на поверхности изделия, через которые блуждающие токи выходит из металла, постепенно разрушаются. В основном токи образуются от движения электротранспорта — трамваев и локомотивов на электрической тяге.

Другие причины

Различные внешние факторы также могут спровоцировать появление коррозии и ускорить износ металлических конструкций:

• трение деталей;
• неоднородность поверхности;
• резкие перепады температур;
• изделие касается материалов, которые легко впитывают влагу
• контакт разнородных металлов;
• поблизости от детали хранятся кислоты, щелочи или соли;
• высокая влажность в помещении;
• к металлической поверхности прикасались без перчаток потными руками;
• механическая обработка проводилась с применением несоответствующей охлаждающей жидкости;
• контакт изделия с агрессивной окружающей средой.

Помимо описанных причин коррозия может быть вызвана радиацией, различными бактериями (биокоррозия), а так же продуктами жизнедеятельности микроорганизмов. Так разрушение металлов обшивки кораблей под воздействием морских микроорганизмов наносит существенный ущерб судоходству.

Как защититься

Полностью избежать коррозии невозможно, однако современные технологии позволяют существенно замедлить процесс. Для снижения ущерба рекомендуется:

• уменьшить агрессивную составляющую среды вокруг объекта;
• увеличить стойкость материала к коррозии;
• исключить контакт изделия с агрессивными внешними веществами.

За долгое время наблюдение за процессом исследованы и апробированы различные способы защиты металлов и сплавов от коррозии. Самый старый метод заключается в покрытие поверхности изделия оловом — лужение.

Металлическое покрытие

Один из эффективных методов защиты — нанесения дополнительного металлического покрытия на деталь. Такая эмаль бывает двух типов:

• протекторная; используется цинк, алюминий, кадмий;
• коррозионностойкая — покрытие из серебра, свинца, меди, никеля, хрома.

Первая группа отличается повышенной электроотрицательностью к железу, в то время как вторая электроположительностью. Как правило, металлы наносятся химическим способом.

Широко распространено покрытие железа оловом (консервные банки) и цинком (кровля). Готовые материалы получают протягиванием железа в расплаве специального металла.

Цинк часто используется для обработки арматур и водопроводных труб. При этом покрытие неидеально — на поверхности могут оставаться трещины. Избежать их появления можно, если предварительно никелировать поверхность. Важно учитывать, что цинковые покрытия нельзя красить, так как не обеспечивается надежное сцепление с лакокрасочными материалами.

С защитой от коррозии хорошо справляется алюминий. Меньший удельный вес позволяет снизить расход материала по сравнению с другими покрытиями. При этом на слой алюминия хорошо наносится краска. Слабое распространение данного способа защиты объясняется технической сложностью процесса.

Неметаллическое покрытие

Данные покрытия можно разделить на несколько групп:

• краски (алкидные и масляные), различные эмали;
• лаки различного происхождения — синтетические, дегтевые, синтетические;
• полимерные материалы.

Лаки и краски широко распространены благодаря тому, что их можно нанести непосредственно на монтажной площадке. Способы покрытия примитивны и легко поддаются автоматизации. Поврежденный слой восстанавливается без особых усилий дополнительным напылением материала. При этом эффективность защиты определяется соблюдением определенных условий:

• соответствие материалов климатическим условиям эксплуатации изделия;
• высокое качество лакокрасочных материалов;
• правильная технология нанесения.

Поверхность детали желательно предварительно обработать, чтобы обеспечить лучшее сцепление с материалом. Для надежности рекомендуется наносить несколько слоев лакокрасочного покрытия.

Другой метод защиты от коррозии — полимерные материалы. К ним относят эпоксидные смолы, полистирол, полиэтилен, а так же поливинилхлорид. Способ широко используется при строительстве различных объектов.

Легирующие добавки

При добавлении в сталь некоторых элементов (хром, титан, медь и др.) получается сплав с высокими антикоррозионными свойствами. В большей степени защита легированной стали обеспечивается хромом, благодаря которому на поверхности изделия образуется надежная оксидная пленка.

Ввод в углеродистые и низколегированные сплавы небольшой доли меди повышает стойкость в 1.5-2 раза.

Защита от блуждающих токов

Подземные коммуникации и углубленные металлоконструкции необходимо защищать от блуждающих токов с соблюдением определенных правил:

• монтировать изолирующие фланцы на источниках блуждающих токов;
• использовать электроизоляционные трубные опоры, которые повышают сопротивление между грунтом и трубопроводом;
• трассы теплосетей необходимо размещать на большом удалении от рельсовых дорог;
• устанавливать поперечные перемычки между параллельно расположенными трубопроводами.

Для защиты металлических конструкций, оборудованных изоляцией, требуется специальный протектор из активного металла, который будет выполнять функцию анода. Подобная накладка примет на себя основную часть коррозионного разрушения, в то время как основная конструкция останется целой.