Содержание

Определение

Классификация видов коррозии

Коррозия неметаллических материалов

Коррозия металлов

Химическая коррозия

Электрохимическая коррозия

- Водородная и кислородная коррозия

Борьба с коррозией

- Система холодного цинкования

- Газотермическое напыление

- Термодиффузионное цинковое покрытие

Цинкование

Защита металлов от коррозии

Коррозионная стойкость

Электрохимическая защита от коррозии

- Катодная защита

Межкристаллитная коррозия

- Механизм межкристаллитной коррозии

- Борьба с межкристаллитной коррозией

 Корро́зия (от лат. corrosio — разъедание) — это самопроизвольное разрушение металлов в результате химического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой. В общем случае это разрушение любого материала, будь то металл или керамика, дерево или полимер. Причиной коррозии служит термодинамическая неустойчивость конструкционных материалов к воздействию веществ, находящихся в контактирующей с ними среде. Пример — кислородная коррозия железа в воде: 4Fe + 2Н2О + ЗО2 = 2(Fe2O3•Н2О). Гидратированный оксид железа Fe2O3•Н2О и является тем, что называют ржавчиной.

В повседневной жизни для сплавов железа (сталей) чаще используют термин «ржавление». Менее известны случаи коррозии полимеров. Применительно к ним существует понятие «старение», аналогичное термину «коррозия» для металлов. Например, старение резины из-за взаимодействия с кислородом воздуха или разрушение некоторых пластиков под воздействием атмосферных осадков, а также биологическая коррозия. Скорость коррозии, как и всякой химической реакции, очень сильно зависит от температуры. Повышение температуры на 100 градусов может увеличить скорость коррозии на несколько порядков.

 Классификация видов коррозии

Коррозионные процессы отличаются широким распространением и разнообразием условий и сред, в которых они протекают. Поэтому пока нет единой и всеобъемлющей классификации встречающихся случаев коррозии.

По типу агрессивных сред, в которых протекает процесс разрушения, коррозия может быть следующих видов:

- Газовая коррозия;

- Атмосферная коррозия;

- Коррозия в неэлектролитах;

- Коррозия в электролитах;

- Подземная коррозия;

- Биокоррозия;

- Коррозия блуждающим током.

По условиям протекания коррозионного процесса различаются следующие виды:

- Контактная коррозия;

- Щелевая коррозия;

- Коррозия при неполном погружении;

- Коррозия при полном погружении;

- Коррозия при переменном погружении;

- Коррозия при трении;

- Межкристаллитная коррозия

- Коррозия под напряжением.

По характеру разрушения:

- Сплошная коррозия, охватывающая всю поверхность;

- равномерная;

- неравномерная;

- избирательная.

Локальная (местная) коррозия, охватывающая отдельные участки:

- пятнами;

- язвенная;

- точечная (или питтинг);

- сквозная;

-межкристаллитная.

Главная классификация производится по механизму протекания процесса. Различают два вида:

- химическую коррозию;

- электрохимическую коррозию.

 Коррозия неметаллических материалов

По мере ужесточения условий эксплуатации (повышение температуры, механических напряжений, агрессивности среды и др.) и неметаллические материалы подвержены действию среды. В связи с чем термин «коррозия» стал применяться и по отношению к этим материалам, например «коррозия бетонов и железобетонов», «коррозия пластмасс и резин». При этом имеется в виду их разрушение и потеря эксплуатационных свойств в результате химического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой. Но следует учитывать, что механизмы и кинетика процессов для неметаллов и металлов будут разными.

 Коррозия металлов

Образование гальванических пар с пользой применяют для создания батарей и аккумуляторов. С другой стороны, образование такой пары приводит к неблагоприятному процессу, жертвой которого становится целый ряд металлов — коррозии. Под коррозией понимают происходящее на поверхности электрохимическое или химическое разрушение металлического материала. Наиболее часто при коррозии металл окисляется с образованием ионов металла, которые при дальнейших превращениях дают различные продукты коррозии. Коррозия может быть вызвана как химическим, так и электрохимическим процессом. Соответственно, различают химическую и электрохимическую коррозию металлов.

 Химическая коррозия

Химическая коррозия — взаимодействие поверхности металла с (коррозионно-активной) средой, не сопровождающееся возникновением электрохимических процессов на границе фаз. В этом случае взаимодействия окисление металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекают в одном акте. Например, образование окалины при взаимодействии материалов на основе железа при высокой температуре с кислородом:

4Fe + 3O2 → 2Fe2O3

При электрохимической коррозии ионизация атомов металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекают не в одном акте и их скорости зависят от электродного потенциала металла (например, ржавление стали в морской воде).

 Электрохимическая коррозия

Разрушение металла под воздействием возникающих в коррозионной среде гальванических элементов называют электрохимической коррозией. При электрохимической коррозии (наиболее частая форма коррозии) всегда требуется наличие электролита (Конденсат, дождевая вода и т. д.) как, например, при ржавлении железа во влажной атмосфере:

4Fe + 3O2 + 6H2O → 4FeO(OH)•H2O

Электроды образуют либо различные элементы структуры материала, либо два различных соприкасающихся материала. Если в воде растворены ионы солей, электропроводность ее повышается, и скорость процесса увеличивается. Особо сильно действуют хлорид-ионы (содержащиеся, например в морской воде или в воде, образовавшейся при таянии снега зимой, когда дороги посыпают солью), так как они катализируют процесс коррозии. С получающимися в процессе коррозии Fe3+ — ионами ионы хлора образуют растворимые комплексы, что способствует ускорению окисления металла.

При соприкосновении двух металлов с различными окислительно-восстановительными потенциалами и погружении их в раствор электролита, например, дождевой воды с растворенным углекислым газом CO2, образуется гальванический элемент, так называемый, коррозионный элемент. Он представляет собой ни что иное, как замкнутую гальваническую ячейку. В ней происходит медленное растворение металлического материала с отрицательным окислительно-восстановительным потенциалом. Этот вид коррозии особо присущ металлам с высокими отрицательными потенциалами. Так, совсем небольшого количества примеси на поверхности металла с большим редокспотенциалом уже достаточно для возникновения коррозионного элемента. Особо подвержены риску места соприкосновения металлов с различными потенциалами, например сварочные швы или заклепки

 Водородная и кислородная коррозия

Если происходит восстановление ионов H30+ или молекул воды H2O, говорят о водородной коррозии или коррозии с водородной деполяризацией. Восстановление ионов происходит по следующей схеме:

2H3O+ + 2e- → 2H2O + H2

или

2H2O + 2e- → 2OH- + H2

Если водород не выделяется, что часто происходит в нейтральной или сильно щелочной среде, происходит восстановление кислорода и здесь говорят о кислородной коррозии или коррозии с кислородной деполяризацией:

O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-

Коррозионный элемент может образовываться не только при соприкосновении двух различных металлов. Коррозионный элемент образуется и в случае одного металла, если, например, структура поверхности неоднородна.

 Борьба с коррозией

Коррозия приводит ежегодно к миллиардным убыткам, и разрешение этой проблемы является важной задачей. Основной ущерб, причиняемый коррозией, заключается не в потере металла как такового, а в огромной стоимости предметов торговли, разрушаемых коррозией. Вот почему ежегодные потери от неё в промышленно развитых странах столь велики. Истинные убытки от неё нельзя определить, оценив только прямые потери, к которым относятся цена разрушившейся конструкции, цена замены обрудования, издержки на мероприятия по защите от коррозии. Ещё больший ущерб составляют косвенные потери. Это простои оборудования при замене прокорродировавших деталей и узлов, утечка продуктов, нарушение технологических процессов.

Идеальная защита от коррозии на 80 % обеспечивается правильной подготовкой поверхности, и только на 20 % качеством используемых лакокрасочных материалов и способом их нанесения. Наиболее производительным и эффективным методом подготовки поверхности перед дальнейшей защитой субстрата является абразивоструйная очистка.

Обычно выделяют три направления методов защиты от коррозии:

Конструкционный

Активный

Пассивный

Для предотвращения коррозии в качестве конструкционных материалов применяют нержавеющие стали, кортеновские стали, цветные металлы.

В качестве защиты от коррозии может применяться нанесение какого-либо покрытия, которое препятствует образованию коррозионного элемента (пассивный метод).

Красочное покрытие, полимерное покрытие и эмалирование должны, прежде всего, предотвратить доступ кислорода и влаги. Часто также применяется покрытие, например, стали другими металлами, такими как цинк, олово, хром, никель. Цинковое покрытие защищает сталь даже когда покрытие частично разрушено. Цинк имеет более отрицательный потенциал и корродирует первым. Ионы Zn2+ токсичны. При изготовлении консервных банок применяют жесть, покрытую слоем олова. В отличие от оцинкованной жести, при разрушении слоя олова корродировать начинает железо, так как олово имеет более положительный потенциал. Другая возможность защитить металл от коррозии — применение защитного электрода с большим отрицательным потенциалом, например, из цинка или магния. Для этого специально создается коррозионный элемент. Защищаемый металл выступает в роли катода, и этот вид защиты называют катодной защитой. Растворяемый электрод, называют, соответственно, анодом протекторной защиты Этот метод применяют для защиты от коррозии морских судов, мостов, котельных установок, расположенных под землей труб. Для защиты корпуса судна на наружную сторону корпуса крепят цинковые пластинки.

Если сравнить потенциалы цинка и магния с железом, они имеют более отрицательные потенциалы. Но тем не менее корродируют они медленнее вследствие образования на поверхности защитной оксидной пленки, которая защищает металл от дальнейшей коррозии. Образование такой пленки называют пассивацией металла. У алюминия ее усиливают анодным окислением (анодирование). При добавлении небольшого количества хрома в сталь на поверхности металла образуется оксидная пленка. Содержание хрома в нержавеющей стали — более 12 процентов.

Система холодного цинкования

Система холодного цинкования предназначена для усиления антикоррозионных свойств комплексного многослойного покрытия. Система обеспечивает полную катодную (или гальваническую) защиту железных поверхностей от коррозии в различных агрессивных средах

Система холодной оцинковки бывает одно-, двух- или трехупаковочной и включает:

- связующее — известны составы на хлоркаучуковой, этилсиликатной, полистирольной, эпоксидной, уретановой, алкидной (модифицированной) основе;

- антикоррозионный наполнитель — цинковый порошок ("цинковая пыль"), с содержанием более 95 % металлического цинка, имеющего размер частиц менее 10 мкм и минимальную степень окисления.;

- отвердитель (в двух- и трех- упаковочных системах)

Одноупаковочные системы холодного цинкования поставляютмся готовыми к применению и требуют лишь тщетельного перемешивания состава перед нанесением. Двух- и трехупаковочные системы могут поставляться в нескольких упаковках и требуют дополнительных операций по приготовлению состава перед нанесением (смешивание связующего, наполнителя, отвердителя).

После приготовления (двух- и трехупаковочные системы), нанесения состава на защищаемую поверхность металла кистью, валиком, методом пневматического или безвоздушного распыления и высыхания на поверхности металла образуется цинкнаполненное противокоррозионное покрытие - полимерно-цинковая пленка, сохраняющая все свойства полимерного покрытия, которое использовалось в качестве связующего, и одновременно обладающая всеми защитными достоинствами обычного цинкового покрытия.

Преимущества системы холодной оцинковки по сравнению со способом горячей гальванизации:

Простота и меньшая трудоемкость технологии нанесения защитного цинкового покрытия. Для нанесения покрытия не требуется специальное оборудование.

Возможность антикоррозионной защиты металлоконструкций любых размеров, как в заводских так и в полевых условиях.

Возможность исправления непосредственно на месте абразивных повреждений покрытия и дефектов, возникающих при сварке металлоконструкций.

Экологически чистый процесс нанесения покрытия: нет необходимости производить работы в горячем цеху.

Создание на поверхности железа гибкого слоя цинка (не образующего микротрещин при изгибании металлоизделия).

Система холодного цинкования применяется во всех видах промышленности и в быту, где требуется надежная и долговечная защита железных поверхностей от коррозии.

Помимо использования в качестве грунтовочного слоя в комплексном многослойном покрытии система холодной оцинковки может применяться как самостоятельное антикоррозийное покрытие металлических поверхностей.

Газотермическое напыление

Для борьбы с коррозией используют также методы газотермического напыления.

С помощью газотермического напыления на поверхности металла создается слой из другого металла/сплава, обладающий более высокой стойкостью к коррозии (изолирующий) или наоборот менее стойкий (протекторный). Такой слой позволяет остановить коррозию защищаемого металла.

 Термодиффузионное цинковое покрытие

(ГОСТ 9.316-2006). Для эксплуатации металлоизделий в агрессивных средах, необходима более стойкая антикоррозионная защита поверхности металлоизделий. Термодиффузионное цинковое покрытие является анодным по отношению к черным металлам и электрохимически защищает сталь от коррозии. Оно обладает прочным сцеплением (адгезией) с основным металлом за счет взаимной диффузии железа и цинка в поверхностных интерметаллитных фазах, поэтому не происходит отслаивания и скалывания покрытий при ударах, механических нагрузках и деформациях обработанных предметов торговли.

 Цинкование

Цинкование — это то нанесение цинка или его сплава на металлическое изделие для придания его поверхности определённых физико-химических свойств, в первую очередь высокого сопротивления коррозии. Цинкование — наиболее распространённый и экономичный процесс металлизации, применяемый для защиты железа и его сплавов от атмосферной коррозии(коррозия). На эти цели расходуется примерно 40 % мировой добычи цинка. Толщина покрытия должна быть тем больше, чем агрессивнее окружающая среда и чем длительнее предполагаемый срок эксплуатации. Цинкованию подвергаются стальные листы, лента, проволока, крепёжные детали, детали машин и приборов, газопроводы и др. металлоконструкции. Декоративного назначения цинковое покрытие обычно не имеет; некоторое улучшение товарный вид приобретает после пассивирования оцинкованных предметов торговли в хроматных растворах, придающих покрытиям радужную окраску. Наиболее широко используется оцинкованная полоса, изготовляемая на автоматизированных линиях горячего цинкования, то есть методом погружения в расплавленный цинк. Метод распыления («холодное цинкование») позволяет покрывать предмета торговли любого размера (например, мачты электропередач, резервуары, мостовые металлоконструкции, дорожные ограждения). Электролитическое цинкование ведётся в основном из кислых и щёлочно-цианистых электролитов; специальные добавки позволяют получать блестящие покрытия. Диффузионное цинкование, осуществляемое из паровой или газовой фазы при высоких температурах (375—850 °C), применяется для покрытия труб и др. конструкций. Толщина диффузионного слоя зависит от температуры и времени цинкования и может составлять 0,1—1,5 мм.

 Защита металлов от коррозии

Защита металлов от коррозии обеспечивает долговременное функционирование различных деталей, конструкций и сооружений. Около 10% выпускаемой стали и стальных предметов торговли теряют свои технические характеристики из-за коррозии в год, что оценивается десятками миллиардов долларов. Один из наиболее распространенных способов защиты металлов от коррозии – покрытие цинком. Выбор цинка не случаен и объясняется высоким отрицательным значением окислительно-восстановительного потенциала пары Zn2+/Zn. Этот металл защищает основной металл (железо) анодно, т.е. в гальванической паре «Fe-Zn» растворяется цинк. Электрохимической альтернативой цинку является кадмий, но его применение во многих странах запрещено из-за высокой токсичности. В РФ кадмирование имеет ограниченное использование и возможно, как правило, только по специальному разрешению. Толщина защитного цинкового покрытия выбирается в зависимости от назначения предмета торговли и условия его эксплуатации. Анализ условий применения различных металлоизделий показывает, что защитное (антикоррозионное) покрытие для этих условиях должно обладать не только повышенной коррозионной стойкостью, но быть также устойчивым к абразивному износу и иметь высокую степень сцепления с поверхностью защищаемого предмета торговли.

Коррозионная стойкость

Коррозионная стойкость — способность материалов сопротивляться коррозии, определяющаяся скоростью коррозии в данных условиях. Для оценки скорости коррозии используются как качественные, так и количественные характеристики. Изменение внешнего вида поверхности металла, изменение его микроструктуры являются примерами качественной оценки скорости коррозии. Для количественной оценки можно использовать:

- время, истекшее до появления первого коррозионного очага;

- число коррозионных очагов, образовавшихся за определённый промежуток времени;

- уменьшение толщины материала в единицу времени;

- изменение массы металла на единице поверхности в единицу времени;

- объём газа, выделившегося (или поглощённого) в ходе коррозии единицы поверхности за единицу времени;

- Плотность тока, соответствующая скорости данного коррозионного процесса;

- изменение какого-либо свойства за определённое время коррозии (например, электросопротивления, отражательной способности материала, механических свойств).

Разные материалы имеют различную коррозионную стойкость, для повышения которой используются специальные методы. Так, повышение коррозионной стойкости возможно при помощи легирования (например, нержавеющие стали), нанесением защитных покрытий (хромирование, никелирование, алитирование, цинкование, окраска предметов торговли), пассивацией и др. Устойчивость материалов к воздействию коррозии, характерной для морских условий, исследуется в камерах солевого тумана.

 Электрохимическая защита от коррозии

Катодная защита

Катодная защита — это электрохимическая защита, основанная на наложении катодного тока либо катодного электрода.

Катодная защита. Сдвиг потенциала металла осуществлен с помощью внешнего источника постоянного тока (станции катодной защиты) или соединением с другим металлом, более электроотрицательным по своему электродному потенциалу (протекторный анод). При этом поверхность защищаемого образца (детали конструкции) становится эквипотенциальной и на всех её участках протекают только катодные процессы, а анодные, обусловливающие коррозию, перенесены на вспомогательные электроды. Если, однако, сдвиг потенциала в отрицательную сторону превысит определённое значение, возможна так называемая перезащита, связанная с выделением водорода, изменением состава приэлектродного слоя и другиии явлениями, что может привести к ускорению коррозии. Катодную защиту, как правило, совмещают с нанесением защитных покрытий; необходимо учитывать возможность отслаивания покрытия.

Катодная защита была впервые описана сэром Гемфри Дэви в серии докладов представленных Лондонскому королевскому союзу по развитию знаний о природе в 1824. После продолжительных тестов впервые катодную защиту применили в 1824 на судне HMS Samarang. Анодные протекторы из железа были установлены на медную обшивку корпуса судна ниже ватерлинии, значительно снизив скорость корродирования купрума. Медь, корродируя, высвобождает ионы купрума, которые обладают антиобрастающим эффектом. В связи с чрезмерным обрастанием корпуса и снижения эффективности корабля, Королевский военно-морской флот Англии принял решение отказаться от протекторной защиты, чтобы получить преимущества от антифоулингового эффекта вследствие корродирования купрума.

Применение:

Для защиты судов от морской коррозии

Для стационарных нефтегазопромысловых сооружений, газопроводов и хранилищ

Для подземных сооружений, нефтепроводов, кабелей, и скважин

Для защиты стальной арматуры в железобетоне для свай, фундаментов, дорожных сооружений (в том числе горизонтальных покрытий) и зданий.

 Межкристаллитная коррозия

Межкристаллитная коррозия, — вид коррозии, при котором разрушение металла происходит преимущественно вдоль границ зерен (кристаллов).

Механизм межкристаллитной коррозии

При малой коррозионной потере массы разрушение материала может проникать на большую глубину и сопровождаться снижением прочности и пластичности материала, что быстро приводит к выходу из строя всей конструкции. Межкристаллитная коррозия относится к электрохимическим процессам, и обусловлена тем, что твердый раствор при определенных условиях может расслаиваться с образованием по границам зерен фаз, обогащенных одним из компонентов материала, а участки, непосредственно прилегающие к границам зерен, оказываются обедненными этим компонентом. Под действием той или иной агрессивной среды происходит избирательное анодное растворение либо обогащенных, либо соседних с ними обедненных зон.

Межкристаллитной коррозии подвержены многие сплавы на основе железа (в том числе ферритные, аустенитные, аустенитно-ферритные и другие стали), а так же никелевые, алюминиевые и другие сплавы, имеющие, как правило, неоднородную структуру. Нержавеющей сталь часто делает высокое (более 12%) содержание хрома, который в обычных условиях формирует на поверхности стали пассивирующий слой, защищающий ее от коррозии. Именно высокое содержание хрома служит для нержавеющих сталей основной причиной межкристаллитной коррозии, поскольку при некоторых условиях хром выделяется вдоль границ зерен фаз, и создаются карбиды хрома. Соседние зоны, обедненные хромом, переходят в пассивное состояние при более положительных значениях электрохимического потенциала, чем фазы с избытком хрома. В результате в слабоокислительных средах обедненные хромом зоны становятся электрохимически активными и корродируют с более высокими скоростями, чем фазы, обогащенные хромом. Наибольшая склонность к межкристаллитной коррозии наблюдается в тех случаях, когда избыточные фазы на границах зерен соприкасаются, образуя непрерывные цепочки.

В сильноокислительных средах развитие межкристаллитной коррозии обусловлено избирательным растворением насыщенных фаз. Оно ускоряется, если в этих фазах имеются легирующие элементы, легко подвергающиеся перепассивации, например, молибден, вольфрам, ванадий или элементы с низкой коррозионной стойкостью, например, марганец, медь.

Одной из причин межкристаллитной коррозии может быть сегрегация по границам зерен примесей; этим часто объясняется, например, коррозия закаленных аустенитных коррозионностойких сталей, содержащих примеси фосфора, кремния и пр., в сильноокислительных средах.

Разделение фаз часто происходит при нагреве металлов на долгое время более 700 °C, что случается при нарушении режимов сварки, термообработке, обработке давленим.

 Борьба с межкристаллитной коррозией

Стойкость материала к этому виду коррозии можно повысить правильным выбором режимов термообработки, снижением содержания примесей, легированием элементами, предотвращающими образование нежелательных избыточных фаз по границам зерен, например титаном, ниобием, танталом, которые формируют с хромом более стабильные соединения, чем карбид хрома.

Хорошей превентивной мерой является снижение содержания углерода в основном, а при сварке и в сварочном материале до уровня менее 0,02 %.

Возможен способ нагрева предмета торговли до 1000 °C и закалки в воде, что ведет к растворению карбидов в зернах и препятствует их повторному выделению.

При сваривании достаточно тонких слоев материала материал не успевает прогреться до температур, ведущих к межкристаллитной коррозии.

Источники

ru.wikipedia.org - Свободная энциклопедия Википедия

Опубликовано на forexAW.com: Вторник, 12 Январь, 2010 года — 18:30.

Последнее редактирование: Суббота, 30 Апрель, 2011 года — 19:03.