Проблема защиты металлов от коррозии возникла почти в самом начале их использования. Люди пытались защитить металлы от атмосферного воздействия с помощью жира, масел, а позднее и покрытием другими металлами и прежде всего легкоплавким оловом (лужением). В трудах древнегреческого историка Геродота (V в. до н.э.) уже имеется упоминание о применении олова для защиты железа от коррозии. Задачей химиков было и остается выяснение сущности явлений коррозии, разработка мер, препятствующих или замедляющих ее протекание. Коррозия металлов осуществляется в соответствии с законами природы и потому ее нельзя полностью устранить, а можно лишь замедлить. Имеется способ уменьшения коррозии металлов, который строго нельзя отнести к защите, - это легирование металлов, т.е. получение сплавов. Например, в настоящее время создано большое число нержавеющих сталей путем присадок к железу никеля, хрома, кобальта и др. Такие стали, действительно, не покрываются ржавчиной, но их поверхностная коррозия хотя и с малой скоростью, но имеет место. Оказалось, что при добавлении легирующих добавок коррозионная стойкость меняется скачкообразно. Установлено правило, согласно которому резкое повышение устойчивости к коррозии железа наблюдается при введении легирующей добавки в количестве 1/8 атомной доли, т.е. один атом легирующей добавки приходится на восемь атомов железа. Считается, что при таком соотношении атомов происходит их упорядоченное расположение в кристаллической решетке твердого раствора, что и затрудняет коррозию. Одним из наиболее распространенных способов защиты металлов от коррозии является нанесение на их поверхность защитных пленок: лака, краски, эмали, других металлов. Лакокрасочные покрытия наиболее доступны для широкого круга людей. Лаки и краски обладают низкой газо- и паропроницаемостью, водоотталкивающими свойствами и поэтому препятствуют доступу к поверхности металла воды, кислорода и содержащихся в атмосфере агрессивных компонентов. Покрытие поверхности металла лакокрасочным слоем не исключает коррозию, а служит для нее лишь преградой, а значит, лишь тормозит коррозию. Поэтому важное значение имеет качество покрытия - толщина слоя, сплошность (пористость), равномерность, проницаемость, способность набухать в воде, прочность сцепления (адгезия). Качество покрытия зависит от тщательности подготовки поверхности и способа нанесения защитного слоя. Окалина и ржавчина должны быть удалены с поверхности покрываемого металла. В противном случае они будут препятствовать хорошей адгезии покрытия с поверхностью металла. Низкое качество покрытия нередко связано с повышенной пористостью. Часто она возникает в процессе формирования защитного слоя в результате испарения растворителя и удаления продуктов отверждения и деструкции (при старении пленки). Поэтому обычно рекомендуют наносить не один толстый слой, а несколько тонких слоев покрытия. Во многих случаях увеличение толщины покрытия приводит к ослаблению адгезии защитного слоя с металлом. Большой вред наносят воздушные полости, пузыри. Они образуются при низком качестве выполнения операции нанесения покрытия.Для снижения смачиваемости водой лакокрасочные покрытия иногда, в свою очередь, защищают восковыми составами или кремнийорганическими соединениями. Лаки и краски наиболее эффективны для защиты от атмосферной коррозии. В большинстве случаев они непригодны для защиты подземных сооружений и конструкций, так как трудно предупредить механические повреждения защитных слоев при контакте с грунтом. Опыт показывает, что срок службы лакокрасочных покрытий в этих условиях невелик. Намного практичнее оказалось применять толстослойные покрытия из каменноугольной смолы (битума).
В некоторых случаях пигменты красок выполняют также роль ингибиторов коррозии. К числу таких пигментов относятся хроматы стронция, свинца и цинка (SrCrO 4 , PbCrO 4 , ZnCrO 4).
Часто под лакокрасочный слой наносят слой грунтовки. Пигменты, входящие в ее состав, также должны обладать ингибиторными-свойствами. Проходя через слой грунтовки, вода растворяет некоторое количество пигмента и становится менее коррозионно-активной. Среди пигментов, рекомендуемых для грунтов, наиболее эффективным признан свинцовый сурик Рb3O4.
Вместо грунтовки иногда проводят фосфатирование поверхности металла. Для этого на чистую поверхность кистью или напылителем наносят растворы ортофосфатов железа (III), марганца (II) или цинка (II), содержащих и саму ортофосфорную кислоту H3PO4. В нашей стране для этой цели применяют 3%-ный раствор смеси кислых солей Fe(H 2 PO 4) 3 и Мn(H 2 PO 4) 2 с добавками KNO 3 или Cu(NO 3) 2 в качестве ускорителей. В заводских условиях фосфатирование ведут при 97…99 0 C в течение 30…90 мин. В образование фосфатного покрытия вносят вклад металл, растворяющийся в фосфатирующейся смеси, и оставшиеся на его поверхности оксиды.
Для фосфатирования поверхности стальных изделий разработано несколько различных препаратов. Большинство из них состоит из смесей фосфатов марганца и железа. Возможно, наиболее распространенным препаратом является «мажеф» - смесь дигидрофосфатов марганца Mn(H 2 PO 4) 2 , железа Fe(H 2 PO 4) 2 и свободной фосфорной кислоты. Название препарата состоит из первых букв компонентов смеси. По внешнему виду мажеф - это мелкокристаллический порошок белого цвета с соотношением между марганцем и железом от 10:1 до 15:1. Он состоит из 46…52% P2O5; не менее 14% Mn; 0,3…3,0% Fe. При фосфатировании мажефом стальное изделие помещается в его раствор, нагретый примерно до 100 0 C. В растворе происходит растворение с поверхности железа с выделением водорода, а на поверхности образуется плотный, прочный и малорастворимый в воде защитный слой фосфатов марганца и железа серо-черного цвета. При достижении толщины слоя определенной величины дальнейшее растворение железа прекращается. Пленка фосфатов защищает поверхность изделия от атмосферных осадков, но мало эффективна от растворов солей и даже слабых растворов кислот. Таким образом, фосфатная пленка может служить лишь грунтом для последующего нанесения органических защитных и декоративных покрытий - лаков, красок, смол. Процесс фосфатирования длится 40…60 мин. Для ускорения фосфатирования в раствор вводят 50…70 г./л нитрата цинка. В этом случае время фосфатирования сокращается в 10…12 раз.
В производственных условиях используют также электрохимический способ - обработку изделий переменным током в растворе фосфата цинка при плотностях тока 4 А/дм 2 и напряжении 20 В и при температуре 60…70 0 C. Фосфатные покрытия представляют собой сетку плотно сцепленных с поверхностью фосфатов металлов. Сами по себе фосфатные покрытия не обеспечивают надежной коррозионной защиты. Преимущественно их используют как основу под окраску, обеспечивающую хорошее сцепление краски с металлом. Кроме того, фосфатный слой уменьшает коррозионные разрушения при образовании царапин или других дефектов.
Для защиты металлов от коррозии используют стекловидные и фарфоровые эмали - силикатные покрытия, коэффициент теплового расширения которых должен быть близок к таковому для покрываемых металлов. Эмалирование осуществляют нанесением на поверхность изделий водной суспензии или сухим напудриванием. Вначале на очищенную поверхность наносят грунтовочный слой и обжигают его в печи. Далее наносят слой покровной эмали и обжиг повторяют. Наиболее распространены стекловидные эмали - прозрачные или заглушенные. Их компонентами являются SiO 2 (основная масса), B 2 O 3 , Na 2 O, PbO. Кроме того, вводят вспомогательные материалы: окислители органических примесей, оксиды, способствующие сцеплению эмали с эмалируемой поверхностью, глушители, красители. Эмалирующий материал получают сплавлением исходных компонентов, измельчением в порошок и добавлением 6…10% глины. Эмалевые покрытия в основном наносят на сталь, а также на чугун, медь, латунь и алюминий.
Эмали обладают высокими защитными свойствами, которые обусловлены их непроницаемостью для воды и воздуха (газов) даже при длительном контакте. Их важным качеством является высокая стойкость при повышенных температурах. К основным недостаткам эмалевых покрытий относят чувствительность к механическим и термическим ударам. При длительной эксплуатации на поверхности эмалевых покрытий может появиться сетка трещин, которая обеспечивает доступ влаги и воздуха к металлу вследствие чего и начинается коррозия.
Для защиты чугунных и стальных водяных труб от коррозии используют цементные покрытия. Поскольку коэффициенты теплового расширения портландцемента и стали близки, а стоимость цемента невысокая, то он довольно широко применяется для этих целей. Недостаток портландцементных покрытий тот же, что и эмалевых, - высокая чувствительность к механическим ударам.
Широко распространенным способом защиты металлов от коррозии является покрытие их слоем других металлов. Покрывающие металлы сами корродируют с малой скоростью, так как покрываются плотной оксидной пленкой. Покрывающий слой наносят различными методами: кратковременным погружением в ванну с расплавленным металлом (горячее покрытие), электроосаждением из водных растворов электролитов (гальваническое покрытие), напылением (металлизация), обработкой порошками при повышенной температуре в специальном барабане (диффузионное покрытие), с помощью газофазной реакции, например 3CrCl 2 + 2Fe - > 2FeCl 3 + 3Cr (в сплаве с Fe).
Имеются и другие методы нанесения металлических покрытий, например, разновидностью диффузионного способа защиты металлов является погружение изделий в расплав хлорида кальция CaCl 2 , в котором растворены наносимые металлы.
В производстве широко используют химическое нанесение металлических покрытий на изделия. Процесс химического металлирования является каталитическим или автокаталитическим, а катализатором является поверхность изделия. Раствор, используемый для металлизации, содержит соединение наносимого металла и восстановитель. Поскольку катализатором является поверхность изделия, выделение металла и происходит именно на ней, а не в объеме раствора. В автокаталитических процессах катализатором является металл, наносимый на поверхность. В настоящее время разработаны методы химического покрытия металлических изделий никелем, кобальтом, железом, палладием, платиной, медью, золотом, серебром, родием, рутением и некоторыми сплавами на основе этих металлов. В качестве восстановителей используют гипофосфит и боргидрид натрия, формальдегид, гидразин. Естественно, что химическим никелированием можно наносить защитное покрытие не на любой металл. Чаще всего ему подвергают изделия из меди.
Металлические покрытия делят на две группы: коррозионностойкие и протекторные. Например, для покрытия сплавов на основе железа в первую группу входят никель, серебро, медь, свинец, хром. Они более электроположительны по отношению к железу, т.е. в электрохимическом ряду напряжений металлов стоят правее железа. Во вторую группу входят цинк, кадмий, алюминий. По отношению к железу они более электроотрицательны, т.е. в ряду напряжений находятся левее железа.
В повседневной жизни человек чаще всего встречается с покрытиями железа цинком и оловом. Листовое железо, покрытое цинком, называют оцинкованным железом, а покрытое оловом - белой жестью. Первое в больших количествах идет на кровли домов, а из второго изготавливают консервные банки. И то и другое получают главным образом протягиванием листа железа через расплав соответствующего металла. Для большей стойкости водопроводные трубы и арматуру из стали и серого чугуна часто подвергают оцинковыванию также окунанием в расплав данного металла. Это резко повышает срок их службы в холодной воде. Интересно, что в теплой и горячей воде срок службы оцинкованных труб может быть даже меньше, чем неоцинкованных.
Испытания показали, что оцинкованная жесть при толщине покрытия в 0,03 мм, что соответствует 0,036 г./см 2 при покрытии с двух сторон, на крышах домов служит примерно 8 лет. В промышленной атмосфере (в атмосфере больших городов) она же служит всего лишь четыре года. Такое уменьшение срока службы связано с воздействием серной кислоты, содержащейся в воздухе городов.
Покрытия из цинка и олова (так же как и других металлов) защищают железо от коррозии при сохранении сплошности. При нарушении покрывающего слоя (трещины, царапины) коррозия изделия протекает даже более интенсивно, чем без покрытия. Это объясняется «работой» гальванического элемента железо - цинк и железо - олово. Трещины и царапины заполняются влагой и образуются растворы. Поскольку цинк более электроотрицателен, чем железо, то его ионы будут преимущественно переходить в раствор, а остающиеся электроны будут перетекать на более электроположительное железо, делая его катодом.
К железу-катоду будут подходить ионы водорода (вода) и разряжаться, принимая электроны. Образующиеся атомы водорода объединяются в молекулу H2. Таким образом, потоки ионов будут разделены и это облегчает протекание электрохимического процесса. Растворению (коррозии) будет подвергаться цинковое покрытие, а железо до поры до времени будет защищено. Цинк электрохимически защищает железо от коррозии. На этом принципе основан протекторный метод защиты от коррозии металлических конструкций и аппаратов.
При наличии влаги, а точнее в присутствии электролита начнет действовать гальванический элемент. В нем будет растворяться более электроотрицательный металл, а конструкция или аппарат оказываются катодно защищенными. Защита будет действовать до тех пор, пока полностью не растворится анод - более электроотрицательный металл.
С протекторной защитой весьма сходна катодная защита металлов от коррозии. Можно сказать, что катодная защита является модификацией протекторной защиты. В данном случае конструкция или корпус корабля присоединяются к катоду источника постоянного тока и тем самым защищаются от растворения.
При наличии дефектов на белой жести процесс коррозии существенно иной, чем оцинкованного железа. Поскольку олово электроположительнее железа, то растворению подвергается железо, а катодом становится олово. В результате при коррозии слой олова сохраняется, а под ним активно корродирует железо.
Считают, что нанесение олова на поверхность металлов (лужение) было освоено уже в бронзовом веке. Этому способствовала низкая температура плавления олова. В прошлом особенно часто проводили лужение медной и латунной посуды: тазов, котлов, кувшинов, самоваров и др. Продукты коррозии олова безвредны для человека, поэтому луженая посуда широко применялась в быту. В XV в. во многих странах Европы (Германии, Австрии, Голландии, Англии и Франции) широко использовалась столовая посуда, изготовленная из олова. Имеются сведения, что в рудных горах Богемии оловянные ложки, чашки, кувшины, тарелки начали изготавливать уже в XII в.
Луженое железо до сих пор в больших количествах идет на изготовление тары для хранения пищевых продуктов (консервные банки). Однако в последние годы для этой цели все шире применяется алюминиевая фольга. Посуда из цинка и оцинкованного железа не рекомендуется для хранения пищевых продуктов. Несмотря на то, что металлический цинк покрыт плотной оксидной пленкой, он все же подвергается растворению. Хотя соединения цинка относительно мало ядовиты, в больших количествах они могут оказать вредное действие.
Современная техника включает детали и конструкции из различных металлов и сплавов. Если они находятся в контакте и попадают в раствор электролитов (морская вода, растворы любых солей, кислот и щелочей), то может образоваться гальванический элемент. Более электроотрицательный металл становится анодом, а более электроположительный - катодом. Генерирование тока будет сопровождаться растворением (коррозией) более электроотрицательного металла. Чем больше разность электрохимических потенциалов контактирующих металлов, тем больше скорость коррозии.
Применение ингибиторов - один из эффективных способов борьбы с коррозией металлов в различных агрессивных средах (в атмосферных, в морской воде, в охлаждающих жидкостях и солевых растворах, в окислительных условиях и т.д.). Ингибиторы - это вещества, способные в малых количествах замедлять протекание химических процессов или останавливать их. Ингибиторы взаимодействуют с промежуточными продуктами реакции или с активными центрами, на которых протекают химические превращения. Они весьма специфичны для каждой группы химических реакций. Коррозия металлов - это лишь один из типов химических реакций, которые поддаются действию ингибиторов. По современным представлениям защитное действие ингибиторов связано с их адсорбцией на поверхности металлов и торможением анодных и катодных процессов.
Первые ингибиторы были найдены случайно, опытным путем, и часто становились клановым секретом. Известно, что дамасские мастера для снятия окалины и ржавчины пользовались растворами серной кислоты с добавками пивных дрожжей, муки, крахмала. Эти примеси были одними из первых ингибиторов. Они не позволяли кислоте действовать на оружейный металл, в результате чего растворялись лишь окалина и ржавчина.
Ингибиторами, не зная того, давно пользовались и на Руси. Уральские оружейники для борьбы с ржавчиной готовили «травильные супы» - растворы серной кислоты, в которые добавлялись мучные отруби. Одним из наиболее простых ингибиторов атмосферной коррозии металлов является нитрит натрия NaNO2. Его используют в виде концентрированных водных растворов, а также растворов, загущенных глицерином, оксиэтилцеллюлозой или карбоксиметилцеллюлозой. Нитрит натрия используют для консервирования изделий из стали и чугуна. Для первой применяют. 25%-ные водные растворы, а для второго - 40%-ные. После обработки (обычно окунанием в растворы) изделия заворачивают в парафиновую бумагу. Лучшим действием обладают загущенные растворы. Срок хранения изделий, обработанных загущенными растворами, увеличивается в 3…4 раза по сравнению с водными растворами.
По данным 1980 г., число известных науке ингибиторов коррозии превысило 5 тыс. Считают, что 1 т ингибитора дает в народном хозяйстве экономию около 5000 руб.
Работа по борьбе с коррозией имеет важнейшее народнохозяйственное значение. Это весьма благодатная область для приложения сил и способностей.
Коррозия — 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.
Более всего подвержены коррозии чистые металлы. Сплавы, пластики и прочие материалы в этом отношении характеризуются термином «старение». Вместо термина «коррозия» также часто применяют термин «ржавление».
Коррозионный процесс портит жизнь людям многие века, поэтому он изучен достаточно широко. Существуют различные классификации коррозии в зависимости от типа окружающей среды, от условия использования коррозирующих материалов (находятся ли они под напряжением, если контактируют с другой средой, то постоянно или переменно и пр.) и от множества других факторов.
Коррозировать могут два различных металла, соединенных между собой, если на их стык попадет, например, конденсат из воздуха. У разных металлов различные окислительно-восстановительные потенциалы и на стыке металлов образуется фактически гальванический элемент. При этом металл с более низким потенциалом начинает растворяться, в данном случае, коррозировать. Это проявляется на сварочных швах, вокруг заклепок и болтов.
Для защиты от такого вида коррозии применяют, например, оцинковку. В паре металл-цинк коррозировать должен цинк, но при коррозии у цинка образуется оксидная пленка, которая сильно замедляет процесс коррозии.
Если поверхность металла соприкасается с коррозионно-активной средой, и при этом нет электрохимических процессов, то имеет место т.н. химическая коррозия. Например, образование окалины при взаимодействии металлов с кислородом при высоких температурах.
Несмотря на то, что сгнивающие на дне моря корабли с сундуками не так уж и плохи для экологии, коррозия металлов ежегодно приносит огромные убытки людям. Поэтому неудивительно, что уже давно существуют различные методы защиты от коррозии металлов.
Различают три вида защиты от коррозии:
Конструкционный метод включает в себя использование сплавов металлов, резиновых прокладок и др.
Активные методы борьбы с коррозией направлены на изменение структуры двойного электрического слоя. Применяется наложение постоянного электрического поля с помощью источника постоянного тока, напряжение выбирается с целью повышения электродного потенциала защищаемого металла. Другой метод — использование жертвенного анода, более активного материала, который будет разрушаться, предохраняя защищаемое изделие.
Пассивная борьба с коррозией - это применение эмалей, лаков, оцинковки и т.п. Покрытие металлов эмалями и лаками направлено на изоляцию металлов от окружающей среды: воздуха, воды, кислот и пр. Оцинковка (как и другие виды напыления) кроме физической изоляции от внешней среды, даже в случае повреждения ее слоя, не даст развиваться коррозии металла, т.к. цинк коррозирует охотнее железа (см. «электрохимическая коррозия» выше по тексту).
Наносить защитные покрытия на металл можно различными способами. Оцинковку можно проводить в горячем цеху, «на холодную», газотермическим напылением. Окраску эмалями можно проводить распылением, валиком или кистью.
Большое внимание надо уделять подготовке поверхности к нанесению защитного покрытия. От того, насколько качественно будет очищена поверхность металла, во многом зависит успех всего комплекса мер по защите от коррозии.
Металлы используются человеком с доисторических времен, изделия из них широко распространены в нашей жизни. Самым распространенным металлом является железо и его сплавы. К сожалению, они подвержены коррозии, или ржавлению — разрушению в результате окисления. Своевременная защита от коррозии позволяет продлить срок службы металлических изделий и конструкций.
Ученые давно борются с коррозией и выделили несколько основных ее типов:
Исходя из того, в какой среде будет эксплуатироваться изделие, подбираются подходящие методы защиты от коррозии.
Различают следующие характерные виды поражения коррозией:
По причине возникновения разделяют также:
Ученые и инженеры разработали множество способов защиты металлических конструкций от коррозии.
Защита от коррозии индустриальных и строительных конструкций, различных видов транспорта осуществляется промышленными способами.
Зачастую они достаточно сложные и дорогостоящие. Для защиты металлических изделий в условиях домовладений применяют бытовые методы, более доступные по цене и не связанные со сложными технологиями.
Промышленные методы защиты металлических изделий подразделяются на ряд направлений:
Способы защиты от коррозии, используемые в индустрии, весьма разнообразны. Выбор конкретного метода борьбы с коррозией зависит от условий эксплуатации защищаемой конструкции.
Бытовые методы защиты металлов от коррозии сводятся, как правило, к нанесению защитных лакокрасочных покрытий. Состав их может быть самый разнообразный, включая:
Отдельной группой стоят преобразователи ржавчины — составы, которые наносят на уже затронутые коррозией конструкции. Они восстанавливают железо из окислов и предотвращают повторную коррозию. Преобразователи делятся на следующие виды:
При выборе грунта и краски лучше брать их от одного производителя. Так вы избежите проблем совместимости лакокрасочных материалов.
По температурному режиму эксплуатации краски делятся на две большие группы:
По типу связующей основы краски бывают:
Лакокрасочные покрытия по металлу имеют следующие достоинства:
Большой популярностью пользуются молотковые эмали, не только защищающие метал, но и создающие эстетичный внешний вид. Для обработки металла распространена также краска-серебрянка. В ее состав добавлена алюминиевая пудра. Защита металла происходит за счет образования тонкой пленки окиси алюминия.
Эпоксидные смеси из двух компонентов отличаются исключительной прочностью покрытия и применяются для узлов, подверженных высоким нагрузкам.
Чтобы надежно защитить металлические изделия от коррозии, следует выполнить следующую последовательность действий:
При работе следует использовать средства индивидуальной защиты:
Способы защиты металлов от коррозии постоянно совершенствуются учеными и инженерами.
Основные методы, применяемые для противодействия коррозии, приведены ниже:
Первые две группы способов применяются во время изготовления конструкции, а вторые – во время эксплуатации.
В состав сплава добавляют элементы, повышающие его коррозионную устойчивость. Такие стали называют нержавеющими. Они не требуют дополнительных покрытий и отличаются эстетичным внешним видом. В качестве добавок применяют никель, хром, медь, марганец, кобальт в определенных пропорциях.
Стойкость материалов к ржавлению повышают также, удаляя их состава ускоряющие коррозию компоненты, как, например, кислород и серу — из стальных сплавов, а железо – из магниевых и алюминиевых.
С целью подавления процессов окисления во внешнюю среду добавляют особые составы — ингибиторы. Они замедляют химические реакции в десятки и сотни раз.
Электрохимические способы сводятся к изменению электрохимического потенциала материала путем пропускания электрического тока. В результате коррозионные процессы сильно замедляются или даже вовсе прекращаются.
Защитная пленка препятствует доступу молекул активных веществ к молекулам металла и таким образом предотвращают коррозионные явления.
Пленки образуются из лакокрасочных материалов, пластмассы и смолы. Лакокрасочные покрытия недороги и удобны в нанесении. Ими покрывают изделие в несколько слоев. Под краску наносят слой грунта, улучшающего сцепление с поверхностью и позволяющего экономить более дорогую краску. Служат такие покрытия от 5 до 10 лет. В качестве грунта иногда применяют смесь фосфатов марганца и железа.
Защитные покрытия создают также из тонких слоев других металлов: цинка, хрома, никеля. Их наносят гальваническим способом.
Покрытие металлом с более высоким электрохимическим потенциалом, чем у основного материала, называется анодным. Оно продолжает защищать основной материал, отвлекая активные окислители на себя, даже в случае частичного разрушения. Покрытия с более низким потенциалом называют катодными. В случае нарушения такого покрытия оно ускоряет коррозию за счет электрохимических процессов.
Металлическое покрытие также можно наносить также методом распыления в струе плазмы.
Применяется также и совместный прокат нагретых до температуры пластичности листов основного и защищающего металла. Под давлением происходит взаимная диффузия молекул элементов в кристаллические решетки друг друга и образование биметаллического материала. Этот метод называют плакированием.
Человечество за десятки сотен лет возвело вокруг себя большое множество техники. Но стартом для такого широкого развития послужила эпоха, когда люди научились добывать и обрабатывать металл. Благодаря его свойствам стало возможным достигать больших вершин в технике, строить транспортные средства, которые могли доставлять человека на другой конец мира, оружие, чтобы защищается. Но сейчас техника дошла до такого уровня, что одни механизмы создают другие.
Несмотря на то, что в центре всей (или почти всей) техники находится металл, это не самый совершенный материал. С течением времени и влияния на него окружающей средой, он поддается ржавлению. Это явление наносит большей вред данному материалу, и как следствие – ухудшает работу техники, что часто может привести к аварии или катастрофе. В этой статье будет указано все о ржавеющей стали, как происходит этот процесс, и что делать, чтобы его избежать (или устранить).
«Ржавчина» – так называют любые виды разрушения этого материала в быту. Если говорить конкретно, то это те покраснения, которые образовываются на металле после реакции с кислородом. Окисление пагубно влияет на этот материал, делая его хрупким, грани – рыхлыми, и уменьшают его твердость, как и эксплуатационные характеристики.
Поэтому на многих заводах используют разные составы для уменьшения трения, защиты от коррозии и других негативных воздействий окружающей среды. Об этом немного позже. Чтобы перейти к защите от такого воздействия, нежно разобраться с тем, как «гниение» влияет на сталь, и как убивает ее кристаллическую решетку.
Природное разрушение может наносить самые разные повреждения:
В зависимости от характера повреждении, могут принимается разные методы борьбы с коррозией. Каждый из возможных повреждений вредит по-своему, и неприемлем в различных направлениях техники и производства. В энергетике подобные разрушения непозволительна вообще (это может привести к утечкам газа, распространению радиации, и так далее).
Видео ролик о том, что такое ржавчина и как от нее защищаться:
Чтобы эффективно подбирать механизмы противодействия разрушению структуры металла, необходимо понять, как действует само ржавление. Она может быть двух видов: химической и электрохимической.
К первой – химической – можно отнести процесс того, как грань образца уничтожается просто под воздействием окружающей среды (газами чаще всего). Такая ржавчина на металле образуется за очень долгое время, и как правило, ее весьма легко избежать. Деталь необходимо чистить и наносить антикоррозионные покрытия (краски, лаки и так далее).
Кроем этого, такой процесс порчи железа возникает в влажных, мокрых средах, а также при контакте с органическими веществами, типа нефти, например. Последний случай особенно важно учитывать, так как ржавчина на нефтяных вышках недопустима.
Электрохимическая коррозия более редкая, и происходит в электролитах. Только в данном случае важна не среда, а ток, который производится в результате электризации. Именно он и разрушает металл и его поверхность (по большей части). Поэтому отличить ее можно легко по рассыпчатой поверхности металла.
Чтобы защитить металл от ржавчины нужно учитывать все эти особенности.
Коррозия металлов и способы защиты тесно связаны между собой. Поэтому все процессы защиты можно разделить на всего лишь две группы: улучшение металла во время производства, и нанесение защиты в процессе эксплуатации. К первому можно отнести изменения химического состава, который сделает деталь более стойкой к окружающему влиянию. Такую технику или предметы не нужно дополнительно защищать.
Ко второй же группе защити можно отнести различные покрытия и изоляции рабочего процесса. Избежать разрушения можно несколькими способами: избежать среды, которая ее провоцирует, или добавить что-то, что поможет избавится от распространения порчи металла, вне зависимости от среды и окружения. В домашних условиях возможен только второй вариант, так как повлиять уже готовое изделие человек без специального оборудования, печи и прочего, просто не может.
Во время создания металлических изделий, есть два способа, как убрать коррозию или свести к минимуму ее появление. Для этого в структуру либо добавляют вещества (цинк, медь и так далее), которые стойкие к воздействию газов и других негативных раздражителей. Также часто можно встретить обратный эффект.
Как уже упоминалось, есть такой тип коррозии, как избирательный. Он разрушает определенные элементы в складе элементов. Как известно, металл состоит из разных атомов, которые образуют элементы, каждый из которых в разной степени поддается негативным воздействиям. Например, в железе это сера. Чтобы деталь из этого материала служила как можно дольше, из ее химического состава удаляется сера, из которой начинается избирательное разъединение структуры. В домашних условиях такой надежный способ невозможен.
Еще одна антикоррозионная защита может быть при производстве. При производстве наносятся специальные покрытия, которые будут защищать поверхность от внешних повреждений от химической реакции. Конструкционные материалы, которые используются при этом, могут быть только на производстве, так как в общем доступе их приобрести почти нельзя. К тому же, такое нанесение часто производится на автоматических линиях, что повышает надежность и скорость покрытия материала.
Но как бы металл не усовершенствовался, этот материал все равно будет поддаваться негативному давлению со стороны влажности, воздуха, разных газов и в процессе эксплуатации будет портится. Поэтому необходима антикоррозионная защита, которая будет не только влиять на него, но и защищать его от внешнего мира.
Очень сильно на распространение ржавчины влияет кислород. Защита металлов от коррозии также является замедление, а не только предотвращение, распространения такого негативного явления. Для этого в структуру окружающей среды вводятся специальные молекулы – ингибиторы – которые, приникая в поверхность металла, обеспечивают своего рода щит для него.
Также часто используется антикоррозийная пленка, которая может наносится разными способами. Но проще всего (и надежнее), когда ее наносят путем распыления. Используют для этого различные полимерные материалы, краски, эмали и подобное. Они также обволакивают деталь, и ограничивают к нему доступ разрушительной среды. Борьба с коррозией металла может быть самой разнообразной, несмотря на схожесть в процессе. Этот химический процесс неизбежен, и практически всегда достигает цели. Поэтому так много усилий и уходит на то, чтобы предотвратить коррозию. Способы защиты в виду этого могут комбинироваться.
Это основные методы защиты. Они популярны из-за простоты, надежности и удобства. К ним также можно отнести покрытие лаками и эмалями, но про это немного ниже.
Так, например, перед нанесением краски или эмали, работники смазывают изделие грунтовкой, чтобы краска лучше «легла» на поверхность, и между ней и изделием не осталось влаги (которую грунтовка вбирает). Эти методы защиты металлов от коррозии не всегда делаются на производстве. Домашних инструментов вполне хватит, чтобы сделать такие операции самостоятельно.
Антикоррозионная защита порой бывает весьма необычной. Например, когда один металл защищен другим. К такому приему часто прибегают, когда химический сплав нельзя изменить. Его поверхность покрывается другим материалом, который переполнен вкраплениями элементов, неподдающихся коррозийным воздействиям. Это так называемым антикоррозийный слой помогает очень надежно сохранить поверхность более чувствительного материала. К примеру, покрытие может быть из хрома.
К подобному относят и протекторную защиту металлов от коррозии. В данном случае защищаемая поверхность покрывается металлом, у которого низкая проводимость электричества (которое является одной из основных причин коррозии). Но это применяется тогда, когда контакт с окружающей средой сводится к минимуму. Поэтому подобная защита металлов от ржавчины и других опасных химических процессов, используется в комбинации, например, с ингибиторами.
Такие способы защиты применяются для того, чтобы избежать механических воздействий. То, как защитить металл надежнее всего – сказать сложно. Каждый метод может давать свои положительные результаты.
Не всегда защиты металла от коррозии ложится на плечи производителей. Часто заботиться о таком изделии нужно самостоятельно, и тогда лучшей схемой усовершенствования стойкости детали становится нанесение покрытия.
Первым делом, оно должно быть полностью чистым. К «грязи» можно отнести:
Устранять их нужно правильно и полностью. К примеру, нужно брать специальную жидкость на основе спирта или бензина, чтобы вода дополнительно не повредила структуру. К тому же, влажность на поверхности может остаться, и нанесенная поверх нее краска попросту не будет выполнять свои функции.
В замкнутой среде (между поверхностью и краской) коррозия железа будет развивается еще активнее, поэтому такая защита металла от коррозии скорее нанесет ему вред, чем поможет. Поэтому важно избегать также и влаги. После устранения грязи необходимо просушить его.
После этого можно наносить необходимое покрытие. Но все же это лучший способ защиты от ржавчины в домашних условиях. Хоть способы защиты от коррозии металлов могут быть разными, всегда нужно помнить, что неправильное их использование может привести к неприятностям. Поэтому не нужно придумывать что-то неординарное, лучше использовать уже проверенные и надежные методы защиты от коррозии металлов.
Также стоит отметить, что поверхность агрегата может быть обработана несколькими способами:
Последний является самым простым методом того, как остановить коррозию. Первые два пункта из списка представляют собой более сложные (в техническом плане) процессы, от чего антикоррозионная защита становится надежнее. Ведь они обезжиривают металл, что делает его более удобным для нанесения на него защитного покрытия. До покрытия должно пройти не более 6-7 часов, так как за это время контакт со средой «восстановит» предыдущий результат, который был до обработки.
Защита от коррозии должна производится – по большей части – на заводе и при производстве. Но не нужно полагаться только на нее. Домашнее средство от коррозии также не повредит.
Несмотря на простоту ответа, он должен быть развернутым. Коррозию и защиту металлов от коррозии нельзя отделять друг от друга, так как в их основе лежит химический состав как самого изделия, так и его окружающей атмосферы. Не зря способы борьбы с коррозией основываются именно на этих показателях. Они либо убирают «слабые» частицы кристаллической решетки (либо добавляют в нее более надежные вкрапления), либо же помогают «спрятать» поверхность изделия от газов и воздействий извне.
Антикоррозионная защита не являет собой ничего хитрого. В ее основе простая химия, и законы физики, которые также указывают на то, избежать каких-либо процессов во взаимодействии элементов невозможно. Противокоррозионная защита уменьшает вероятность развития такого исхода, повышает долговечность металла, но все же – окончательно его не спасает. Какой бы ни была она, ее все равно нужно обновлять, улучшать и комбинировать, и использовать дополнительные способы защиты металлов от коррозии.
Сказать, как предотвратить коррозию можно, но вот стремится к тому, чтобы железо вообще было ей не подвластно – не стоит. Покрытие также поддается разрушительной силе окружающего мира, и, если за этим не следить, газы и влажность доберутся и до защищенной поверхности, который под ней прячется. Коррозия и защита металлов крайне необходима (как на производстве, так и в процессе эксплуатации), но к ней тоже нужно относится с умом.
Применение защиты от коррозии металлов — актуальный вопрос для многих.
Коррозия, по сути, является самопроизвольным процессом разрушения металлов, причиной которого является неблагоприятное воздействие окружающей среды, вследствие чего происходят химические, физико-химические процессы, приводящие к печальным последствиям.
Коррозия, воздействуя на металл, может полностью уничтожить его. Поэтому необходимо бороться с возникающей ржавчиной.
И не только в момент ее появления. Также важна профилактическая работа по предупреждению возникновения коррозии у металлов.
По своему типу различают следующие виды коррозии:
Возникает коррозия не только под воздействием воды, но и почвы, технического масла. Как мы видим, виды коррозии представлены широко, а вот методы защиты не так многочисленны.
Антикоррозийные способы можно сгруппировать, опираясь на следующие методы:
Защиту поверхности и гальванический метод применяют уже в момент эксплуатации металлических конструкций и изделий.
К ним относятся следующие способы защиты: катодная, протекторная, а также ингибиторная.
Электрохимическая защита основана на действии электрического тока, под его постоянным воздействием коррозия прекращается.
Внедрение ингибиторов в агрессивную среду, которая соприкасается с металлом, позволяет снизить скорость коррозийных процессов.
Химическое сопротивление и защита поверхности относятся к пленочным способам сохранения. Они уже могут применяться как на стадии изготовления металлоизделий, так и в момент эксплуатации.
Выделяют следующие способы: лужение, оцинковку, покраску и прочее. Краска, как защитное покрытие от ржавчины — самый распространенный и используемый метод.
Основной принцип, который определяет протекторная защита — это перенос возникновения коррозии с основной металлоконструкции на заменитель.
То есть к защищаемому металлу присоединяют другой, обладающий отрицательным электрическим потенциалом. Протектор, находясь в рабочем состоянии, разрушается и заменяется на другой.
Актуальна протекторная защита для конструкций, длительное время находящихся в нейтральных средах: воде, земле, грунте.
В качестве протектора используют цинк, магний, железо, алюминий. Яркий пример, где используется протекторная защита — это морские суда, постоянно находящиеся в воде.
При помощи этого средства снижается агрессивное воздействие масла, кислот, других химических жидкостей. Используется в трубопроводах, металлических цистернах.
Представлен в виде средства, которое состоит из борной кислоты с диэтаноламином и растительного масла. Входит в состав дизельного топлива, авиационного керосина.
При помощи ингибитора металлы хорошо защищены от коррозии в таких средах как трансформаторные масла, нефтяные и содержащие сероводород массы.
Однако активная основа этого средства не растворима в среде минерального масла, тем самым не защищает металл от атмосферной коррозии.
Краска на сегодняшний день самый доступный и наиболее используемый антикоррозийный материал.
Лакокрасочное покрытие создает механический слой, который создает препятствие для воздействия агрессивной среды на металлоконструкцию или изделие.
Краска может использоваться как до возникновения ржавчины, так и на этапе коррозии.
Во втором случае, перед тем как нанести покрытие, обрабатываемую поверхность нужно подготовить: очистить возникшие коррозийные повреждения, произвести герметизацию трещин, только после этого наносится краска, образуя защитный слой.
При помощи этого средства защищают водопроводные трубы, металлические элементы жилых построек — перила, перегородки.
Еще один плюс этой защиты — краска может быть различна по цветовой гамме, следовательно, покрытие будет служить еще оформлением.
Различные антикоррозийные методы защиты металла могут применяться совместно. Наиболее часто используется лакокрасочное покрытие и протектор.
Краска, сама по себе, достаточно непрактичный антикоррозийный материал, так как механические, водные, воздушные воздействия могут повредить ее слой.
Протектор обеспечит дополнительную защиту, если лакокрасочное покрытие будет нарушено.
Современная краска одновременно может являться протектором или ингибитором. Протекторная защита возникает, если краска в своем составе содержит порошковые металлы: алюминий, цинк, магний.
Эффект ингибитора достигается, если краска содержит ортофосфорную кислоту.
На производстве защита от коррозии — важный момент, так как ржавчина может привести не только к поломке, но и к катастрофе. СНиП 2.03.11 — 85 — это норма, которой должны руководствоваться на предприятиях, чтобы предотвратить неблагоприятные последствия.
Проведенная лабораторная работа позволила описать в СНиП виды коррозийных повреждений, источники возникновения коррозии, а также рекомендации по обеспечению нормальной эксплуатации металлоконструкций.
В соответствие со СНиП используют следующие методы защиты:
Таким образом, СНиП дает возможность применять все методы.
Однако, в зависимости от того, где находится конструкция, в какой среде (сильноагрессивной, средне, слабой или полностью неагрессивной) СНиП конкретизирует использование защитных средств, а также оговаривает их состав.
При этом СНиП выделяет еще другое деление сред на твердые, жидкие, газообразные, химические и биологически активные.
По сути СНиП для каждого строительного материала: алюминий, металл, сталь, железобетон и другие, предъявляет свои требования.
В домашних условиях к металлам, к сожалению, применимы не все способы защиты. Основным используемым методом остается покрытие изделия краской.
Остальные же способы используется на производстве.
