Что такое коррозия и почему она возникает
При воздействии на конструкционный материал агрессивной внешней среды корродируют не только металлы, но и бетон, стекло и даже пластики. Причины разрушений определяют вид возникающей коррозии.
Химическая коррозия проявляется, когда на металл воздействует активный газ (газовая коррозия) или не токопроводящая жидкость. На поверхности металла образуется продукт коррозии – оксидная корка. Так разрушаются трубопроводы под действием нефтяных фракций с высоким содержанием сернистых соединений.
Как только в контакте с металлом появляется влага, коррозия приобретает электрохимический характер, поскольку даже ничтожные примеси придают воде свойства электролита. Возникающие при этом микротоки вызывают окисление металла. Разрушение усиливается, когда подключается внешняя разность потенциалов или повышается температура электролита. Разновидностью электрохимической коррозии является почвенная коррозия подземных кабелей, буровых механизмов и газопроводов.
Если конструкционный материал контактирует с жидкой или газовой средой, находящейся под давлением, то случается поверхностное разрушение материала под действием микроударов этой самой среды. Такая коррозия называется кавитационной.
Внешние атмосферные конструкции подвергаются не только химическому окислению, но и получают механические повреждения: бомбардируются песком, пылью и твердыми осадками, в результате чего с поверхности выбиваются частицы материала. Такое абразивное воздействие называют эрозией.
Также поверхность материалов (чаще неметаллических) нередко разъедают плесень, грибок, бактерии и прочие микроорганизмы. В этом случае говорят о биокоррозии.
Виды коррозии металлов
Незащищенный металл чаще подвергается химической и электрохимической коррозии, хотя не исключаются случаи кавитации и биокоррозии.
Химическая
Возникает при контакте железа с агрессивной средой в отсутствии электротока. Это может быть газ (кислород, сероводород, сернистый ангидрид) или неэлектролитная жидкость (нефть). Образующиеся продукты коррозии, окислы металла, скапливаются на поверхности детали.
Если при жидкостном контакте в среду попадает вода, то процесс разрушения становится электрохимическим.
Электрохимическая
Проявляется в водных растворах электролитов (кислот, солей, щелочей) или во влажном атмосферном воздухе. При этом запускается окислительно-восстановительная реакция, когда железо растворяется с выделением водорода. В результате образуется ржавчина по всей поверхности металла (сплошная коррозия), точечно с разрастанием вглубь до сквозных дыр и в отдельных местах (локальная коррозия), например, под шайбами в болтовых соединениях по причине застоя влаги в узких щелях.
Еще опаснее межкристаллитная коррозия, которая разрушает структуру по границам зерен сплава. Выглядит как тонкие трещины внутри металла. Одной из причин межкристаллитного разрушения является несоблюдение режимов сварки (перегрев).
Биокоррозия
Случается из-за микроорганизмов и водорослей, оставляющих на поверхности металла продукты жизнедеятельности – метаболиты. Плотно срастаясь, те формируют нарост, под которым создаются условия для язвенных разрушений.
Кавитационная коррозия
Проявляется на поверхности при кавитации (схлопывании) пузырьков газа, растворенного в жидкости. При этом металл испытывает множественные гидроудары, которые и приводят к механическому разрушению в сочетании с электрохимической коррозией. Пример тому – изъязвленные лопасти гребных винтов.
Методы защиты металлов от коррозии
На производстве для защиты от коррозии металлопроката, заготовок и конструкций применяют следующие способы:
- Легирование на стадии выплавки металла, когда в рецептуру сплава вводятся химические элементы (хром, никель, алюминий), повышающие устойчивость к коррозии.
- Активная защита полуфабрикатов или готовых изделий путем насыщения поверхности цинком, хромом или алюминием. Например, слой цинка создает катодную защиту для железного массива. Обработку листового проката ведут на стадии его формования, используя горячее цинкование, а также термодиффузионное или гальваническое нанесение. Холодное цинкование допускается для ремонта защитного покрытия или в бытовых условиях.
Антикоррозийная защита хромированием проводится химическим путем при погружении изделия в горячий раствор солей хрома, либо диффузионным – при нагреве в порошке из хрома и каолина. Известен также гальванический способ нанесения, когда деталь опускают в электролит из хромовых кислот и подключают ток.
Алюминиевое напыление (алитирование) формирует на поверхности пленку из оксида алюминия, которая придает стали повышенную стойкость в сернистых средах. Покрытие формируют на уже готовых деталях путем нагрева изделия в смеси порошкообразного алюминия и глинозема, либо распыляя по стальной поверхности жидкий алюмосодержащий состав. Алитированию подвергают клапаны автомобильных двигателей, лопатки и сопла газовых турбин, печную арматуру.
Рекомендации по поддержанию стойкости металла
Предприятие ТРИМЕТ реализует для промышленных нужд продукцию из черного металлопроката, в числе которой водогазопроводные трубы стандартного и профильного сечения, длинокатанные уголки и швеллеры, листы и полосы, а также проволока и арматурный пруток.
Хотя изделия из стали и ферросплавов отличаются стойкостью к образованию коррозии, срок их службы значительно повышает профилактика, т. е. дополнительные меры, призванные защитить металл от ржавчины:
- Протекторная (анодная) защита, суть которой в следующем: к защищаемой конструкции, например к корпусу судна или стальному трубопроводу, приваривают элементы из активного металла-протектора (магния, цинка), который разрушается в процессе коррозии, а железо сохраняется в целости.
- Катодная защита. В этом случае защищаемую деталь подключают к минусовому полюсу источника тока, чтобы металл не окислялся.
- Пассивная защита. Это покрытие изделия грунтовкой, краской или лаком, которые создают барьер между металлом и агрессивной средой. Способ распространенный, но требующий постоянного подновления защитного слоя.
- Конструкционная защита. Это применение резиновых прокладок, уплотнителей и заслонок, мешающий проникновению коррозионной среды в узкие щели и зазоры конструкционного узла. Минус способа в том, что проблемное место бывает недоступным для установки защиты.
- Изменение свойств рабочей среды. Например, снижение концентрации агрессивных веществ путем введения ингибиторов (замедлителей коррозии). Используется для защиты металлических патрубков в системе охлаждения автомобильного двигателя.
