Характеристики химической коррозии и как ее устранить

Способы удаления ржавчины с металлических изделий

Существует три способа очистки металла от ржавчины:

1. Обработка с помощью ручных инструментов.
2. Механическая чистка.
3. Обработка абразивными вещества.

Обработка с помощью ручных инструментов

Суть метода заключается в том, что для применяемых инструментов не требуется электропитание. Ручную чистку обычно применяют как подготовительный этап перед основной обработкой поверхности. С ее помощью легко производится зачистка металла от ржавчины.

Основными инструментами для такой очистки выступают проволочные щетки, обрубочные молотки для скалывания, шпатели, крупная наждачная бумага, абразивные шкурки, скребки и т.п.

Молотки хорошо скалывают продукты коррозийных процессов, это помогает другим методам обработки быстрее и глубже очистить внутренние слои металлоконструкции.

Механическая обработка

При таком удалении коррозии используются механические установки и оборудования, но более простые, нежели пескоструйные (абразивоструйные).

Для механической очистки используются все те же шкурки, скребки, наждачная бумага и т.д. как и для ручной очистки, однако они усовершенствованы электрическим механизмом, который ускоряет процесс работы засчет вращающихся элементов. Яркими примерами таких устройств являются: шлифовальные круги, молотки с пневмо- и электроприводом, абразивные точильные камни и другое.

Механическая чистка от коррозии

Пескоструйная обработка

Чистка металлических поверхностей абразивными веществами – самый эффективный способ очистки. Суть метода заключается в том, что в специальной установке создается давление, абразивные частицы смешиваются с воздухом в специальном отсеке, а потом по шлангу (сопло) подается на очищаемую поверхность. Твердые абразивные частицы бьются о верх изделия, тем самым скалывая загрязнения и пораженные участки.

Существует несколько видов такого рода установок:

• Пескоструйная очистка металлических поверхностей от ржавчины с помощью сжатого воздуха – здесь все просто: частицы абразива смешиваются с воздухом и выводятся через сопла.
• Пескоструйная очистка с впрыскиванием влаги – принцип действия такой же как и при использовании сжатого воздуха, различие в том, что в абразив добавляется немного жидкости (например, воды). В этом случае вокруг места обработки не образуется слишком много пыли.
• Очистка с помощью жидкости, находящейся под давлением. В таком случае главным является жидкость (чаще, простая вода), в нее добавляют абразивные частицы, и вода под давлением с абразивом выпрыскивается на место, которому необходима очистка. При таком способе легко контролировать давление и подачу жидкости, также она глубоко проникает и очищает материал.

Коррозия железа и меди

Коррозия железа

Давно выявлено, что зачастую коррозия (ржавчина) на железных элементах возникает вследствие протекания реакций окисления воздухом или кислотами – окислительно-восстановительные реакции. Как и в любом металле, ржавчина захватывает верхние слои железного изделия и возникает химическая коррозия, электрохимическая или электрическая.

Если рассмотреть каждый этот процесс в отдельности то получится, что при химическом возникновении ржавчины происходит переход электронов на окислитель, в результате образовывается оксидная пленка, а реакция выглядит так:

3Fe + 2O2 = Fe3O4 (FeO•Fe2O3)

Образовавшаяся пленка не защищает материал от дальнейшего возникновения окислительно-восстановительных реакций, она свободно пропускает воздух, что способствует образованию новой ржавчины.

При электрохимической коррозии, которая чаще всего возникает с железом в грунте, протекает реакция с образованием свободного кислорода и воды, если они остаются на железном элементе, то это вызывает новые продукты коррозии.

Fe + O2 + H2O → Fe2O3 · xH2O

Электрическая коррозия железа является самой непредсказуемой, так как возникает из-за блуждающих токов, которые могут попадать к железному элементу от линий электропередач, трамвайных путей, крупногабаритного электрооборудования и другое. Блуждающий ток запускает процесс электролиза металла, а он способствует образованию ржавых пятен.

Коррозия меди

При эксплуатации медных элементов необходимо учитывать причины коррозии, зачастую они обусловлены средой, где находится элемент. Например, в таких средах как: атмосферная, морская вода, при контакте с галогеновыми веществами и в слабых растворах солей медь коррозирует стабильно медленно.

Также медь подвергается коррозии в обычных атмосферных условиях:

2Cu+H2O+CO2+O2→ CuCO3*Cu(OH)2

Коррозия в неэлектролитных жидкостях

Общие сведения

К жидким неэлектропроводным средам (а точнее, неэлектролитным жидкостям) можно отнести такие органические вещества, к примеру:

• Керосин.
• Бензол.
• Бензин.
• Хлороформ.
• Нефть.
• Спирты.
• Фенол.
• Тетрахлорид углерода.

Еще к таким жидкостям причисляют малое количество жидкостей неорганического типа, к примеру, жидкий бром и сера, которая расплавлена. При этом следует отметить, что растворители органического типа сами по себе не будут вступать в реакцию с металлами, но, при наличие маленького объема примесей появляется интенсивный процесс взаимодействий. Скорость коррозии увеличивают находящиеся в нефти элементов с содержанием серы.

Также, для усиления коррозийных процессов нужны высокие температуры. Влага будет интенсифицировать развитие коррозии по электромеханическому принципу. Еще одним фактором быстрого коррозийного развития – бром в жидком виде. При нормальной температуре он особенно разрушительно будет воздействовать на высокоуглеродистые стали, титан и алюминий. Менее существенно воздействие брома на никель и железо, а самую большую устойчивость к жидкому типу брома будут показывать тантал, свинец, платина и серебро.

Расплавленная сера будет вступать в агрессивные реакции практически со всеми металлами, и в первую очередь с оловом, свинцом и медью. На углеродистые марки титан и стали сера будет влиять меньше, а еще практически полностью разрушает алюминий. Защитные действия для металлических конструкций, которые находятся в неэлектропроводных средах жидкого типа, проводят добавлением устойчивым к определенной среде металлом (к примеру, сталей с большим содержанием хрома). Еще используются особые защитные покрытия (к примеру, в среде, где есть много серы, применяют алюминиевые покрытия).

Способы защиты от коррозии

Способы борьбы с коррозией будут включать в себя:

• Обработку главного металла защитным слоем (например, нанесение лакокрасочного материала).

• Применение ингибиторов (арсенитов или хроматов).
• Внедрение материалов, которые устойчивые к коррозийным процессам.

Подбор определенного материала будет зависеть от потенциальной эффективности (тут имеется виде финансовой и технологической) ее применения.

Современные принципы по защите металла от химической коррозии металла будут основаны на следующих методиках:

1. Улучшение споротивляемости химического типа. Себя смогли успешно зарекомендовать устойчивые материалы (стекло, высокополимерный пластик и керамика).
2. Изоляция материала от агрессивных сред.
3. Уменьшение агрессивности технологической среды – в роли примеров таких действий можно выполнить нейтрализацию и удалить кислотность в коррозионой среде, а еще применять различные ингибиторы.
4. Защита электрохимического типа (накладывание внешнего тока).

Указанные методики будут подразделяться на две группы:

• Повышение сопротивляемости химического типа и изолирование будет применяться до того, как металлическая конструкция запускается в использовании.
• Уменьшение агрессивности и защиты электрохимического типа применяется уже при применении изделий и металла. Использование обеих методик дает возможность внедрять новые защитные методы, и в результате защита будет обеспечиваться изменением эксплуатационных условий.

Одним из самых часто используемых методов защиты металла является антикоррозийное гальваническое покрытие, но это экономически нерентабельно при большой площади поверхности. Причина в больших тратах на процесс подготовки. Ведущее место среди методов по защите будет занимать покрытие металла лакокрасочным материалом.

И все-таки, окрашенная поверхность защищает металлы от процессов коррозии даже при локальном повреждении пленки, тогда как несовершенные покрытия гальванического типы способны даже ускорить коррозию.

Коррозия металлов под землей

Существует вред для металлов не только на поверхности, но и под землей. В настоящее время на некоторой глубине достаточно часто залегают металлические коммуникации, которых постепенно уничтожает электрокоррозия. Для борьбы с таким типом коррозии необходимо:

• Отстранять телекоммуникационные трасы от рельс электрифицированного транспорта (проблема в блуждающих токах);
• Увеличить сопротивление трубопровода и пространства в грунте;
• Монтаж изолирующих фланцев;
• Повышение электропроводимости трубопроводов и монтаж на сальниковых компенсаторах токопроводящих перемычек;
• Регулировать допустимое уравнивание потенциалов в сети параллельных трубопроводов.
• Установка поперечных перемычек.

Где бы не находился металлический элемент, на воздухе, под землей или в помещении, его в любом случае нужно обрабатывать. Правильно подобранные краски и их качество будет залогом успешного и недорогого способа борьбы с коррозией металла.

Популярные темы сообщений

• Творчество Аристофана Аристофан – это отец комедийного творчества. Жил в период 446 веке до н.э до 386 г до нашей эры. Он родился в зажиточной семье и еще с юных лет проявлял активный интерес к искусству. Он уже тогда сочинял
• Лесная куница (образ жизни, среда обитания) Лесная куница – это небольшой зверек, который живет в лесах на всей территории Европы и на западе Азии. У лесной куницы продолговатое тело и короткие лапки. Длинный и пушистый хвост ей нужен для того,
• Москва Москва – это центральный город нашей страны, являющийся столицей России. Этот город является не только столицей Европы, но и всего мира. В Москву стремятся попасть все туристы для того, чтобы увидеть всю ту красоту, которая есть в нашем городе.

Почему образуется ржавчина

Любая среда считается агрессивной для незащищенного металла. По этой причине его поверхностный слой постоянно подвергается всевозможным химическим реакциям. Впоследствии возникают ржавые пятна, теряется внешний вид изделия, ухудшаются его прочностные характеристики.

Вдобавок от коррозии страдают устройства из железа, постоянно находящиеся в условиях чрезмерных температур: элементы двигателей, печная арматура, турбинные лопасти. Коррозионному разрушению также подвержены металлические основания, которые продолжительно соприкасаются с различными жидкостями (водой, спиртом).

Предметы, которые продолжительно находятся в воде, больше всего подвержены коррозионному процессуИсточник jaspowdercoating.com

Показатель скорости коррозии

Для установления скорости коррозии металла в данной среде обычно ведут наблюдения за изменением во времени какой-либо характеристики, объективно отражающей изменение свойства металла. Чаще всего в коррозионной практике используют следующие показатели.

Показатель изменения массы

Показатель изменения массы – изменение массы образца в результате коррозии, отнесенное к единице поверхности металла S и к единице времени (например, г/м ч).

В зависимости от условий коррозии различают:

1. отрицательный показатель изменения массы
К-m=
где m – убыль массы металла за время коррозии после удаления продуктов коррозии.

2. положительный показатель изменения массы К+m=
где m – увеличение массы металла за время вследствие роста пленки продуктов коррозии.

Если состав продуктов коррозии известен, то можно сделать пересчет от К к К и наоборот К-m= К+m (nok A Me / n Me Aok)
где А и М – атомная и молекулярная масса Ме и окислителя соответственно; n и n валентность металла и окислителя в окислительной среде.

Объемный показатель коррозии

К – объем поглощенного или выделившегося в процессе газа V отнесенный к единице поверхности металла и единице времени (например, см/см ч).
К= об. V / s
объем газа обычно приводят к нормальным условиям.
Применительно к электрохимической коррозии когда процесс катодной деполяризации осуществляется за счет разряда ионов водорода, например, по схеме 2Н + 2е = Н, или ионизация молекул кислорода О + 4е +2НО = 4ОН; вводятся соответственно кислородный (К) и водородный (К ) показатель соответственно.
Водородный показатель коррозии – это объем выделившегося Н в процессе коррозии, отнесенный к Su.
Кислородный показатель коррозии – это объем поглощенного в процессе О, отнесенный к Su.

Показатель сопротивления

Изменение электрического сопротивления образца металла за определенное время испытаний также может быть использован в качестве показания коррозии (К).
КR = (R/Ro) 100% за время t
где Ro и R – электрическое сопротивление образца соответственно до и после коррозии.
У этого способа есть некоторый недостаток толщина металла во все время испытаний должна быть одинаковой и по этой причине чаще всего определяют удельное сопротивление, т.е. изменение электрического сопротивления на единицу площади образца (см, мм) при длине равной единице. Этот метод имеет ограничения применения (для листового металла не более 3мм). Наиболее точные данные получают для проволочных образцов. Этот метод не пригоден для сварных соединений.

Механический показатель коррозии

Изменение какого-либо свойства металла за время коррозии. Сравнительно часто пользуются изменением предела прочности. Прочностной показатель при этом выражается:
Кo = (в/во) 100% за время t
где в – изменение предела прочности при растяжении после коррозии образца в течение времени; во – предел прочности до коррозии.

Глубинный показатель коррозии

К – глубина разрушения металла П в единицу времени (например, мм/год).
Глубина коррозионного разрушения П может быть средней или максимальной. Глубинный показатель коррозии можно использовать для характеристики как равномерной, так и неравномерной коррозии (в том числе и местной) металлов. Он удобен для сравнения скорости коррозии металла с различными плотностями. Переход от массового, токового и объемного к глубинному возможен при равномерной коррозии.

Способы борьбы с коррозией

Коррозия металлов – это деструктивный, разрушающий кристаллическую решетку, окислительно-восстановительный химический процесс. Вызывается он чаще всего высокой химической активностью самих металлов – многие помнят из школьного курса химии «линейку» активности элементов. Активизироваться может при создании неблагоприятных условий, например, высокой влажности и опущенной температуре, в агрессивной солевой, кислотной или щелочной среде.

Чаще всего приходится сталкиваться с коррозией черных металлов, то есть – различных сортов стали и чугуна, применяемых буквально повсеместно, во всех сферах деятельности человека. Процесс начинает выдавать себя появлением на металлической поверхности пятен или разводов рыжего цвета.

Если с коррозией не бороться, она способна показать свою крайне разрушительную силу – металлические изделия быстро приходят в негодность.

Если не предпринять никаких шагов, то очаг начинает разрастаться, захватывая все новые площади. Причем иногда это происходит незаметно для глаз. Так, многие участки механизмов, приборов и т.п. — попросту скрыты из поля зрения, и увидеть их можно только при полной разборке узла или всего устройства. А иные очаги коррозии могут до поры скрываться под слоем краски, и только кода процесс зайдет очень далеко – поваляться сначала в виде вздутий, а потом – и прорывов ржавчины наружу.

Некоторые владельцы пытаются справиться с выявленными очагами коррозии механическим способом. То ест применяя шлифовку поврежденного ею участка наждачной бумагой или же специальными дисками, добравшись до «здорового» металла.

Однако подобная методика, если и может быть применена, то с исключительной осторожностью, и только в качестве предварительного этапа, перед нанесением специальных составов. Только механическая очистка является весьма малоэффективным средством

Точечные проявления коррозии, проступившие через слой краски

Особенно сложно удалить этим способом мелкие точечные очаги ржавчины, так как они в процессе чистки забиваются мелкодисперсной коррозийной пылью, и их становится практически не видно. Но беда как раз в том, что они никуда не деваются, и обязательно в дальнейшем проявят себя, даже после окрашивания. Поэтому обработка химическимисредствами — более надежна.

Кроме того, если ржавчиной поражен тонкий металл, то во время очистки, под давлением щёток или абразивного материала, он может повредиться вплоть до сквозной дырки.

В связи с этим рекомендуется пользоваться химическими составами, очищающими металл и предотвращающими появление коррозии в дальнейшем. Причем с их помощью можно даже успешно справиться с очагами в труднодоступных зонах, там, где никакими другими способами без разборки механизма к пораженному участку не добраться.

Способы защиты металлов от химической коррозии

Полностью предотвратить разрушение металлов в результате химического взаимодействия с агрессивными веществами, присутствующими в окружающей среде, невозможно. Однако этот процесс можно значительно замедлить. Для решения данной задачи используются следующие способы:

• уменьшение агрессии окружающей среды;
• повышение коррозиеустойчивости металла;
• исключение контакта между металлом и агрессивными веществами из окружающей среды.

Чтобы повысить коррозиеустойчивость стали, в нее включают легирующие добавки. Для покрытия металлов в целях противокоррозийной защиты используются другие металлы или неметаллические составы. Например, железо защищается от коррозии путем нанесения на его поверхность алюминия, цинка или никеля. Покрытия из

неметаллических составов выполняются при помощи разнообразных красок, лаков и полимеров, которые формируют на поверхности металлов защитную пленку, предотвращающую их контакт с окружающей средой. Преимущество использования красок и лаков заключается в наличии возможности наносить их на месте установки металлических конструкций. Кроме того, этот способ не требует больших затрат времени и денег и может применяться неоднократно по мере необходимости.

Виды коррозии металлов

На сегодняшний день разновидностей коррозии металлов достаточно много, так как источниками её возникновения может выступать довольно большое количество разнообразных факторов. В целом коррозийные процессы классифицируют по нескольких параметров, а определённые типы коррозии различают между собой по схожести признаков проявления.

В зависимости от общего характера протекания коррозия может проявляться в двух основных формах, которые можно встретить и в повседневной жизни.

1. Общего характера — иными словами, её ещё называют равномерной. Эта разновидность является одной из самых распространённых, так как причинами её появления являются химические и электрохимические реакции. Общая может приводить к ухудшению всей поверхности предмета. Однако, несмотря на это, она является одной из самых безопасных, среди всех существующих. Связанна эта особенность, прежде всего, с тем, что такой процесс можно как предсказать, так и угадать. В этом случае коррозия может быть:
   • равномерной— в этом случае ржа даёт о себе знать одновременно на всей поражённой территории. Примером может быть разрушение труб, изготовленных из железа, которые находятся на открытом воздухе;
2. неравномерной — при этой разновидности скорость реакции разрушения на поверхности варьируется, то есть разрушения одного участка может происходить значительно быстрее, нежели, например, соседнего.
3. Местного характера — в отличие от предыдущего эта разновидность ориентирована на одну конкретную область, на которой и возникает поражение.

ПИТТИНГОВАЯ КОРРОЗИЯ

ПИТТИНГОВАЯ КОРРОЗИЯ, коррозия металлов, ведущая к образованию питтингов , т.е. язв, полостей в металле, начинающихся с его поверхности. Питтинги возникают гл. обр. в защитном слое (нанесенном или образовавшемся естеств. образом) по местам разл. дефектов (трещин от внутр. напряжений, пор, микровключений, выхода на пов-сть границ зерен, дислокаций и т. п.). В зависимости от продолжительности питтинговой коррозии и др. факторов глубина и поперечник пит-тинга могут изменяться от мкм до см. Питтинги могут нарушать функционирование самых разл. изделий-от тонких мембран и проводников микросхем до толстостенных аппаратов, емкостей и труб. Среди причин коррозионных повреждений хим. и энергетич. оборудования доля питтинговой коррозии составляет от 15 до 50%. От питтингов часто развиваются коррозионные трещины (см. Коррозия под напряжением), что значительно повышает опасность питтинговой коррозии.

Питтинговая коррозия протекает по электрохим. механизму (см. Коррозия металлов). Линейная скорость углубления питтинга при стабилизировавшейся питтинговой коррозии металла M может достигать 10-104 мм/год. Это обусловлено тем, что в питтинге локализуется анодная р-ция M = Mz+ + zе (z-зарядовое число иона), а катодная р-ция чаще всего протекает в намного большей по размерам зоне пов-сти вокруг питтинга, если защитный слой достаточно электропроводен. Таким св-вом обладают MH. пассивирующие слои (см. Пассивность металлов), окалина, возникающая при высокотемпературной газовой коррозии, катодные металлич. покрытия и др. Наиб. специфична по своему механизму питтинговая коррозия пассивных металлов, обычно связанная с воздействием того или иного активирующего аниона A (Cl-, Br -, CNS-, , и др.) на активные центры пассивирующего слоя (дефекты). Такие центры периодически выходят на пассивную пов-сть по мере се растворения, образуя участки с кратковременно повыш. локальной скоростью растворения, к-рые могут стать зародышами питтингов. В водных и мн. водно-орг. средах превращение зародыша в устойчиво развивающийся питтинг обычно происходит при условии, что потенциал коррозии металла превышает нек-рое значение, наз. критич. потенциалом питтингообразования Епк (миним. потенциал питтинговой коррозии). Для металла, потенциал коррозии к-рого находится в пассивной или активной области (Екор или Е’корсоотв., рис. 1) (см. Анодное растворение), при достижении Епк происходит резкий рост анодного тока растворения. Вероятность развития зародыша питтинга превышает вероятность его гибели (репассивации) вследствие того, что вблизи активных центров из-за ускоренного миграц. подвода анионов-активаторов А повышена их локальная концентрация в р-ре, а на самих центрах соотв. адсорбция. В результате при EЕпк пассивирующий слой MOx теряет энергетич. устойчивость в системе M (MOx) — А — H2O. Полагают, что при EЕпк достигается настолько высокая локальная скорость анодного растворения в активных центрах (iпит), что она превышает скорость процесса репассивации, поскольку ему препятствует образование при растворении металла агрессивного кон-центрир. кислого р-ра соли M и А или солевого (оксисолево-го) слоя, обладающего высокой катионной проводимостью. Пока при росте питтинга значения iпит, связанные со скоростью uпит в соответствии с законом Фарадея, остаются достаточно высокими, процесс самоподдерживается.

Коррозия неметаллических материалов

Коррозия конструкционных неметаллических материалов, как ранее было указано, вызывается в основном химическим воздействием на них агрессивной среды и механическим воздействием.

При этом происходит или выщелачивание легкорастворимых соединений материала агрессивной средой, как это характерно для большинства материалов неорганического происхождения, или окисление («старение») материала, что связано с деструкцией последнего и падением его механической прочности. Такой вид разрушения характерен для всех материалов органического происхождения (пластмассы, битумы, резина, древесина и др.).

Разрушение конструкционных неметаллическихе материалов неорганического происхождения имеет место также вследствие физико-механических причин.

В ряде случаев механическое разрушение конструкционных неметаллических материалов неорганического происхождения обусловлено напряжениями, возникающими в материале. Этот вид разрушения характерен для пористых конструкционных неметаллических материалов вследствие кристаллизации в порах солей, отложения продуктов коррозии или замерзания в порах воды. При заполнении полностью объема пор и невозможности их расширения неизбежно механическое разрушение материала.

Кристаллизация солей в открытых порах строительных материалов чаще всего наблюдается в сухом жарком климате, при соприкосновении деталей сооружений с засоленными грунтами. Содержащаяся в последних влага интенсивно испаряется. Осаждающиеся соли постепенно заполняют поры. Развивающееся в указанных условиях кристаллизационное давление может быть значительным.

Данному виду разрушения подвержены бетон, кирпичи, недостаточно плотные горные породы и некоторые другие материалы. Разрушение, в частности, цементных и бетонных полов на содовых заводах объясняется процессами, связанными с кристаллизацией гидратированных углекислых щелочей. Разрушение материалов неорганического происхождения может происходить и при резких сменах температуры, что часто наблюдается в материалах с различными коэффициентами линейного расширения их составляющих.

Старение конструкционных неметаллических материалов органического происхождения может быть вызвано не только окислительными средами, какими являются азотная кислота, серная кислота высоких концентраций и т. п., но и рядом различных факторов, как механические нагрузки, свет, тепло, ультразвук, радиация и др.