Одной из серьезных угроз для инструментов и конструкций, выполненных из металла, является коррозия. По этой причине большую актуальность приобретает проблема их защиты от столь неприятного процесса. При этом сегодня известно немало методов, которые позволяют достаточно эффективно решить эту проблему.
Антикоррозионная защита - зачем она нужна
Коррозия представляет собой процесс, сопровождающийся разрушением поверхностных слоев конструкций из стали и чугуна, возникающий в результате электрохимического и химического воздействия. Негативным следствием этого становится серьезная порча металла , его разъедание, что не позволяет использовать его по назначению.
Экспертами было проведено достаточно доказательств тому, что ежегодно порядка 10% от общего объема добычи металла на планете уходит на устранение потерь, связанных с воздействием коррозии, из-за которой происходит расплавление металлов и полная потеря эксплуатационных свойств металлическими изделиями.
При первых признаках воздействия коррозии изделия из чугуна и стали становятся менее герметичными, прочными. В то же время ухудшаются такие качества, как теплопроводность, пластичность, отражательный потенциал и некоторые иные важные характеристики. В дальнейшем конструкции и вовсе нельзя применять по назначению.
Вдобавок к этому именно с коррозией связывают большинство производственных и бытовых аварий, а также и некоторые экологические катастрофы . Трубопроводы, используемые для транспортировки нефти и газа, имеющие значительные участки, покрытые ржавчиной, могут в любой момент лишиться своей герметичности, что может создать угрозу для здоровья людей и природы в результате прорыва подобных магистралей. Это дает понимание того, почему так важно предпринимать меры по защите конструкций из металла от коррозии, прибегая к помощи традиционных и новейших средств и методов.
К сожалению, пока не удалось создать такой технологии, которая бы смогла полностью защитить стальные сплавы и металлы от коррозии. При этом имеются возможности для задержания и уменьшения негативных последствий подобных процессов. Эта задача решается посредством использования большого количества антикоррозионных средств и технологий.
Предлагаемые сегодня методы борьбы с коррозией могут быть представлены в виде следующих групп:
- Использование электрохимических методов защиты конструкций;
- Создание защитных покрытий;
- Разработка и производство новейших конструкционных материалов, демонстрирующих высокую стойкость к коррозионным процессам;
- Добавление в коррозионную среду особых соединений, благодаря которым можно замедлить распространение ржавчины;
- Грамотный подход к выбору подходящих деталей и конструкций из металлов для сферы строительства.
Защита изделий из металла от коррозии
Обеспечить способность защитного покрытия выполнять поставленные перед ним задачи можно за счет целого ряда специальных свойств:
Создавать подобные покрытия следует тем расчетом, чтобы они располагались на всей площади конструкции в виде максимально равномерного и сплошного слоя.
Доступные сегодня защитные покрытия для металла могут быть классифицированы на следующие типы:
- металлические и неметаллические;
- органические и неорганические.
Подобные покрытия получили широкое распространение во многих странах. Поэтому им будет уделено особое внимание.
Борьба с коррозией при помощи органических покрытий
Чаще всего для защиты металлов от коррозии прибегают к такому эффективному методу, как использование лакокрасочных составов. Этот метод на протяжении многих лет демонстрирует высокую эффективность и несложность в плане реализации.
Использование подобных соединений в борьбе против ржавчины предусматривает достаточно преимуществ , среди которых простота и доступная цена не являются единственными:
- Используемые покрытия могут придавать обрабатываемому изделию различный цвет, в результате это позволяет не только надежно защитить изделие от ржавчины, но и обеспечить конструкциям более эстетичный внешний вид;
- Отсутствие сложностей с реставрацией защитного слоя в случае его повреждения.
Увы, однако у лакокрасочных составов имеются и определенные недостатки , к числу которых нужно отнести следующие:
- низкий коэффициент термической стойкости;
- низкая устойчивость в водной среде;
- низкая стойкость к воздействию механического характера.
Это вынуждает, чему не противоречат требования действующих СНиП, прибегать к их помощи в ситуации, когда изделия подвергаются воздействию со стороны коррозии с максимальной скоростью 0,05 мм в год, при этом расчетный срок службы не должен превышать 10 лет.
Ассортимент предлагаемых сегодня на рынке лакокрасочных составов может быть представлен в виде следующих элементов:
При выборе того или иного лакокрасочного состава следует обращать внимание на условия эксплуатации обрабатываемых конструкций из металла. Применять материалы на основе эпоксидных элементов желательно для тех изделий, которые будут эксплуатироваться в атмосферах, содержащих испарения хлороформа, двухвалентного хлора, а также для обработки изделий, которые планируется использовать в разных типах кислот.
Высокую стойкость к кислотам демонстрируют и лакокрасочные материалы, содержащие полихлорвинил. Вдобавок к этому к ним прибегают в целях обеспечения защиты металла, который будет контактировать с маслами и щелочами. Если же возникает задача в обеспечении защиты конструкций, которые будут взаимодействовать с газами, то обычно выбор останавливают на материалах, содержащих полимеры.
Решая вопрос с предпочтительным вариантом защитного слоя, следует обращать внимания на требования отечественных СНиП, предусмотренных для конкретной отрасли промышленности. Подобные саннормы содержат перечень таких материалов и способов защиты от коррозии, к которым допускается прибегать, а также те, которые не следует применять. Скажем, если обратиться к СНиПу 3.04.03-85 , то там представлены рекомендации по защите строительных сооружений различного назначения:
- систем трубопроводов, используемых для транспортировки газа и нефти;
- обсадных стальных труб;
- тепломагистралей;
- конструкций, выполненных из стали и железобетона.
Обработка неметаллическими неорганическими покрытиями
Метод электрохимической или химической обработки позволяет создавать на изделиях из металла особые пленки, не допускающие негативное воздействие со стороны коррозии. Обычно для этой цели применяются фосфатные и оксидные пленки
, при создании которых учитываются требования СНиП, поскольку подобные соединения отличаются по механизму защиты для различных конструкций.
Фосфатные пленки
Останавливать выбор на фосфатных пленках рекомендуется, если необходимо обеспечить защиту от коррозии изделий из цветных и черных металлов. Если обратиться к технологии подобного процесса, то он сводится к помещению изделий в раствор цинка, железа или марганца в виде смеси с кислыми фосфорными солями, которые предварительно нагреты до отметки 97 градусов. Создаваемая пленка представляется отличной основой, чтобы в дальнейшем можно было покрыть ее лакокрасочным составом.
Важным моментом является то, что долговечность фосфатного слоя находится на довольно низком уровне. Также он обладает и другими недостатками - низкой эластичностью и прочностью. К фосфатированию прибегают в целях обеспечения защиты деталей, эксплуатация которых проходит в условиях высоких температур или соленой водной среды.
Оксидные пленки
Свою сферу применения имеют и оксидные защитные пленки. Они создаются при воздействии на металлы растворами щелочей посредством использования тока. Довольно часто для оксидирования применяют такой раствор, как едкий натр. Среди специалистов процесс создания оксидного слоя часто именуется воронением. Это обусловлено созданием на поверхности мало и высокоуглеродистых сталей пленки, имеющей привлекательный черный цвет.
Способ оксидирования является востребованным в тех случаях, когда возникает задача по сохранению изначальных геометрических размеров. Чаще всего защитное покрытие подобного типа создается на точных приборах и стрелковом вооружении. Обычно пленка имеет толщину не более 1,5 микрона.
Дополнительные способы
Существуют и другие способы защиты от коррозии, которые основываются на использовании неорганических покрытий:
Заключение
У каждого инструмента и конструкции, которая выполнена из стали, имеется ограниченный срок службы . При этом не всегда изделие может демонстрировать его в том виде, который заложен изначально производителем. Этому могут помешать различные негативные факторы, в том числе и коррозия. В целях защиты от неё приходится прибегать к различным методам и средствам.
Учитывая всю важность процедуры по защите от коррозии, необходимо правильно подобрать метод, а для этого важно учитывать не только условия эксплуатации изделий, но и их изначальные свойства. Подобный подход позволит обеспечить надежную защиту от ржавчины, в результате изделие сможет гораздо дольше использоваться по своему прямому назначению.
Слово коррозия произошло от латинского corrodere. Оно в переводе означает «разъедать». Чаще всего встречается коррозия металла. Однако есть случаи, когда от коррозии страдают и изделия из других материалов. Ей подвержены и камни, и пластмасса и даже дерево. Сегодня все чаще люди сталкиваются с такой проблемой, как покрытие коррозией памятников архитектуры, сделанных из мрамора и других материалов. Из этого можно сделать, что под такой процесс, как коррозия обозначает разрушение под воздействием окружающей среды
Причины коррозии металлов
Коррозии подвержены большая часть металлов. Данный процесс представляет собой их окисление. Оно приводит к распаду их на оксиды. В простонародии коррозия получила название ржавчина. Она представляет собой порошок мелкого помола светло-коричневого оттенка. На многих видах металлов во время процесса окисления появляется специальный состав в виде скрепленной с ними оксидной пленки. Она обладает плотной структурой, благодаря чему кислороду из воздуха и воде не удается проникнуть в глубокие слои металлов для дальнейшего их разрушения.
Алюминий относится к разряду очень активных металлов. При соприкосновении с воздухом или водой он с теоретической точки зрения должен легко расщепляться. Однако во время коррозии на нем образуется специальная пленка, которая уплотняет его структуру и делает процесс образования ржавчины практически невозможным.
Таблица 1. Совместимость металлов
| Магний | Цинк | Алюминий | Кадмий | Свинец | Олово | Медь | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Магний | Низкое | С | С | С | С | С | С | ||||||
| Высокое | У | У | У | С | С | ||||||||
| Цинк | Низкое | У | У | У | С | С | С | ||||||
| Высокое | Н | Н | Н | Н | Н | Н | |||||||
| Алюминий | Низкое | У | Н | Н | С | С | |||||||
| Высокое | Н | У | Н | С | С | С | |||||||
| Кадмий | Низкое | Н | Н | Н | С | С | С | ||||||
| Высокое | У | Н | Н | Н | Н | Н | |||||||
| Углеродистая сталь | Низкое | Н | Н | Н | Н | С | С | С | |||||
| Высокое | Н | Н | Н | Н | Н | Н | Н | ||||||
| Низколегированная сталь | Низкое | Н | Н | Н | Н | С | С | С | |||||
| Высокое | Н | Н | Н | Н | Н | Н | Н | ||||||
| Литейная сталь | Низкое | Н | Н | Н | Н | С | С | С | |||||
| Высокое | Н | Н | Н | Н | Н | Н | |||||||
| Хромированная сталь | Низкое | Н | Н | Н | Н | У | У | С | |||||
| Высокое | Н | Н | Н | Н | Н | Н | |||||||
| Свинец | Низкое | Н | Н | Н | Н | Н | Н | ||||||
| Высокое | Н | Н | Н | Н | Н | ||||||||
| Олово | Низкое | Н | Н | Н | Н | Н | |||||||
| Высокое | Н | Н | Н | Н | Н | ||||||||
| Медь | Низкое | Н | Н | Н | Н | У | С | ||||||
| Высокое | Н | Н | Н | Н | Н | У | |||||||
| Нержавеющая сталь | Низкое | Н | Н | Н | Н | Н | Н | ||||||
| Высокое | Н | Н | Н | Н | У | У | Н | ||||||
| В 1 столбце таблицы представлены металлы, которые подвергаются или не подвергаются коррозии с металлами указанными в остальных столбцах таблицы и пропорция соотношения площадей металла, указанного в 1 столбце, к металлам в остальных столбцах таблицы. Краткое обозначение С, У, Н в таблице означает: | |||||||||||||
Таблица 2. Совместимость стали с металлами
| Металлы, в отношении которых представлены данные в таблице по подверженности их коррозии | Соотношение площади металла к другим металлам таблицы | Углеродистая сталь | Низколегированная сталь | Литейная сталь | Хромированная сталь | Нержавеющая сталь | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Магний | Низкое | С | С | С | С | С | |||||||
| Высокое | С | С | С | С | С | ||||||||
| Цинк | Низкое | С | С | С | С | С | |||||||
| Высокое | Н | Н | Н | Н | Н | ||||||||
| Алюминий | Низкое | У | С | С | |||||||||
| Высокое | Н | Н | У | У | У | ||||||||
| Кадмий | Низкое | С | С | С | С | С | |||||||
| Высокое | Н | Н | Н | Н | Н | ||||||||
| Углеродистая сталь | Низкое | У | С | С | С | ||||||||
| Высокое | Н | Н | Н | Н | |||||||||
| Низколегированная сталь | Низкое | Н | Н | С | С | ||||||||
| Высокое | Н | Н | Н | Н | |||||||||
| Литейная сталь | Низкое | Н | У | С | С | ||||||||
| Высокое | Н | Н | Н | ||||||||||
| Хромированная сталь | Низкое | Н | Н | Н | С | ||||||||
| Высокое | Н | Н | Н | Н | |||||||||
| Свинец | Низкое | Н | Н | Н | Н | ||||||||
| Высокое | Н | Н | У | Н | Н | ||||||||
| Олово | Низкое | Н | Н | Н | |||||||||
| Высокое | Н | Н | Н | У | |||||||||
| Медь | Низкое | Н | Н | У | |||||||||
| Высокое | Н | Н | Н | Н | |||||||||
| Нержавеющая сталь | Низкое | Н | Н | ||||||||||
| Высокое | Н | Н | Н | У | |||||||||
|
В 1 столбце таблицы представлены металлы, которые подвергаются или не подвергаются коррозии с металлами указанными в остальных столбцах таблицы и пропорция соотношения площадей металла, указанного в 1 столбце, к металлам в остальных столбцах таблицы. Краткое обозначение С, У, Н в таблице означает:
|
|||||||||||||
Виды коррозии металлов
Сплошная коррозия
Наименее опасно для различных предметов из металлов является сплошная коррозия. Особенно она не опасна для тех ситуаций, когда повреждения аппаратов и оборудования не нарушают технические нормы их дальнейшего использования. Последствия такого вида коррозии можно с легкостью предугадать и скорректировать с учетом этого оборудование.
Местная коррозия
Большую опасность представляет собой местный вид коррозии. В этом случае потери металла не являются большими, но при этом образуются сквозные поражения металлов, что приводит к выходу из строя изделия или оборудования. Такой вид коррозии встречается в изделиях, которые соприкасаются с морской водой или солями. Такое появление ржавчины способствует тому, что поверхность металлической основы разъедается частично и конструкция теряет свою надежность.
Большое количество проблем появляется в местах, где используется хлорид натрия. Данное вещество применяется для устранения снега и льда на дорогах в городских условиях. Данный вид соли заставляет их превращаться в жидкость, которая уже в разбавленном с солями виде попадает в городские трубопроводы. В этом случае не помешает защита металлов от коррозии. Все подземные коммуникации при попадании воды с солями начинают разрушаться. В Соединенных Штатах Америки подсчитано, что в год на проведение ремонтных работ в области дорожных коммуникации уходит примерно два миллиарда долларов. Однако от данного вида соли для обработки дорожного полотна коммунальщики пока не готовы отказаться из-за низкой его стоимости.
Способы защиты металлов от коррозии
С самых давних времен люди старались защитить металлы от появления коррозии. постоянные атмосферные осадки приводили в негодность металлические изделия. Именно поэтому люди смазывали их различными жирными маслами. Затем они стали использовать для этой цели покрытия из других металлов, которые не ржавеют.
Современные химики тщательно прорабатывают все возможные методы борьбы с коррозией металлов. Они создают специальные растворы. Разрабатываются способы уменьшения рисков образования на металлах коррозии. Примером может служить такой материал, как нержавеющая сталь. Для ее производства использовалось железо, дополненное кобальтом, никелем, хромом и другими элементами. При помощи добавленных к нему элементов удалось создать металл, на котором более длительное время не образуется налет ржавчины.
Для защиты различных металлов от коррозии разработаны различные вещества, которые активно применяются в современной промышленности. Лаки и краски активно сегодня используются. Они являются наиболее доступными средствами для защиты от ржавчины изделий из металлов. Они создают преграду для попадания на сам металл воды или воздуха. Это позволяет на время отсрочить появление коррозии. Следует при нанесении краски или лака учитывать толщину слоя и поверхность материала. Для достижения наилучшего результата покрытие металлов от коррозии должно производиться ровным и плотным слоем.
Химическая коррозия металлов
По сущности коррозия может быть двух видов:
- химическая,
- электрохимическая.
Химическая коррозия представляет собой образование ржавчины при определенных условиях. В промышленных условиях не редко приходится сталкиваться с данным типом коррозии. Ведь на многочисленных современных предприятиях металлы перед созданием из них изделий нагреваются, что приводит к образованию такого процесса, как ускоренная химическая коррозия металла. При этом образуется окалина, которая является продуктом его реакции на появление ржавчины во время нагревания.
Ученые доказали, что современное железо гораздо больше подвержено образованию ржавчины. В нем содержится большое количество серы. Она появляется в металле из-за того, что во время добывания железных руд используется каменный уголь. Сера из него попадает в железо. Современные люди удивляются то, что древние предметы их этого металла, которые находят на раскопках археологи, сохраняют свои внешние качества. Это связано с тем, что в древности для добычи железа использовался древесный уголь, который практически не содержит серы, которая могла бы попасть в металл.
Такие металлы подвергаются коррозии
Среди металлов встречаются различные виды. Чаще всего для созданий каких-либо предметов или объектов применяется железо. Именно из него изготовляется в двадцать раз больше изделий и объектов, чем из других металлов вместе взятых. Данный металл стали использовать активнее всего в промышленности в конце 18 начале 19 веков. Именно в этот период был построен первый чугунный мост. Появилось первое морское судно, для изготовления которого была использована сталь.
В природе самородки железа встречаются в редких случаях. Многие люди считают, что данный металл не является земным, его относят к космическим или метеоритным. Именно он является наиболее подверженным к образования коррозии.
Также есть и другие металлы, подверженные коррозии. Среди них выделяются медь, серебро, бронза.
Видео "Коррозия металлов, способы защиты от неё"
Статьи по теме
Современные технологии развиваются с молниеносной скоростью, благодаря чему на рынках появляется огромное количество разнообразной уникальной продукции, несущей декоративный эффект. Именно к такой продукции относится термохромная краска.
Ни для кого не секрет, что металлу не свойственна горючесть. Однако, не смотря на это, воздействие высоких температур приводит к изменению его твердости, в результате чего металл становится мягким, гибким и в результате способен деформироваться. Все это является причинами, по которым несущая способность металла утрачивается, что может стать причиной обрушения целого здания или его отдельной части во время пожара. Несомненно, это очень опасно для человеческой жизни. Для того, чтобы не допустить такого, при строительстве применяются разнообразные составы, способные сделать металлоконструкцию более устойчивой к высоким температурам.
Сегодня без разных видов трубопроводов невозможно представить себе жизнью Они находятся практически в каждом населенном пункте и обеспечивают коммуникации. Производств труб для прокладки под землей осуществляется из металлов самых разных типов.
Ингибитор не является каким-то конкретным веществом. Так называют целуют группу веществ, которые направлены на остановку или задержку протеканий каких-либо физических или физико-химических процессов.
Коррозия – самопроизвольный процесс и соответственно протекающий с уменьшением энергии Гиббса системы. Химическая энергия реакции коррозионного разрушения металлов выделяется в виде теплоты и рассеивается в окружающем пространстве.
Коррозия приводит к большим потерям в результате разрушения трубопроводов, цистерн, металлических частей машин, корпусов судов, морских сооружений и т. п. Безвозвратные потери металлов от коррозии составляют 15 % от ежегодного их выпуска. Цель борьбы с коррозией – это сохранение ресурсов металлов, мировые запасы которых ограничены. Изучение коррозиии разработка методов защиты металлов от нее представляют теоретический интерес и имеют большое народнохозяйственное значение.
Ржавление железа на воздухе, образование окалины при высокой температуре, растворение металлов в кислотах – типичные примеры коррозии. В результате коррозии многие свойства металлов ухудшаются: уменьшается прочность и пластичность, возрастает трение между движущимися деталями машин, нарушаются размеры деталей. Различают химическую и электрохимическую коррозию.
Химическая, коррозия – разрушение металлов путем их окисления в сухих газах, в растворах неэлектролитов. Например, образование окалины на железе при высокой температуре. В этом случае образующиеся на металле оксидные плёнки часто препятствуют дальнейшему окислению, предотвращая дальнейшее проникновение к поверхности металла как газов, так и жидкостей.
Электрохимической коррозией называют разрушение металлов под действием возникающих гальванических пар в присутствии воды или другого электролита. В этом случае наряду с химическим процессом – отдача электронов металлами, протекает и электрический процесс – перенос электронов от одного участка к другому.
Этот вид коррозии подразделяют на отдельные виды: атмосферную, почвенную, коррозию под действием «блуждающего» тока и др.
Электрохимическую коррозию вызывают примеси, содержащиеся в металле, или неоднородность его поверхности. В этих случаях при соприкосновении металла с электролитом, которым может быть и влага, адсорбируемая на воздухе, на его поверхности возникает множество микрогальванических элементов. Анодами являются частицы металла, катодами – примеси и участки металла, имеющие более положительный электродный потенциал. Анод растворяется, а на катоде выделяется водород. В то же время на катоде возможен процесс восстановления кислорода, растворённого в электролите. Следовательно, характер катодного процесса будет зависеть от некоторых условий:
кислая среда : 2Н + + 2ē = Н 2 (водородная деполяризация),
О 2 + 4Н + + 4ē → 2Н 2 О
нейтральная среда : O 2 +2H 2 O+4e − =4OH − (кислородная деполяризация).
В качестве примера рассмотрим атмосферную коррозию железа в контакте с оловом. Взаимодействие металлов с каплей воды, содержащей кислород, приводит к возникновению микрогальванического элемента, схема которого имеет вид
(-)Fe|Fe 2+ || O 2 , H 2 O| Sn (+).
Более активный металл (Fе) окисляется, отдавая электроны атомам меди и переходит в раствор в виде ионов (Fe 2+). На катоде протекает кислородная деполяризация.
Способы защиты от коррозии. Все методы защиты от коррозии можно условно разделить на две большие группы: неэлектрохимические (легирование металлов, защитные покрытия, изменение свойств коррозионной среды, рациональное конструирование изделий) и электрохимические (метод проектов, катодная защита, анодная защита).
Легирование металлов – это эффективный, хотя и дорогой метод повышения коррозионной стойкости металлов, при котором в состав сплава вводят компоненты, вызывающие пассивацию металла. В качестве таких компонентов применяют хром, никель, титан, вольфрам и др.
Защитные покрытия – это слои, искусственно создаваемые на поверхности металлических изделий и сооружений. Выбор вида покрытия за- висит от условий, в которых используется металл.
Материалами для металлических защитных покрытий могут быть чистые металлы: цинк, кадмий, алюминий, никель, медь, олово, хром, серебро и их сплавы: бронза, латунь и т. д. По характеру поведения металлических покрытий при коррозии их можно разделить на катодные (например, на стали Cu, Ni, Ag) и анодные (цинк на стали). Катодные покрытия могут защищать металл от коррозии лишь при отсутствии пор и повреждений покрытия. В случае анодного покрытия защищаемый металл играет роль катода и поэтому не корродирует. Но потенциалы металлов зависят от состава растворов, поэтому при изменении состава раствора может меняться и характер покрытия. Так, покрытие стали оловом в растворе H 2 SO 4 – катодное, а в растворе органических кислот – анодное.
Неметаллические защитные покрытия могут быть как неорганическими, так и органическими. Защитное действие таких покрытий сводится в основном к изоляции металла от окружающей среды.
Электрохимический метод защиты основан на торможении анодных или катодных реакций коррозионного процесса. Электрохимическая защита осуществляется присоединением к защищаемой конструкции (корпус судна, подземный трубопровод), находящейся в среде электролита (морская, почвенная вода), металла с более отрицательным значением электродного потенциала – протектора .
Коррозия причиняет огромные убытки. В результате нее металлические изделия теряют свои ценные технические свойства. Поэтому имеют очень большое значение меры борьбы с коррозией.
Они весьма разнообразны и включают следующие методы:
1. Защитные поверхностные покрытия металлов. Они бывают металлические и неметаллические. Металлические покрытия в свою очередь подразделяют на: гальванические; полученные, погружением в расплав; плакированием металлов; диффузионные и изотермически напыленные. Неметаллические покрытия бывают: силикатные (эмалированные); фосфатные; керамические, полимерные: лакокрасочные и порошкообразные.
4. Обескислороживание воды.
5. Создание сплавов с антикоррозионными свойствами.
Металлические гальванические покрытия изолируют металл от внешней среды. Их наносят электролитическим способом, подбирая состав электролита, плотность тока и температуру среды. Метод позволяет получать очень тонкие надежные слои металлов (цинк, никель, хром, свинец, олово, медь, кадмий и др.) и является экономичным. Покрытие железных изделий этими и другими металлами помимо защиты, придает им красивый внешний вид.
Тщательная очистка покрываемого изделия от загрязнений является одним из важных условий получения качественного покрытия. К загрязнениям относятся: жиры, масла и окислы. Обработку покрываемой поверхности производят тремя способами: механическим (шлифовка, песко- и дробеструйная очистка), химическим и электрохимическим (обезжиривание, травление и электрохимическое полирование). Хранение подготовленных изделий до покрытия не более 4 - 6 часов.
Например, кровельное железо предохраняют от коррозии цинком. Цинк, хотя и является более активным металлом, чем железо, покрыт снаружи защитной окисной пленкой. При ее повреждении возникает гальваническая пара железо-цинк. Катодом (положительным) служит железо, анодом (отрицательным) - цинк. Электроны переходят от цинка к железу, цинк растворяется, но железо остается защищенным до тех пор, пока слой цинка не разрушится до конца.
Методом погружения деталей в расплав наносятся например, покрытия из цинка и олова. Защитный слой (d = 10 - 50 мкм) имеет диффузионное сцепление с основой. Недостатки метода - трудность достижения равномерной толщины покрытия, а также большой расход металла, который например, при использовании цинка для слоя толщиной 25 мкм составляет до 600 г/м2.
Диффузионный способ защиты основан на изменении химического и фазового состава поверхностного слоя металла при вхождении в него подходящих элементов, которые обеспечивают коррозионную стойкость. Стали от атмосферной коррозии сохраняют цинкованием, алитирование применяют для защиты от окисления при повышенных температурах. Кремниевые покрытия (силицирование) используют для предохранения жаростойких металлов, борирование - для повышения износостойкости и прочности.
Плакирование металлов используют для изготовления биметаллических листов типа сталь-никель, сталь-титан, сталь-медь, сталь-алюминий. Его проводят методами совместного горячего пластического деформирования, электродуговой и электрошлаковой наплавкой, сваркой взрывом.
Напыляемые покрытия получают газотермическим, плазменным, детонационным и вакуумным способами. При этом металл распыляется в жидкой фазе в виде капель и осаждается на покрываемую поверхность. Метод прост, позволяет получать слои любой толщины с хорошим сцеплением с основным металлом. При вакуумном способе материал покрытия нагревают до состояния пара, и паровой поток конденсируется на поверхности изделия.
Методы напыления позволяют защищать сборные конструкции. Однако расход металла при этом очень значительный, а покрытие получается пористым и для обеспечения противокоррозионной защиты требуется дополнительное уплотнение термопластическими смолами или другими полимерными материалами. При восстановлении изношенных деталей машин пористость является весьма ценной, так как служит носителем смазочных материалов.
Стеклоэмалями называются стекла, наносимые тонким слоем на поверхность металлических предметов с целью защиты от коррозии, придания им определенной окраски и улучшения внешнего вида, создания отражающей поверхности и пр.
Производство эмалированных изделий включает в себя следующие операции: высокотемпературный синтез-варка эмалевых стекол (фриттов); приготовление из них порошков и суспензий; подготовка поверхности металлических изделий и собственное эмалирование - нанесение суспензии на поверхность металла, сушка и оплавление порошкообразного стекла в покрытие.
Стальные изделия грунтовой эмалью покрываются обычно двух- и трехкратно. Общая толщина получаемого покрытия в среднем равна 1,5 мм. После сушки полученного грунта при температуре 90 - 100 °С деталь далее обжигают при 850 - 950 °С. С целью увеличения долговечности эмалевых покрытий стальных труб в теплоэнергетике их наносят по слою напыленного алюминия.
В основе фосфатирования стальных изделий лежит процесс образования нерастворимых в воде двух- и трехзамещенных фосфатов железа, цинка и марганца. Они образуются при погружении изделий в разбавленный раствор фосфорной кислоты с добавкой однозамещенных фосфатов вышеперечисленных металлов. Получающийся фосфатный пласт хорошо сцеплен с металлической основой. Эти покрытия пористы, поэтому на них дополнительно нужно нанести лак или краску. Толщины фосфатных слоев составляют 10 - 20 мкм. Фосфатирование нужно вести окунанием или распылением.
В качестве керамической защиты используются покрытия на основе оксидов некоторых р-элементов, также кремниземистые, алюмисиликатные, магнезильные, карборундовые и другие. Получили развитие новые материалы, называемые керметы. Это металлокерамические смеси или комбинации металлов с керамикой, например Al - Al2O3 (САП), V - Al - Al2O3 (твэл). Они находят применение в реакторостроении. По сравнению с простой керамикой керметы обладают большей прочностью и пластичностью, имеют очень высокую сопротивляемость механическим и тепловым ударам.
Лакокрасочные покрытия наносят: распылением воздухом, высоким давлением и в электрическом поле; электроосаждением, струйным обливом, окунанием, валиками, кистью и т. д. Искусственная сушка красок может выполняться горячим воздухом, в камерах, инфракрасным и ультрафиолетовым излучениями.
Нанесение слоев из порошков полимеров осуществляют газопламенным, вихревым и электростатическим напылением. При температуре 650 -700 °С порошкообразный полимер размягчается и при ударе о подготовленную и нагретую до температуры давления полимера поверхность детали сцепляется с ней, образуя сплошное покрытие. Для напыления успешно используют полиэтилен, поливинилхлорид, фторопласты, нейлон и другие полимерные материалы.
Для катодной защиты стали в почве и нейтральных водных растворах минимальный потенциал составляет 770 - 780 мВ. Предусматривается одновременная пленочная изоляция поверхности изделия от контакта с коррозионной средой.
Анодную защиту применяют только для оборудования из сплавов, склонных к пассивации в данном технологическом растворе. Коррозия этих сплавов в инертном состоянии протекает гораздо медленнее. Используется источник постоянного тока с автоматическим регулятором потенциала анодной поляризации защищаемого металла.
В зависимости от агрессивности среды при анодно-протекторной защите применяют катоды из кремнистого чугуна, молибдена, сплавов титана и нержавеющих сталей. Так предохраняют теплообменники из нержавеющих сталей, работающие в 70 - 90 %-ной серной кислоте при температуре 100 -120 °С.
Ингибиторы коррозии - это вещества, замедляющие скорость разрушения металлических изделий. Даже в малом количестве они заметно снижают скорость обоих механизмов коррозии. Их вводят в рабочую агрессивную среду или наносят на детали. Они адсорбируются на металлической поверхности, взаимодействуют с ней с образованием защитных пленок и тем самым препятствуют протеканию разрушительных процессов. Некоторые антиоксиданты способствуют удалению кислорода (или другого окислителя) из рабочей зоны, что также снижает скорость коррозии.
Ингибиторами служат многие неорганические и органические соединения и разнообразные смеси на их основе. Их широко применяют при химической очистке паровых котлов от накипи, снятии окалины методом кислотной промывки, а также при хранении и перевозке неорганических сильных кислот в стальной таре и других. Например, для солянокислотной промывки теплосилового оборудования используют ингибиторы марок И-1-А, И-1-В, И-2-В (смесь высших пиридиновых оснований).
Создание сплавов с антикоррозионными свойствами заключается в легировании сталей такими металлами, как хром. При этом получают хромистые нержавеющие устойчивые к коррозии стали. Усиливают антикоррозионные свойства сталей добавками никеля, кобальта и меди. Легирование преследует достижение их высокой коррозионной стойкости в рабочей среде и обеспечение заданного комплекса физико-механических характеристик. Легирование сталей такими легкопассивирующимися металлами, как алюминий, хром, никель, титан, вольфрам и молибден придает первым склонность к пассивации при условии образования твердых растворов.
Для борьбы с МКК аустенитных сталей применяют:
а) снижение содержания углерода, что исключает образование хромистых карбидов;
б) введение в сталь более сильных, чем хром, металлов-карбидообразо-вателей (титан и ниобий), что связывает углерод в их карбиды и исключает обеднение границ зерен по хрому;
в) закалку сталей от 1050 - 1100 °С, обеспечивающую перевод хрома и углерода в твердый раствор на их основе;
г) отжиг, обогащающий приграничные зоны зерен свободным хромом до уровня требуемой коррозионной стойкости.
Вопросы для самостоятельной работы . Основы теории коррозии, виды коррозии металлов, борьба и защита электрооборудования от коррозии Радиационные повреждения металлов и сплавов, борьба с радиационными повреждениями; исправление радиационных повреждений. Сварка и пайка в энергетике. Способы, сущность, преимущества и недостатки. Литература: Материаловедение. (Под общей ред. Б.Н. Арзамасова и Г.Г. Мухина) 3-е изд. переработанное и дополненное. М: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2002.
Современная защита металлов от коррозии базируется на следующих методах:
повышение химического сопротивления конструкционных материалов,
изоляция поверхности металла от агрессивной среды,
понижение агрессивности производственной среды,
снижение коррозии наложением внешнего тока (электрохимическая защита).
Эти методы можно разделить на две группы. Первые два метода обычно реализуются до начала производственной эксплуатации металлоизделия (выбор конструкционных материалов и их сочетаний еще на стадии проектирования и изготовления изделия, нанесение на него защитных покрытий). Последние два метода, напротив, могут быть осуществлены только в ходе эксплуатации металлоизделия (пропускание тока для достижения защитного потенциала, введение в технологическую среду специальных добавок-ингибиторов) и не связаны с какой-либо предварительной обработкой до начала использования.
При применении первых двух методов не могут быть изменены состав сталей и природа защитных покрытий данного металлоизделия при непрерывной его работе в условиях меняющейся агрессивности среды. Вторая группа методов позволяет при необходимости создавать новые режимы защиты, обеспечивающие наименьшую коррозию изделия при изменении условий их эксплуатации. Например, на разных участках трубопровода в зависимости от агрессивности почвы можно поддерживать различные плотности катодного тока или для разных сортов нефти, прокачиваемой через трубы данного состава, использовать разные ингибиторы.
Однако в каждом случае приходится решать каким из средств или в каком их сочетании можно получить наибольший экономический эффект.
Широко применяются следующие основные решения защиты металлических конструкций от коррозии:
1. Защитные покрытия
Металлические покрытия.
По принципу защитного действия различают анодные и катодные покрытия. Анодные покрытия имеют в водном растворе электролитов более отрицательный электрохимический потенциал, чем защищенный металл, а катодные - более положительный. Вследствие смещения потенциала анодные покрытия уменьшают или полностью устраняют коррозию основного металла в порах покрытия, т.е. оказывают электрохимическую защиту, в то время как катодные покрытия могут усиливать коррозию основного металла в порах, однако ими пользуются, т.к. они повышают физико-механические свойства металла, например износостойкость, твердость. Но при этом требуются значительно большие толщины покрытий, а в ряде случаев дополнительная защита.
Металлические покрытия разделяются также по способу их получения (электролитическое осаждение, химическое осаждение, горячее и холодное нанесение, термодиффузионная обработка, металлизация напылением, плакирование).
Неметаллические покрытия
Данные покрытия получают нанесением на поверхность различных неметаллических материалов - лакокрасочных, каучуковых, пластмассовых, керамических и др.
Наиболее широко используются лакокрасочные покрытия, которые можно разделить по назначению (атмосферостойкие, ограниченно атмосферостойкие, водостойкие, специальные, маслобензостойкие, химически стойкие, термостойкие, электроизоляционные, консервационные) и по со составу пленкообразователя (битумные, эпоксидные, кремнийорганические, полиуретановые, пентафталевые и др.)
Покрытия, получаемые химической и электрохимической обработкой поверхности
Эти покрытия представляют собой пленки нерастворимых продуктов, образовавшихся в результате химического взаимодействия металлов с внешней средой. Поскольку многие из н их пористы, они применяются преимущественно в качестве подслоев под смазки и лакокрасочные покрытия, увеличивая защитную способность покрытия на металле и обеспечивая надежное сцепление. Методы нанесения - оксидирование, фосфатирование, пассивирование, анодирование.
2. Обработка коррозионной среды с целью снижения коррозионной активности.
Примерами такой обработки могут служить: нейтрализация или обескислороживание коррозионных сред, а также применение различного рода ингибиторов коррозии, которые в небольших количествах вводятся в агрессивную среду и создают на поверхности металла адсорбционную пленку, тормозящую электродные процессы и изменяющую электрохимические параметры металлов.
3. Электрохимическая защита металлов.
Путем катодной или анодной поляризации от постороннего источника тока или присоединением к защищаемой конструкции протекторов, потенциал металла смещается до значений, при которых сильно замедляется или полностью прекращается коррозия.
- 4. Разработка и производство новых металлических конструкционных материалов повышенной коррозионной устойчивости путем устранения из металла или сплава примесей, ускоряющих коррозионный процесс (устранение железа из магниевых или алюминиевых сплавов, серы из железных сплавов и т.д.), или введения в сплав новых компонентов, сильно повышающих коррозионную устойчивость (например хрома в железо, марганца в магниевые сплавы, никеля в железные сплавы, меди в никелевые сплавы и т.д.).
- 5. Переход в ряде конструкций от металлических к химически стойким материалам (пластические высокополимерныме материалы, стекло, керамика и др.).
- 6. Рациональное конструирование и эксплуатация металлических сооружений и деталей (исключение неблагоприятных металлических контактов или их изоляция, устранение щелей и зазоров в конструкции, устранение зон застоя влаги, ударного действия струй и резких изменений скоростей потока в конструкции и др.).
Вопросам проектирования антикоррозионной защиты строительных конструкций уделяют серьезное внимание как у нас в стране, так и за рубежом. Западные фирмы при выборе проектных решений тщательно изучают характер агрессивных воздействий, условия эксплуатации конструкций, моральный срок службы зданий, сооружений и оборудования. При этом широко используются рекомендации фирм, производящих материалы для антикоррозионной защиты и располагающих лабораториями для исследования и обработки защитных систем из выпускаемых ими материалов.
Актуальность решения проблемы противокоррозионной защиты диктуется необходимостью сохранения природных ресурсов, защиты окружающей среды. Эта проблема находит широкое отражение в печати. Издаются научные труды, проспекты, каталоги, устраиваются международные выставки с целью обмена опытом между развитыми странами мира.
Таким образом необходимость исследования коррозионных процессов является одной из наиболее важных проблем.
Очистка и подготовка поверхности
Идеальная защита от коррозии на 80% обеспечивается правильной подготовкой поверхности, и только на 20% качеством используемых лакокрасочных материалов и способом их нанесения.
1. Очистка стали и удаление ржавчины
Длительность и эффективность покрытия по стальным поверхностям зависят в очень большой степени от того, как тщательно подготовлена поверхность для покраски.
Подготовка поверхности заключается в предварительной подготовке, имеющей целью устранение окалины, ржавчины и посторонних веществ, если они имеются, со стальной поверхности перед нанесением заводской грунтовки или праймера.
Вторичная подготовка поверхности направлена на устранение ржавчины или посторонних веществ, если они имеются, со стальной поверхности с заводской грунтовкой или праймером до нанесения антикоррозийной покрасочной системы.
Стальная поверхность может быть очищена от ржавчины следующими способами:
Очистка проволочной щёткой:
Очистка проволочной щеткой, обычно осуществляемая вращающимися проволочными щётками, является обычным методом, не подходящим для удаления окалины, но подходящим для подготовки сварных швов. Главным недостатком является то, что обрабатываемая поверхность не полностью освобождается от продуктов коррозии и начинает лосниться и становится жирной. Это уменьшает адгезию грунтовок и эффективность покрасочной системы.
Обрубка:
Обрубка или механическое скалывание обычно осуществляется в сочетании с очисткой проволочной щёткой. Это иногда подходит для местного ремонта при применении обычных или специальных покрасочных систем. Это не подходит для общей подготовки поверхностей для покраски эпоксидными и красками на основе хлорированной резины. Скалывание может использоваться для устранения толстого слоя ржавчины и обеспечивает экономию при проведении последующей пескоструйной очистки.
Пневматический молоток:
Удалить ржавчину, краску и т.д. из углов и выступов для достижения чистой шероховатой поверхности.
Термический способ:
Пламенная очистка поверхности включает устранение ржавчины путём термической обработки при использовании специального оборудования (на ацетилене или пропане с кислородом). Это устраняет почти всю окалину, но в меньшей степени ржавчину. Поэтому этот метод не может отвечать требованиям современных покрасочных систем.
Шлифовка:
Шлифовка подразумевает использование вращающихся кругов, покрытых абразивным материалом. Она используется для мелкого ремонта или для удаления мелких инородных частиц. Качество этих шлифовальных кругов было в значительной степени улучшено, и это может обеспечить хороший стандарт подготовки поверхности.
Механическая очистка:
Способ поверхностной очистки вручную во время которой загрунтованной и покрашенной поверхности придаётся шероховатость и устраняется любое видимое загрязнение (за исключением масляных загрязнений и следов ржавчины).
лёгкая очистка, цель: огрубление новой поверхности
Абразив: мелкий (0,2-0,5мм)
тяжёлая очистка (ISO Sa1), цель: удаление слоёв ветхого покрытия
Абразив: мелкий до среднего (0,2-0,5/0,2-1,5мм)
Пескоструйная очистка:
Столкновение потока абразивного материала, обладающего высокой кинетической энергией, с подготовленной поверхностью. Этот процесс управляется либо вручную струёй, либо автоматически с помощью колеса с лопатками, и это является наиболее основательный метод очистки от ржавчины. Пескоструйная очистка с помощью центрифуги, сжатого воздуха и вакуума являются хорошо известными типами.
Частицы являются всего лишь практически сферическими и твёрдыми и должны содержать минимальное количество посторонних примесей и дроби нестандартной формы.
Грунтовки, использующиеся после дробеструйной очистке, должны быть проверены по своим эксплуатационным характеристикам.
Крупный абразив
Частицы должны иметь угловатую форму с острыми режущими гранями, должны быть удалены "половинки". Если в спецификации не указано что-либо иное, должен быть использован песок минерального происхождения.
Влажная (абразивная) (пескоструйная) очистка:
Влажная очистка под очень высоким давлением
Давление = более 2000 бар
скорость очистки = макс. 10-12 м2/ час в зависимости от материала, подлежащего удалению.
Использование: полное удаление всех покрытий и ржавчины. Результат сопоставим с сухой пескоструйной очисткой, но со вспышками ржавчины после высыхания.
Влажная очистка под высоким давлением
Давление = до 1300 бар
Скорость очистки = макс. 5 м2/ час в зависимости от материала, подлежащего удалению. При намного меньшем давлении этот метод используется для удаления загрязнений с любой подложки.
Использование: удаление соли и других загрязнений, покрытий и ржавчины.
Влажная абразивная пескоструйная очистка под низким давлением
Давление= 6-8 кг/см2
Скорость очистки = 10-16 м2 /час в зависимости от материала, подлежащего устранению.
Использование: уменьшение абразивности, уменьшение количества пыли, удаление соли, устранение опасности возникновения искры. Результат сопоставим с сухой пескоструйной очисткой, но со вспышками ржавчины после высыхания.
Очистка паром: Давление=100-120 кг/см2
Использование: Удаление водорастворимых и эмульгированных загрязнений: подложка высыхает быстрее, чем при обработке подложки водой.
Стандарты ISO:
При определении точной степени удаления ржавчины и очистки стальной поверхности перед покраской использует Международный стандарт ISO 8501-01-1988 и ISO 8504-1992.
ISO 8501-01 употребляется по окалине. Это означает следующие уровни заражения ржавчиной:
А - стальная поверхность в большой степени покрытая окалиной, но в незначительной степени или совсем не затронута ржавчиной.
Б - стальная поверхность, которая начала ржаветь и с которой окалина начала осыпаться.
С - стальная поверхность, с которой окалина отвалилась и откуда она может быть удалена, но с лёгким видимым питтингом.
Д - стальная поверхность, с которой окалина отвалилась, но с лёгким питтингом, видимым невооружённым глазом.
Степени предварительной подготовки поверхности Стандарт ISO определяет семь степеней подготовки поверхности.
В спецификациях часто употребляются следующие стандарты:
ISO-St Обработка вручную и электроинструментами.
Подготовка поверхности вручную и с помощью электроинструментов: скобление, зачистка проволочными щётками, механическими щётками и шлифовка, - обозначается буквами "St".
Прежде, чем начать очистку вручную или электроинструментами, толстые слои ржавчины должны быть удалены способом обрубки. Видимые загрязнения от масла, жира и грязи тоже должны быть удалены.
После очистки вручную и электроинструментами, поверхность должна быть очищена от отслаивающейся краски и пыли.
ISO-St2 Тщательная очистка вручную и электроинструмента-ми
При поверхностном рассмотрении невооружённым взглядом, подложка должна выглядеть очищенной от видимых следов масла, жира и грязи и от плохо прилегающей окалины, ржавчины, краски и посторонних веществ.
ISO-St3 Очень тщательная очистка вручную и электроинструмента-ми
То же самое, что и для St2, но подложка должна быть очищена намного более тщательно, до появления металлического блеска.
ISO-Sa пескоструйная очистка
Подготовка поверхности способом пескоструйной обработки обозначается буквами "Sa".
Прежде, чем приступить к пескоструйной очистке, толстые слои ржавчины должны быть удалены методом обрубки. Видимые масляные, жировые загрязнения и грязь тоже должны быть устранены.
После пескоструйной обработки подложка должна быть очищена от пыли и мусора.
ISO-Sa1 лёгкая пескоструйная очистка
При проверке невооружённым взглядом поверхность должна выглядеть зачищенной от видимых масляных, жировых пятен и грязи и от окалины с плохим прилеганием, ржавчины, краски и других посторонних веществ.
ISO-Sa2 Тщательная пескоструйная очистка
При проверке невооружённым взглядом поверхность должна выглядеть зачищенной от видимых масляных, жировых пятен и грязи и от большей части окалины, ржавчины, краски и других посторонних веществ. Каждое остаточное загрязнение должно иметь плотное прилегание.
ISO-Sa2,5 Очень тщательная пескоструйная очистка
При проверке невооружённым взглядом поверхность должна выглядеть зачищенной от видимых масляных, жировых пятен и грязи и от большей части окалины, ржавчины, краски и других посторонних веществ. Все остаточные следы заражения должны проявляться только в форме едва заметных пятен и полос.
ISO-Sa3 Пескоструйная очистка до визуально чистой стали.
При проверке невооружённым взглядом поверхность должна выглядеть зачищенной от видимых масляных, жировых пятен и грязи и от большей части окалины, ржавчины, краски и других посторонних веществ. Поверхность должна иметь однородный металлический блеск.
Шероховатость поверхности после пескоструйной очистки:
Для определения шероховатости используются различные обозначения, такие как Rz, Rt Ra.
Rz - среднее возвышение по сравнению с уровнем равнины =профиль абразивного материала
Rt - максимальное возвышение по отношению к уровню равнины
Ra - среднее расстояние до воображаемой центральной линии, которая может быть проведена между вершинами и равнинами(ISO3274).
Абразивный профиль (Rz) - 4 до 6 раз C.L.A. (Ra)
Непосредственное измерение Т.С.С. грунтовок, применяемых по стали, подвергнувшейся пескоструйной очистке, до толщины 30 мкм весьма неточное. Грунтовка при толщине сухого слоя 30 мкм и более образует среднюю толщину, а не толщину на вершинах.
Когда в спецификациях упоминается абразивный профиль Rz , пескоструйная очистка по стандарту ISO - Sa2.5 должна быть достигнута с использованием минерального песка, если не упомянуто ничего другого.
Свыше Ra при 17 мкм (профиль абразивного материала R при Т.С.С. 100 мкм) рекомендуется использовать дополнительный слой грунтовки для того, чтобы укрыть шероховатость.
Если подвергается пескоструйной очистке сильно заржавленную сталь, часто достигается профиль свыше 100 мкм.
