Korózia kovov – príčiny a metódy ochrany

Obsah článku

• Čo je to kovová korózia
• Chemická korózia
• Elektrochemická korózia
• Iné príčiny korózie kovov
• Protikorózne opatrenia pre kovy
• Antikorózna ochrana s nekovovými povlakmi
• Ochrana železa proti korózii nátermi iných kovov
• Zvýšenie odolnosti proti korózii pridaním legovacích prísad do zliatin ocele
• Antikorózne opatrenia
• Ochrana pred bludnými prúdmi

Korózia kovu obsahuje omnoho viac ako názov populárnej rockovej skupiny. Korózia neodvolateľne ničí kov a premieňa ho na prach: zo všetkých železa vyrobeného na svete sa v tom istom roku úplne zrúti 10%. Situácia s ruským kovom vyzerá takto: všetok kov tavený za rok v každej šiestej vysokej peci v našej krajine sa pred koncom roka stáva hrdzavým prachom.

Výraz „stojí pekne cent“ v súvislosti s kovovou koróziou je viac ako pravdivý – ročné škody spôsobené koróziou predstavujú najmenej 4% ročného príjmu akejkoľvek rozvinutej krajiny a v Rusku sa výška škody vypočíta na desať číslic. Čo spôsobuje korozívne procesy v kovoch a ako s nimi zaobchádzať?

Čo je to kovová korózia

Deštrukcia kovov v dôsledku elektrochemickej (rozpúšťanie vo vzduchu alebo vodnom prostredí obsahujúcom vlhkosť – elektrolyt) alebo chemickej (tvorba kovových zlúčenín s chemickými látkami s vysokou agresivitou) interakcie s prostredím. Korózny proces v kovoch sa môže rozvinúť iba v niektorých oblastiach povrchu (miestna korózia), pokryť celý povrch (rovnomerná korózia) alebo zničiť kov pozdĺž hraníc zŕn (medzikryštalická korózia)..

Kov pod vplyvom kyslíka a vody sa stáva sypkým svetlohnedým práškom, známym ako hrdza (Fe₂O₃H₂O).

Chemická korózia

Tento proces sa vyskytuje v prostrediach, ktoré nie sú vodičmi elektrického prúdu (suché plyny, organické kvapaliny – ropné produkty, alkoholy atď.) A intenzita korózie sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou – v dôsledku toho sa na povrchu kovu vytvára oxidový film..

Všetky kovy, železné aj neželezné, podliehajú chemickej korózii. Aktívne neželezné kovy (napríklad hliník) pod vplyvom korózie sú pokryté oxidovým filmom, ktorý zabraňuje hlbokej oxidácii a chráni kov. A taký nízkoaktívny kov ako je meď, pod vplyvom vlhkosti vo vzduchu, získava nazelenalý kvet – patina. Okrem toho oxidový film nechráni kov pred koróziou vo všetkých prípadoch – iba ak je kryštalicko-chemická štruktúra vytvoreného filmu v súlade so štruktúrou kovu, inak film neurobí nič..

Zliatiny sú citlivé na iný druh korózie: niektoré prvky zliatin nie sú oxidované, ale sú redukované (napríklad pri kombinácii vysokej teploty a tlaku v oceliach dochádza k redukcii karbidov vodíkom), zatiaľ čo zliatiny úplne strácajú potrebné vlastnosti..

Elektrochemická korózia

Proces elektrochemickej korózie nevyžaduje povinné ponorenie kovu do elektrolytu – dostatočne tenký elektrolytický film na jeho povrchu (často elektrolytické roztoky impregnujú prostredie obklopujúce kov (betón, zemina atď.)). Najbežnejšou príčinou elektrochemickej korózie je rozsiahle používanie domácich a priemyselných solí (chloridy sodíka a draslíka) na odstraňovanie ľadu a snehu na cestách v zime. Osobitne sú zasiahnuté autá a podzemné inžinierske siete (podľa štatistík sú ročné straty v Spojených štátoch v dôsledku používania solí v zime vysoké). 2,5 miliardy dolárov).

Stáva sa to takto: kovy (zliatiny) strácajú niektoré zo svojich atómov (prechádzajú do elektrolytického roztoku vo forme iónov), elektróny nahradzujúce stratené atómy nabíjajú kov záporným nábojom, zatiaľ čo elektrolyt má kladný náboj. Vytvorí sa galvanický pár: kov sa ničí, postupne sa všetky jeho častice stávajú súčasťou roztoku. Elektrochemická korózia môže byť spôsobená bludnými prúdmi vznikajúcimi presakovaním časti prúdu z elektrického obvodu do vodných roztokov alebo do pôdy a odtiaľ do kovovej štruktúry. Na miestach, kde bludné prúdy opúšťajú kovové štruktúry späť do vody alebo pôdy, dochádza k deštrukcii kovov. Zvyčajne sa vyskytujú bludné prúdy v miestach pohybu pozemnej elektrickej dopravy (napríklad električky a železničné lokomotívy v elektrickej trakcii). Len za rok sú putovné prúdy 1A schopné rozpustiť železo – 9,1 kg, zinok – 10,7 kg, olovo – 33,4 kg.

Iné príčiny korózie kovov

Vývoj korozívnych procesov uľahčuje žiarenie, odpadové produkty mikroorganizmov a baktérií. Korózia spôsobená morskými mikroorganizmami poškodzuje dna morských plavidiel a korozívne procesy spôsobené baktériami majú dokonca svoj vlastný názov – biokorózia.

Kombinácia účinkov mechanického namáhania a vonkajšieho prostredia výrazne urýchľuje koróziu kovov – ich tepelná stabilita sa znižuje, povrchové oxidové filmy sú poškodené a na miestach, kde sa vyskytujú nehomogenity a praskliny, je aktivovaná elektrochemická korózia.

Protikorózne opatrenia pre kovy

Nevyhnutným dôsledkom technologického pokroku je znečistenie nášho životného prostredia – proces, ktorý urýchľuje koróziu kovov, pretože vonkajšie prostredie je voči nim stále agresívnejšie. Neexistuje spôsob, ako úplne eliminovať korozívne ničenie kovov, všetko, čo sa dá urobiť, je spomaliť tento proces v maximálnej možnej miere..

Aby ste minimalizovali ničenie kovov, môžete urobiť nasledovné: znížiť agresivitu prostredia obklopujúceho kovový produkt; zvýšiť odolnosť kovu proti korózii; vylúčiť interakciu medzi kovom a látkami z vonkajšieho prostredia, ktoré vykazuje agresiu.

Po tisíce rokov ľudstvo vyskúšalo mnoho metód na ochranu kovových výrobkov pred chemickou koróziou, niektoré z nich sa stále používajú: poťahovanie tukom alebo olejom, iné kovy, ktoré v menšej miere korodujú (najstaršia metóda staršia ako 2 000 rokov) je pocínovanie (poťahovanie) tin)).

Antikorózna ochrana s nekovovými povlakmi

Nekovové povlaky – farby (alkydové, olejové a smaltované), laky (syntetické, bitúmenové a dechtové) a polyméry tvoria ochranný film na povrchu kovov, vylučujúc (svojou integritou) kontakt s vonkajším prostredím a vlhkosťou.

Použitie farieb a lakov je výhodné, pretože tieto ochranné povlaky je možné nanášať priamo na miesto montáže a stavby. Spôsoby nanášania farieb a lakov sú jednoduché a prístupné mechanizácii, poškodené nátery je možné obnoviť „na mieste“ – počas prevádzky majú tieto materiály relatívne nízke náklady a ich spotreba na jednotku plochy je malá. Ich účinnosť však závisí od splnenia niekoľkých podmienok: dodržiavanie klimatických podmienok, v ktorých bude kovová konštrukcia použitá; potreba používať výlučne kvalitné farby a laky; prísne dodržiavanie technológie aplikácie na kovové povrchy. Farby a laky sa najlepšie nanášajú vo viacerých vrstvách – ich množstvo poskytne najlepšiu ochranu proti poveternostným vplyvom na kovovom povrchu.

Polyméry ako epoxidové živice a polystyrén, polyvinylchlorid a polyetylén môžu pôsobiť ako ochranné povlaky proti korózii. V stavebných prácach sú železobetónové vstavané časti pokryté nátermi zo zmesi cementu a perchlorovinylu, cementu a polystyrénu..

Ochrana železa proti korózii nátermi iných kovov

Existujú dva typy povlakov na báze inhibítorov kovov – behúne (povlaky zo zinku, hliníka a kadmia) a odolné voči korózii (strieborné, medené, niklové, chrómové a olovené povlaky). Inhibítory sa aplikujú chemicky: prvá skupina kovov má vysokú elektronegativitu vo vzťahu k železu, druhá – vysokú elektropozitivitu. Najrozšírenejšie v našom každodennom živote sú kovové povlaky zo železa s cínom (pocínované plechovky, plechovky z nej) a zinok (zinkované železo – strešná krytina), získané ťahaním plechu taveninou jedného z týchto kovov..

Liatinové a oceľové armatúry, ako aj vodovodné rúrky sú často galvanizované – táto operácia výrazne zvyšuje ich odolnosť proti korózii, ale iba v studenej vode (pri dodávke horúcej vody sa galvanizované potrubia opotrebujú rýchlejšie ako ne galvanizované). Napriek účinnosti galvanizácie neposkytuje ideálnu ochranu – zinkový povlak často obsahuje praskliny, ktoré na ich odstránenie vyžadujú predbežné pokovovanie niklových povrchov (pokovovanie niklom). Zinkové povlaky neumožňujú nanášanie farieb a lakov na ne – neexistuje stabilný náter.

Najlepším riešením na ochranu proti korózii je hliníkový povlak. Tento kov má nižšiu špecifickú hmotnosť, čo znamená, že je menej spotrebovaný, hliníkované povrchy môžu byť natierané a vrstva farby bude stabilná. Okrem toho je hliníkový povlak v porovnaní s galvanizovaným povlakom odolnejší voči agresívnemu prostrediu. Hliník sa často nepoužíva kvôli zložitosti nanášania tohto povlaku na kovový plech – hliník v roztavenom stave vykazuje vysokú agresivitu voči iným kovom (z tohto dôvodu nemôže byť tavenina hliníka obsiahnutá v oceľovom kúpeli). Možno bude tento problém úplne vyriešený vo veľmi blízkej budúcnosti – pôvodnú metódu hliníkovania našli ruskí vedci. Podstatou vývoja nie je ponorenie oceľového plechu do hliníkovej taveniny, ale zvýšenie tekutého hliníka na oceľový plech..

Zvýšenie odolnosti proti korózii pridaním legovacích prísad do zliatin ocele

Zavedenie chrómu, titánu, mangánu, niklu a medi do legovanej ocele umožňuje získať legovanú oceľ s vysokými antikoróznymi vlastnosťami. Zliatina ocele je zvlášť odolná voči veľkému podielu chrómu, vďaka čomu sa na povrchu štruktúr vytvára film s oxidom vysokej hustoty. Zavedenie medi do zloženia nízkolegovaných a uhlíkových ocelí (od 0,2% do 0,5%) umožňuje zvýšiť ich odolnosť proti korózii 1,5 až 2-krát. Legovacie prísady sa zavádzajú do zloženia ocele v súlade s Tammanovým pravidlom: vysoká odolnosť proti korózii sa dosiahne, keď je na každých osem atómov železa jeden legovací atóm kovu..

Antikorózne opatrenia

Na jeho zníženie je potrebné znížiť korozívnu aktivitu média zavedením nekovových inhibítorov a znížiť počet komponentov schopných iniciovať elektrochemickú reakciu. Táto metóda zníži kyslosť pôdy a vodných roztokov pri kontakte s kovmi. Na zníženie korózie železa (jeho zliatin), ako aj mosadze, medi, olova a zinku musí byť z vodných roztokov odstránený oxid uhličitý a kyslík. Energetický priemysel odstraňuje chloridy z vody, ktorá môže ovplyvniť lokalizovanú koróziu. Vápnenie pôdy môže znížiť jej kyslosť.

Ochrana pred bludnými prúdmi

Ak sa dodržiava niekoľko pravidiel, je možné znížiť elektrickú koróziu podzemných inžinierskych sietí a podzemných kovových štruktúr.

• časť konštrukcie, ktorá slúži ako zdroj bludného prúdu, musí byť spojená s kovovým vodičom na koľajnici električky;
• trasy vykurovacích sietí by mali byť umiestnené čo najďalej od železníc, po ktorých jazdia elektrické vozidlá, aby sa minimalizoval počet ich križovatiek;
• použitie izolačných podpier rúr na zvýšenie prechodového odporu medzi pôdou a potrubiami;
• na vstupoch do objektov (potenciálne zdroje bludných prúdov) je potrebné inštalovať izolačné príruby;
• inštalujte vodivé pozdĺžne prepojky na prírubové armatúry a dilatačné škáry upchávky – na zvýšenie pozdĺžnej elektrickej vodivosti na chránenom úseku potrubí;
• na vyrovnanie potenciálov potrubí umiestnených paralelne je potrebné nainštalovať priečne elektrické prepojky v priľahlých úsekoch.

Ochrana izolovaných kovových predmetov a malých oceľových konštrukcií sa dosahuje pomocou chrániča, ktorý funguje ako anóda. Materiál na ochranu je jedným z aktívnych kovov (zinok, horčík, hliník a ich zliatiny) – preberá väčšinu elektrochemickej korózie, zrúti a zachováva hlavnú štruktúru. Jedna horčíková anóda chráni napríklad 8 km potrubia.