Защита металлических изделий от коррозии

Разновидности коррозии

Перед тем как защитить металл от ржавчины, следует узнать о существующих видах. Способ обеспечения антикоррозийной защиты находится в прямой зависимости от условий применения деталей. Потому принято выделять следующие типы:

• коррозия, которая связана с явлениями атмосферного характера;
• разрушение структуры металла в воде из-за наличия в ней солей и бактерий;
• деструктивные процессы, происходящие в грунте (почвенная коррозия).

Способы антикоррозионной защиты при этом должны подбираться в индивидуальном порядке, руководствуясь тем, в каких условиях будет эксплуатироваться изделие из металла.

Что касается типов поражения конструкций, то они могут быть следующими:

• ржавчина находится на всей поверхности изделия отдельными участками или сплошным покрытием;
• имеет вид пятен и проникает вглубь элемента;
• разрушает молекулы металла, приводя к трещинам;
• масштабное ржавление, при котором разрушается не только поверхность, но и более глубокие слои.

Типы разрушения бывают и комбинированными. В некоторых ситуациях их очень сложно определить на глаз, особенно при точечном ржавлении.

Принято выделять химическую коррозию. При контакте с нефтяными продуктами, спиртами и иными агрессивными веществам происходит особая реакция, которая сопровождается высокой температурой и выделениями газа.

При электрохимической коррозии поверхность металлического сплава соприкасается с водой (электролитом). При этом осуществляется диффузия материала. Электролит обуславливает появление электротока, а электроны металла замещаются и приходят в движение, в результате чего возникает ржавчина.

Обеспечение защиты от коррозии и выплавка стальных изделий — две взаимосвязанные вещи. Коррозия причиняет существенный ущерб постройкам хозяйственного или промышленного назначения. Кроме того, этот процесс может привести к катастрофе, если говорить, например, об опорах электропередач, мостах, заграждениях и т. д.

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.

Краски для покрытия металлических изделий

Краски, предназначенные для обработки металлических поверхностей, бывают обычными и термостойкими. В большинстве случаев применяются три типа составов: эпоксидные, акриловые и алкидные. Есть и специальные краски антикоррозийного типа, которые обладают следующими достоинствами:

• эффективно защищают покрытие от атмосферных воздействий и перепадов температур;
• с легкостью наносятся валиком, кисточкой или распылителем;
• многие из них являются быстросохнущими;
• обладают широким выбором расцветок;
• отличаются долговечностью.

Что касается самых недорогих и доступных средств, то тут следует обратить внимание на обыкновенную серебрянку. В составе этого покрытия есть алюминиевая пудра, образующая защитную пленку на обработанном им изделии

Подробности о методах защиты

Все методики можно разделить:

• на активные (которые постоянно воздействуют на металл),
• пассивные (многоразового применения),
• технологические (применяют на этапе производства образцов).

Активные методики

Катодная защита от коррозии

Такую методику используют в тех случаях, если среда, контактирующая с металлом, является электропроводящей. На материал подают большой «минусовой» потенциал, данная процедура позволяет предотвращать его окисление.

Протекторная защита от коррозии

Является катодной поляризацией. Экземпляр связывают с контактом с материалом, который больше всего подвержен окислению в этой токопроводящей среде (проектором). Он как бы является своеобразным громоотводом, то есть принимает весь негатив агрессивных веществ на себя.

Но такого рода протектор требует периодической замены.

Анодная защита от коррозии

Этот вариант применяют очень редко, и он заключается в поддержке «инертности» материала по отношению к окружающей среде.

Пассивные

Создание защитной плёнки

Популярная и низко затратная методика предотвращения коррозии. Чтобы создать поверхностный слой применяют специальные вещества. Данные вещества должны быть не активными по отношению к агрессивным химическим соединениям, быть не электропроводными и иметь хорошую адгезию.

Все вещества для обработки металла перед применением находиться в жидком или аэрозольном состоянии, от этого будет зависеть способ нанесения.

Чтобы обработать металл используют лакокрасочные составы, разные полимеры или мастики.

Металлоконструкция в «желобах» для защиты

Используют для трубопроводов и инженерных систем. В качестве изолятора в этом случае, выступает воздушная прослойка, которая находится между внутренними стенками канала и металлом.

Фосфатирование

Так же металлы обрабатывают специальными окислителями. Такие окислители вступают с основой в реакцию и в результате на ее поверхности образуются отложения малорастворимых химических соединений.

Такой способ защиты от влаги считается очень эффективным.

Покрытие металла устойчивыми материалами

В этом случае, изделия из металла «хромируют», «оцинковывают» серебрят и тому подобное. Так же в качестве защиты металла выступает бетон, стекло, керамика, цементные растворы и так далее.

Пассивация

Данная манипуляция состоит в том, чтобы достаточно резко снизить химическую активность металла. В этом случае, поверхность металла обрабатывают специальными реактивами.

Уменьшение агрессивности среды— применения веществ, которые снижают коррозийные процессы (ингибиторы).

Осушение воздуха— это химическая очистка воздуха от различных вредных примесей и применение других методик, которые применимы в быту.

Гидрофобизация грунта– это засыпка в него специальных веществ для снижения агрессивности почвы.

Обработка ядохимикатами– применяют в тех случаях, когда существует вероятность развития биокоррозии.

Технологический способ защиты

Легирование– на основе металла изготавливают сплав устойчивый к агрессивным воздействиям.

Но такой способ можно реализовать только на промышленных производствах.

И так как вы поняли по вышеперечисленной информации не каждую методику антикоррозийной обработки можно использовать в бытовых условиях.

То есть получается возможности «частника» очень ограничены. В этой статье мы описали несколько способов антикоррозийной обработки металлов и надеемся, что данная информация была вам полезной. Желаем вам удачи и терпения!

Как защитить трубопровод от разрушения?

Существуют следующие способы защиты трубопроводов от коррозии:

• пассивный (использование особых методов укладки магистрали, нанесение защитных покрытий);
• активный (электрохимическая защита трубопроводов от коррозии);
• уменьшение агрессивности среды.

Каждый из методов используется исходя из типа трубопровода, способа его установки и взаимодействия с внешней и внутренней средой.

Для комплексной защиты используют несколько способов, что гарантирует длительный срок эксплуатации оборудования при значительных нагрузках в непосредственном контакте с агрессивными средами.

Защитные покрытия, применяемые в быту.

Защитное покрытие выполняется чаще всего в виде пленки (металлической, оксидной, лакокрасочной).

Для создания металлической защитной пленки используют метод гальванизации, нанесения металлов горячим способом или металлизации. Для этого металлическое изделие погружается в емкость с расплавленным защитным материалом (олово, свинец, цинк) с такой температурой, при которой защищаемый металл не плавится. Преимуществом метода металлизации является возможность покрыть защитным слоем уже готовые собранные изделия.

Защитное покрытие также наносят методом диффузии в основной металл другого — алюминия (алитирование или алюминирование), кремния (силицирование), хрома (хромирование), а также создания биметалла способом плакирования.

Также горячим способом выполняется фосфатирование металла (погружение в горячий раствор кислых фосфатов железа или марганца).

Предлагаем ознакомиться: Как избавиться от плесени на стенах: выбор средства и этапы работ

Сантехнические изделия (ванны, раковины) покрываются защитным лакокрасочным слоем (эмалируются) в промышленных условиях при очень высоких температурах (до 800°С).

Для защиты металлов во время транспортировки или для хранения металлических конструкций на складах используют жидкие масла или ингибиторы.

Как уже упоминалось ранее, антикоррозионной защиты требуют и обычные металлические изделия, окружающие нас в повседневном быту. В каждой квартире, а тем более в частном доме, имеется большое количество металлических деталей – балконные ограждения, заборы, решетки, гаражи, садовая техника, радиаторы, трубы холодной и горячей воды, садовые скамейки, которые покрываются со временем ржавчиной.

В состав грунтовки, например, входит преобразователь ржавчины и антикоррозионный грунт. Это очень эффективное средство, которое часто используют как самостоятельное покрытие. Такой грунт надежно будет защищать покрытую поверхность от различных атмосферных проявлений (град, снег, дождь, солнце).

Антикоррозионная краска отличается от грунта тем, что в ее состав дополнительно включен такой компонент как износостойкая эмаль, что обеспечивает очень быстрое высыхание краски на воздухе. Ее достоинство в том, что она наносится на любую поверхность (с остатками предыдущей краски, покрытую ржавчиной) из стали, чугуна, железа или железобетона. Нанесение слоя такой краски продлевает, как минимум вдвое, срок службы металлических изделий.

Из всего вышесказанного видно, что существует много различных способов, чем покрыть металл от коррозии. И в зависимости от вида покрываемого металла не составит труда выбрать нужный и эффективный, который защитит металл от ржавчины.

О видах коррозии

Всего существует несколько разновидностей коррозии металлических труб:

• поверхностная, распространяющаяся по всей площади трубы;
• местная, расположенная на отдельных участках;
• щелевая, образовавшаяся в небольшой трещине.

Наиболее настораживает местная коррозия, так как основная масса повреждений происходит в результате ее появления. Развитие щелевой тоже распространено, но к существенным повреждениям материала она не приводит.

Процент вероятности возникновения коррозии в большую сторону отдается участкам труб, продолженных под железнодорожными переездами или под опорами линий воздушных электропередач. Скорость развития процесса коррозии колеблется от 3 до 30 мм в год.

Что такое химическая коррозия

Этот процесс возникает в неэлектропроводных средах. Ими могут оказаться газы, нефтепродукты и спиртовые соединения. При повышении температурных показателей скорость развития коррозии возрастает. Ржавчина может образовываться на цветных или черных металлах. Алюминиевые изделия под влиянием коррозионных факторов покрываются тонкой пленкой, которая после обеспечивает систему защиты и создает препятствие развитию окислительного процесса.

Сплавы могут быть восприимчивы к иному виду ржавчины, то есть присутствуют элементы, не подверженные окислению, а напротив, они восстановленные. К примеру, при повышенных температурных характеристиках и повышенном давлении восстанавливаются карбиды, но, опять же, утрачиваются нужные качества.

Об электрохимической коррозии

Утверждение о том, что электрохимическая коррозия достигается только при контактировании металлической поверхности с электролитом, ошибочно. Хватает тонкой пленки на основании материала, чтобы образовалась коррозия. Причиной этого вида ржавчины является использование поваренной или технической солей. К, примеру, если производится посыпка снега на дорогах, то страдают машины и проложенные под землей трубопроводы.

Процесс этого происхождения заключается в следующем:

• В соединениях металлических конструкций теряются отчасти атомы, осуществляется их переход в электролитический раствор, то есть происходит образование ионов. Замещают электроны атомы, они заряжают материал отрицательными зарядами, при этом накапливаются положительные заряды в электролите.
• Электрохимическую коррозию также вызывают блуждающие токи, которые при утечке из электроцепи уходят в растворы воды или в грунт, а после в саму структуру металла. Конкретными местами проявления ржавчины являются те участки, откуда в воду попадают блуждающие токи.

На видео: электрохимическая коррозия металлов и способы защиты.

Способы защиты металлов от коррозии

Предотвращение начала или активного протекания коррозии – более удачный способ избавиться от проблем с разрушением металлов, чем постоянная замена или восстановление деталей. Поэтому все производители металлических изделий уделяют максимум внимания разработке и совершенствованию способов защиты своей продукции от ржавления.

На данный момент есть четыре основных направления:

• изменение свойств металла введением добавок. По этому принципу изготавливаются нержавеющие стали – добавки хрома (12%) повышают стойкость сплава к коррозии до почти полной невосприимчивости в нормальных бытовых условиях. Изменения температуры и состава окружающей среды снижают стойкость нержавеющей стали к коррозии;

• использование защитных покрытий. Применяются различные (в чистом виде и комбинациях) лако-красочные, эмалевые, полимерные составы. Также – и с большим успехом – используется поверхностное нанесение менее активных химически металлов (оцинковывание, хромирование, никелирование, золочение);
• применение небольших элементов (пластинок, заклепок) из более активных металлов для сохранения основного объема и массы изделия – коррозии в этом случае подвергаются именно добавленные элементы. Отдельно можно выделить создание слабого тока в самом изделии для нейтрализации тока электрохимической коррозии. Применение этого способа ограничено определенными условиями эксплуатации;
• введение ингибиторов – веществ, угнетающих процесс коррозии – в окружающую изделие среду.

Последний метод требует отдельного рассмотрения.

Защитные покрытия

Способ создания на поверхности защитного пленочного слоя, применяется как в промышленных масштабах, так и в быту.

1. Нанесение дополнительного металла, имеющего более высокие собственные антикоррозийные свойства – цинк, олово, хром, никель. Выбор одного из видов таких материалов и определяет название технологического процесса.

Самой распространенной защитой металлоконструкций от коррозии в этой подгруппе, является метод цинкования. Анодные покрытия создают электрохимическую защиту металла, в то время как катодные – только механическую. При нарушении последних, невосприимчивость основного материала к ржавчине исчезает.

Техника выполнения может быть разной:

• погружение в горячий металл;
• осаждение солей из электролита на изделии;
• напыление плазменной струей (газотермический метод);
• плакирование – одновременная горячая прокатка обоих металлов, обеспечивающая их прочное сцепление. В результате создается особый вид – биметалл.

Требование СНиП. Обязательная защита металлоконструкций от коррозии горячим цинкованием и плазменным напылением предусмотрена для соединений на сварке, болтах и заклепках, а также отдельных монтажных деталей.

2. Неметаллические покрытия

Суть такого способа заключается в изолировании металла от воздействия агрессивных факторов. Представляет собой:

покрытия органического происхождения – лакокрасочные смеси, смолы, полимерные пленки.

Краски для антикоррозийной обработки состоят из взвешенных частиц пигмента в органическом связующем, а лаки изготовлены на основе смолы с растворителем.

Лакокрасочные материалы (ЛКМ)хорошо заполняют все отверстия, они однородны, пластичны и имеют высокие адгезивные свойства. При правильном нанесении, подобная защита металлоконструкций от коррозии будет эффективна в течение 5 лет.

Требование СНиП. Стальные конструкции перед нанесением лакокрасочного состава должны быть очищены (степень 1). Уровень очистки алюминиевых поверхностей не нормируется.

Если добавить в состав краски или лака достаточное количество металлической пыли, то в этом случае ЛКМ приобретает улучшенные свойства. В результате уже получится покрытие с эффектом протектора.

неорганические – оксиды металлов, соединения хрома, эмали.

Хромирование выполняется диффузионным методом, а эмалирование проходит под действием высоких температур в заводских условиях. Недостаток эмалированных покрытий известен всем – они хрупкие и их несложно повредить при сильных механических воздействиях.

Хорошую защиту металлоконструкций от коррозии способна обеспечить прочная оксидированная пленка. Она получается в результате обработки металла растворами кислот.

Недостатком слоя из оксидов считается его невысокая стойкость во влажной среде, особенно в воде. Добавить прочности оксидной пленке можно дополнительной пропиткой маслами.

Требование СНиП. Химическое оксидирование алюминиевых конструкций производится с их последующим окрашиванием.

Коррозия – это самопроизвольный процесс, который может закончиться печальным образом. Главная задача состоит в том, чтобы еще до появления первых признаков ржавления металла, включая подповерхностные, провести необходимые профилактические процедуры.

Перечисленные способы противодействия ржавчине, широко распространены, но во многих случаях их применение возможно только в промышленных условиях. В быту приходится довольствоваться покрытием металла красками или лаками.

Обработка металла от коррозии

   Механическая очистка поверхности при помощи щеток, скребков а также с применение электроинструмента с различными насадками

  Пескоструйная очистка наиболее эффективный метод для очищения поверхности, но имеющий ряд недостатков, таких как низкая производительность, создание запыленности, что нарушает условия труда на строительной площадке.

  Гидроструйная очистка повышает производительность, а применение абразивных материалов улучшает качество очистки.

  Химическая очистка. Подразумевает применение специальных материалов которые разделяются на смываемые и несмываемые.

Смываемые методы химической очистки

К смываемым относятся 5% раствор соляной или серной кислоты, но при использовании этих материалов необходимо применять вещество, замедляющее химический процесс, так называемый ингибитор. Если не замедлить химическую реакцию помимо ржавчины уничтожится и сам металл. Можно использовать 15-30 % раствор ортофосфорной кислоты, в результате ее применения ржавчина превращается в твердую структуру, которая и является защитой от последующей коррозии. Хорошо помогает смесь 50 г молочной кислоты на 100 мл вазелинового масла. Кислота преобразует ржавчину в соль, а вазелиновое масло её растворяет.

Несмываемые методы химической очистки

 Относят применение грунт преобразователей, ржавчина преобразуется в грунт, и не требует дальнейшего смывания. Если не удаётся полностью избавиться от ржавчины необходимо для предварительного окрашивания металла применить грунтовку со специальными антикоррозионными свойствами. Окончательная обработка поверхности производится с использование лаков, красок, эмалей со специальными свойствами.  

Пассивная защита оборудования от коррозии

Этот способ используется для внешней защиты металлических поверхностей и включает три направления:

• нанесение антикоррозийных покрытий. Внешняя защита строительных конструкций и оборудования от коррозии осуществляется путем покраски поверхности мастиками и эмалями, которые служат протекторным слоем между внешней средой и металлом. В качестве альтернативы используют электрохимическое нанесение на поверхность углеродистой стали слоя никеля, цинка или хрома;
• способ укладки трубопроводов. При монтаже магистралей используют метод установки с воздушным зазором, который играет роль изолятора, предотвращая образование ржавчины на поверхности труб. Этот способ актуален для подземной прокладки коммуникаций;
• обработка растворами, которые не взаимодействуют с водой. На поверхность металлов наносится слой фосфатов, которые образуют защитную пленку, резко замедляя процесс коррозии.

Виды коррозии

Ученые давно борются с коррозией и выделили несколько основных ее типов:

• Атмосферная. Происходит окисление вследствие контакта с кислородом воздуха и содержащимися в нем водяными парами. Присутствие в воздухе загрязнений в виде химически активных веществ ускоряет ржавление.
• Жидкостная. Проходит в водной среде, соли, содержащиеся в воде, особенно морской, многократно ускоряют окисление.
• Почвенная. Этому виду подвержены изделия и конструкции, находящиеся в грунте. Химический состав грунта, грунтовые воды и токи утечки создают особую среду для развития химических процессов.

Исходя из того, в какой среде будет эксплуатироваться изделие, подбираются подходящие методы защиты от коррозии.

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