Коррозии металлов: виды и способы защиты

Виды коррозии

Срок службы металлических конструкций учитывают при проектировании производственных мощностей, мостов, зданий. В некоторых химических производствах отдельные аппараты и их детали работают только несколько месяцев или недель.

В зависимости от причины разрушения выделяют 3 вида коррозии: атмосферная, почвенная, жидкостная. Рассмотрим их особенности.

Атмосферная — проявляется под воздействием активных химических веществ в воздухе.
Почвенная — происходит при взаимодействии металла с агрессивным составом грунтовых вод, почвы.
Жидкостная — возникает при контакте с водной средой с высоким содержанием солей, которые ускоряют окисление.

Коррозия в жидкостях-неэлектролитах

К неэлектропроводным жидким средам (т.е. жидкостям-неэлектролитам) относят такие органические вещества, как:

бензол;
хлороформ;
спирты;
тетрахлорид углерода;
фенол;
нефть;
бензин;
керосин и т.д.

Кроме того, к жидкостям-неэлектролитам причисляют небольшое количество неорганических жидкостей, таких как жидкий бром и расплавленная сера.

При этом нужно заметить, что органические растворители сами по себе не вступают в реакцию с металлами, однако, при наличии небольшого объема примесей возникает интенсивный процесс взаимодействия.

Увеличивают скорость коррозии находящиеся в нефти серосодержащие элементы. Также, усиливают коррозийные процессы высокие температуры и присутствие в жидкости кислорода. Влага интенсифицирует развитие коррозии в соответствии с электромеханическим принципом.

Еще один фактор быстрого развития коррозии — жидкий бром. При нормальных температурах он особенно разрушительно воздействует на высокоуглеродистые стали, алюминий и титан. Менее существенно влияние брома на железо и никель. Самую большую устойчивость к жидкому брому показывают свинец, серебро, тантал и платина.

Расплавленная сера вступает в агрессивную реакцию почти со всеми металлами, в первую очередь со свинцом, оловом и медью. На углеродистые марки стали и титан сера влияет меньше и почти совсем разрушает алюминий.

Защитные мероприятия для металлоконструкций, находящихся в неэлектропроводных жидких средах, проводят добавлением устойчивым к конкретной среде металлов (например, сталей с высоким содержанием хрома). Также, применяются особые защитные покрытия (например, в среде, где содержится много серы, используют алюминиевые покрытия).

Защита от ржавчины.

Защитить металл от коррозии можно. Для этого любое металлическое изделие следует покрыть защитной пленкой, которая будет различаться от структуры и химического состава металла. Существует много способов защиты металла от коррозии.

В быту есть понятие «изделие из нержавейки». Это значит, что используется легированная сталь. Как покрасить лакированную мебель в белый цвет в домашних условиях?

Долгое время нечувствительными к атмосферной коррозии могут оставаться легированные стали с добавлением хрома, меди, которые используют в строительстве. Чем меньше содержание примесей в стали и выше ее однородность, тем менее она подвержена коррозии.

Защита трубопроводов от воздействия низких температур

Большое количество магистральных трубопроводов прокладывается в месте, где температура окружающей среды может достигать минусовых температур. Даже незначительное замораживание труб и транспортируемых веществ может губительно сказаться не только на проходящем веществе, но и на общем состоянии конструкции трубопровода.

Для предотвращения такого состояния, уже на этапе устройства труб производятся защитные мероприятия:

трубы стараются укладывать ниже глубины промерзания грунта;
утепление с помощью теплоизоляционных материалов;
засыпку трубопроводов выполняют из природных материалов с низкой теплопроводной способностью, например, керамзит;
устройство воздушной прослойки между грунтом и магистралью, которое обеспечивается установкой трубопроводов в специальных закрытых коробах.

Антикоррозийная защита трубопроводов при переменных температурах

Как было упомянуто ранее, при замораживании происходит расширение материала, что разрушает поверхность трубопровода и вызывает коррозийные процессы в конструкции.

Чтобы избежать таких явлений используют теплоизоляционные материалы, которые помогают избежать замораживания поверхности трубопровода и его содержимого и обеспечить защиту металлических труб от коррозии в грунте — тепловых путепроводов, газопроводов, труб для перекачки нефти и нефтепродуктов и др.

К используемым теплоизоляционным материалам предъявляют требования:

Предотвращение промерзания, образования конденсата;
Увеличение срока службы изделия;
Устойчивость к микроорганизмам и насекомым;
Низкая пожароопасность;
Влагостойкость.

Сегодня рынок теплоизоляционных материалов очень обширный. Можно выбрать любую антикоррозийную защиту стальных труб в земле — вещество, форму, способ утепления и др. Лучше всего подобрать материал именно для вашей конструкции смогут специалисты нашего предприятия, имеющие обширным опытом работы в этой сфере.

Основные теплоизоляционные материалы для защиты труб

Стекловата;
Минераловатные материалы;
Базальтовое волокно;
Вулканитовое стекло;
Перлитовые материалы;
Пенополистирольные;
Каучуковые вещества;
Полиэтиленовые материалы.

Примеры теплоизоляции труб различными материалами представлены на картинках:

Теплоизоляция из полиэтилена и пенополиуретана

Теплоизоляция с помощью монтажной пены

Теплоизоляция из базальтового волокна

Удаление ржавчины с металлических поверхностей

Если мы говорим об автомобилях, то коррозия чаще всего проявляется на кузове машины. Понятно, что любой автовладелец заинтересован в «здоровье» своего «питомца», и регулярные обновления антикоррозионной защиты – полностью на совести хозяина. Но бывает и так , что коррозия находит лазейки, или в силу каких-то обстоятельств на защитном слое появляются уязвимые участки.

При обнаружении малейших признаков поражения необходимо сразу же принимать меры, иначе очаг активного окисления будет не только расширяться, но и уходить вглубь металла. Если же металлический лист будет проеден ржавчиной насквозь, то тогда придется использовать другие, более дорогостояще способы ремонта.

Здесь нужно действовать быстро: если спохватиться вовремя, то еще можно вернуть поврежденному участку первоначальный внешний вид(при условии правильно подобранного оттенка краски).

Удаление ржавчины с кузова автомобиля — нанесение преобразователя с помощью кисточки

Любое из выбранных средств от ржавчины должно использоваться в установленной последовательности. Только в этом случае можно добиться необходимого эффекта:

Первым шагом поврежденный участок необходимо аккуратно очистить от рыхлой ржавчины, применив металлическую щетку, а затем наждачную бумагу нужной зернистости.
Далее, поверхность обрабатывается преобразователем ржавчины;
Следующим шагом обработанная зона промывается несколько раз (если это оговорено в инструкции преобразователя ржавчины, так как иногда этого делать не требуется.)
После этого производится просушка металлической поверхности ветошью или же с помощью строительного фена;
По готовности поверхности – переходят к покрасочным работам.

При очистке может обнаружиться, что ржавчина уже сделала в металле сквозное отверстие. Если оно совсем небольшое, то его можно попробовать заделать шпаклевкой с применением стеклоткани. В случае если отверстие достигло значительных размеров, без приваривания заплатки не обойтись, а для этого потребуется специальное оборудование и, естественно¸ устойчивые навыки по проведению подобных ремонтно-восстановительных работ. Чтобы не доводить дело до такого, следует внимательно следить за состоянием антикоррозионной защиты автомобиля, что пресечь начало процесса коррозии металла на ранней стадии.

Зачистка поврежденного коррозией участка

Восстановление поврежденного коррозией участка с использованием преобразователя и грунта производится в примерно такой последовательности:

Очистка металла от рыхлых слоев ржавчин.
Обезжиривание очищенного участка.
Обработка преобразователем ржавчины.
При необходимости далее идет этап шпаклевки, а после ее высыхания — шлифовки.
Затем поверхность снова обезжиривается.
Следующий этап — это нанесение защитного грунта одним или двумя слоями.
Далее идет два-три слоя адгезионной грунтовки;
После этого отремонтированное место окрашивается в несколько слоев.
Сверху краски наносится специальный лак.

Выполняя все работы с применением антикоррозионных химических средств, необходимо соблюдать правила техники безопасности. Обязательным условием считается использование защитных средств —резиновых перчаток, очков и респиратора. При необходимости следует закрыть окружающую поврежденный участок поверхность металла, чтобы исключить вероятность попадания и преобразователя и грунтовки, и финишных лакокрасочных материалов.

* * * * * * *

Надо сразу сказать, что полное восстановление сильно пораженного участка с его последующей финишной покраской – задача довольно сложная, и не всем поддающаяся. То есть при сомнениях в получении приемлемого результата лучше все же обратиться к специалистам. Это недёшево, и поэтому оптимальный выход – постараться не доводить свою технику до состояния, требующего такого вмешательства. То есть пресекать появление и развитие пораженных коррозией участков, как говорится, «в зародыше». Средств для этого — немало.

Далее будет представлен рейтинг лучших составов, способных эффективно бороться с коррозийным процессом, возникшим на поверхности и в скрытых полостях автомобиля.

Средства для антикоррозийной защиты

Существуют различные антикоррозийные покрытия для металла. Их нужно наносить равномерным слоем и не пропускать отдельные участки. Бывают такие виды антикоррозийных покрытий:

неметаллические;
металлические;
неорганические;
органические.

Борьба с коррозией при помощи органических покрытий

Чтобы защитить металлическую поверхность, используют лакокрасочные составы. Их просто наносить, и они защищают от образования ржавчины.

Преимущества органических соединений:

Доступная цена.
Повреждённый защитный слой просто реставрировать.
Придание заготовке нового оттенка в зависимости от используемого состава.

Недостатки:

Низкая устойчивость к высоким температурам.
При длительном воздействии влаги, покрытие смывается.
Лак не выдерживает сильных ударов, длительного трения.

К органическим соединениям относятся лакокрасочные составы, краски, эмали, пластификаторы, катализаторы, инертные наполнители, пленкообразователи.

Обработка неорганическими средствами

С помощью химической или электрохимической обработки на предприятиях создаются защитные покрытия для металла, которые снижают риск появления коррозии. Существуют растворы на основе химических составляющих, которые применяются для металлов, сплавов.

Ванна для электрохимической обработки

Фосфатные пленки

Данный метод защиты от коррозии применяется для черных и цветных металлов. Принцип этого процесса заключается в том, что металлическую заготовку погружают в ёмкость с раствором цинка и кислых фосфорных солей. Перед этим смесь разогревается до 97 градусов по Цельсию. Готовая защитная плёнка хорошо обрабатывается декоративными покрытиями.

Оксидные пленки

Второе название этого метода — воронение. Материал покрывается специальной плёнкой с помощью раствора щелочей, на который воздействует электрический ток. После нанесения защитного слоя поверхность принимает тёмный цвет. Метод оксидирования применяется при покрытии деталей, для которых требуется сохранить изначальные размеры. Связано это с тем, что готовый слой по толщине не превышает 1,5 микрона.

Дополнительные способы

Существуют и другие способы защиты металлических поверхностей:

эмалирование;
пассивирование;
анодирование.

Народные средства

В домашних условиях слой ржавчины с металла можно снять различными составами. К ним относится кока-кола, керосин, пищевая сода, парафин, селитра. Деталь обрабатывается составом снаружи или погружается в емкость с ним. Спустя определённый промежуток времени, ржавчину снимают щеткой или наждачной бумагой. Далее поверхность высушивается, покрывается краской, лаком, эмалью.

Защитные краски

В магазинах лакокрасочная продукция представлена в ассортименте. Бывают такие виды красок и лаков:

акриловые;
масляные;
эпоксидные;.
алкидные.

Такой способ защиты металла используется на предприятиях и в домашних условиях.

Антикоррозийная краска

Применение ингибиторов коррозии

По свойствам эти сложные химические составы делятся на две группы – средства, уменьшающие коррозионную активность внешней среды (пассиваторы) и комплексы, образующие на поверхности защищаемого изделия предохраняющий от коррозии слой адсорбирующего типа (адсорбаторы).

Кстати, для тех, кто не знает точно, чем различаются аБсорбция и аДсорбция. В первом случае это поглощение из газовой среды веществ жидкостью, во втором – поглощение веществ из той же среды поверхностным слоем твердого тела.

Очень часто ингибиторы применяют в магистралях и локальных системах отопления. В этом случае существенно уменьшается внутренняя коррозия трубопроводов и радиаторов отопления под действием теплоносителя.

Важно: в автономных замкнутых системах, работающих на дистиллированной воде, применение ингибиторов коррозии обычно не обосновано.

Также ингибиторы, в сочетании с другими компонентами, используются для профилактики и очистки водопроводов, водонагревающих устройств.

Также широко распространено применение ингибиторов в строительстве, в том числе в создании арматуры железобетонных конструкций. Обработка специальным составом препятствует коррозии арматуры в монолите и продлевает срок службы железобетона. Также сохраняется нагрузочная способность конструкции, поскольку целостность арматуры позволяет сохранять нормальный уровень сопротивления нагрузкам.

Используются ингибиторы как в виде жидкостей, так и в виде газов, вводимых в окружающую изделие среду.

Виды коррозии бетона

Бетон является крепким каменным строительным материалом, состоящим из цемента, наполнителя и связующих веществ. Так как этот материал эксплуатируется в условиях открытой окружающей среды, а также нередко в агрессивно-опасных средах, то он так же подвержен коррозийному износу.

Схема коррозии на бетоне

Существует несколько видов бетонной коррозии:

В результате взаимодействия с окружающей средой, на поверхности бетона могут образовываться легкорастворимые соли, которые при взаимодействии с внутренними компонентами материала приводят к его разрушению.
Часто встречающаяся проблема – это разъединение составных частей цементного камня водой или вымывание гидроксида кальция, который образовывается в процессе такой реакции или ранее.
В условиях окружающей среды, в состав бетона проникают вещества, которые имеют достаточно большой объем, в сравнении с исходными продуктами реакции, что приводит к механическим и химическим повреждениям целостности материала, далее эти участки под воздействием окружающей среды начинают коррозировать про принципу 1 или 2.

Неметаллические покрытия

Один из самых простых способов предотвратить коррозию — использовать защитные покрытия из неметаллов — краски, пластика, воска или порошка. Порошки, включая эпоксидную смолу, нейлон и уретан, наносятся на металлическую поверхность и нагреваются до стадии расплавления, образуя тонкую плёнку.

Краска действует как покрытие, защищающее металлическую поверхность от электрохимического заряда, который исходит от коррозионно опасных соединений. Обычно используют комбинацию различных слоёв краски, которые выполняют разные функции. Грунтовка действует как ингибитор, промежуточный слой увеличивает общую толщину краски, а финишный слой обеспечивает устойчивость к факторам окружающей среды.

Защита металла в бытовых условиях

Коррозия, способы защиты от нее в бытовых условиях требуют соблюдения определенной последовательности:

1. Перед нанесением грунтовки или преобразователя ржавчины поверхность тщательно очищают от загрязнений, масляных пятен, ржавчины. Используют металлические щетки или специальные насадки для болгарки.

2. Затем наносят грунтующий слой, дают возможность впитаться и просохнуть.

3. Далее изделие красят в два слоя. Предварительно дают высохнуть первому. При работе необходимо использовать защитные средства (перчатки, очки, респиратор).

Защита металлов от коррозии сложный процесс. Начинается он еще на этапе выплавки стали. Перечислить все методы борьбы с ржавчиной трудно, так как они постоянно совершенствуются, не только в промышленности, но и для бытового использования. Производители лакокрасочных изделий постоянно совершенствуют составы, повышая их коррозийные свойства. Все это значительно продлевает сроки эксплуатации металлоконструкций и стальных изделий.

Коррозия некоторых металлов

Коррозия меди

Одним из ключевых химических элементов для отечественной промышленности является медь. Металл также подвержен деструкции, как и другие металлические поверхности, хотя медь больше защищена от коррозии.

Даже столь стойкий к разрушениям элемент подвержен негативным изменениям при воздействии окружающей среды. Коррозия меди имеет высокий показатель ухудшения свойств металла в аэрированных растворах, содержащих ионы, образовывающие комплексы с красным металлом, окислительных кислотах.

Медь стабильна в следующих условиях:

в атмосферной среде;
в морской и пресной водах;
контактируя с галогенами в специальных условиях;
в кислотах-неокислителях, слабых растворах Н₃РО₄, Н₂SO₄.

Медь нестабильна в следующих условиях:

в ряде соединений серы, в том числе сероводороде, чистой сере;
в кислотах-окислителях, аэрированной неокислительной среде, концентрате Н₂SO_4,например:

растворах солей-окислителей тяжелых металлов, как то Fe₂(SO₄)₃, FeCl₃;
агрессивной воды, аэрированной воды;
амина, NH₄OH.

Атмосферная коррозия меди:

2Cu+H₂O+CO₂+O₂→ CuCO₃*Cu(OH)₂

Коррозия железа

Еще один распространенный элемент, подверженный ржавлению от коррозии – железо. Наибольший процент реакций по возникновению ржи на железе припадает на реакции по его окислению воздухом или кислотами из растворов.

При химической коррозии электроны переходят на окислитель, окисление металлов показано наглядно:

3Fe+2O₂→Fe₃O₄

Электрохимическая коррозия протекает в условиях токовой проводимости. Пример атмосферной и грунтовой реакции:

Fe+O₂+H₂O→Fe₂O₃∙xH₂O

ЛКМ на основе эпоксидных смол

На основе эпоксидных смол изготавливается огромное число материалов для различных областей применения. Они используются в радиоэлектронной, электротехнической промышленности, судо-, авиа- и машиностроении, в том числе они используются как пленкообразующие ЛКМ, как компоненты пропиточных, заливочных компаундов, герметиков, клеев и прочее. Широкий выбор пленкообразователей позволяет создавать средства с самыми разными свойствами (например, лак ЭП-741, шпатлевка ХП-0064). Данные составы применяются для противокоррозионной защиты изделий из дерева, бетона, пластмасс, металлических конструкций и других. Для этих целей используют около 50 % общего мирового производства эпоксидных смол. Подробнее

Проверьте себя

Что такое коррозия?
Где в повседневной жизни можно встретить ржавление железа и других металлов? Приведите примеры.
Гидроксид железа Fe(OH)3 называют:

а ржавчина;

б) окалина;

в) патина.
Что является причиной возникновения коррозии?
Чем отличаются химический и электрохимический типы коррозии?
Что такое коррозионная среда?

Узнайте все о коррозии металлов и разберитесь в других темах за 9 класс на онлайн-курсах по химии в Skysmart! Наши преподаватели помогут выяснить, где скрываются пробелы в знаниях, и восполнить их. Никаких скучных задач и сухих лекций — только интерактивные упражнения, опыты и теория простым языком. Все это поможет разобраться даже в тех темах, которые не давались в школе. Ждем на бесплатном вводном уроке!

Методы защиты

Чтобы защитить металлические поверхности от образования коррозии, применяются разные методики. Каждая из них уникальна, имеет определенные особенности.

Нанесение защитного покрытия

Защитные покрытия могут быть двух видов — металлические, неметаллические. Виды неметаллических покрытий:

Химический слой. Чаще это оксидные пленки, которые образуются на поверхности под воздействием пара, воздуха. Один из вариантов оксидирования — погружение деталей в раствор азотной кислоты, нагретой до 140°C.
Лакокрасочные покрытия. Главный недостаток лакокрасочных покрытий — низкая устойчивость к перепадам температуры, механическому повреждению.
Порошковые краски. Наносятся специализированным оборудованием в закрытых покрасочных камерах.
Различные полимерные покрытия.

Нанесение порошковой краски (Фото: pixabay.com)

Легирование

К составу сплава добавляются разные легирующие добавки, которые изменяют свойства, технические характеристики материала, делают его устойчивым к разрушительному воздействию влаги.

Электрохимический метод

К металлической детали подключается источник тока. На поверхности материала образуется катодная поляризация, а ржавчина начинает разрушаться.

Покрытие металлами

Существуют разные способы покрытия металлом — термическая диффузия, металлизация, погружение в расплавленный металл, контактное осаждение.

Погружение в расплавленный металл

Специальная ванна заполняется расплавленным металлом с высокой устойчивостью к образованию коррозии. В емкость погружается деталь, которую нужно обработать.

Термическая диффузия

Термическую диффузию черных металлов чаще проводят с помощью цинка. Выполняется оно в газовой или паровой среде, при температуре до 850°C. Если обработка проходит в вакуумной среде, температура снижается до 250°C.

Металлизация

С помощью специального оборудование, которое создает мощную воздушную струю, на металлические поверхности наносится тонкий, равномерный слой расплавленного металла.

Контактное осаждение

Детали покрываются раствором солей железа или никеля. В результате обработки образуется прочная тонкая пленка. Контактное осаждение выполняется перед нанесением гальванического покрытия.

Этот метод защиты применяется реже других. Его малая популярность связан с нестабильностью, рядом сложностей. Метод подходит только для металлоконструкций, которые находятся в закрытом помещении. Внутри можно создать подходящую атмосферу (уровень влажности, температуру), при которой развитие коррозии будет невозможно.

Защитные краски по металлу

Краски по металлу подразделяются на термоустойчивые, которые можно эксплуатировать при высоких температурах, и для обычного температурного режима до восьмидесяти градусов. Используют такие основные виды красок по металлу: алкидные, акриловые, эпоксидные краски. Существуют специальные антикоррозийные краски. Они двух- или трехкомпонентные. Их смешивают непосредственно перед употреблением.

Преимущества ЛКП для металлических поверхностей:

хорошо защищают поверхности от температурных перепадов и атмосферных колебаний;
достаточно легко наносятся разными способами (кистью, валиком, при помощи краскопульта);
большая часть из них-быстросохнущие;
широкий диапазон цветовой гаммы;
длительные эксплуатационные сроки.

Хорошо зарекомендовали себя молотковые краски, они не только надежно защищают изделие, но создают дополнительно декоративный эффект. Ржавеющий металл становится как новый.

Эпоксидные двухкомпонентные составы подходят для защиты металлических поверхностей, которые подвергаются повышенным механическим нагрузкам, в частность днище автомобилей.