Metallkorrosion – orsaker och skyddsmetoder

Korrosion av metallen innehåller mycket mer än namnet på ett populärt rockband. Korrosion förstör oåterkalleligt metallen och förvandlar den till damm: av allt järn som produceras i världen kommer 10% att kollapsa samma år. Situationen med rysk metall ser ut så här – all metall som smält på ett år i varje sjätte masugn i vårt land blir rostigt damm före årets slut.

Uttrycket ”kostar ett ganska öre” i förhållande till metallkorrosion är mer än sant – den årliga skadan orsakad av korrosion är minst 4% av årsinkomsten i ett utvecklat land, och i Ryssland beräknas skadorna i tio siffror. Så vad som orsakar frätande processer i metaller och hur man hanterar dem?

Vad är metallkorrosion

Destruktion av metaller som ett resultat av elektrokemisk (upplösning i en fuktinnehållande luft- eller vattenmiljö – elektrolyt) eller kemisk (bildning av metallföreningar med kemiska medel med hög aggression) interaktion med miljön. Korrosionsprocessen i metaller kan utvecklas endast i vissa ytor (lokal korrosion), täcka hela ytan (enhetlig korrosion) eller förstöra metallen längs korngränserna (intergranulär korrosion).

Metall under påverkan av syre och vatten blir ett löst ljusbrunt pulver, bättre känt som rost (Fe₂O₃H₂HANDLA OM).

Kemisk korrosion

Denna process sker i miljöer som inte är ledare av elektrisk ström (torra gaser, organiska vätskor – oljeprodukter, alkoholer, etc.), och korrosionsintensiteten ökar med ökande temperatur – som ett resultat bildas en oxidfilm på metallytan.

Alla metaller, både järnhaltiga och icke-järnhaltiga, utsätts för kemisk korrosion. Aktiva icke-järnmetaller (till exempel aluminium) under påverkan av korrosion täcks med en oxidfilm som förhindrar djup oxidation och skyddar metallen. Och en sådan lågaktiv metall som koppar får under påverkan av fukt i luften en grönaktig blom – patina. Dessutom skyddar inte oxidfilmen metallen från korrosion i alla fall – endast om den kristallkemiska strukturen hos den bildade filmen överensstämmer med metallens struktur, annars gör filmen ingenting..

Legeringar är mottagliga för en annan typ av korrosion: vissa delar av legeringarna oxideras inte, men reduceras (till exempel i kombinationen av hög temperatur och tryck i stål uppstår reduktion av karbider med väte), medan legeringarna helt förlorar de nödvändiga egenskaperna.

Elektrokemisk korrosion

Processen med elektrokemisk korrosion kräver inte obligatorisk nedsänkning av metallen i elektrolyten – en tillräckligt tunn elektrolytisk film på ytan (ofta impregnerar elektrolytiska lösningar miljön som omger metallen (betong, jord, etc.)). Den vanligaste orsaken till elektrokemisk korrosion är den utbredda användningen av hushålls- och industrisalter (natrium- och kaliumklorider) för att avlägsna is och snö på vägar på vintern – bilar och underjordiska verktyg påverkas särskilt (enligt statistik, årliga förluster i USA från användningen av salter på vintern är 2,5 miljarder dollar).

Följande händer: metaller (legeringar) tappar några av sina atomer (de passerar in i den elektrolytiska lösningen i form av joner), elektroner som ersätter de förlorade atomerna laddar metallen med en negativ laddning, medan elektrolyten har en positiv laddning. Ett galvaniskt par bildas: metallen förstörs, gradvis blir alla dess partiklar en del av lösningen. Elektrokemisk korrosion kan orsakas av strömmar som uppstår från läckage av en del av strömmen från den elektriska kretsen till vattenlösningar eller i jorden och därifrån till en metallkonstruktion. På de platser där strömmade strömmar lämnar metallstrukturer tillbaka i vatten eller jord inträffar metallnedbrytning. Det är särskilt vanligt att vildströmmar förekommer på platser för markbunden elektrisk transport (till exempel spårvagnar och järnvägslokomotiv på elektrisk dragkraft). På bara ett år kan vandrande strömmar av 1A lösa upp järn – 9,1 kg, zink – 10,7 kg, bly – 33,4 kg.

Andra orsaker till metallkorrosion

Utvecklingen av frätande processer underlättas av strålning, avfallsprodukter från mikroorganismer och bakterier. Korrosion orsakad av marina mikroorganismer skadar botten i marina fartyg, och frätande processer orsakade av bakterier har till och med sitt eget namn – biokorrosion.

Kombinationen av effekterna av mekaniska påkänningar och den yttre miljön påskyndar korrosionen av metaller kraftigt – deras termiska stabilitet minskar, ytoxidfilmer skadas, och på de platser där inhomogeniteter och sprickor uppstår aktiveras elektrokemisk korrosion.

Korrosionsskyddsåtgärder för metaller

En oundviklig konsekvens av den tekniska utvecklingen är föroreningen av vår miljö – en process som påskyndar korrosion av metaller, eftersom den yttre miljön blir alltmer aggressiv mot dem. Det finns inget sätt att helt eliminera den korrosiva förstörelsen av metaller, allt som kan göras är att bromsa denna process så mycket som möjligt.

För att minimera förstörelsen av metaller kan du göra följande: minska aggressionen i miljön som omger metallprodukten; öka metallens motstånd mot korrosion; utesluter interaktionen mellan metall och ämnen från den yttre miljön som visar aggression.

Under tusentals år har mänskligheten försökt många sätt att skydda metallprodukter från kemisk korrosion, några av dem används till idag: beläggning med fett eller olja, andra metaller som korroderar i mindre utsträckning (den äldsta metoden, som är mer än 2 tusen år gammal, tinning (beläggning) tenn)).

Anti-korrosionsskydd med icke-metalliska beläggningar

Icke-metalliska beläggningar – färger (alkyd, olja och emaljer), lack (syntet, bituminös och tjära) och polymerer bildar en skyddsfilm på ytan av metaller, med undantag för (med dess integritet) kontakt med den yttre miljön och fukt.

Användningen av färger och lack är fördelaktig eftersom dessa skyddande beläggningar kan appliceras direkt på monterings- och byggplatsen. Metoder för applicering av färger och lack är enkla och möjliga att mekanisera, skadade beläggningar kan återställas ”på plats” – under drift har dessa material en relativt låg kostnad och deras förbrukning per enhetsarea är liten. Deras effektivitet beror emellertid på att flera villkor uppfylls: överensstämmelse med de klimatförhållanden i vilka metallstrukturen kommer att användas; behovet av att uteslutande använda färger och lack av hög kvalitet; strikt efterlevnad av tekniken för applicering på metallytor. Färger och lacker appliceras bäst i flera lager – deras mängd ger det bästa skyddet mot väderbildning på metallytan.

Polymerer såsom epoxihartser och polystyren, polyvinylklorid och polyeten kan fungera som skyddande beläggningar mot korrosion. Vid byggnadsarbeten täcks inbyggda delar av armerad betong med beläggningar från en blandning av cement och perklorovinyl, cement och polystyren.

Järnskydd mot korrosion av beläggningar av andra metaller

Det finns två typer av metallinhibitorbeläggningar – slitbanan (zink, aluminium och kadmiumbeläggningar) och korrosionsbeständiga (silver, koppar, nickel, krom och blybeläggningar). Hämmare appliceras kemiskt: den första gruppen av metaller har en hög elektronegativitet i förhållande till järn, den andra – en hög elektropositivitet. Det mest utbredda i vår vardag är metallbeläggningar av järn med tenn (plåt, burkar är gjorda av det) och zink (galvaniserat järn – tak), erhållet genom att dra plåtjärn genom smältan av en av dessa metaller.

Ofta är gjutjärn och stålbeslag, liksom vattenledningar, galvaniserade – denna operation ökar avsevärt deras motståndskraft mot korrosion, men endast i kallt vatten (när varmvatten tillförs slitnar galvaniserade rör snabbare än icke-galvaniserade). Trots effektiviteten i galvanisering ger det inte idealiskt skydd – zinkbeläggning innehåller ofta sprickor, som kräver preliminär nickelplätering av metallytor (nickelplätering) för att eliminera dem. Zinkbeläggningar tillåter inte applicering av färger och lack på dem – det finns ingen stabil beläggning.

Den bästa lösningen för korrosionsskydd är en aluminiumbeläggning. Denna metall har en lägre specifik tyngdkraft, vilket innebär att den förbrukas mindre, aluminiumiserade ytor kan målas och färgskiktet kommer att vara stabilt. Dessutom är aluminiumbeläggningen, jämfört med den galvaniserade beläggningen, mer motståndskraftig mot aggressiva miljöer. Aluminium används inte ofta på grund av svårigheten att applicera denna beläggning på en metallplåt – aluminium i smält tillstånd visar hög aggression mot andra metaller (av denna anledning kan aluminiumsmältan inte innehålla ett stålbad). Kanske kommer detta problem att lösas fullständigt inom en mycket nära framtid – den ursprungliga metoden för att utföra aluminering hittades av ryska forskare. Kärnan i utvecklingen är inte att fördjupa stålplåten i aluminiumsmältan, utan att höja det flytande aluminiumet till stålplattan.

Öka korrosionsbeständigheten genom att lägga legeringstillsatser till stållegeringar

Införandet av krom, titan, mangan, nickel och koppar i en stållegering gör det möjligt att erhålla ett legerat stål med höga korrosionsegenskaper. Stållegeringen är särskilt motståndskraftig mot en stor andel krom, på grund av vilken en högdensitetsoxidfilm bildas på strukturen. Införandet av koppar i sammansättningen av låglegerade och kolstål (från 0,2% till 0,5%) gör det möjligt att öka deras korrosionsbeständighet med 1,5-2 gånger. Legeringstillsatser införs i stålkompositionen i enlighet med Tamman-regeln: hög korrosionsbeständighet uppnås när det finns en legeringsmetall för varje åtta järnatomer..

Åtgärder mot korrosion

För att reducera det är det nödvändigt att minska mediets korrosiva aktivitet genom att införa icke-metalliska hämmare och att minska antalet komponenter som kan initiera en elektrokemisk reaktion. Denna metod kommer att minska surheten hos jord och vattenhaltiga lösningar i kontakt med metaller. För att minska korrosionen av järn (dess legeringar), samt mässing, koppar, bly och zink, måste koldioxid och syre tas bort från vattenlösningar. Kraftindustrin tar bort klorider från vatten som kan påverka lokal korrosion. Att begränsa marken kan minska surheten.

Skydd mot vildströmmar

Det är möjligt att minska elektrokorrosion av underjordiska verktyg och begravda metallkonstruktioner om flera regler följs:

• den sektion av strukturen som fungerar som en strömkälla måste vara ansluten med en metallledare till spåren på spårvagnen;
• värmenätverksvägar bör vara belägna på det maximala avståndet från järnvägarna längs vilka elektrisk transport rör sig, för att minimera antalet korsningar.
• användning av isolerande rörstöd för att öka övergångsbeständigheten mellan jord och rörledningar;
• vid ingångarna till föremål (potentiella källor till strömningsströmmar) är det nödvändigt att installera isoleringsflänsar;
• installera ledande longitudinella hoppar på flänsarmaturer och packboxens expansionsfogar – för att öka den längsgående elektriska konduktiviteten på den skyddade delen av rörledningarna;
• för att jämföra potentialen för rörledningar som är placerade parallellt är det nödvändigt att installera tvärgående elektriska hoppar i angränsande sektioner.

Skyddet av isolerade metallföremål och små stålkonstruktioner uppnås med ett skydd som fungerar som en anod. Materialet för skyddet är en av de aktiva metallerna (zink, magnesium, aluminium och deras legeringar) – det tar på sig det mesta av den elektrokemiska korrosionen, kollapsar och bevarar huvudstrukturen. En magnesiumanod skyddar till exempel 8 km ledning.