корозія

1. Корозія неметалічних матеріалів [ правити | правити код ]
2. Типи корозії [ правити | правити код ]
3. Електрохімічна корозія [ правити | правити код ]
4. Хімічна корозія [ правити | правити код ]
5. Види корозії [ правити | правити код ]
6. Газотермічне напилення [ правити | правити код ]
7. Термодифузійне цинкове покриття [ правити | правити код ]
8. кадміювання [ правити | правити код ]
9. хромування [ правити | правити код ]

Корозія, іржавіння, ржа - це мимовільне руйнування металів і сплавів в результаті хімічного, електрохімічного або фізико-хімічної взаємодії з навколишнім середовищем. Руйнування через фізичні причини не є корозією, а характеризується поняттями « ерозія »,« Стирання »,« знос ». Причиною корозії служить термодинамічна нестійкість конструкційних матеріалів до впливу речовин, що знаходяться в контактує з ними середовищі.

Приклад - киснева корозія заліза у воді:

4 F e + 6 H 2 O + 3 O 2 → 4 F e (OH) 3 {\ displaystyle {\ rm {4Fe + 6H_ {2} O + 3O_ {2} \ rightarrow 4Fe (OH) _ {3}} }}

Гідроксид заліза Fe (OH) 3 і є тим, що називають іржею .

У повсякденному житті для сплавів заліза ( сталей ) Частіше використовують термін «Іржавіння» - корозія заліза і його сплавів з утворенням продуктів корозії, що складаються з гідратованих залишків заліза.

На неметалеві матеріали визначення корозії не поширюється. стосовно до полімерів існує поняття «старіння», аналогічне терміну «корозія» для металів. Наприклад, старіння гуми через взаємодію з киснем повітря або руйнування деяких пластиків під дією атмосферних опадів, а також біологічна корозія.

Швидкість корозії, як і будь-якої хімічної реакції, дуже сильно залежить від температури. Підвищення температури на 100 градусів може збільшити швидкість корозії на кілька порядків.

Корозійні процеси відрізняються широким поширенням і різноманітністю умов і середовищ, в яких вони протікають. Тому поки немає єдиної та всеосяжної класифікації зустрічаються випадків корозії [1] .

За типом агресивних середовищ, в яких протікає процес руйнування, корозія може бути наступних видів:

За умовами протікання корозійного процесу розрізняють такі види:

За характером руйнування:

• суцільна корозія, що охоплює всю поверхню:
  • рівномірна;
  • нерівномірна;
  • виборча;
• локальна (місцева) корозія, що охоплює окремі ділянки:
  • плямами;
  • виразкова;
  • точкова;
  • наскрізна;
  • межкристаллитная (расслаивающая в деформованих заготовках і ножова в зварних з'єднаннях).

Головна класифікація проводиться за механізмом протікання процесу. Розрізняють два види:

• хімічну корозію;
• електрохімічної корозії.

Корозія неметалічних матеріалів [ правити | правити код ]

У міру ускладнення умов експлуатації (підвищення температури, механічних напружень, агресивності середовища і ін.) І неметалеві матеріали схильні до дії середовища. У зв'язку з чим термін «корозія» став застосовуватися і по відношенню до цих матеріалів, наприклад «корозія бетонів і залізобетонів», «корозія пластмас і гум». При цьому мається на увазі їх руйнування і втрата експлуатаційних властивостей в результаті хімічного або фізико-хімічної взаємодії з навколишнім середовищем. Але слід враховувати, що механізми і кінетика процесів для неметалів і металів будуть різними.

Корозія металів - руйнування металів внаслідок хімічного або електрохімічного взаємодії їх з корозійної середовищем [2] . Для процесу корозії слід застосовувати термін «корозійний процес», а для результату процесу - «корозійне руйнування».

Під корозією розуміють, що відбувається на поверхні електрохімічне або хімічне руйнування металевого матеріалу. Найбільш часто при корозії метал окислюється з утворенням іонів металу, які при подальших перетвореннях дають різні продукти корозії. Корозія може бути викликана як хімічним, так і електрохімічним процесом. Відповідно, розрізняють хімічну і електрохімічну корозію металів.

Типи корозії [ правити | правити код ]

Розрізняють 4 основних види корозії: електрохімічна корозія, воднева, киснева корозія і хімічна.

Електрохімічна корозія [ правити | правити код ]

Руйнування металу під впливом виникають в корозійної середовищі гальванічних елементів називають електрохімічної корозією. При електрохімічної корозії завжди потрібна наявність електроліту (Конденсат, дощова вода і т. Д.), З яким стикаються електроди - або різні елементи структури матеріалу, або два різних дотичних матеріалу з различающимися окислювально-відновними потенціалами. Якщо у воді розчинені іони солей, кислот, або т. П., Електропровідність її підвищується, і швидкість процесу збільшується.

При зіткненні двох металів з різними окислювально-відновними потенціалами і зануренні їх в розчин електроліту, наприклад, дощової води з розчиненим вуглекислим газом CO2, утворюється гальванічний елемент , Так званий корозійний елемент. Він являє собою не що інше, як замкнуту гальванічну осередок. У ній відбувається повільне розчинення металевого матеріалу з більш низьким окислювально-відновним потенціалом; другий електрод в парі, як правило, не кородує. Цей вид корозії особливо притаманний металам з високими негативними потенціалами. Так, зовсім невеликої кількості домішки на поверхні металу з великим редокс-потенціалом вже досить для виникнення корозійного елемента. Особливо схильні до ризику місця зіткнення металів з різними потенціалами, наприклад, зварювальні шви або заклепки .

Якщо розчиняється електрод корозійно-стійкий, процес корозії сповільнюється. На цьому заснована, наприклад, захист залізних виробів від корозії шляхом оцинковки - цинк має більш негативний потенціал, ніж залізо, тому в такій парі залізо відновлюється, а цинк повинен корродировать. Однак у зв'язку з утворенням на поверхні цинку оксидной плівки процес корозії сильно сповільнюється.

Прикладом великомасштабної електрохімічної корозії може служити подія, що трапилася в грудні 1967 року зі норвезьким рудовозів «Анатіна» [3] ( англ. Anatina), який їхав з Кіпру в Осаку . налетів в Тихому океані тайфун привів до потрапляння в трюми солоної води і утворенню великої гальванічної пари : мідного концентрату зі сталевим корпусом судна, який незабаром розм'як, і судно подало сигнал лиха. Екіпаж був врятований підоспілі німецьким судном, а сама «Анатіна» ледве-ледве добралася до порту [4] [5] .

Воднева і киснева корозія

Якщо відбувається відновлення іонів H3O + або молекул води H2O, говорять про водневої корозії або корозії з водневою деполяризацією. Відновлення іонів відбувається за такою схемою:

2 H 3 O + + 2 e ¯ → 2 H 2 O + H 2 {\ displaystyle {\ rm {2H_ {3} O ^ {+} + 2 {\ bar {e}} \ rightarrow 2H_ {2} O + H_ {2}}}}

або

2 H 2 O + 2 e ¯ → 2 OH - + H 2 {\ displaystyle {\ rm {2H_ {2} O + 2 {\ bar {e}} \ rightarrow 2OH ^ {-} + H_ {2}}} }

якщо водень не виділяється, що часто відбувається в нейтральній або сильно лужному середовищі , Відбувається відновлення кисню і тут говорять про кисневої корозії або корозії з кисневою деполяризацією:

O 2 + 2 H 2 O + 4 e ¯ → 4 OH - {\ displaystyle {\ rm {O_ {2} + 2H_ {2} O + 4 {\ bar {e}} \ rightarrow 4OH ^ {-}}} }

Корозійний елемент може утворюватися не тільки при зіткненні двох різних металів. Корозійний елемент утворюється і в разі одного металу, якщо, наприклад, структура його поверхні неоднорідна (наприклад, межкристаллитная корозія).

Хімічна корозія [ правити | правити код ]

Хімічна корозія - взаємодія поверхні металу з корозійно активної середовищем, що не супроводжується виникненням електрохімічних процесів на межі фаз. В цьому випадку взаємодії окислення металу і відновлення окисного компонента корозійної середовища протікають в одному акті. Наприклад, освіту окалини при взаємодії матеріалів на основі заліза при високій температурі з киснем:

4 F e + 3 O 2 → 2 F e 2 O 3 {\ displaystyle {\ rm {4Fe + 3O_ {2} \ rightarrow 2Fe_ {2} O_ {3}}}}

Види корозії [ правити | правити код ]

• пошарова корозія
• ниткоподібна корозія
• структурна корозія
• межкристаллитная корозія
• виборча корозія
• графитизация чавуну
• обесцінкованія
• щілинна корозія
• ножова корозія
• корозійна виразка
• корозійне розтріскування
• Корозія під напругою
• корозійна втома
• Межа корозійної втоми
• корозійна крихкість

Корозія призводить щорічно до мільярдних збитків, і рішення цієї проблеми є важливим завданням. Основний збиток, що заподіюється корозією, полягає не у втраті металу як такого, а у величезній вартості виробів, що руйнуються корозією. Ось чому щорічні втрати від неї в промислово розвинених країнах настільки великі. Справжні збитки від неї не можна визначити, оцінивши тільки прямі втрати, до яких відносяться вартість зруйнованої конструкції, вартість заміни обладнання, витрати на заходи щодо захисту від корозії. Ще більшої шкоди становлять непрямі втрати. Це простої устаткування при заміні прокорродіровавшіх деталей і вузлів, витік продуктів, порушення технологічних процесів.

Ідеальний захист від корозії на 80% забезпечується правильною підготовкою поверхні, і тільки на 20% якістю використовуваних лакофарбових матеріалів і способом їх нанесення [6] . Найбільш продуктивним і ефективним методом підготовки поверхні перед подальшим захистом субстрату є абразивоструйная очищення .

Зазвичай виділяють три напрямки методів захисту від корозії:

1. конструкційний
2. активний
3. пасивний

Для запобігання корозії в якості конструкційних матеріалів застосовують нержавіючі стали , кортеновской стали , кольорові метали .

При додаванні невеликої кількості хрому в сталь на поверхні металу утворюється оксидна плівка. Зміст хрому в нержавіючої сталі - більше 12 відсотків.

При проектуванні конструкції намагаються максимально ізолювати від попадання корозійного середовища, застосовуючи клеї, герметики, гумові прокладки.

Активні методи боротьби з корозією спрямовані на зміну структури подвійного електричного шару . Застосовується накладення постійного електричного поля за допомогою джерела постійного струму, напруга вибирається з метою підвищення електродного потенціалу захищається металу. Інший метод - використання жертовного анода, більш активного матеріалу, який буде руйнуватися, оберігаючи захищається виріб.

Барвисте покриття, полімерне покриття і емалювання повинні, перш за все, запобігти доступ кисню і вологи. Часто також застосовується покриття, наприклад, стали іншими металами, такими як цинк, олово, хром, нікель. Цинкове покриття захищає сталь навіть коли покриття частково зруйновано. Цинк має більш негативний потенціал і кородує першим. Іони Zn2 + токсичні. При виготовленні консервних банок застосовують жерсть, покриту шаром олова. На відміну від оцинкованої бляхи, при руйнуванні шару олова корродировать, притому посилено, починає залізо, так як олово має більш позитивний потенціал. Інша можливість захистити метал від корозії - застосування захисного електрода з великим негативним потенціалом, наприклад, з цинку або магнію. Для цього спеціально створюється корозійний елемент. Захищається метал виступає в ролі катода , І цей вид захисту називають катодного захистом. Розчиняється електрод, називають, відповідно, анодом протекторного захисту. Цей метод застосовують для захисту від корозії морських суден, мостів, котельних установок, розташованих під землею труб. Для захисту корпусу судна на зовнішню сторону корпусу кріплять цинкові пластинки.

Якщо порівняти потенціали цинку і магнію з залізом, вони мають більш негативні потенціали. Але тим не менше піддаються корозії вони повільніше внаслідок утворення на поверхні захисної оксидної плівки, яка захищає метал від подальшої корозії. Утворення такої плівки називають пасивацією металу. У алюмінію її підсилюють анодним окисленням (анодування).

Газотермічне напилення [ правити | правити код ]

Для боротьби з корозією використовують також методи газотермічного напилення . За допомогою газотермічного напилення на поверхні металу створюється шар з іншого металу / сплаву, що володіє більш високою стійкістю до корозії (ізолюючий) або навпаки менш стійкий (протекторний). Такий шар дозволяє зупинити корозію захищається металу. Суть методу така: газовим струменем на поверхню виробу на величезній швидкості наносять частки металевої суміші, наприклад цинк, в результаті чого утворюється захисний шар товщиною від десятків до сотень мікрон . Газотермічне напилення також застосовується для продовження життя зношених вузлів устаткування: від відновлення рульової рейки в автосервісі до агрегатів нафтовидобувних компаній [7] .

Термодифузійне цинкове покриття [ правити | правити код ]

Для експлуатації металовиробів в агресивних середовищах необхідна більш стійка антикорозійний захист поверхні металовиробів. Термодифузійне цинкове покриття є анодним по відношенню до чорних металах і електрохімічних захищає сталь від корозії. Воно володіє міцним зчепленням ( адгезію ) З основним металом за рахунок взаємної дифузії заліза і цинку в поверхневих інтерметаллідних фазах, тому не відбувається відшаровування і сколювання покриттів при ударах, механічних навантаженнях і деформаціях оброблених виробів [8] .

Дифузійне цинкування, здійснюване з парової або газової фази при високих температурах (375-850 ° C), або з використанням розрідження (вакууму) - при температурі від 250 ° C, застосовується для покриття кріпильних виробів, труб, деталей арматури і ін. Конструкцій. Значно підвищує стійкість сталевих, чавунних виробів в середовищах, що містять сірководень (в тому числі проти сірководневого корозійного розтріскування), промисловій атмосфері, морській воді та ін. Товщина дифузійного шару залежить від температури, часу, способу цинкування і може становити 0,01-1, 5 мм. Сучасний процес дифузійного цинкування дозволяє утворювати покриття на різьбових поверхнях кріпильних виробів, без утруднення їх подальшого свинчивания. Мікротвердість шару покриття Hμ = 4000 - 5000 МПа . Дифузійне цинкове покриття також значно підвищує жаростійкість сталевих і чавунних виробів при температурі до 700 ° C. можливе отримання легованих дифузійних цинкових покриттів, що застосовується для підвищення їх службових характеристик.

кадміювання [ правити | правити код ]

Покриття сталевих деталей кадмієм проводиться методами, аналогічними цинкуванню, але дає більш сильний захист, особливо в морській воді. Застосовується значно рідше через значну токсичності кадмію і його дорожнечу. Також покривають тонким шаром оксиду міді, що запобігає подальше розмноження корозії.

хромування [ правити | правити код ]

Покриття сталевих деталей хромом .

Економічні втрати від корозії металів величезні. В США за останніми данними NACE [9] , Збиток від корозії і витрати на боротьбу з нею склали 3,1% від ВВП (276 млрд доларів). В Німеччині цей збиток склав 2,8% від ВВП. За оцінками фахівців різних країн ці втрати в промислово розвинених країнах становлять від 2 до 4% валового національного продукту. При цьому втрати металу, що включають масу вийшли з ладу металевих конструкцій, виробів, обладнання, складають від 10 до 20% річного виробництва сталі [10] .

Іржа є однією з найбільш поширених причин аварій мостів . Так як іржа має набагато більший обсяг, ніж вихідна маса заліза, її нарощування може привести до нерівномірного прилягання один до одного конструкційних деталей. Це стало причиною руйнування моста через річку Міанус в 1983 році , Коли підшипники підйомного механізму проржавіли всередині. Три водії загинули при падінні в річку. Дослідження показали, що стік дороги був перекритий і не був почищений, а стічні води проникли в опори моста [11] . 15 грудня 1967 року Срібний міст, що з'єднує Пойнт Плезант, штат Західна Віргінія, і Канауга, штат Огайо, несподівано звалився в річку Огайо. У момент обвалення 37 автомобілів рухалися по мосту, і 31 з них впали разом з мостом. Сорок шість осіб загинули, і дев'ять серйозно постраждали. Крім людських жертв і травм, був зруйнований основний транспортний шлях між Західною Віргінією і Огайо. Причиною обвалення стала корозія [12] . міст Кінзу в Пенсільванії був зруйнований в 2003 році від торнадо перш за все тому, що центральні основні болти проржавіли, істотно знизивши його стійкість.

1. ↑ Антикорозійний захист / Козлов Д.Ю .. - Єкатеринбург: ТОВ «ВД« Орігамі », 2013. - С. 343. - 440 с. - 1000 екз. - ISBN 978-5-904137-05-2 .
2. ↑ «ГОСТ 5272-68: Корозія металів. Терміни. »
3. ↑ Спиридонов А. А. В служінні ремеслу і музам. - 2-е вид. - М.: металургія , 1989. - С. 53. - ( Науково-популярна бібліотека школяра ). - 50 000 прим. - ISBN 5-229-00355-3 .
4. ↑ Merchant and Navy Ship events (1946-2000) - 25/12 1 967 (неопр.) (Недоступна посилання). Дата обігу 11 серпня 2014. Читальний зал 16 лютого 2012 року.
5. ↑ Див. Також, наприклад, газети «Ogden Standard Examiner», «Bridgeport Post» за 24 грудня 1967 року.
6. ↑ ISO 8501-1. «Підготовка сталевої основи перед нанесенням фарб і подібних покриттів. Візуальна оцінка чистоти поверхні Частина 1. Ступені окислення і ступеня підготовки непокритою сталевої основи і сталевої основи після повного видалення колишніх покриттів. »
7. ↑ газотермічне напилення
8. ↑ ГОСТ Р 9.316-2006 "Єдина система захисту від корозії і старіння. Покриття термодіффузіонного цинкові. Загальні вимоги та методи контролю.
9. ↑ доповідь на 16-му Всесвітньому конгресі з корозії в Пекіні , Вересень 2005 року.
10. ↑ «Керівництво для підготовки інспекторів з візуального і вимірювального контролю якості фарбувальних робіт» - Єкатеринбург: ТОВ "ВД« Орігамі », 2009-202 с., ISBN 978-5-9901098-1-5
11. ↑ «Part Of Bridge On Route I-95 Falls Into River In Greenwich ,; Killing 3. ». New York Times . June 29, 1983. (англ.)
12. ↑ "З ІСТОРІЇ КОРРОЗИИ". журнал "Очищення. Забарвлення". № 4 (15): 48. Червень 2008.