Möglichkeiten zur Reduzierung der Intensität und Korrosionsrate von Metallprodukten

Korrosion ist die spontane Zerstörung von Metalloberflächen unter dem Einfluss von Metallwechselwirkungen mit der Umwelt. Korrosionsprozesse manifestieren sich insbesondere bei erhöhten mechanischen und thermischen Beanspruchungen und verursachen große Schäden an Stahlkonstruktionen. Eine korrekte Beurteilung der Korrosionsrate bedeutet eine Erhöhung der Haltbarkeit des Produkts.

Inhalt:

• Klassifizierung der Rostarten
• Mechanismen des Auftretens und der Entwicklung von Korrosionsphänomenen
• Elektrolytisch
• In Gegenwart von Säuren
• Bei Vorhandensein von Lasten
• Methoden zur Bewertung von Korrosionsprozessen
• Bestimmung der Geschwindigkeit von Korrosionsprozessen
• Die Praxis der Korrosionsprüfung von Metallen
• Möglichkeiten zur Korrosionsreduzierung: Mechanismus und Wirksamkeit
• Metallbeschichtung
• Färben

Klassifizierung der Rostarten

Korrosion wird nach folgenden Kriterien klassifiziert:

1. Durch die Gleichmäßigkeit der Strömung. Es gibt eine gleichmäßigere Oberflächenkorrosion (bei der die Wandstärke des Produkts in gleichem Maße abnimmt) und eine ungleichmäßige fokale Korrosion, die durch das Auftreten von beschädigten Stellen oder Geschwüren auf der Stahloberfläche gekennzeichnet ist.
2. In Handlungsrichtung. Selektive Korrosion tritt auf, bei der nur bestimmte Komponenten der Metallstruktur betroffen sind, und Kontakt, der ein bestimmtes Metall zerstört (für Bimetallverbindungen).
3. Aufgrund des Ausmaßes ihrer Wirkung sind solche Arten von Korrosion als intergranular bekannt, zerstörerisch entlang der Korngrenzen von Stahl (mit einer allmählichen Ausbreitung nach innen) und als Masse, die gleichzeitig die gesamte Oberfläche betreffen.

Die Korrosionsintensität nimmt erheblich zu, wenn zusätzlich zu nachteiligen Änderungen / Schwankungen von Temperatur und Luftfeuchtigkeit Zugspannungen sowie ein chemisch aggressives Medium zusätzlich die Kontaktfläche des Metalls beeinflussen.

Die Korrosionsintensität nimmt aufgrund von Rissen zwischen benachbarten Kristalliten und ihren Blöcken um ein Vielfaches zu. Externe Zug-Druck-Spannungen sind gegenüber Stahl noch aggressiver.

Mechanismen des Auftretens und der Entwicklung von Korrosionsphänomenen

Da die meisten Stahloberflächen in einer Umgebung mit einer bestimmten Luftfeuchtigkeit sowie in Wasser und wässrigen Lösungen von Salzen, Säuren und Laugen arbeiten, ist der Elektrolytmechanismus der vorherrschende Mechanismus für das Auftreten von Rost. Die einzige Ausnahme ist die Ofenkorrosion, die in den Metallstrukturen von Heizgeräten auftritt: Dort treten Oberflächenschäden durch die Bildung von Hochtemperatur-Rost auf.

Elektrolytisch

Während der elektrolytischen Korrosion in Gegenwart von Sauerstoff tritt die Hydratationsreaktion von Eisen in Stahl auf, dessen Endprodukt Eisenoxidhydrat Fe (OH) 2 ist. Dieses Phänomen wird als Korrosion vom Anodentyp bezeichnet. Aber der Prozess endet nicht dort. Eisenoxidhydrat ist eine instabile Substanz und zersetzt sich in Gegenwart von Wasser (oder Wasserdampf) recht schnell in verschiedene Eisenoxide:

• bei erhöhten Temperaturen wird überwiegend Eisenoxid-FeO gebildet;
• im Raum oder etwas höher - Eisenoxid Fe2O3;
• bei Zwischenstufe (im Temperaturbereich + 250 ... + 450 ° C) - magnetisches Eisenoxid-Fe3O4.

In jedem Fall rostet die Oberfläche des Stahls, nur Indikatoren für dieses Phänomen können entweder rotbraun oder grau-gelb sein.

In Gegenwart von Säuren

Ein etwas anderer Mechanismus der Rostbildung tritt in Gegenwart von Säuren, Säurelösungen oder flüssigen Medien auf, die keinen Sauerstoff enthalten. Hier erfolgt die anodische Auflösung von Stahl unter Bildung von Hydriden - Verbindungen von Eisen und Wasserstoff. Letztere sind jedoch chemisch instabile Substanzen, die in Luft und Feuchtigkeit schnell oxidieren und auch Rost bilden, der nur lockerer ist. Eisenhydride zersetzen sich besonders schnell, wenn Schwefelverbindungen in der Atmosphäre oder Umgebung vorhanden sind.

Bei Vorhandensein von Lasten

Nach dem dritten Schema tritt Korrosion auf, wenn äußere Belastungen auf die Kontaktflächen ausgeübt werden. Hier ist neben zwei herkömmlichen Komponenten notwendigerweise eine dritte Komponente vorhanden - Schmiermittel. Da alle organischen Verbindungen immer Sauerstoff und Wasserstoff enthalten, beginnen mit zunehmender Temperatur am Kontakt mechanochemische Oxidationsreaktionen des Schmiermittels aufzutreten. Sie führen dazu, dass das verwendete und teilweise bereits zerstörte Schmiermittel nicht die Reibung verringert, sondern die Oberfläche aktiv oxidiert und Rost bildet.

Methoden zur Bewertung von Korrosionsprozessen

Die Korrosionsintensität relativ zu Stahl wird in Abhängigkeit von der Art der Korrosionsphänomene bestimmt. Beginnen Sie normalerweise mit einer visuellen Erkennung von Rost auf der Oberfläche.

Mit einem herkömmlichen Mikroskop oder sogar einer Lupe kann man die Intensität von Korrosionsprozessen und den Grad der Beschädigung einer Metalloberfläche ziemlich genau beurteilen.

Die sogenannten Korrosionsindikatoren werden durch den Schadensgrad genauer bestimmt. Mit ihrer Hilfe können Sie herausfinden:

• Gewichtsverlust durch Korrosion;
• Verringerung der linearen Größe des Teils oder der Struktur;
• Schadensintensität in Abhängigkeit von der Verweilzeit des Teils in einer korrosiven Umgebung.

Neben einer quantitativen Beurteilung des Vorhandenseins von Rost ist auch eine qualitative möglich. Seine Indikatoren sind identifizierte Veränderungen in der Mikrostruktur von Stahl. So wird intergranulare oder selektive Korrosion erkannt. Viel seltener wird die Intensität und Geschwindigkeit der Korrosion durch eine Änderung der chemischen Zusammensetzung der das Metall umgebenden Umgebung oder durch die Menge des freigesetzten Wasserstoffs bestimmt.

Spezifische Korrosionsindikatoren, die die Korrosionsrate beeinflussen, umfassen:

1. Integrale Korrosionscharakteristik. Sie wird berechnet als Massenverlust des Stahlprodukts über das Jahr geteilt durch die Oberfläche, auf der Rost auftrat. In diesem Fall wird die Oberfläche des korrodierten Stahls als eine Oberfläche angesehen, auf der sich sogar einzelne beschädigte Stellen befinden.
2. Lineare Korrosion. Sie wird in Abhängigkeit von der Dichte des Teils und der Dicke der Produktschicht berechnet, die im Laufe des Jahres korrodiert ist.

Was ist der beste Wert? Wenn es möglich ist, ein Teil vor und nach seinem Betrieb genau zu wiegen oder Änderungen in der chemischen Zusammensetzung der Lösung zu bewerten, in der dieses Teil funktioniert, ist eine integrale Bewertung der Korrosionsprozesse vorzuziehen. Insbesondere wird die Leistung von Kontaktfett bewertet. Wenn das Teil nur mehrmals im Jahr überprüft wird oder die Beurteilung der Intensität von Korrosionsphänomenen unverzüglich durchgeführt werden muss, ist es besser, den zweiten Parameter zu verwenden.

Bestimmung der Geschwindigkeit von Korrosionsprozessen

Korrosionsindikatoren helfen auch dabei, die Intensität nachteiliger Veränderungen zu bestimmen. Verwenden Sie dazu das Konzept der "Metallkorrosionsrate". Es kann durch zwei verschiedene Merkmale geschätzt werden, die sich im Laufe der Zeit ändern.

Korrosionsindikatoren können durch die folgenden quantitativen Eigenschaften eingestellt werden:

• nach Fläche der korrodierten Oberfläche;
• Gesamtgewichtsverlust;
• durch Änderungen der Dichte;
• durch die Verweilzeit des Teils oder der Struktur in einer korrosiven Umgebung (Tag);
• um die Dicke zu reduzieren.

In diesem Fall können quantitative Kriterien für die Beurteilung der Art der Stahlkorrosion über einen bestimmten Zeitraum sein:

• absoluter Korrosionsverlust über die Fläche;
• Ändern der linearen Abmessungen des Produkts;
• lineare Korrosionsbeständigkeit;
• Korrosionsrate;
• lineare Korrosionsrate (Millimeter pro Jahr);
• Gesamtkorrosionsbeständigkeit oder Haltbarkeit.

In der Praxis hängt die Anwendung des einen oder anderen Kriteriums von der Methode zum Schutz der Metalloberfläche ab. Es kann gemalt werden wetterfeste Farbenund Sie können Metall mit Schutzbeschichtungen verwenden. Wenn die Korrosion gleichmäßig verläuft, kann die Wirksamkeit des Schutzes genauer bewertet werden.

Wenn die Intensität der Rostbildung an verschiedenen Stellen des Produkts unterschiedlich ist, kann die am besten geeignete Schutzmethode nur gewählt werden, wenn das Teil mit äußeren Zugspannungen belastet wird. Dann ändert sich im Laufe der Zeit nicht nur das Aussehen der Oberfläche, sondern auch einige ihrer physikalischen Eigenschaften, insbesondere die Wärmeleitfähigkeit und der elektrische Widerstand.

Die Praxis der Korrosionsprüfung von Metallen

Korrosionsindikatoren sind klimatische Faktoren - Temperatur, Zusammensetzung und relative Luftfeuchtigkeit, Art der Verteilung der externen Lasten. Es ist auch notwendig, die Änderung der Beleuchtung nach Tageszeit, Niederschlagsmenge und möglicher Luftverschmutzung zu berücksichtigen. Beispielsweise werden in Bereichen mit Rauchabfallemissionen in der Nähe von Chemiefabriken und metallurgischen Anlagen, begleitet von einem starken Anstieg des SO2-Anteils, Korrosionsprozesse stark aktiviert.

Als Indikatoren für die Korrosionsaktivität können Sie die quantitative Abhängigkeit der Korrosion von der Zeit verwenden:

1. Linear - meistens ist dies typisch für Metalloberflächen ohne Schutzbeschichtung.
2. Exponentiell abnehmend - findet sich in der Säurekorrosion herkömmlicher Metalle und Legierungen.
3. Exponentiell ansteigend - wenn sich auf der Oberfläche des Teils eine Schutzbeschichtung befindet.

Die Intensität der Rostbildung unter solchen Bedingungen verringert sich:

• niedrige Windgeschwindigkeit;
• reduzierte zyklische zeitliche Änderungen der relativen Feuchtigkeitsindikatoren;
• die Art der Wirkung eines ätzenden Mediums auf die Oberfläche.

Bei schwachem Wind oder dessen Abwesenheit gibt es keine Bedingungen zum Mischen des Stroms, der die Kontaktfläche des Stahls wäscht. Bei längeren Phasen niedriger und hoher Luftfeuchtigkeit während des Jahres hat ein Oberflächenrostfilm Zeit, sich zu bilden, zu quellen und sich vom Grundmetall zu trennen. Die Oberflächendicke nimmt ab, aber die Korrosionsprozesse müssen zuerst „beginnen“, und dies erfordert nicht nur Zeit, sondern auch geeignete Bedingungen - Wind oder Änderungen der chemischen Zusammensetzung der Luft, was nicht immer der Fall ist.

Feuchtigkeit, Säure oder Alkali können in Form von Tröpfchen oder durch Sprühen auf die Oberfläche des Stahls gelangen. Die erste Methode ist typisch für Gebiete mit erhöhtem Niederschlag und die zweite für ungünstige Umgebungen, in denen das Teil oder die Metallstruktur betrieben wird.

Möglichkeiten zur Korrosionsreduzierung: Mechanismus und Wirksamkeit

Die Fähigkeit einer lackierten Oberfläche, Korrosionsprozessen standzuhalten, hängt davon ab, welcher Korrosionsmechanismus vorherrscht. Beispielsweise ändert sich bei ständiger Einwirkung eines chemisch aktiven Mediums die Potentialdifferenz der Außenfläche des Metallprodukts und seiner Innenvolumina erheblich. In diesem Fall treten korrosive Ströme auf, die den Korrosionsprozess verbessern (ein Phänomen, das häufig zur Zerstörung von Stahlrohren in unterirdischen Rohrleitungen führt). Hier bewirkt die Färbung keine Wirkung, da sich die chemische Zusammensetzung der mit einer Farbschicht bedeckten Oberfläche im Laufe der Zeit nicht ändert.

Metallbeschichtung

Es ist eine andere Sache, wenn die Oberfläche mit einem Metall beschichtet ist, das ein negatives elektrolytisches Potential in Bezug auf Redoxprozesse aufweist. Mit dem Vorherrschen oxidativer Reaktionen ist es effektiver, Stahl durch Aufbringen einer Oberflächenbeschichtung zu schützen, die Aluminium und Zinkmetalle enthält, deren Sauerstoffaktivität von Eisen „übrig geblieben“ ist.

Solche Verfahren - Verzinken und Aluminieren - werden häufig in der Praxis des Korrosionsschutzes von Stahleinheiten und Einzelteilen in einer oxidierenden Umgebung eingesetzt. Das Färben in diesen Situationen ist von Natur aus hilfreich, um die dekorativen Eigenschaften der Oberfläche zu verbessern.

In einer reduzierenden Umgebung kann der Prozess der Bildung von Eisenhydriden effektiv blockiert werden, indem Oberflächenbeschichtungen von Metallen erzeugt werden, die sich „rechts“ von Wasserstoff befinden: Dies ist Kupfer und alle Edelmetalle. Obwohl die Kupferbeschichtung in der Praxis verwendet wird, wird sie normalerweise für relativ kleine Oberflächen durchgeführt, da dies ein sehr kostspieliger Prozess in Bezug auf die Finanzen ist. In solchen Situationen kann und sollte eine Färbung angewendet werden.

Färben

Die Schutzfunktion von Farben besteht darin, dass Korrosionsinhibitoren immer in ihrer Zusammensetzung vorhanden sind - Komponenten, die die Geschwindigkeit der Kalkbildung im Laufe der Zeit verlangsamen. Die chemischen Formeln der Inhibitorsubstanzen sind so ausgelegt, dass dadurch das Auftreten von Rost gestoppt wird. Die Elastizität moderner Beschichtungszusammensetzungen ermöglicht es Beschichtungen, Oberflächenspannungen, die den Beginn von Korrosionsprozessen hervorrufen, erfolgreich standzuhalten.

Die Korrosionsschutzeigenschaften von Farben nehmen zu, wenn sie Organosiliciumpolymere enthalten, die die Fähigkeit der lackierten Oberfläche erhöhen, Änderungen von Feuchtigkeit und Temperatur unabhängig von der Jahreszeit standzuhalten. Solche Farben haben jedoch zwei wesentliche Nachteile:

• giftig;
• unwirksam unter den Bedingungen des elektrolytischen Korrosionsmechanismus.

Somit können richtig ausgewählte Farbstoffe Korrosionsprozesse ziemlich effektiv blockieren. Dazu müssen sie Korrosionsinhibitoren enthalten, eine ausreichende Elastizität und mechanische Festigkeit aufweisen und sich im Laufe der Zeit leicht ändern.