Kemiallinen korroosio on prosessi, joka koostuu metallin tuhoutumisesta vuorovaikutuksessa aggressiivisen ulkoisen ympäristön kanssa. Korroosioprosessien kemiallinen monimuotoisuus ei liity sähkövirran vaikutuksiin. Tämän tyyppisessä korroosiossa tapahtuu hapettava reaktio, jossa tuhoutuva materiaali on samalla pelkistävä aine väliaineen elementeille.
- Kaasukorroosio
- Oksidikalvon ominaisuudet
- Korroosionopeus
- Ei-elektrolyyttinesteiden korroosio
- Korroosionestomenetelmät
- Orgaaniset silikaattipinnoitteet
Erilaisten aggressiivisten ympäristöjen luokittelu sisältää kahden tyyppisiä metallituhoja:
- kemiallinen korroosio ei-elektrolyyttinesteissä;
- kemiallinen kaasukorroosio.
Kaasukorroosio
Kemiallisen korroosion yleisin muoto - kaasu - on syövyttävä prosessi, joka tapahtuu kaasuissa korkeissa lämpötiloissa. Tämä ongelma on tyypillinen monentyyppisten teknologisten laitteiden ja osien (uunien, moottorien, turbiinien jne.) Toiminnalle. Lisäksi erittäin korkeita lämpötiloja käytetään metallien prosessointiin korkeassa paineessa (kuumennus ennen valssausta, meistaminen, taonta, lämpöprosessit jne.).
Metallien tilan ominaisuudet korotetuissa lämpötiloissa määräytyvät kahdesta niiden ominaisuudesta - lämmönkestävyydestä ja lämmönkestävyydestä. Lämmönkestävyys on metallin mekaanisten ominaisuuksien vakauden aste erittäin korkeissa lämpötiloissa. Mekaanisten ominaisuuksien vakauden alla tarkoitetaan lujuuden säilymistä pitkään ja ryömyslujuutta. Lämmönkestävyys on metallin kestävyys kaasujen syövyttävälle aktiivisuudelle korkeissa lämpötiloissa.
Kaasukorroosion kehitysaste määritetään useilla indikaattoreilla, mukaan lukien:
- ilmakehän lämpötila;
- komponentit, jotka sisältyvät metalliin tai seokseen;
- ympäristöparametrit, joissa kaasut sijaitsevat;
- kosketuksen kesto kaasumaiseen väliaineeseen;
- syövyttävien tuotteiden ominaisuudet.
Korroosioprosessiin vaikuttavat enemmän metallin pinnalle ilmestyneen oksidikalvon ominaisuudet ja parametrit. Oksidin muodostuminen voidaan jakaa kronologisesti kahteen vaiheeseen:
- happimolekyylien adsorptio ilmakehän kanssa vuorovaikutuksessa olevalle metallipinnalle;
- saattamalla metallipinta kosketukseen kaasun kanssa, jolloin muodostuu kemiallinen yhdiste.
Ensimmäiselle vaiheelle on ominaista ionisen sidoksen esiintyminen hapen ja pinta-atomien vuorovaikutuksen seurauksena, kun happiatomi vie parin elektroneja metallista. Syntynyt sidos eroaa poikkeuksellisesta lujuudestaan - se on suurempi kuin hapen sidos oksidin metallin kanssa.
Tämän yhteyden selitys löytyy atomikentän vaikutuksesta happea. Heti kun metallipinta on täynnä hapettavaa ainetta (ja tämä tapahtuu hyvin nopeasti), alhaisissa lämpötiloissa van der Waalsin lujuuden ansiosta hapettavien molekyylien adsorptio alkaa. Reaktion tuloksena on ohuimman yksimolekyylisen kalvon esiintyminen, joka ajan myötä paksenee, mikä vaikeuttaa hapen pääsyä.
Toisessa vaiheessa tapahtuu kemiallinen reaktio, jonka aikana väliaineen hapettava elementti ottaa valenssielektroneja metallista. Kemiallinen korroosio on reaktion lopputulos.
sisältöön ↑
Oksidikalvon ominaisuudet
Oksidikalvojen luokittelu sisältää kolme tyyppiä:
- ohut (näkymätön ilman erityisiä laitteita);
- väliaine (värinmuutos);
- paksu (näkyvissä paljaalla silmällä).
Tuloksena olevalla oksidikalvolla on suojakyky - se hidastaa tai jopa kokonaan estää kemiallisen korroosion kehittymistä. Myös oksidikalvon läsnäolo lisää metallin lämmönkestävyyttä.
Todella tehokkaan elokuvan on kuitenkin täytettävä useita ominaisuuksia:
- olla huokoinen;
- oltava jatkuva rakenne;
- on hyvät tarttuvuusominaisuudet;
- eroavat kemiallisesta inertistä suhteessa ilmakehään;
- olla kova ja kulutusta kestävä.
Yksi yllä mainituista ehdoista - vankka rakenne on erityisen tärkeä. Jatkuvuusolosuhde on oksidikalvon molekyylien tilavuuden ylimäärä metalliatomien määrän verran. Jatkuvuus on oksidin kyky peittää koko metallipinta jatkuvalla kerroksella. Jos tämä ehto ei täyty, kalvoa ei voida pitää suojaavana. Tästä säännöstä on kuitenkin poikkeuksia: joillekin metalleille, esimerkiksi magnesiumille ja maa-alkaliryhmien elementeille (paitsi berylliumille), jatkuvuus ei kuulu kriittisiin indikaattoreihin.
Oksidikalvon paksuuden määrittämiseksi käytetään useita tekniikoita. Kalvon suojaavat ominaisuudet voidaan selvittää sen muodostuessa. Tätä varten tutkimme metallin hapettumisnopeutta ja nopeuden muutoksen parametrejä ajan myötä.
Jo muodostuneelle oksidille käytetään toista menetelmää, joka koostuu kalvon paksuuden ja suojaominaisuuksien tutkimisesta. Tätä varten pinnalle levitetään reagenssi. Seuraavaksi asiantuntijat kirjaavat reagenssin tunkeutumiseen kuluvan ajan, ja saatujen tietojen perusteella he päättävät, että kalvon paksuus.
sisältöön ↑Kiinnitä huomiota! Jopa lopullisesti muodostettu oksidikalvo jatkaa vuorovaikutusta hapettavan väliaineen ja metallin kanssa.
Korroosionopeus
Kemiallisen korroosion kehittymisen voimakkuus riippuu lämpötilajärjestelmästä. Korkeissa lämpötiloissa hapettumisprosessit kehittyvät nopeammin. Lisäksi termodynaamisen tekijän roolin väheneminen reaktion aikana ei vaikuta prosessiin.
Jäähdytyksellä ja muuttuvalla lämmityksellä on huomattava merkitys. Lämpörasitusten takia oksidikalvoon muodostuu halkeamia. Reikien läpi hapettava elementti osuu pintaan. Seurauksena on uusi kerros oksidikalvoa, ja edellinen kuori irti.
Kaikkein vähäisintä roolia ovat kaasumaisen väliaineen komponentit. Tämä tekijä on yksilöity erityyppisille metalleille ja on yhdenmukainen lämpötilan vaihtelun kanssa. Esimerkiksi kupari on alttiina korroosiolle, jos se on kosketuksissa hapen kanssa, mutta se on kestävä tälle prosessille rikkioksidiympäristössä. Nikkelin kohdalla rikkioksidi on päinvastoin tappava, ja happea, hiilidioksidia ja vesiympäristöä pidetään stabiilina. Mutta kromi on kestävä kaikille näille ympäristöille.
Kiinnitä huomiota! Jos oksidin dissosioitumisen painetaso ylittää hapettavan elementin paineen, hapetusprosessi pysähtyy ja metalli saavuttaa termodynaamisen stabiilisuuden.
Seoksen komponentit vaikuttavat myös hapettavan reaktion nopeuteen. Esimerkiksi mangaani, rikki, nikkeli ja fosfori eivät edistä raudan hapettumista. Mutta alumiini, pii ja kromi hidastavat prosessia. Koboltti, kupari, beryllium ja titaani hidastavat raudan hapettumista entisestään. Vanadium-, volframi- ja molybdeenilisäaineet auttavat prosessia tehostamaan, mikä selittyy näiden metallien sulavuudella ja haihtuvuudella. Hapetusreaktiot etenevät hitaimmin austeniittisella rakenteella, koska se on parhaiten sopeutunut korkeisiin lämpötiloihin.
Toinen tekijä, josta korroosionopeus riippuu, on käsitellyn pinnan ominaisuus. Sileät pinnat hapettuvat hitaammin ja epätasaiset pinnat nopeammin.
sisältöön ↑Ei-elektrolyyttinesteiden korroosio
Johtamattomat nesteet (ts.ei-elektrolyyttinesteet) sisältävät sellaisia orgaanisia aineita kuin:
- bentseeni;
- kloroformi;
- alkoholit;
- hiilitetrakloridi;
- fenoli;
- öljy;
- bensiini;
- petroli jne.
Lisäksi pieni määrä epäorgaanisia nesteitä, kuten nestemäinen bromi ja sula rikki, luokitellaan ei-elektrolyyttisiksi nesteiksi.
On huomattava, että orgaaniset liuottimet itsessään eivät reagoi metallien kanssa, mutta pienen määrän epäpuhtauksien läsnäollessa tapahtuu intensiivinen vuorovaikutusprosessi.
Öljyn rikkielementit lisäävät korroosionopeutta. Myös korkeat lämpötilat ja hapen läsnäolo nesteessä parantavat korroosioprosesseja. Kosteus tehostaa korroosion kehittymistä sähkömekaanisen periaatteen mukaisesti.
Toinen tekijä korroosion nopeassa kehityksessä on nestemäinen bromi. Normaalissa lämpötilassa se on erityisen vahingollista korkeahiilisille teräksille, alumiinille ja titaanille. Vähemmän merkittävää on bromin vaikutus rautaan ja nikkeliin. Suurin nestemäisen bromin vastus osoittaa lyijyä, hopeaa, tantaalia ja platinaa.
Sularikki reagoi aggressiivisesti melkein kaikkien metallien, pääasiassa lyijyn, tinan ja kuparin kanssa. Teräksen hiililaatu ja titaanirikki vaikuttavat vähemmän ja tuhoavat alumiinin melkein kokonaan.
Suojatoimenpiteet johtamattomissa nestemäisissä väliaineissa sijaitseville metallirakenteille suoritetaan lisäämällä tietylle väliaineelle (esimerkiksi teräksille, joilla on korkea kromipitoisuus) kestäviä metalleja. Lisäksi käytetään erityisiä suojapinnoitteita (esimerkiksi ympäristössä, jossa on paljon rikkiä, käytetään alumiinipinnoitteita).
sisältöön ↑Korroosionestomenetelmät
Korroosionestomenetelmiin kuuluvat:
- epäjaloa metallia prosessoidaan suojakerroksella (esimerkiksi maalilla);
- inhibiittorien (esim. kromaatit tai arseniitit) käyttö;
- korroosioprosesseille kestävien materiaalien tuominen markkinoille.
Tietyn materiaalin valinta riippuu sen käytön potentiaalisesta tehokkuudesta (mukaan lukien tekninen ja taloudellinen).
Nykyaikaiset metallisuojauksen periaatteet perustuvat tällaisiin tekniikoihin:
- Materiaalien kemiallisen kestävyyden parantaminen. Kemiallisesti kestävät materiaalit (korkea polymeerimuovit, lasi, keramiikka) ovat menestyneet.
- Materiaalin eristäminen aggressiivisesta ympäristöstä.
- Vähentämällä teknologisen ympäristön aggressiivisuutta. Esimerkkejä sellaisista toimista ovat neutralointi ja happamuuden poistaminen syövyttävistä ympäristöistä, samoin kuin erilaisten estäjien käyttö.
- Sähkökemiallinen suojaus (ulkoisen virran määrääminen).
Yllä olevat menetelmät on jaettu kahteen ryhmään:
- Lisääntynyt kemiallinen kestävyys ja eristys levitetään ennen metallin käyttöönottoa.
- Ympäristön aggressiivisuuden vähentäminen ja sähkökemiallinen suojaus käytetään jo metallituotteen käyttöprosessissa. Näiden kahden tekniikan soveltaminen mahdollistaa uusien suojausmenetelmien käyttöönoton, minkä seurauksena suoja saadaan muuttamalla käyttöolosuhteita.
Yksi yleisimmin käytetyistä metallin suojaamismenetelmistä - galvaaninen korroosionestopinnoite - on taloudellisesti kannattamaton suurille pinta-aloille. Syynä on valmisteluprosessin korkeat kustannukset.
Johtava paikka suojausmenetelmissä on metallien pinnoittaminen maalilla ja lakoilla. Tämän korroosion torjuntamenetelmän suosio johtuu useiden tekijöiden yhdistelmästä:
- korkeat suojaavat ominaisuudet (hydrofobisuus, nesteiden hylky, alhainen kaasunläpäisevyys ja höyrynläpäisevyys);
- valmistettavuus;
- runsaasti mahdollisuuksia koristeellisiin ratkaisuihin;
- huollettavuus;
- taloudellinen perustelu.
Samalla laajasti saatavien materiaalien käytöllä ei ole haittoja:
- metallipinnan epätäydellinen kostuminen;
- pinnoitteen rikkoutunut kiinnittyminen epäjaloa metallia vastaan, mikä johtaa elektrolyytin kerääntymiseen korroosionkestävän pinnoitteen alle ja siten myötävaikuttava korroosioon;
- huokoisuus, mikä lisää kosteuden läpäisevyyttä.
Ja vielä, maalattu pinta suojaa metallia syövyttäviltä prosesseilta jopa kalvon hajanaisilla vaurioilla, kun taas epätäydelliset galvaaniset pinnoitteet voivat jopa kiihdyttää korroosiota.
sisältöön ↑Orgaaniset silikaattipinnoitteet
Korkealaatuista korroosionestoa varten suositellaan metallien, joilla on korkea hydrofobisuus ja läpäisemättömyys vesi-, kaasu- ja höyry-ympäristöissä. Nämä materiaalit sisältävät orgaanisia silikaatteja.
Kemiallinen korroosio ei käytännössä koske organosilikaattimateriaaleja. Syyt tähän ovat tällaisten koostumusten lisääntynyt kemiallinen stabiilisuus, niiden valonkestävyys, hydrofobiset ominaisuudet ja alhainen veden imeytyminen. Orgaaniset silikaatit ovat myös kestäviä alhaisissa lämpötiloissa, niillä on hyvät tarttuvuusominaisuudet ja kulutuskestävyys.
Korroosion vaikutuksista johtuvat metallien tuhoamisen ongelmat eivät katoa, huolimatta tekniikoiden kehittämisestä niiden torjumiseksi. Syynä on metallituotannon jatkuva kasvu ja niistä valmistettujen tuotteiden yhä vaikeammat toimintaolosuhteet. Tässä vaiheessa on mahdotonta ratkaista ongelmaa, joten tutkijoiden pyrkimykset keskittyvät etsimään mahdollisuuksia hidastaa korroosioprosesseja.
