Sposoby zmniejszenia intensywności i szybkości korozji wyrobów metalowych

Korozja to spontaniczne niszczenie powierzchni metalowych pod wpływem interakcji metalu z otoczeniem. Procesy korozji, szczególnie przejawiające się przy podwyższonych naprężeniach mechanicznych i termicznych, powodują ogromne uszkodzenia konstrukcji stalowych. Prawidłowa ocena szybkości korozji oznacza zwiększenie trwałości produktu.

Treść

• Klasyfikacja rodzajów rdzy
• Mechanizmy występowania i rozwoju zjawisk korozyjnych
• Elektrolityczny
• W obecności kwasów
• W obecności obciążeń
• Metody oceny procesów korozyjnych
• Określenie prędkości procesów korozyjnych
• Praktyka badań korozyjnych metali
• Sposoby zmniejszania korozji: mechanizm i skuteczność
• Powłoka metalowa
• Barwienie

Klasyfikacja rodzajów rdzy

Korozja jest klasyfikowana zgodnie z następującymi kryteriami:

1. Przez jednorodność przepływu. Występuje bardziej jednolita korozja powierzchniowa (przy której grubość ścianki produktu zmniejsza się w tym samym stopniu) i nierówna, ogniskowa korozja, która charakteryzuje się pojawieniem się uszkodzonych punktów lub owrzodzeń na powierzchni stali.
2. W kierunku działania. Występuje korozja selektywna, w której wpływają tylko na niektóre elementy konstrukcji metalowej, i kontakt, który niszczy określony metal (w przypadku związków bimetalicznych).
3. Ze względu na skalę działania takie rodzaje korozji są znane jako międzykrystaliczne, niszcząco działające wzdłuż granic ziaren stali (ze stopniowym rozprzestrzenianiem się do wewnątrz) i masowe, wpływając jednocześnie na całą powierzchnię.

Intensywność korozji znacznie wzrasta, jeśli oprócz niekorzystnych zmian / wahań temperatury i wilgotności naprężenia rozciągające, a także czynnik chemicznie agresywny, dodatkowo wpływają na powierzchnię styku metalu.

Intensywność korozji wzrasta wielokrotnie z powodu pękania między sąsiadującymi krystalitami i ich blokami. Zewnętrzne naprężenia rozciągające i ściskające są jeszcze bardziej agresywne dla stali.

Mechanizmy występowania i rozwoju zjawisk korozyjnych

Ponieważ większość powierzchni stalowych działa w środowisku o określonej wilgotności, a także w wodzie, wodnych roztworach soli, kwasów i zasad, mechanizm elektrolityczny jest dominującym mechanizmem pojawiania się rdzy. Jedynym wyjątkiem jest korozja pieca, która występuje w metalowych konstrukcjach urządzeń grzewczych: dochodzi do uszkodzenia powierzchni z powodu tworzenia się rdzy w wysokiej temperaturze.

Elektrolityczny

Podczas korozji elektrolitycznej w obecności tlenu reakcja hydratacji żelaza zachodzi w stali, której produktem końcowym jest hydrat tlenku żelaza Fe (OH) 2. Zjawisko to nazywane jest korozją typu anodowego. Ale proces się nie kończy. Wodzian tlenku żelaza jest niestabilną substancją i w obecności wody (lub pary wodnej) rozkłada się dość szybko na różne tlenki żelaza:

• w podwyższonych temperaturach powstaje głównie tlenek żelaza FeO;
• w pokoju lub nieco wyżej - tlenek żelaza Fe2O3;
• na półprodukcie (w zakresie temperatur + 250 ... + 450 ° C) - magnetyczny tlenek żelaza-Fe3O4.

W każdym razie powierzchnia stali rdzewieje, tylko wskaźniki tego zjawiska mogą być czerwonawo-brązowe lub szarawo-żółte.

W obecności kwasów

Nieco inny mechanizm powstawania rdzy występuje w obecności kwasów, roztworów kwaśnych lub ciekłych mediów niezawierających tlenu. Tutaj anodowe rozpuszczanie stali zachodzi wraz z tworzeniem się wodorków - związków żelaza i wodoru. Ale te ostatnie są chemicznie niestabilnymi substancjami, szybko utleniają się w powietrzu i wilgotnym środowisku, a także tworzą rdzę, tylko bardziej luźną. Wodorki żelaza rozkładają się szczególnie szybko, gdy związki siarki są obecne w atmosferze lub środowisku.

W obecności obciążeń

Zgodnie z trzecim schematem korozja występuje, gdy zewnętrzne obciążenia są przykładane do powierzchni styku. Tutaj, oprócz dwóch tradycyjnych składników, koniecznie obecny jest trzeci składnik - smar. Ponieważ wszystkie związki organiczne zawsze zawierają tlen i wodór, reakcje mechanochemiczne utleniania smaru zaczynają zachodzić wraz ze wzrostem temperatury w kontakcie. Skończyło się to tym, że zamiast zmniejszać tarcie, użyty i częściowo już zniszczony smar zaczyna aktywnie utleniać powierzchnię, tworząc rdzę.

Metody oceny procesów korozyjnych

Intensywność korozji w stosunku do stali jest określana w zależności od charakteru zjawisk korozyjnych. Zwykle zaczynają się od wizualnego wykrycia rdzy na powierzchni.

Za pomocą konwencjonalnego mikroskopu lub nawet lupy można dość dokładnie ocenić intensywność procesów korozji i stopień uszkodzenia powierzchni metalu.

Tak zwane wskaźniki korozji są dokładniej określone przez stopień uszkodzenia. Z ich pomocą możesz dowiedzieć się:

• utrata masy z powodu korozji;
• zmniejszenie liniowego rozmiaru części lub konstrukcji;
• intensywność uszkodzenia w zależności od czasu przebywania części w środowisku korozyjnym.

Oprócz oceny ilościowej obecności rdzy możliwa jest również jakość. Jego wskaźnikami są zidentyfikowane zmiany w mikrostrukturze stali. Tak więc wykrywana jest korozja międzykrystaliczna lub selektywna. O wiele rzadziej intensywność i szybkość korozji zależy od zmiany składu chemicznego środowiska otaczającego metal lub od ilości uwolnionego wodoru.

Specyficzne wskaźniki korozji wpływające na szybkość korozji obejmują:

1. Zintegrowana charakterystyka korozyjna. Oblicza się go jako utratę masy produktu stalowego w ciągu roku podzieloną przez powierzchnię, na której pojawiła się rdza. W tym przypadku za powierzchnię skorodowanej stali uważa się tę, na której występują nawet pojedyncze uszkodzone punkty.
2. Korozja liniowa. Oblicza się go w zależności od gęstości części i grubości warstwy produktu, która uległa korozji w ciągu roku.

Jakiej wartości najlepiej użyć? Jeśli możliwe jest dokładne ważenie części przed i po jej działaniu lub ocena zmian w składzie chemicznym roztworu, w którym ta część działała, lepsza jest integralna ocena procesów korozji. W szczególności ocenia się działanie smaru kontaktowego. Jeśli część jest sprawdzana tylko kilka razy w roku lub ocena natężenia zjawisk korozyjnych musi być przeprowadzona niezwłocznie, lepiej użyć drugiego parametru.

Określenie prędkości procesów korozyjnych

Wskaźniki korozji pomagają również określić intensywność niekorzystnych zmian. Aby to zrobić, użyj koncepcji „szybkości korozji metalu”. Można to oszacować na podstawie dwóch różnych cech, które zmieniają się w czasie.

Wskaźniki korozji można ustawić na podstawie następujących cech ilościowych:

• według powierzchni skorodowanej powierzchni;
• całkowita utrata masy ciała;
• przez zmiany gęstości;
• według czasu przebywania części lub konstrukcji w środowisku korozyjnym (dzień);
• aby zmniejszyć grubość.

W takim przypadku ilościowymi kryteriami oceny charakteru korozji stali w pewnym okresie czasu mogą być:

• bezwzględna utrata korozji na danym obszarze;
• zmiana wymiarów liniowych produktu;
• liniowa odporność na korozję;
• szybkość korozji;
• liniowa szybkość korozji (milimetry rocznie);
• całkowita odporność na korozję lub trwałość.

W praktyce zastosowanie jednego lub drugiego kryterium zależy od metody ochrony powierzchni metalu. Można go pomalować farby odporne na warunki atmosferyczne, i możesz używać metalu z powłokami ochronnymi. Jeśli korozja zachodzi równomiernie, skuteczność ochrony można ocenić dokładniej.

Jeśli intensywność powstawania rdzy w różnych miejscach produktu jest różna, wówczas najbardziej odpowiednią metodę ochrony można wybrać tylko wtedy, gdy część jest obciążona zewnętrznymi naprężeniami rozciągającymi. Następnie z czasem zmienia się nie tylko wygląd powierzchni, ale także niektóre jej cechy fizyczne, w szczególności przewodność cieplna i opór elektryczny.

Praktyka badań korozyjnych metali

Wskaźniki korozji są czynnikami klimatycznymi - temperaturą, składem i wilgotnością względną środowiska, charakterem rozkładu obciążeń zewnętrznych. Konieczne jest również uwzględnienie zmiany oświetlenia w zależności od pory dnia, ilości opadów, możliwego zanieczyszczenia powietrza. Na przykład w obszarach emisji odpadów kominowych w pobliżu zakładów chemicznych i hutniczych, któremu towarzyszy gwałtowny wzrost udziału SO2, procesy korozji są gwałtownie aktywowane.

Jako wskaźniki aktywności korozyjnej można użyć ilościowej zależności korozji od czasu:

1. Liniowe - najczęściej jest to typowe dla powierzchni metalowych, które nie mają powłoki ochronnej.
2. Gwałtownie maleje - występuje w kwasowej korozji konwencjonalnych metali i stopów.
3. Gwałtownie rośnie - gdy na powierzchni elementu znajduje się powłoka ochronna.

Intensywność powstawania rdzy w takich warunkach zmniejsza:

• niska prędkość wiatru;
• zmniejszone cykliczne zmiany w czasie wskaźników wilgotności względnej;
• charakter wpływu czynnika korozyjnego na powierzchnię.

Przy słabym wietrze lub jego braku nie ma warunków mieszania strumienia myjącego powierzchnię kontaktową stali. Przy dłuższych fazach niskiej i wysokiej wilgotności w ciągu roku warstwa rdzy na powierzchni ma czas na formowanie się, pęcznienie i oddzielanie od metalu nieszlachetnego. Grubość powierzchni zmniejszy się, ale procesy korozji są najpierw zmuszone do „rozpoczęcia”, a to wymaga nie tylko czasu, ale także odpowiednich warunków - wiatru lub zmian w składzie chemicznym powietrza, co nie zawsze ma miejsce.

Wilgoć, kwas lub zasady mogą przedostać się na powierzchnię stali w postaci kropelek lub natrysku. Pierwsza metoda jest typowa dla obszarów ze zwiększonymi opadami deszczu, a druga dla niekorzystnych środowisk, w których działa część lub konstrukcja metalowa.

Sposoby zmniejszania korozji: mechanizm i skuteczność

Zdolność pomalowanej powierzchni do wytrzymania procesów korozji zależy od tego, który mechanizm korozji przeważa. Na przykład, przy stałej ekspozycji na chemicznie aktywne medium, różnica potencjałów zewnętrznej powierzchni produktu metalowego i jego wewnętrznych objętości znacznie się zmienia. W takim przypadku występują prądy korozyjne, które usprawniają proces korozji (zjawisko często powodujące zniszczenie stalowych rur w podziemnych rurociągach). Tutaj barwienie nie daje żadnego efektu, ponieważ skład chemiczny powierzchni pokrytej warstwą farby nie zmienia się z czasem.

Powłoka metalowa

To kolejna sprawa, gdy powierzchnia jest pokryta metalem o ujemnym potencjale elektrolitycznym w odniesieniu do procesów redoks. Przy przewadze reakcji oksydacyjnych bardziej skuteczna jest ochrona stali poprzez nałożenie powłoki powierzchniowej zawierającej aluminium i cynk - metale, które „pozostają” z żelaza w swojej aktywności tlenowej.

Takie procesy - cynkowanie i aluminiowanie - są szeroko stosowane w praktyce ochrony antykorozyjnej zespołów stalowych i poszczególnych części znajdujących się w środowisku utleniającym. Barwienie w takich sytuacjach ma charakter pomocniczy, aby zwiększyć dekoracyjne właściwości powierzchni.

W środowisku redukującym proces tworzenia wodorków żelaza można skutecznie zablokować przez tworzenie powłok powierzchniowych metali znajdujących się „na prawo” od wodoru: jest to miedź i wszystkie metale szlachetne. Chromowanie, choć stosowane w praktyce, zwykle wykonuje się na stosunkowo niewielkich powierzchniach, ponieważ jest to bardzo kosztowny proces pod względem finansowym. W takich sytuacjach można i należy zastosować zabarwienie.

Barwienie

Ochronna rola farb polega na tym, że inhibitory korozji są zawsze obecne w ich składzie - składnikach, które spowalniają tempo tworzenia się kamienia z upływem czasu. Wzory chemiczne substancji hamujących są zaprojektowane w taki sposób, że w rezultacie zatrzymuje się pojawienie się rdzy. Elastyczność nowoczesnych kompozycji powłokowych pozwala powłokom z powodzeniem wytrzymywać naprężenia powierzchniowe, które wywołują początek procesów korozyjnych.

Właściwości antykorozyjne farb zwiększają się, jeśli zawierają polimery krzemoorganiczne, które zwiększają zdolność malowanej powierzchni do wytrzymywania zmian wilgotności i temperatury, niezależnie od pory roku. Jednak takie farby mają dwie znaczące wady:

• trujący;
• nieskuteczny w warunkach mechanizmu korozji elektrolitycznej.

Zatem odpowiednio dobrane związki barwiące mogą dość skutecznie blokować procesy korozji. Aby to zrobić, muszą zawierać inhibitory korozji, mieć wystarczającą elastyczność i wytrzymałość mechaniczną, nieznacznie zmieniające się w czasie.