Vad är kemisk korrosion och hur kan man eliminera den?

Kemisk korrosion är en process som består i att förstöra en metall när den interagerar med en aggressiv yttre miljö. Den kemiska variationen i korrosionsprocesser är inte relaterad till effekterna av elektrisk ström. Vid denna typ av korrosion inträffar en oxidativ reaktion, där materialet som ska förstöras samtidigt är ett reduktionsmedel för mediets element.

innehåll:

• Gaskorrosion
• Egenskaper för oxidfilmen
• Korrosionshastighet
• Korrosion i icke-elektrolytvätskor
• Metoder för korrosionsskydd
• Organosilikatbeläggningar

Klassificeringen av olika aggressiva miljöer inkluderar två typer av metallförstörelse:

• kemisk korrosion i icke-elektrolytvätskor;
• kemisk gaskorrosion.

Gaskorrosion

Den vanligaste formen av kemisk korrosion - gas - är en frätande process som förekommer i gaser vid förhöjda temperaturer. Detta problem är typiskt för drift av många typer av teknisk utrustning och delar (beslag av ugnar, motorer, turbiner etc.). Dessutom används ultrahöga temperaturer vid bearbetning av metaller under högt tryck (uppvärmning före rullning, stansning, smidning, termiska processer, etc.).

Funktioner för metallernas tillstånd vid förhöjda temperaturer bestäms av två av deras egenskaper - värmebeständighet och värmebeständighet. Värmebeständighet är graden av stabilitet för de mekaniska egenskaperna hos en metall vid ultrahöga temperaturer. Under stabiliteten hos mekaniska egenskaper hänvisas till bevarandet av hållfasthet under lång tid och krypmotstånd. Värmebeständighet är en metallbeständighet mot gasernas korrosiva aktivitet vid förhöjda temperaturer.

Utvecklingshastigheten för gaskorrosion bestäms av ett antal indikatorer, inklusive:

• atmosfärstemperatur;
• komponenter inkluderade i metall eller legering;
• miljöparametrar där gaserna är belägna;
• varaktighet av kontakt med det gasformiga mediet;
• korrosiva produkters egenskaper.

Korrosionsprocessen påverkas mer av egenskaperna och parametrarna för oxidfilmen som har dykt upp på metallytan. Oxidbildning kan kronologiskt delas in i två steg:

• adsorption av syremolekyler på en metallyta som interagerar med atmosfären;
• att kontakta metallytan med gas, vilket resulterar i en kemisk förening.

Det första steget kännetecknas av uppkomsten av en jonisk bindning, som ett resultat av interaktion mellan syre och ytatomer, när en syreatom tar ett par elektroner från en metall. Bindningen som har uppstått kännetecknas av dess exceptionella styrka - den är större än syrebindningen med metallen i oxiden.

Förklaringen till denna anslutning ligger i atomenergifältets effekt på syre. Så snart metallytan är fylld med ett oxidationsmedel (och detta händer mycket snabbt), vid låga temperaturer, tack vare styrkan hos van der Waals, börjar adsorptionen av oxiderande molekyler. Resultatet av reaktionen är utseendet på den tunnaste monomolekylära filmen, som med tiden blir tjockare, vilket komplicerar tillgången på syre.

I det andra steget inträffar en kemisk reaktion under vilken det oxiderande elementet i mediet tar valenselektroner från metallen. Kemisk korrosion är slutresultatet av reaktionen.

Egenskaper för oxidfilmen

Klassificeringen av oxidfilmer innehåller tre typer:

• tunn (osynlig utan speciella enheter);
• medium (missfärgning);
• tjock (synlig med blotta ögat).

Den resulterande oxidfilmen har skyddande förmågor - den bromsar eller till och med helt hämmar utvecklingen av kemisk korrosion. Närvaron av en oxidfilm ökar också värmebeständigheten hos metallen.

En verkligt effektiv film måste dock uppfylla ett antal egenskaper:

• inte vara porös;
• ha en kontinuerlig struktur;
• har goda limegenskaper;
• skiljer sig i kemisk inertitet i förhållande till atmosfären;
• vara hård och slitstark.

Ett av ovanstående villkor - en solid struktur är särskilt viktigt. Kontinuitetsbetingelsen är överskottet av volymen av molekylerna i oxidfilmen över volymen av metallatomer. Kontinuitet är oxidens förmåga att täcka hela metallytan med ett kontinuerligt skikt. Om detta villkor inte uppfylls kan filmen inte betraktas som skyddande. Det finns emellertid undantag från denna regel: för vissa metaller, till exempel för magnesium och beståndsdelar av jordalkaliska grupper (exklusive beryllium), tillhör inte kontinuiteten kritiska indikatorer.

För att bestämma oxidfilmens tjocklek används flera tekniker. Filmens skyddskvaliteter kan klargöras vid tidpunkten för bildandet. För att göra detta studerar vi hastigheten för metalloxidation och parametrarna för förändringen i hastighet över tid.

För den redan bildade oxid används en annan metod, som består i att studera filmens tjocklek och skyddsegenskaper. För att göra detta appliceras ett reagens på ytan. Därefter registrerar experter tiden det tar för reagenset att tränga igenom, och baserat på de erhållna uppgifterna drar de slutsatsen att filmtjockleken.

Var uppmärksam! Till och med den slutligen bildade oxidfilmen fortsätter att interagera med det oxiderande mediet och metallen.

Korrosionshastighet

Intensiteten med vilken kemisk korrosion utvecklas beror på temperaturregimen. Vid höga temperaturer utvecklas oxidativa processer snabbare. Dessutom påverkar inte minskningen av den termodynamiska faktorens roll under reaktionens gång processen.

Av stor vikt är kylning och variabel uppvärmning. På grund av termiska spänningar uppstår sprickor i oxidfilmen. Genom hålen träffar det oxiderande elementet ytan. Som ett resultat bildas ett nytt lager av oxidfilm, och det förra skalas av.

Inte den minsta rollen spelas av komponenterna i gasmediet. Denna faktor är individuell för olika typer av metaller och överensstämmer med temperatursvingningar. Exempelvis är koppar mottagliga för korrosion om det är i kontakt med syre, men är resistent mot denna process i en svaveloxidmiljö. För nickel är tvärtom svaveloxid dödlig och stabilitet observeras i syre, koldioxid och vattenmiljön. Men krom är resistent mot alla dessa miljöer.

Var uppmärksam! Om trycknivån för dissociationen av oxiden överstiger trycket för det oxiderande elementet, stoppar oxidationsprocessen och metallen får termodynamisk stabilitet.

Legeringens komponenter påverkar också hastigheten för den oxidativa reaktionen. Till exempel bidrar mangan, svavel, nickel och fosfor inte till oxidationen av järn. Men aluminium, kisel och krom gör processen långsammare. Kobolt, koppar, beryllium och titan bromsar oxidationen av järn ännu mer. Vanadium-, volfram- och molybden-tillsatser hjälper till att göra processen mer intensiv, vilket förklaras av smältbarheten och flyktigheten hos dessa metaller. Oxidationsreaktionerna går långsammast med den austenitiska strukturen, eftersom de är mest anpassade till höga temperaturer.

En annan faktor som korrosionshastigheten beror på är den behandlade ytans kännetecken. Släta ytor oxiderar långsammare och ojämna ytor snabbare.

Korrosion i icke-elektrolytvätskor

Icke ledande vätskor (d.v.s.icke-elektrolytvätskor) inkluderar sådana organiska ämnen som:

• bensen;
• kloroform;
• alkoholer;
• koltetraklorid;
• fenol;
• olja;
• bensin;
• fotogen, etc.

Dessutom klassificeras en liten mängd oorganiska vätskor, såsom flytande brom och smält svavel, som icke-elektrolytvätskor.

Det bör noteras att organiska lösningsmedel i sig inte reagerar med metaller, men i närvaro av en liten mängd föroreningar inträffar en intensiv interaktionsprocess.

Svavelelement i olja ökar korrosionshastigheten. Höga temperaturer och närvaron av syre i vätskan förbättrar också korrosionsprocesserna. Fukt intensifierar utvecklingen av korrosion i enlighet med den elektromekaniska principen.

En annan faktor i den snabba utvecklingen av korrosion är flytande brom. Vid normala temperaturer är det särskilt skadligt för kolhaltiga stål, aluminium och titan. Mindre betydelse är effekten av brom på järn och nickel. Den största motståndskraften mot flytande brom visas med bly, silver, tantal och platina.

Det smälta svavlet går in i en aggressiv reaktion med nästan alla metaller, främst med bly, tenn och koppar. Kolhalter av stål och titansvavel påverkas mindre och förstör nästan helt aluminium.

Skyddsåtgärder för metallstrukturer belägna i icke-ledande flytande media utförs genom att tillsätta metaller som är resistenta mot ett specifikt medium (till exempel stål med högt krominnehåll). Speciella skyddsbeläggningar används också (till exempel i en miljö där det finns mycket svavel, aluminiumbeläggningar används).

Metoder för korrosionsskydd

Korrosionsstyrningsmetoder inkluderar:

• bearbeta basmetallen med ett skyddande skikt (till exempel applicering av färg);
  
• användningen av hämmare (t.ex. kromater eller arseniter);
• införande av material som är resistenta mot korrosionsprocesser.

Valet av ett specifikt material beror på den potentiella effektiviteten (inklusive teknisk och finansiell) av dess användning.

Moderna principer för metallskydd är baserade på sådana tekniker:

1. Förbättra materialens kemiska beständighet. Kemiskt resistenta material (högpolymerplast, glas, keramik) har framgångsrikt bevisat sig.
2. Isolering av material från en aggressiv miljö.
3. Minska aggressiviteten i den tekniska miljön. Exempel på sådana åtgärder inkluderar neutralisering och avlägsnande av surhet i frätande miljöer samt användning av olika hämmare.
4. Elektrokemiskt skydd (pålägga en extern ström).

Ovanstående metoder är indelade i två grupper:

1. Ökad kemisk beständighet och isolering appliceras innan metallbearbetningen tas i drift.
2. Minskning av miljöens aggressivitet och elektrokemiskt skydd används redan vid användning av en metallprodukt. Tillämpningen av dessa två tekniker gör det möjligt att införa nya skyddsmetoder som ett resultat av vilket skydd ges genom förändrade driftsförhållanden.

En av de vanligaste metoderna för att skydda metall - galvanisk beläggning mot korrosion - är ekonomiskt olönsam för stora ytor. Anledningen är de höga kostnaderna för förberedelseprocessen.

Den ledande platsen bland skyddsmetoderna är att belägga metaller med färger och lack. Populariteten för denna metod för att bekämpa korrosion beror på en kombination av flera faktorer:

• höga skyddsegenskaper (hydrofobicitet, avstötning av vätskor, låg gaspermeabilitet och ångpermeabilitet);
• tillverkningsbarhet;
• gott om möjligheter till dekorativa lösningar;
• underhåll;
• ekonomisk motivering.

Samtidigt är användningen av allmänt tillgängliga material inte utan nackdelar:

• ofullständig vätning av metallytan;
• trasig vidhäftning av beläggningen med basmetallen, vilket leder till ansamling av elektrolyt under den korrosionsbeständiga beläggningen och därmed bidrar till korrosion;
• porositet, vilket leder till ökad fuktgenomsläpplighet.

Och ändå skyddar den målade ytan metallen från korrosiva processer även med fragmentära skador på filmen, medan ofullständiga galvaniska beläggningar till och med kan påskynda korrosion.

Organosilikatbeläggningar

För korrosionsskydd av hög kvalitet rekommenderas användning av metaller med hög hydrofobicitet, ogenomtränglighet i vatten-, gas- och ångmiljöer. Dessa material inkluderar organosilikater.

Kemisk korrosion gäller praktiskt taget inte för organosilikatmaterial. Skälen till detta ligger i den ökade kemiska stabiliteten hos sådana kompositioner, deras motståndskraft mot ljus, hydrofoba egenskaper och låg vattenabsorption. Organosilikater är också resistenta mot låga temperaturer, har goda vidhäftningsegenskaper och slitstyrka.

Problemen med metallförstörelse på grund av effekterna av korrosion försvinner inte, trots utvecklingen av tekniker för att bekämpa dem. Anledningen är den ständiga ökningen av metallproduktion och de allt svårare driftsförhållanden för produkter från dem. Det är omöjligt att äntligen lösa problemet i detta skede, så forskarnas ansträngningar fokuserar på att hitta möjligheter att bromsa korrosionsprocesser.