alexxlab Методы и способы защиты от коррозии металлов
Проблема изыскания новых и совершенствование старых способов защиты от коррозии актуальна, как для всей тяжёлой промышленности в целом, так и для автомобильной отрасли в частности.
Еще в XIX веке лучшие инженерные умы того времени волновала проблема защиты металлических конструкций от ржавления. Например, Александр Гюста́в Э́йфель, отец и создатель знаменитой «Tour de 300 mètres», говорил: «Трудно переоценить роль краски в сохранении металлического сооружения, и забота об этом – единственная гарантия его долголетия».
Портрет Александра Гюста́ва Э́йфель и его творение — Эйфелева башня
Кстати, вот уже 131 год эта достопримечательность Парижа противостоит воздействию неблагоприятных факторов окружающей среды именно благодаря краске. Интересный факт – для защиты 200.000 м2 наружной поверхности башни используется около 60 тонн специальной краски. Покраской занимается обслуживающая Эйфелеву башню специально созданная компания «SETE» («Société Nouvelle d’exploitation de la Tour Eiffel»).
Но, окрашивание защищаемой поверхности – всего лишь один из способов защиты металла от коррозии. Применительно к автомобилестроению, все методы защиты можно условно разделить на следующие виды:
1. Нанесение защитных покрытий (металлических и неметаллических).
2. Изменение характеристик коррозионной среды.
3. Легирование.
4. Электрохимическая защита
5. Рациональное конструирование.
Нанесение защитных покрытий – один из самых простых, а также исторических старых способов защиты металла от коррозии. Различают металлические и неметаллические покрытия.
Органические покрытия – это, привычные нам, лак и краска, а также разнообразные смолы. Сюда же относят полимерные плёнки и резину.
Неорганические покрытия включают в себя разнообразные эмали и грунты на основе соединений кремния, фосфора, цинка и хрома, а также оксидов металлов (например, оксид титана). Классическим примером использования неорганического покрытия в автомобилестроении является процесс фосфатирования автомобильных кузовов. Так, слоем фосфатов перед покраской покрывают кузова автомобилей на заводах Mercedes-Benz.
Металлические покрытия (анодные и катодные) представляют собой нанесённый на защищаемую поверхность слой металла (цинк, хром, кадмий, алюминий и др.) или металлического сплава (олово, бронза, латунь и т.д.). У анодного покрытия электродный потенциал меньше электродного потенциала защищаемого металла. Поэтому, при повреждении анодного покрытия в первую очередь будет окисляться непосредственно оно само.
Нанесение антикоррозийной защиты Krown
Применительно к автомобилестроению, классическим примером защиты с помощью металлического покрытия является оцинкованный автомобильный кузов. Этот способ получил очень широкое распространение и на сегодняшний день целый ряд автопроизводителей используют цинкование для защиты кузовных деталей. Но, первопроходцем в этом деле стала немецкая компания Audi, впервые применившая оцинковку для защиты кузовов своих автомобилей. Не остановившись на этом, инженеры Audi AG разработали и внедрили в производство двухстороннюю цинковую защиту не только кузовных деталей, но и их сварных соединений, а также и самих кузовов в целом. (Метод т.н.
Процесс цинкования
Изменение характеристик коррозионной среды – суть этого метода защиты заключается в том, что для снижения агрессивности среды в ней уменьшают количество опасных в коррозионном отношении компонентов или же применяют ингибиторы коррозии. (Это специальные вещества, замедляющие её скорость.) И вот, казалось бы, неразрешимая дилемма – как можно снизить количество опасных для стальных деталей автомобиля химических соединений в городской среде? Да очень просто – для начала перестать сыпать на дороги зимой активаторы коррозии, к примеру, тот же хлорид натрия. (О его роли в химическом процессе ржавления автомобиля мы говорили в первой части нашего рассказа.)
Что касается ингибиторов коррозии, то их целесообразно использовать в замкнутых системах (где редко или мало обновляется циркулирующая жидкость).
В автомобилестроении типичным примером таковой является система охлаждения двигателя. А все современные антифризы в обязательном порядке содержат в себе ингибиторы коррозии.
Легирование (от немецкого legieren – «сплавлять» и от латинского ligare – «связывать») – один из самых эффективных и, одновременно, дорогих способов борьбы со ржавчиной. Суть этого метода заключается в том, что в состав стали добавляют т.н. «легирующие элементы». Таковыми являются некоторые металлы: хром, никель, марганец, ванадий, ниобий, вольфрам, молибден, титан, медь. Данные компоненты придают сплаву пассивность – т.е. при начале коррозии образуются плотные поверхностные продукты реакции, предохраняющие металл от дальнейшего коррозионного разрушения.
Легированные стали, устойчивые к коррозии в атмосфере и агрессивных средах, также называют «нержавеющими сталями», или же, в простонародье, «нержавейкой». Если говорить об её применении в машиностроении, то нужно сказать, что изготовить кузов автомобиля целиком из нержавеющего сплава, конечно же, возможно.
Электрохимическая защита автомобиля
Если говорить о методе электрохимической защиты, то, применительно к автомобилестроению, он является малоиспользуемым. Его суть заключается в торможении протекающих при электрохимической коррозии процессов (катодного / анодного). Например, к защищаемому элементу присоединяется деталь из более активного, нежели сам элемент, металла. В образовавшейся гальванической (коррозионной) паре в первую очередь будет разрушаться активный металл (протектор).
А вот метод рационального конструирования, в силу своей относительной простоты и малозатратности, наоборот, получил широкое распространение в машиностроении.
Суть его заключается в том, что при проектировании узлов и агрегатов по возможности пытаются уменьшить площадь контакта с агрессивной средой опасных в коррозионном отношении участков деталей (сварных швов и металлических соединений). Если, в силу особенностей конструкции, сделать это не представляется возможным, предусматривают защиту данных узлов от коррозии различными вышеуказанными методами.
Способы защиты металлов от коррозии
Железо и сплавы на его основе подвержены коррозии – разрушению, которое происходит вследствие химического или электрохимического взаимодействия компонентов металлов и сплавов с различными веществами окружающей среды. В результате этих окислительно-восстановительных реакций металлы связываются в оксиды, что приводит к потере их эксплуатационных свойств. Первые проявления разрушительного процесса – образование на поверхности пятен рыжего цвета. Своевременные меры по предотвращению коррозии обеспечивают значительное продление срока службы металлических изделий и конструкций.
Виды коррозии металлов
Коррозионные процессы различаются по характеру разрушения, механизму протекания процесса, типу агрессивной среды, вызывающей коррозию.
Характер разрушения
По этому признаку выделяют следующие типы коррозии:
- Местная. Поражаются отельные участки поверхности.
- Питтинг-коррозия (точечная). Поражения – отдельные, глубокие или сквозные.
- Межкристаллитная. Разрушающиеся области располагаются вдоль границ зерен.
Механизм протекания коррозии
Основные типы коррозии – химическая и электрохимическая. Химические коррозионные процессы протекают в результате химреакций, при которых разрушаются металлические связи, а образуются новые – между атомами металла и окислителя. Химическая коррозия возникает при контакте металлов и сплавов со средами, не проводящими электрический ток.
Она может быть жидкостной и газовой.
- Газовая коррозия протекает в агрессивных газовых и паровых средах при отсутствии сконденсированной влаги на поверхности металлоизделия или металлоконструкции. Она может стать причиной полного разрушения железа и сплавов на его основе. На поверхности алюминия и алюминиевых сплавов в газовых средах образуется защитная пленка, защищающая их от коррозии. Примеры газов, которые становятся причиной возникновения химических коррозионных процессов: кислород, диоксид серы, сероводород.
- Жидкостная коррозия протекает при контакте металлической поверхности с жидкими неэлектролитами – нефтью и нефтепродуктами. При наличии даже небольшого количества воды этот химический процесс легко превращается в электрохимический.
Электрохимическая коррозия возникает при контакте металлов и сплавов с жидкостями-электролитами вследствие протекания двух взаимосвязанных процессов:
- анодный – ионы металла переходят в раствор электролита;
- катодный – электроны, которые образовались на стадии анодного этапа, связываются частицами окислителя.
В зависимости от среды, в которой протекают электрохимические коррозионные процессы, различают следующие типы коррозии:
- Атмосферная. Самая распространенная. Протекает в условиях атмосферы или другого влажного газа.
- В растворах электролитов – кислотах, щелочах, солях, обычной воде.
- Почвенная. Скорость процесса зависит от состава грунта. Наименее агрессивны песчаные почвы, наиболее – кислые почвы.
- Аэрационная. Ее вызывает неравномерный доступ воздушной среды к разным частям изделий и конструкций.
- Биологическая. Ее провоцируют микроорганизмы, которые в результате жизнедеятельности вырабатывают углекислый газ, сероводород и другие газы, вызывающие коррозионные процессы.
- Электрическая. Возникает из-за блуждающих токов, которые появляются при эксплуатации электротранспорта.
Общий вывод! Коррозионные процессы активнее всего развиваются на поверхностях, удобных для отложения пыли, осадков, плохо обдуваемых воздушными струями.
Поэтому они подвержены застою воздуха, накоплению и длительному сохранению на поверхности влаги.
Способы защиты металла от коррозии
На стадии производства стали в ее состав могут вводиться легирующие добавки, которые предотвращают появление очагов всех (или некоторых) видов коррозии. Таким элементом является, хром, которого должно быть не менее 13 % от общего количества всех компонентов. Для предотвращения возникновения и развития коррозии в сталях без легирующих добавок используют следующие методы антикоррозионной защиты – конструктивные, пассивные, активные.
Конструктивные
Заключаются в защите поверхности металла с помощью нетонкослойных покрытий – панелей, резиновых прокладок, заслонов. Эти способы имеют мало преимуществ: их сложно, а иногда невозможно реализовать, материалы для конструктивной защиты стоят дорого и после монтажа занимают много места. Их применяют нечасто и только в местах, где они скрыты от глаз.
Пассивные
На металлическое изделие наносится тонкослойное покрытие, которое выполняет чисто барьерные характеристики, то есть процесс защиты заключается в предотвращении контакта металла с наружной средой.
Для пассивного способа защиты используют неметаллические покрытия – грунтовки, лаки, краски, эмали. После высыхания они образуют прочную и твердую пленку, имеющую хорошее сцепление с основанием.
Преимущества пассивного способа: невысокая цена и удобное нанесение покрытий, большой ассортимент составов разных цветов и характеристик, создание надежного барьера между металлом и окружающей средой. Недостатки: невысокая устойчивость к механическим повреждениям, необходимость периодически обновлять барьерный слой.
Активные (электрохимические)
Самый распространенный способ создания активной защиты для стальной поверхности – цинкование (горячее, термодиффузионное, гальваническое, холодное). Первые три технологии осуществимы только в производственных условиях. Чаще всего используется горячее цинкование. Стальной листовой прокат цинкуют на непрерывных линиях. Преимущества такого процесса: возможность получать цинковый слой достаточной толщины, высокие автоматизация и производительность процесса.
В бытовых условиях применяют только холодное цинкование – нанесение на стальную поверхность цинкнаполненного материала. Обычно холодное цинкование применяют для локального восстановления цинкового покрытия.
Принцип активного защитного действия цинка заключается в том, что он обладает меньшей скоростью коррозии в данной среде, что позволяет ему обеспечить электрохимическую катодную защиту стальной основы. При нанесении на сталь цинкового покрытия цинк с железом образуют гальваническую пару, в которой цинк является более активным металлом. При контакте с влагой и другими коррозионноопасными средами цинк-анод отдает электроны, которые принимает железо-катод, что позволяет ему сохранять свои технические характеристики. Защитный процесс длится до полного исчезновения цинкового слоя.
Плюсы цинкования – долговечность и возможность добавлять цинковый слой в процессе эксплуатации изделий и конструкций. Минусы – необходимость в тщательной подготовке поверхности, обязательное соблюдении технологических правил, сложность утилизации токсичных отходов.
Другие статьи:
Закалка стали
Отпуск стали
Состав и свойства стали
5 Различные методы предотвращения коррозии
Мы в EonCoat понимаем важность предотвращения коррозии. Ржавчина и другие формы коррозии могут привести к проблемам с безопасностью и нарушить целостность вашего оборудования и расходных материалов. Даже плановое техническое обслуживание по удалению и устранению коррозии может привести к увеличению затрат. К счастью, существует множество мер, которые можно предпринять, чтобы свести к минимуму коррозию. Здесь мы выделим пять методов, основанных на стоимости и эффективности.
1. БАРЬЕРНЫЕ ПОКРЫТИЯ
Одним из самых простых и дешевых способов предотвращения коррозии является использование барьерных покрытий, таких как краска, пластик или порошок. Порошки, включая эпоксидную смолу, нейлон и уретан, прилипают к металлической поверхности, образуя тонкую пленку. Пластик и воск часто распыляют на металлические поверхности.
Краска действует как покрытие для защиты металлической поверхности от электрохимического заряда, который исходит от коррозионно-активных соединений. Современные системы окраски представляют собой комбинацию различных слоев краски, выполняющих разные функции. Грунтовочный слой действует как ингибитор, промежуточный слой увеличивает общую толщину краски, а финишный слой обеспечивает устойчивость к факторам окружающей среды.
Самый большой недостаток покрытий заключается в том, что их часто нужно снимать и наносить заново. Покрытия, которые не наносятся должным образом, могут быстро выйти из строя и привести к повышенному уровню коррозии. Покрытия содержат летучие органические соединения, что делает их опасными для людей и окружающей среды.
Неисправность барьерного покрытия
2. ГОРЯЧАЯ ОЦИНКОВКА
Этот метод защиты от коррозии включает погружение стали в расплавленный цинк. Железо в стали вступает в реакцию с цинком, образуя прочно связанное покрытие из сплава, которое служит защитой.
Этот процесс существует уже более 250 лет и используется для защиты от коррозии таких вещей, как художественные скульптуры и игровое оборудование.
К сожалению, гальваника не может быть выполнена на месте, а это означает, что компаниям приходится вывозить оборудование из эксплуатации для обработки. Некоторое оборудование может быть просто слишком большим для этого процесса, что вынуждает компании полностью отказаться от этой идеи. Кроме того, цинк может скалываться или отслаиваться. А высокое воздействие элементов окружающей среды может ускорить процесс износа цинка, что приведет к увеличению объема технического обслуживания. Наконец, пары цинка, выделяющиеся в процессе цинкования, очень токсичны.
3. ЛЕГИРОВАННАЯ СТАЛЬ (НЕРЖАВЕЮЩАЯ)
Легированная сталь — один из наиболее эффективных методов защиты от коррозии, сочетающий в себе свойства различных металлов для обеспечения дополнительной прочности и стойкости конечного продукта. Например, устойчивый к коррозии никель в сочетании с устойчивым к окислению хромом дает сплав, который можно использовать в окисленных и восстановленных химических средах.
Различные сплавы обеспечивают устойчивость к различным условиям, предоставляя компаниям большую гибкость.
Несмотря на свою эффективность, легированная сталь очень дорогая.
4. КАТОДНАЯ ЗАЩИТА
Катодная защита обеспечивает электрохимическую защиту. Чтобы предотвратить коррозию, активные участки на поверхности металла преобразуются в пассивные за счет подачи электронов из другого источника, обычно с помощью гальванических анодов, прикрепленных к поверхности или рядом с ней. Металлы, используемые для анодов, включают алюминий, магний или цинк.
Хотя катодная защита очень эффективна, аноды изнашиваются и требуют частой проверки и/или замены, что может привести к увеличению затрат на техническое обслуживание. Они также увеличивают вес прикрепленной конструкции и не всегда эффективны в средах с высоким удельным сопротивлением.
Трубопровод с катодной защитой
5. EONCOAT – НОВЫЙ СПОСОБ ЗАЩИТЫ ОБОРУДОВАНИЯ ОТ КОРРОЗИИ
Выбрать правильную защиту от коррозии для вашего оборудования непросто.
Каждый из вышеперечисленных способов имеет свои плюсы и минусы. EonCoat — это экономичное, не требующее обслуживания и легко наносимое решение, которое продлевает срок службы оборудования. Он работает комбинацией вышеперечисленных методов. Во-первых, он сплавляет металл, а затем обеспечивает толстый слой ингибиторов, которые восстанавливают любое повреждение слоя сплава. EonCoat не использует токсичных химикатов и не содержит летучих органических соединений, поэтому это самое экологически чистое решение. Независимое тестирование показывает, что это решение является наиболее эффективным и долговечным из всех альтернатив. 30-летняя гарантия обеспечивает надежную защиту вашего оборудования. Чтобы узнать больше о EonCoat, загрузите нашу БЕСПЛАТНУЮ электронную книгу по EonCoat и пройдите наш БЕСПЛАТНЫЙ экспресс-курс из 5 электронных писем.
EonCoat до (слева) и после 18 месяцев воздействия соленой воды (справа). Без коррозии и пузырей.
Как защитить металлы – AMPP
Коррозия – это естественный износ, возникающий в результате химической или электрохимической реакции металла или металлического сплава с окружающей средой.
Подобно другим стихийным бедствиям — землетрясениям, торнадо, наводнениям — коррозия может нанести опасный и дорогостоящий ущерб всему, от транспортных средств, бытовой техники и систем водоснабжения/очистки до трубопроводов, мостов и общественных зданий. Коррозия отличается от других стихийных бедствий тем, что существуют проверенные временем методы, а также новые технологии, которые помогают контролировать и предотвращать коррозию, тем самым защищая людей, имущество и планету от ее негативного воздействия.
Перед определением конкретной проблемы и/или решения по предотвращению и контролю коррозии необходимо учитывать множество факторов, включая, помимо прочего:
- условия окружающей среды (удельное сопротивление почвы, влажность и воздействие соленой воды на различные типы материалов )
- тип продукта, подлежащего обработке, обработке или транспортировке
- требуемый срок службы конструкции или компонента
- близость к явлениям, вызывающим коррозию
Несмотря на это, казалось бы, сложное взаимодействие факторов и почти неизбежную ржавчину металлов, коррозия является управляемым процессом, когда такие широко используемые и эффективные методы выбора и проектирования материалов, защитных покрытий, измерений и контроля, катодной защиты, химических ингибиторов и управления коррозией которые считаются.
Выбор материалов и проектирование
Тщательное и реалистичное рассмотрение вопросов предотвращения коррозии и смягчения ее последствий на этапе выбора материалов в процессе проектирования имеет решающее значение для предотвращения многих типов отказов.
Факторы, которые могут повлиять на выбор материалов, включают коррозионную стойкость в окружающей среде, наличие проектных данных и данных испытаний, механические свойства, стоимость, доступность, ремонтопригодность, совместимость с другими компонентами системы, ожидаемый срок службы, надежность и внешний вид.
Неотъемлемой частью выбора материалов является соответствующий проект системы, учитывающий параметры процесса и конструкции; геометрия для дренажа; предотвращение или электрическое разделение разнородных металлов; предотвращение или герметизация щелей; допуск на коррозию; срок эксплуатации; требования к техническому обслуживанию и осмотру.
В то время как использование металлов и бетона является обычным выбором при проектировании, наука о материалах предлагает инженерам-коррозионистам варианты борьбы с коррозией с использованием современных материалов. Инженерные свойства, созданные с помощью специализированных технологий обработки и синтеза, придают усовершенствованным материалам превосходные характеристики по сравнению с обычными материалами и включают керамику, металлы с высокой добавленной стоимостью, электронные материалы, композиты, полимеры и биоматериалы.
Ресурсы по выбору материалов и проектированию AMPP
Защитные покрытия
Исследование коррозии, проведенное NACE International, теперь AMPP, показывает, что 50% всех затрат на коррозию можно предотвратить, причем примерно 85% из них относится к защитным покрытиям.
Защитные покрытия, включая краски, представляют собой тонкие слои твердого материала, нанесенные на подложку, при этом покрытие действует как барьер, препятствующий или предотвращающий коррозию, износ или воздействие воды. Каждая жидкая, разжижаемая или мастичная композиция после нанесения на поверхность превращается в твердую защитную, декоративную или функциональную клейкую пленку.
Покрытия можно напылять, приваривать, гальванизировать или наносить с помощью ручных инструментов в зависимости от поверхности покрытия, окружающей среды и целей нанесения.
Материалы, обычно используемые в органических покрытиях, представляют собой эпоксидные смолы, полиуретаны или другие полимеры, в то время как материалы, обычно используемые в неорганических металлических покрытиях, включают цинк, алюминий и хром.
После подготовки поверхности покрытия наносятся в 3 этапа: сначала грунтовка, затем полное покрытие, а затем герметик.
Учебный центр защитных покрытий | Ресурсы защитных покрытий AMPP
Измерение и проверка
Инспекции покрытий проверяют промышленное оборудование и объекты, а также коммерческую недвижимость и проекты, чтобы убедиться, что защитные покрытия были нанесены правильно, чтобы минимизировать риск коррозии.
Проверка покрытий помогает укрепить всю отрасль защитных покрытий и позволяет сэкономить миллиарды долларов на коррозионных затратах.
Ресурсы для измерения и проверки AMPP
Катодная защита (CP)
Катодная защита — это технология, используемая для контроля коррозии поверхности металла путем превращения ее в катод электрохимической ячейки. CP может быть достигнут путем подачи тока в структуру от внешнего электрода и поляризации металлической поверхности в электроотрицательном направлении. Это обеспечивает защиту поверхности и продлевает срок службы актива.
Системы CP защищают широкий спектр металлических конструкций, в том числе наземные и морские трубопроводы, резервуары для хранения, сваи причалов, корпуса кораблей и лодок, морские нефтяные платформы и компоненты металлической арматуры в бетонных конструкциях. Другой метод CP для смягчения коррозии включает нанесение цинкового покрытия на компоненты из оцинкованной стали.
Средства катодной защиты AMPP
Химические ингибиторы
Ингибитор коррозии снижает скорость коррозии металла, подвергающегося воздействию окружающей среды, путем замедления химической (коррозионной) реакции.
Чтобы уменьшить интенсивность коррозии, они обычно добавляются в небольших количествах к кислотам, охлаждающей воде, пару и многим другим средам постоянно или периодически. При использовании в качестве покрытия ингибиторы коррозии обычно наносят на чистые поверхности и дают им проникнуть и высохнуть.
Ингибирование может использоваться внутри труб и сосудов из углеродистой стали в качестве экономичной альтернативы защите от коррозии для нержавеющих сталей и сплавов, покрытий или неметаллических композитов, и часто может применяться без нарушения процесса. Ингибиторы также можно использовать для защиты от коррозии армированных стальных стержней (арматурных стержней) внутри бетона.
Ресурсы химических ингибиторов AMPP
Борьба с коррозией
Для предотвращения коррозии и снижения связанных с ней затрат необходимы не только технологии; для этого требуется упреждающий план управления коррозией для улучшения проектирования, эксплуатации и технического обслуживания критически важных активов.