Fémkorrózió – a védelem okai és módszerei

A cikk tartalma

• Mi a fémkorrózió?
• Kémiai korrózió
• Elektrokémiai korrózió
• A fémkorrózió egyéb okai
• Intézkedések a fémek korrózió elleni védelmére
• Korrózióvédelem nem fém bevonatokkal
• A vas védelme más fémek bevonata által okozott korrózió ellen
• Növeljük a korrózióállóságot ötvöző adalékok hozzáadásával az acélötvözetekhez
• Korróziógátló intézkedések
• Védelem a szórt áramok ellen

A fém korróziója sokkal többet tartalmaz, mint egy népszerű rock együttes neve. A korrózió visszavonhatatlanul megsemmisíti a fémet, és porrá változtatja azt: a világon előállított összes vasból 10% -uk teljes mértékben összeomlik ugyanabban az évben. Az orosz fém helyzete így néz ki – országunkban minden hatodik kohóban egy év alatt az összes fém rozsdás porgá válik az év vége előtt.

A „nagyon egy fillért fizet” kifejezés a fémkorrózióval kapcsolatban több mint valódi – a korrózió által okozott éves kár legalább egy fejlett ország éves jövedelmének legalább 4% -a, Oroszországban a kár összegét tíz számjeggyel számolják. Tehát mi okozza a korróziós folyamatokat a fémekben és hogyan lehet velük kezelni?

Mi a fémkorrózió?

Fémek pusztulása a környezettel való elektrokémiai (oldódás nedvességtartalmú levegőben vagy vízben – elektrolitban) vagy kémiai (fémvegyületek képződése erősen agresszív vegyi anyagokkal) kölcsönhatásának eredményeként. A fémek korróziós folyamata csak a felület bizonyos részein alakulhat ki (helyi korrózió), lefedheti az egész felületet (egyenletes korrózió), vagy megsemmisítheti a fémet a szemcsék határán (szemcsék közötti korrózió).

A fém oxigén és víz hatására laza, világosbarna porvá válik, amelyet rozsdanak (Fe₂O₃H₂RÓL RŐL).

Kémiai korrózió

Ez a folyamat olyan környezetben zajlik, amely nem vezet elektromos áramot (száraz gázok, szerves folyadékok – olajtermékek, alkoholok stb.), És a korrózió intenzitása a hőmérséklet emelkedésével növekszik – ennek eredményeként egy oxid film képződik a fém felületén.

Valamennyi fémet kémiai korróziónak lehet kitéve – mind vas, mind színesfém. A korrózió hatására aktív színesfém (például alumínium) egy oxidréteggel van bevonva, amely megakadályozza a mély oxidációt és megvédi a fémet. És egy ilyen alacsony aktivitású fém, mint a réz, a levegő nedvességének hatására zöldes virágot kap – patinát. Ezenkívül az oxidréteg nem minden esetben védi a fémet a korrózió ellen – csak akkor, ha a képződött film kristály-kémiai szerkezete megegyezik a fém szerkezetével, különben a film semmit sem fog tenni..

Az ötvözetek hajlamosak más típusú korrózióra: az ötvözetek egyes elemei nem oxidálódnak, hanem redukálódnak (például az acélban a magas hőmérséklet és a nyomás kombinációja a karbidok hidrogénnel történő redukciója), miközben az ötvözetek teljesen elveszítik a szükséges tulajdonságokat.

Elektrokémiai korrózió

Az elektrokémiai korrózió folyamata nem igényli a fém kötelező bemerítését az elektrolitba – kellően vékony elektrolit film a felületén (az elektrolit oldatok gyakran impregnálják a fém körülvevő környezetet (beton, talaj stb.). Az elektrokémiai korrózió leggyakoribb oka a háztartási és ipari sók (nátrium- és kálium-kloridok) széles körű használata télen az utakon a jég és a hó eltávolításához – ez különösen a gépjárműveket és a föld alatti közműveket érinti (statisztikák szerint az Egyesült Államokban a sók télen történő felhasználása éves veszteségeket jelent. 2,5 milliárd dollár).

A következők fordulnak elő: a fémek (ötvözetek) elveszítik atomjuk egy részét (ionok formájában kerülnek az elektrolit oldatba), az elvesztett atomokat helyettesítő elektronok negatív töltéssel töltik a fémet, az elektrolit pozitív töltéssel. Galván pár képződik: a fém elpusztul, fokozatosan minden részecskéje az oldat részévé válik. Az elektrokémiai korróziót kimeneti áramok okozhatják, amelyek az áram egy részének szivárgásából származnak az elektromos áramkörből vizes oldatokba vagy a talajba, és onnan egy fémszerkezetbe. Azokban a helyeken, ahol a kóbor áramok fémszerkezeteket vezetnek vissza a vízbe vagy a talajba, a fém elpusztul. Különösen gyakori, hogy a szórt áramok olyan helyeken fordulnak elő, ahol a földi elektromos szállítás (például villamosok és vasúti mozdonyok elektromos vontatású motorok) mozog. Csak egy év alatt az 1A vándorló áram képes feloldani a vasat – 9,1 kg, cink – 10,7 kg, ólom – 33,4 kg.

A fémkorrózió egyéb okai

A korrozív folyamatok kialakulását elősegíti a sugárzás, a mikroorganizmusok és baktériumok hulladékai. A tengeri mikroorganizmusok által okozott korrózió károsítja a hajók fenekét, és a baktériumok által okozott korróziós folyamatoknak is megvan a maga neve – biokorrózió.

A mechanikai igénybevétel és a külső környezet hatása többször felgyorsítja a fémek korrózióját – csökken a hőstabilitás, megsérülnek a felületi oxid-fóliák, és azokon a helyeken, ahol inhomogenitások és repedések jelentkeznek, aktiválódik az elektrokémiai korrózió..

Intézkedések a fémek korrózió elleni védelmére

A technológiai fejlődés elkerülhetetlen következménye a környezetünk szennyeződése – ez a folyamat felgyorsítja a fémek korrózióját, mivel a külső környezet egyre inkább agresszív rájuk. Nincs mód a fémek korróziós pusztulásának teljes kiküszöbölésére, csak annyit lehet tenni, hogy a lehető leginkább lelassítsuk ezt a folyamatot.

A fémek pusztulásának minimalizálása érdekében az alábbiakat teheti: csökkentheti a fémterméket körülvevő környezet agresszióját; növeli a fém korrózióállóságát; zárja ki a fém és az anyagok közötti kölcsönhatást a külső környezetből, agresszió mutatva.

Az emberiség évezredek óta sokféleképpen megkísérelte megvédeni a fémtermékeket a kémiai korrózió ellen, ezek közül néhányat manapság is használtak: zsírral vagy olajjal bevonat, más fémek, amelyek kevésbé korrodálódnak (a legrégibb módszer, amely több mint kétezer éve van – ónozás (bevonat) ón)).

Korrózióvédelem nem fém bevonatokkal

Nemfémes bevonatok – festékek (alkidok, olajok és zománcok), lakkok (szintetikus, bitumenes és kátrányos) és polimerek védőfóliát képeznek a fémek felületén, kivéve (integritásával) a külső környezettel és a nedvességgel való érintkezést.

A festékek és lakkok használata előnyös, mivel ezeket a védőbevonatokat közvetlenül fel lehet szerelni az összeszerelési és építkezési helyre. A festékek és lakkok felvitelének módszerei egyszerűek és a gépesítésre is alkalmazhatók, a sérült bevonatokat helyben lehet helyreállítani – működésük során ezek az anyagok viszonylag alacsony költségekkel járnak, és felületük egységnyi fogyasztásuk kicsi. Hatékonyságuk azonban számos feltétel betartásától függ: az éghajlati viszonyok betartása, amelyben a fémszerkezetet használni fogják; kizárólag kiváló minőségű festékek és lakkok használata; a fémfelületekre alkalmazott technológia szigorú betartása. A legjobb a festékeket és lakokat több rétegben felvinni – ezek mennyisége biztosítja a legjobb védelmet a fémfelület időjárása ellen..

Az olyan polimerek, mint az epoxi-gyanták és a polisztirol, a poli (vinil-klorid) és a polietilén, védőbevonatként viselkedhetnek a korrózió ellen. Az építési munkák során a vasbetonba ágyazott részeket cement és perklór-vinil, cement és polisztirol keverékének bevonásával vonják be..

A vas védelme más fémek bevonata által okozott korrózió ellen

Kétféle fémes gátló bevonat létezik: futófelület (cink, alumínium és kadmium bevonatok) és korrózióálló (ezüst, réz, nikkel, króm és ólom). Az inhibitorokat kémiai úton alkalmazzák: az első fémek csoportja nagy elektronegativitással rendelkezik a vas vonatkozásában, a második fémek nagy elektropozitivitást mutatnak. Mindennapi életünkben a legelterjedtebbek a vasból és ónból (konzervlemezből, konzervdobozokból készültek) és cinkből (horganyzott vas – tetőfedők) készült fémbevonatok, amelyeket úgy kapunk, hogy a vaslemezt ezen fémek egyikének olvadékán áthúzzuk..

Az öntöttvas és acél csatlakozók, valamint a vízcsövek gyakran horganyzottak – ez a művelet jelentősen növeli korrózióállóságát, de csak hideg vízben (forró vízellátáskor a horganyzott csövek gyorsabban elhasználódnak, mint a nem horganyzott). A galvanizálás hatékonysága ellenére nem nyújt ideális védelmet – a cinkbevonat gyakran tartalmaz repedéseket, amelyek kiküszöböléséhez a fémfelületek előzetes nikkelezése (nikkelezés) szükséges. A cink bevonatok nem teszik lehetővé festékek és lakkok felhordását rájuk – nincs stabil bevonat.

A legjobb megoldás a korrózióvédelemhez egy alumínium bevonat. Ennek a fémnek kisebb a fajsúlya, ami azt jelenti, hogy kevésbé fogyaszt, alumíniummal felületeket festeni lehet, és a festékréteg stabil lesz. Ezenkívül az alumínium bevonat a horganyzott bevonathoz képest jobban ellenáll az agresszív környezetnek. Az alumíniumot nem használják széles körben, mivel nehéz ezt a bevonatot fémlemezre felvinni – az olvadt alumínium nagymértékben agresszív módon viselkedik más fémekkel szemben (emiatt az alumíniumolvadék nem található az acélfürdőben). Lehet, hogy ez a probléma a közeljövőben teljes mértékben megoldódik – az alumináló hatás végrehajtásának eredeti módszerét az orosz tudósok találták meg. A fejlesztés lényege nem az acéllemez merítése az alumínium olvadékba, hanem a folyékony alumínium emelése az acéllemezbe..

Növeljük a korrózióállóságot ötvöző adalékok hozzáadásával az acélötvözetekhez

Króm, titán, mangán, nikkel és réz bevezetése az acélötvözetbe lehetővé teszi magas korróziógátló tulajdonságokkal rendelkező ötvözött acél előállítását. A nagy mennyiségű króm különleges ellenállást biztosít az acélötvözetnek, amelynek következtében nagy sűrűségű oxidfilm alakul ki a szerkezetek felületén. A réz bevitele az alacsony ötvözetű és széntartalmú acélok összetételébe (0,2–0,5%) lehetővé teszi korrózióállóságának 1,5–2-szorosának növelését. Ötvöző adalékokat vezetnek be az acél összetételébe a tammani szabálynak megfelelően: magas korrózióállóság érhető el, ha minden nyolc vasatomra ötvöző fématom van..

Korróziógátló intézkedések

Ennek csökkentése érdekében csökkenteni kell a közeg korróziós hatását nemfémes inhibitorok bevezetésével, és csökkenteni kell az elektrokémiai reakció indítására képes komponensek számát. Ez a módszer csökkenti a talajok és a fémekkel érintkező vizes oldatok savasságát. A vas (ötvözetei), valamint a sárgaréz, a réz, az ólom és a cink korróziójának csökkentése érdekében a szén-dioxidot és az oxigént el kell távolítani a vizes oldatokból. Az villamosenergia-iparban a kloridokat távolítják el a vízből, ami befolyásolhatja a helyi korróziót. A talaj korlátozása csökkentheti a savasságot.

Védelem a szórt áramok ellen

A föld alatti közművek és az eltemetett fémszerkezetek elektrokorrózióját csökkenthetjük, ha több szabály betartására kerül sor:

• a szerkezetnek a szórt áram forrásaként szolgáló szakaszát fémvezetővel kell összekapcsolni a villamos sínével;
• a fűtési hálózatok útvonalainak a vasútvonalaktól maximális távolságra kell elhelyezkedniük, amelyen az elektromos szállítás mozog, hogy kereszteződésük számát minimalizálják;
• szigetelő csőtartók használata a talaj és a csővezetékek közötti átmeneti ellenállás növelésére;
• az objektumok bemenetein (potenciális szórt áramforrások) be kell szerelni szigetelő peremeket;
• szerelje fel a karima-szerelvényeken és a tömítődobozok tágulási csatlakozásain vezetőképes hosszanti jumpereket – a hosszirányú elektromos vezetőképesség növelése érdekében a csővezetékek védett szakaszán;
• a párhuzamos csővezetékek potenciáljának kiegyenlítése érdekében keresztirányú elektromos áthidalókat kell felszerelni a szomszédos szakaszokba.

A szigetelt fémtárgyak és a kis acélszerkezetek védelmét anódként működő védőszerkezettel érik el. A védőszer anyaga az egyik aktív fémek (cink, magnézium, alumínium és ötvözeteik) – az elektrokémiai korrózió legnagyobb részét átveszi, összeomlik és megőrzi a fő szerkezetet. Egy magnézium anód például védi a 8 km vezetéket.