Главная » Ремонт и отделка » Химическая коррозия: виды, причины и методы защиты

Химическая коррозия: виды, причины и методы защиты

Что такое химическая коррозия и как ее устранить?

Химическая коррозия — это процесс, состоящий в разрушении металла при взаимодействии с агрессивной внешней средой. Химическая разновидность коррозийных процессов не имеет связи с воздействием электрического тока. При этом виде коррозии происходит окислительная реакция, где разрушаемый материал — одновременно восстановитель элементов среды.

Химическая коррозия: виды, причины и методы защиты

Классификация разновидности агрессивной среды включает два вида разрушения металла:

  • химическая коррозия в жидкостях-неэлектролитах;
  • химическая газовая коррозия.

Самая частая разновидность химической коррозии — газовая — представляет собой коррозийный процесс, происходящий в газах при повышенных температурах. Указанная проблема характерна для работы многих типов технологического оборудования и деталей (арматуры печей, двигателей, турбин и т.д.). Кроме того, сверхвысокие температуры используются при обработке металлов под высоким давлением (нагревание перед прокаткой, штамповкой, ковкой, термическими процессами и т.д.).

Особенности состояния металлов при повышенных температурах обуславливаются двумя их свойствами — жаропрочностью и жаростойкостью. Жаропрочность — это степень устойчивости механических свойств металла при сверхвысоких температурах. Под устойчивостью механических свойств понимается сохранение прочности в течение продолжительного времени и сопротивляемость ползучести. Жаростойкость — это устойчивость металла к коррозионной активности газов в условиях повышенных температур.

Химическая коррозия: виды, причины и методы защиты

Скорость развития газовой коррозии обуславливается рядом показателей, в числе которых:

  • температура атмосферы;
  • компоненты, входящие в металл или сплав;
  • параметры среды, где находятся газы;
  • продолжительность контактирования с газовой средой;
  • свойства коррозийных продуктов.

На коррозийный процесс больше влияние оказывают свойства и параметры оксидной пленки, появившейся на металлической поверхности. Образование окисла можно хронологически разделить на два этапа:

  • адсорбция кислородных молекул на металлической поверхности, взаимодействующей с атмосферой;
  • контактирование металлической поверхности с газом, в результате чего возникает химическое соединение.

Химическая коррозия: виды, причины и методы защиты

Первый этап характеризуется появлением ионной связи, как следствие взаимодействия кислорода и поверхностных атомов, когда кислородный атом отбирает пару электроном у металла. Возникшая связь отличается исключительной силой — она больше, нежели связь кислорода с металлом в окисле.

Объяснение такой связи кроется в действии атомного поля на кислород. Как только поверхность металла наполняется окислителем (а это происходит очень быстро), в условиях низких температур, благодаря силе Ван-дер-Ваальса, начинается адсорбция окислительных молекул. Результат реакции — возникновение тончайшей мономолекулярной пленки, которая с течением времени становится толще, что усложняет доступ кислорода.

На втором этапе происходит химическая реакция, в ходе которой окислительный элемент среды отбирает у металла валентные электроны. Химическая коррозия — конечный результат реакции.

Классификация оксидных пленок включает их три разновидности:

  • тонкие (незаметны без специальных приборов);
  • средние (цвета побежалости);
  • толстые (видны невооруженным взглядом).

Появившаяся оксидная пленка имеет защитные возможности — она замедляет или даже полностью угнетает развитие химической коррозии. Также наличие оксидной пленки повышает жаростойкость металла.

Однако, действительно эффективная пленка должна отвечать ряду характеристик:

  • быть не пористой;
  • иметь сплошную структуру;
  • обладать хорошими адгезивными свойствами;
  • отличаться химической инертностью в отношении с атмосферой;
  • быть твердой и устойчивой к износу.

Одно из указанных выше условий — сплошная структура имеет особенно важное значение. Условие сплошности — превышение объема молекул оксидной пленки над объемом атомов металла. Сплошность — это возможность окисла накрыть сплошным слоем всю металлическую поверхность. При несоблюдении этого условия, пленка не может считаться защитной. Однако, из этого правила имеются исключения: для некоторых металлов, например, для магния и элементов щелочно-земельной групп (исключая бериллий), сплошность не относится к критически важным показателям.

Химическая коррозия: виды, причины и методы защиты

Чтобы установить толщину оксидной пленки, используются несколько методик. Защитные качества пленки можно выяснить в момент ее образования. Для этого изучаются скорость окисления металла, и параметры изменения скорости во времени.

Для уже сформированного окисла применяется другой метод, состоящий в исследовании толщины и защитных характеристик пленки. Для этого на поверхность накладывается реагент. Далее специалисты фиксируют время, которое понадобится на проникновение реагента, и на основании полученных данных делают вывод о толщине пленки.

Обратите внимание! Даже окончательно сформировавшаяся оксидная пленка продолжает взаимодействовать с окислительной средой и металлом.

Интенсивность, с какой развивается химическая коррозия, зависит от температурного режима. При высокой температуре окислительные процессы развиваются стремительнее. Причем снижение роли термодинамического фактора протекания реакции не влияет на процесс.

Немалое значение имеет охлаждение и переменный нагрев. Из-за термических напряжений в оксидной пленке появляются трещины. Через прорехи окислительный элемент попадает на поверхность. В результате образуется новый слой оксидной пленки, а прежний — отслаивается.

Химическая коррозия: виды, причины и методы защиты

Не последнюю роль играют и компоненты газовой среды. Этот фактор индивидуален для разных видов металлов и согласуется с температурными колебаниями. К примеру, медь быстро поддается коррозии, если она контактирует с кислородом, но отличается устойчивостью к этому процессу в среде оксида серы. Для никеля же напротив, серный оксид губителен, а устойчивость наблюдается в кислороде, диоксиде углерода и водной среде. А вот хром проявляет стойкость ко всем перечисленным средам.

Обратите внимание! Если уровень давления диссоциации окисла превышает давление окисляющего элемента, окислительный процесс останавливается и металл обретает термодинамическую устойчивость.

На скорость окислительной реакции влияют и компоненты сплава. Например, марганец, сера, никель и фосфор никак не способствуют окислению железа. А вот алюминий, кремний и хром делают процесс более медленным. Еще сильнее замедляют окисление железа кобальт, медь, бериллий и титан. Сделать процесс более интенсивным помогут добавки ванадия, вольфрама и молибдена, что объясняется легкоплавкостью и летучестью данных металлов. Наиболее медленно окислительные реакции протекают при аустенитной структуре, поскольку она наиболее приспособлена к высоким температурам.

Химическая коррозия: виды, причины и методы защиты

Еще один фактор, от которого зависит скорость коррозии, — характеристика обработанной поверхности. Гладкая поверхность окисляется медленнее, а неровная — быстрее.

К неэлектропроводным жидким средам (т.е. жидкостям-неэлектролитам) относят такие органические вещества, как:

Химическая коррозия: виды, причины и методы защиты

Кроме того, к жидкостям-неэлектролитам причисляют небольшое количество неорганических жидкостей, таких как жидкий бром и расплавленная сера.

При этом нужно заметить, что органические растворители сами по себе не вступают в реакцию с металлами, однако, при наличии небольшого объема примесей возникает интенсивный процесс взаимодействия.

Увеличивают скорость коррозии находящиеся в нефти серосодержащие элементы. Также, усиливают коррозийные процессы высокие температуры и присутствие в жидкости кислорода. Влага интенсифицирует развитие коррозии в соответствии с электромеханическим принципом.

Еще один фактор быстрого развития коррозии — жидкий бром. При нормальных температурах он особенно разрушительно воздействует на высокоуглеродистые стали, алюминий и титан. Менее существенно влияние брома на железо и никель. Самую большую устойчивость к жидкому брому показывают свинец, серебро, тантал и платина.

Химическая коррозия: виды, причины и методы защиты

Расплавленная сера вступает в агрессивную реакцию почти со всеми металлами, в первую очередь со свинцом, оловом и медью. На углеродистые марки стали и титан сера влияет меньше и почти совсем разрушает алюминий.

Защитные мероприятия для металлоконструкций, находящихся в неэлектропроводных жидких средах, проводят добавлением устойчивым к конкретной среде металлов (например, сталей с высоким содержанием хрома). Также, применяются особые защитные покрытия (например, в среде, где содержится много серы, используют алюминиевые покрытия).

Методы борьбы с коррозией включают:

  • обработку основного металла защитным слоем (например, нанесение краски);

Химическая коррозия: виды, причины и методы защиты

  • использование ингибиторов (например, хроматов или арсенитов);
  • внедрение материалов, устойчивых к коррозийным процессам.
  • Выбор конкретного материала зависит от потенциальной эффективности (в том числе технологической и финансовой) его использования.

    Современные принципы защиты металла основываются на таких методиках:

    1. Улучшение химической сопротивляемости материалов. Успешно зарекомендовали себя химически стойкие материалы (высокополимерные пластики, стекло, керамика).
    2. Изолирование материала от агрессивной среды.
    3. Уменьшение агрессивности технологической среды. В качестве примеров таких действий можно привести нейтрализацию и удаление кислотности в коррозийных средах, а также использование всевозможных ингибиторов.
    4. Электрохимическая защита (наложение внешнего тока).

    Указанные выше методики подразделяются на две группы:

    1. Повышение химической сопротивляемости и изолирование применяются до того, как металлоконструкция запускается в эксплуатацию.
    2. Уменьшение агрессивности среды и электрохимическая защита используются уже в процессе применения изделия из металла. Применение этих двух методик дает возможность внедрять новые способы защиты, в результате которых защита обеспечивается изменением эксплуатационных условий.

    Один из самых часто применяемых способов защиты металла — гальваническое антикоррозийное покрытие — экономически нерентабелен при значительных площадях поверхностей. Причина в высоких затратах на подготовительный процесс.

    Химическая коррозия: виды, причины и методы защиты

    Ведущее место среди способов защиты занимает покрытие металлов лакокрасочными материалами. Популярность такого метода борьбы с коррозией обусловлена совокупностью нескольких факторов:

    • высокие защитные свойства (гидрофобность, отталкивание жидкостей, невысокие газопроницаемость и паропроницаемость);
    • технологичность;
    • широкие возможности для декоративных решений;
    • ремонтопригодность;
    • экономическая оправданность.

    В то же время, использование широкодоступных материалов не лишено недостатков:

    • неполное увлажнение металлической поверхности;
    • нарушенное сцепление покрытия с основным металлом, что ведет к скапливанию электролита под антикоррозийным покрытием и, таким образом, способствует коррозии;
    • пористость, приводящая к повышенной влагопроницаемости.

    И все же, окрашенная поверхность защищает металл от коррозийных процессов даже при фрагментарном повреждении пленки, тогда как несовершенные гальванические покрытия способны даже ускорять коррозию.

    Для качественной защиты от коррозии рекомендуется применение металлов с высоким уровнем гидрофобности, непроницаемости в водных, газовых и паровых средах. К числу таких материалов относятся органосиликаты.

    Химическая коррозия: виды, причины и методы защиты

    Химическая коррозия практически не распространяется на органосиликатные материалы. Причины этого кроются в повышенной химической устойчивости таких композиций, их стойкости к свету, гидрофобных качествах и невысоком водопоглощении. Также органосиликаты устойчивы к низким температурам, обладают хорошими адгезивными свойствами и износостойкостью.

    Проблемы разрушения металлов из-за воздействия коррозии не исчезают, несмотря на развитие технологий борьбы с ними. Причина в постоянном возрастании объемов производства металлов и все более сложных условий эксплуатации изделий из них. Окончательно решить проблему на данном этапе нельзя, поэтому усилия ученых сосредоточены на поисках возможностей по замедлению коррозионных процессов.

    О admin

    Оставить комментарий

    x

    Check Also

    Обработка древесины отработанным маслом

    Плюсы и минусы обработки древесины отработанным маслом Сооружения и здания из дерева больше других материалов подвержены негативному воздействию солнечных лучей, ...

    Чем покрасить ОСБ плиту — выбор и нанесение материала

    Краски для ОСБ — обзор материалов и техника нанесения Ориентированно-стружечная плита (ОСБ) — это композитный материал, который производится из щепы ...

    Чем обработать сруб из бревна — обзор средств

    Средства для обработки деревянного сруба Дома и бани из сруба очень популярны, что вполне закономерно, ведь деревянный дом считается более ...

    Чем покрыть вагонку на балконе: выбор состава и правила нанесения

    Выбор состава и правила обработки вагонки на балконе? Давно прошли уже те времена, когда на балконах устраивалась мини кладовая (а ...

    Автомобили от Peugeot и Citroen будут окрашиваться продукцией BASF

    Автомобили от Peugeot и Citroen будут окрашиваться продукцией BASF Лакокрасочная продукция западногерманской фирмы BASF уже во второй половине текущего года ...

    Сколько нужно краски для окрашивания стен и потолка

    Как рассчитать необходимое количество краски для стен и потолка Слой качественной краски поможет освежить интерьер любой комнаты и сделать его ...

    Грунтовка стен под покраску — выбор состава и его нанесение

    Как грунтовать стены под покраску? Грунтовкой принято называть основу высокого качества, которая используется для самых различных отделочных работ. Использование этого ...

    Поливинилацетатные краски: состав, свойства и правила нанесения

    Преимущества и недостатки поливинилацетатных красок Поливинилацетатные краски (ПВА) – это эмульсионные составы, изготовленные по принципу «масло в воде». Такие краски ...

    Чем покрасить печь в бане — обзор популярных материалов

    Чем лучше покрасить железную печь в бане? Достаточно распространенным вариантом является банная печь, выложенная из кирпича. Но также популярны металлические ...

    Новый испытательный центр в Шелдоне

    Новый испытательный центр в Шелдоне Бельгийская компания PRG, известная своими технологическими разработками в области футеровочных материалов, объявила о создании собственной ...

    Как устранить запах краски после ремонта

    Как избавиться от неприятного запаха краски после ремонта Ремонт окончен, но кажется, что-то не так. Осталось ощущение чего-то недоделанного. Что ...

    Декоративные пропитки для дерева — виды, свойства и характеристики

    Декоративно защитная пропитка для древесины Декоративная пропитка для дерева – это специальный состав, который позволяет улучшить внешний вид деревянного изделия. ...

    Обработка торцов бревен — выбор средства и техника нанесения

    Чем обработать торцы бревен сруба? Использование дерева в постройках влечет за собой выполнение правил для сохранения целостности древесины и улучшения ...

    Оксидирование стали и других металлов разными методам

    Обзор методов оксидирования стали Метод оксидирования стали представляет собой действия, направленные на образование на поверхности металла оксидной пленки. Задача оксидирования ...

    Нормы расхода краски по металлу на квадратный метр

    Как рассчитать расход краски по металлу Показатель расхода краски — важный фактор при составлении сметы работ. Нормы расхода краски по ...

    Роспись по дереву — выбор краски, подготовка и нанесение

    Как стильно и красиво расписать деревянные поверхности Издавна наши предки рисовали на деревянных поверхностях разнообразные узоры. Ведь роспись по дереву ...

    Рейтинг@Mail.ru
    Яндекс.Метрика