Способы защиты металлов от коррозии
Изделия из металлов, если их не защищать, под действием различных природных, физико-химических и биологических факторов разрушаются или теряют свои потребительские качества.
Такое разрушение изделий получило название коррозия.
Слово «коррозия» имеет латинские корни и происходит от словосочетания cum+roda, что означает разгрызать.
Явление коррозии известно с древнейших времен, однако, сам термин появился только в 1667 году в английском журнале, где описывалось локальная коррозия бронзовых пушек на острове Ямайка.
В России явление коррозии металлов первым стал исследовать Михаил Ломоносов. Сам термин коррозия появился в русском языке только в начале 20 века, до этого времени данное явление описывали словом «ржавление»
Коррозия – процесс разрушения стенки металла, который приводит к негативным последствиям в виде истончения или полного разрушения.
На протяжении века ученые стараются подчинить процесс коррозии и защитить металлические конструкции.
На данном этапе разработано множество способов защиты от всех видов коррозии, под нужды каждого вида промышленности.
Виды коррозии металлов
Процесс коррозии – совокупность химических и электрических процессов, которые оказывают негативное воздействие на металл. В зависимости от типа воздействия коррозию классифицируют по нескольких признакам.
Коррозионные процессы различаются по:
- Механизму реакций взаимодействия металла со средой:
а) химическое – процесс распада металла происходит в результате химической реакции с жидкостью, которая не проводит электрический ток или сухим газом.
Газовая коррозия возможна только в условиях высоких температур.
Например, если заводскую автомобильную выхлопную трубу заменить незащищенной стальной, то, когда машина заведется, начнется процесс ржавления, так как температура выхлопа составляет 500 ⁰С
б) электрохимическое – процесс, когда на металл действует электрический ток, либо электролит.
При взаимодействии электрического тока с металлом происходит процесс «выбивания» частиц последнего, в результате повреждается только та часть конструкции, которая была в контакте;
г) микробиологическое – процесс ржавления происходит в результате воздействия на металл агрессивных микроорганизмов. Данный вид коррозии характерен для подземных коммуникаций.
Но стоит отметить, что отходы жизнедеятельности птиц, также могут привести к началу процесса ржавления, так как в них содержится большое количество бактерий.
- Виду коррозионной среды:
а) почвенная – характерна для трубопроводов, кабелей, опорных конструкций, то есть всего металла, который погружен в землю.
Основными характеристиками коррозионной активности почвы являются ее электропроводность, то есть способность проводить электрический ток, и влажность.
Наиболее активно проводят ток влажные, пористые грунты.
Например, если песок в сухом состоянии практически не проводит ток, то при увлажнении его на 2-3%, его проводимость увеличивается в 20 раз, а после высыхания возвращается в исходное состояние.
Для этого типа коррозионной среды характерны язвенные разрушения металла.
б) атмосферная – данный тип ржавления происходит при нахождении металлов на воздухе.
Быстрота протекания процесса коррозии зависит от типа климата и состава сплава.
В случае если влажность климата ниже 60% происходит сухая коррозия, то есть металл начинает окисляться.
Стоит отметить, что чем жарче климат, тем быстрее протекает сухая коррозия.
Если влажность выше 60%, то процесс разрешения металла происходит быстрее, так как влага проникает в микротрещины и зазоры, что приводит к образованию окисей.
в) морская – самый опасный тип коррозии.
В морской воде ржавление металла происходит под воздействием солей, микроорганизмов и большого количества кислорода, что приводит к быстрому разрушению большинства сплавов.
Стоит отметить, что процесс разрушения будет проходить интенсивнее выше ватерлинии, так как там происходит периодический контакт с водой;
3) Характеру дополнительных воздействий:
а) коррозионное растрескивание – ржавление, которое развивается в местах, стороннего воздействия на металл тяжелых весов;
б) эрозионная коррозия – разрушение, которое происходит при трении в условиях агрессивной среды;
в) кавитационная коррозия – разрушение, которое происходит при ударных воздействиях в условиях агрессивной среды.
Виды поражения металлов коррозией
По характеру изменения поверхности металла или его свойств, независимо от того, какое взаимодействие проходило со средой, коррозионные разрушения подразделяют на несколько видов:
- Сплошная – коррозией охвачена вся поверхность металлической конструкции. Она подразделяется на:
а) равномерную (а) – разрушение идет однородно;
б) неравномерную (б) – разрушение в разных частях конструкции имеет разную глубину.
2. Местная – коррозия захватывает отдельные участки металлической конструкции. В зависимости от степени разрушения происходит деление на:
а) пятна (в) – разрушение отдельных участков металла на небольшую глубину. Например, коррозия латуни в морской воде;
б) язвы (г) — разрешение отдельных участков на большую глубину. Например, ржавление стали в грунте;
г) питтинг (д) – точечный процесс разрушения. По мере прогрессирования коррозия становится сквозной. Например, нержавеющая сталь в морской воде.
д) подповерхностная (е) – возникает, когда антикоррозийные покрытия разрешены на отдельных участках. Поэтому металл разрушается под поверхностью защиты, и разрешения сосредоточены внутри металла;
е) межкристаллитная (ж) – самый опасный вид коррозии. Разрушаются не частицы сплава, а из границы, то есть самые тонкие места;
ж) структурно – избирательная – происходит, когда сплав состоит из нескольких металлов, которые имеют разные коррозионные свойства. Металл, у которого свойства будут ниже начнет разрушаться, при этом остальные элементы сплава останутся целыми.
Способы защиты металлов от коррозии
В процессе совершенствования науки и техники разрабатываются разные способы защиты металлов от разрушения.
В XXI веке способы защиты сплавов условно разделяются на: легирование, физические методы защиты, электрохимические методы, методы замещения материалов и методы уменьшения агрессивных свойств среды.
Легирование
Легирование – изменение изначального состава сплава для усиления определенных свойств.
Метод основан на введении в сплав пассивных металлов, таких как хром, титан, стронций, молибден.
В результате введения легирующих материалов на поверхности сплава образуется плотная пленка, которая обладает большой устойчивостью к агрессивным воздействиям.
Наиболее востребован процесс легирования при защите сплавов от газовой коррозии. Например, все части двигателей машин, производятся из легированных сплавов, которые кроме защиты от агрессивной среды, повышают стойкость металлов к высоким температурам.
Наиболее оптимальными пассивными материалами для увеличения температурной стойкости являются алюминий и хром.
При повышении температур выше 200⁰С в сплавах начинается процесс окисления и образования защитной оксидированной пленки.
Легирование так же применяется для повышения коррозионной защиты от химических воздействий. Например, хром является пассивным элементом, который блокируют появление коррозии в сильнокислых средах.
Защитные покрытия
Защитные покрытия являются оптимальным видом изоляции для подземных и наземных конструкций.
Изоляционные защитные материалы используются во всех сферах строительно – монтажных работ, для защиты металлических конструкций от разрушающих природных и искусственных факторов.
В зависимости от состава изоляционные покрытия подразделяют на две больших группы: металлические и неметаллические.
Неметаллические покрытия
Неметаллические покрытия – органические и неорганические материалы, которые являются изоляторами металлов как от агрессивной среды, так и от действия электрического тока.
Изоляционные материалы применяются в зависимости от назначения металла.
Например, при проектировании подземных конструкций используются материалы на основе резины, битумы и полилены, так как они обладают диэлектрическими, и антикоррозионными свойствами. Проверку износостойкости этих материалов проводят раз в 25 лет.
По результатам проверки, если нет механических повреждений, покрытие оставляют еще на 25 лет.
Если механические повреждения есть, то производится замена поврежденного участка изоляции.
В случаях, когда необходимо обезопасить металл, находящийся на поверхности земли или над ней, используются специальные краски и эмали, в состав которых входит пассивный элемент или стойкий к внешним воздействиям оксид хрома, оксид кремния и т.д.
Такая защита не имеет срока износа и замены, единственное ее необходимо раз в 12 месяцев или по мере истирания подновлять.
Коррозия железа в кислотном растворе с катодным (а) и анодным (б) покрытиями: 1 – основной металл; 2 – покрытие; 3 – раствор электролита
В качестве защиты от электрохимической коррозии используют пластмассы, которые являются диэлектриками с пассивным элементом в составе.
Металлические покрытия
Главной особенностью металлической изоляции является то, что она работает даже в случае нарушения целостности покрытия.
Пока изоляция не нарушена ее свойства такие же, как и у неметаллических покрытий: полная защита металла от агрессивных воздействий среды и электрического тока.
В случае повреждения изоляции происходит образования гальванического элемента.
Гальванический элемент – это источник тока, который создается за счет химической реакции кислой или щелочной среды с металлом.
В зависимости от типа металла, используемого в изоляции, покрытия подразделяются на:
- катодные – материалы, имеющие потенциалы в положительных значениях в сравнении со сплавом;
- анодные – материалы с более отрицательными потенциалами.
Например, изолируя железо необходимо учитывать, что его потенциал равен -0,44 В. Это означает, что при использовании как изолятор никеля (-0,234В) покрытие будет являться катодным, а при использовании цинка (-0,763В) – анодным.
Если железо, изолированное никелевым покрытием, будет находиться в кислой среде и произойдет повреждение материала (а), то оно начнет окисляться, а покрытие восстанавливаться, так как создастся гальванический элемент.
В результате такого процесса покрытие потеряет свой защитные свойства и начнется процесс коррозии.
Если железо изолировать цинковым покрытием и поместить в ту же среду, то процесс будет идти по-другому.
Потенциал цинка выше, чем потенциал железа, поэтому при повреждении защитного слоя и создании гальванического элемента цинк начнет окисляться, а железо – восстанавливаться.
Данный процесс приводит к тому, что несмотря на разрушающееся защитное покрытие металл продолжит оставаться защищенным.
Металлические покрытия могут быть получены несколькими способами:
- электрохимический – покрытие наплавляют на металл с использованием кислой или щелочной среды, в которую погружены электроды;
- лужение и цинкование – погружение металла в расплавленное покрытие;
- химическое восстановление.
Химические способы
Современные технологии позволили создать десятки способов химической защиты от коррозии.
Существуют уникальные, дорогостоящие методы, такие как покрытие металла золотом и платиной. Их используют в микроэлектроники и машиностроении.
В массовом производстве используются более экономически выгодные методы. Самыми распространёнными являются:
Оксидирование
В основе метода заложено создание на металле специальной защитной пленки – оксида.
Оксидная пленка создается при помещении металла в концентрированный раствор щелочи или кислоты, который нагревается от 130 до 350⁰С, в зависимости от элементов сплава.
Самой распространённой щелочью в оксидировании является едкий натр, а кислоты – нитрат натрия и нитрит натрия.
При помещении металла в раствор концентрированной щелочи, он начинает окисляться, то есть высвобождать электроны:
Ме 0 ↔ Ме n+ + n e,
где n – количество окисленных электронов.
Одновременно с этим процессом происходит восстановление щелочи, что приводит к высвобождению гидроксильной группы:
Высвободившиеся электроны и гидроксильная группа вступают в реакцию с образованием оксида:
При окислении малоуглеродистой стали оксидная пленка окрашивается в иссиня черный цвет, а у высокоуглеродистой в серо-черный.
Метод оксидирования широко используется в декоративных работах и в ковке.
Фосфатирование
Данный метод основан, как и оксидирование, на создании защитной пленки с использованием высококонцентрированных растров фосфорной кислоты и дигидроортофосфосфата марганца (II) кислоты при невысоких температурах, до 100⁰С.
В результате химической реакции, основанной на окислительно – восстановительных процессах, на поверхности металла образуется пленка, состоящая из пассивных солей: гидрортофосфата марганца (II), дигидроортофосфосфата марганца (III), ортофосфата и фосфата фосфатированного металла.
При рассмотрении окислительно – восстановительного процесса на железе (II), видно, что
Железо в растворе окисляется:
В самом растворе, происходит восстановление водородной группы:
Высвободившиеся электроны взаимодействуют между собой, образуя фосфатные пленки:
Фосфатные пленки имеют высокий показатель адгезии, что позволяет легко наносить на них лаки и краски.
Однако данный вид защиты от коррозии можно использовать только в закрытых помещениях или как вспомогательный, так как повредить фосфатную пленку достаточно легко.
Анодирование
Метод является разновидностью оксидирования, когда на поверхность металла наносится алюминиевый слой оксида алюминия.
В качестве восстановителя используются концентрированные: серная, хромовая, бороводородная, щавелевая кислоты.
В качестве окислителя выступает алюминий, как восстановитель – водород, из кислоты.
Данный метод используется для покрытия декоративных металлов.
Электрохимические способы защиты от коррозии
Электрохимические способы защиты от коррозии широко используются в строительстве наземных и подземных сооружений.
В основе электрохимической защиты заложен закон сохранения заряда, то есть перехода заряда из одного состояния в другое.
В качестве заряда используется постоянный переход дополнительных электронов для восстановительного процесса металла с катода или анода, в зависимости от типа конструкции. Переход электронов происходит за счет создаваемой связки гальванического элемента.
Катодная защита
Этот тип защиты широко используют для защиты от коррозии подземных газопроводов, сооружений, резервуаров, а также для защиты аппаратуры промышленных предприятий.
Сущность метода заключается в катодной поляризации защищаемого металла: защищаемая конструкция подключается к отрицательному полюсу источника тока, а положительный полюс подключается к болванке металла, то есть к аноду.
Схема катодной защиты
1 – стальной провод с изоляцией; 2 – грунт; 3 – выпрямитель; 4 – засыпка; 5 – вспомогательный анод; 6 – защищаемая конструкция (трубопровод).
При таком подключении защита конструкции происходит за счет постоянных восстановительных процессов, а окислительные процессы будут проходить на аноде (металлической болванке), то есть все разрушающие воздействия будут переходить на анод.
Если монтаж защиты осуществляется в агрессивный грунт, то около анода создается дополнительный токопроводящий слой из смеси кокса, хлорида натрия и сульфата кальция.
Катодная защита хорошо показывает себя для защиты конструкций в средне агрессивных грунтах
Протекторная защита
Универсальная защита трубопроводов, которая не требует стороннего источника питания.
В основу метода положены окислительно – восстановительные реакции.
Протектор (металлическая болванка) является анодом и со временем окисляется, то есть высвобождает электроны. Защищаемая конструкция находится в непрерывном процессе восстановления, так как является катодом.
Пока анод полностью не разрушится, конструкция будет в безопасности.
Схема протекторной защиты
1 – защищаемая конструкция (трубопровод); 2 – стальной наконечник; 3 – грунт; 4 – засыпка (суспензия бентонита и алебастра); 5 – протектор; 6 – стальной провод с изоляцией.
Эффективность защиты определяется расстоянием, на котором может находиться протектор от защищаемой конструкции. Расстояние зависит от токопроводимости грунта, чем она выше, тем дальше можно расположить протектор.
Протекторную защиту как самостоятельный метод борьбы с коррозией используют редко, в основном она идет дополнением к неметаллическим изоляторам.
Анодная защита
Анодная защита используется в тех случаях, когда конструкция состоит из компонентов, которые могут при определенных условиях переходить в пассивное состояние.
За счет создание окислительно – восстановительной цепочки, в которой анодом будет конструкция, а катодом – металлическая болванка. Активатором процесса является источник постоянного тока, который будет создавать поляризацию.
Анодная защита используется в агрессивных средах с хорошей электрической проводимостью.
К пассивным компонентам слава относятся:
- хром;
- никель;
- титан;
- цирконий;
- железные сплавы.
Изменение свойств коррозионной среды
Скорость коррозии конструкций из коррозийных металлов можно снизить изменением состава грунта.
Это достигается удалением коррозийно – активных веществ из почвы. Основными способами удаления являются:
- обдувка инертными газами;
- химическая обработка среды;
- обезвоживание влажных грунтов;
- обескислочивание почвы;
- удаление агрессивных компонентов с помощью абсорбции.
Самым распространённым способом является введение в агрессивную среду ингибиторов, то есть компонентов, которые замедляют вредоносные процессы.
Видов коррозии металлов, как и способов защититься от нее достаточно много.
Для длительного служения конструкции необходимо правильно выбирать способ защиты от коррозии исходя не только из свойств того или иного металла, но и внимательно изучая грунты, климат и атмосферу в месте строительства.
Если пренебречь сбором информации и расчетами, даже самая качественная конструкция прослужит недолго.
Чем обработать металл, чтобы не ржавел: химические средства и народные методы
В каждом доме есть множество металлических изделий. Они достаточно износостойкие и практичные, но со временем подвергаются коррозии. Это связано с тем, что железо легко вступает в реакцию с окружающей средой, из-за чего покрывается ржавчиной. Чтобы предупредить такой разрушительный процесс, рекомендуем узнать, чем покрыть металл от коррозии, и периодически проводить профилактические мероприятия. Если коррозийное повреждение на поверхности уже возникло, его необходимо правильно обработать. Для этого применяются как специальные средства, так и народные методы.
Почему образуется ржавчина
Любая среда считается агрессивной для незащищенного металла. По этой причине его поверхностный слой постоянно подвергается всевозможным химическим реакциям. Впоследствии возникают ржавые пятна, теряется внешний вид изделия, ухудшаются его прочностные характеристики.
Вдобавок от коррозии страдают устройства из железа, постоянно находящиеся в условиях чрезмерных температур: элементы двигателей, печная арматура, турбинные лопасти. Коррозионному разрушению также подвержены металлические основания, которые продолжительно соприкасаются с различными жидкостями (водой, спиртом).
Как бороться со ржавчиной
На практике применяются много проверенных методов, позволяющих продлить эксплуатационный срок железных изделий. Но самые действенные из них – обработка химпрепаратами (например, ингибиторными составами). После нанесения их тонким слоем металлическая поверхность приобретает надежную защиту от разрушения. Подобные составы зачастую применяются с профилактической целью. Среди прочих высокоэффективных способов стоит отметить устранение ржавчины вручную либо электроинструментами, народные средства, нанесение антикоррозийных веществ.
Механическая чистка
Ручная обработка железа от коррозии предполагает применение жесткой щетки либо крупнозернистой наждачки. Детали допускается обрабатывать во влажном или сухом виде. В первом случае наждачная бумага смачивается в керосине, во втором – происходит простое соскабливание ржавчины.
Вдобавок выполнить механическую чистку ржавеющих материалов возможно при помощи таких инструментов:
- болгарка;
- электродрель (в качестве насадки – щетка для металла);
- шлифовальная машинка;
- пескоструйный аппарат.
Ручной способ используется на малых площадях, позволяет очистить поверхности тщательно. Электроинструменты значительно ускоряют процесс, в то же время способны навредить деталям. При их обработке удаляется сравнительно большой слой металла. Аккуратно убрать коррозию поможет пескоструйное устройство. Оно не всем доступно из-за высокой стоимости.
Обработка химическими средствами
Все химпрепараты разделяют на 2 группы: преобразователи ржавчины и кислоты. Под последними нередко подозревают обыкновенные растворители.
- Влажной тряпкой протереть железо от пыли.
- Убрать с основания остатки влаги.
- Используя силиконовую кисть, тонким слоем нанести на предмет кислотосодержащий раствор.
- Выждать полчаса, пока вещество прореагирует с поврежденной поверхностью.
- Вытереть обработанный участок сухой ветошью.
Внимание! Прежде чем применять химические препараты, нужно надеть спецодежду, защитные перчатки.
Ортофосфорная кислота обладает многими преимуществами перед иными составами: щадяще влияют на поврежденные изделия, хорошо очищает, впоследствии обеспечивает защиту стали от коррозии.
Преобразователями ржавчины обыкновенно покрывается вся металлическая поверхность. В итоге образуется слой, который в будущем предупреждает коррозийное разрушение предмета. Как только раствор хорошо высохнет, основание можно покрасить. На сегодня выпускается огромное количество таких препаратов, среди самых востребованных стоит отметить:
- Модификатор ржавчины Berner. Зачастую применяется для болтов либо гаек, которые невозможно демонтировать.
- Аэрозоль «Цинкор». Оказывает обезжиривающий эффект, восстанавливает ржавые предметы, образует на них сплошную защитную пленку.
- Уничтожитель ржавчины В-52. Быстродействующий гель, который после нанесения не растекается, устраняет даже глубокую коррозию.
- Преобразователь СФ-1. Применяется для изделий, сделанных из чугуна, алюминия, а также оцинкованных. Удаляет ржавые пятна, после обработки обеспечивает защиту металла от ржавчины, увеличивает период его полезной эксплуатации.
Применение антикоррозийных препаратов
Известная фирма «Rocket Chemical» выпускает огромный ассортимент качественной противокоррозионной продукции. Высокой эффективностью отличаются такие средства:
- Литиевая смазка. После покрытия петель дверей, тросов, цепей и прочих элементов обеспечивает надежную защиту от ржавчины. Вместе с тем на поверхности обработанных изделий формируется устойчивая к влиянию воды пленка.
- Ингибитор продолжительного воздействия. Впоследствии обработки металлические детали могут размещаться в уличных условиях на протяжении года: они надежно защищены от атмосферного влияния, провоцирующего коррозию.
- Силиконовая смазка. Допускается наносить на металлические основания с включениями из пластика, резины. Она мгновенно высыхает, в результате образуется прозрачное защитное покрытие.
- Раствор для устранения коррозийных пятен. Не содержит токсичные компоненты, используется для обработки стройматериалов, кухонных принадлежностей.
- Спрей от ржавчины. Подходит для применения в труднодоступных зонах, где требуется глубокое проникновение. После нанесения препятствует повторному появлению ржавых пятнышек. Это средство нередко применяется для противокоррозионной защиты резьбовых соединений, болтов.
Важно! Антикоррозийные препараты состоят из токсичных химических компонентов. Работать с ними необходимо в респираторе. Это позволит обезопасить дыхательную систему от раздражения.
Видео описание
Разрушитель ржавчины-убийца WD-40,или лайфхак с WD-40
Народные средства
Если химические составы отсутствуют либо работать с ними нельзя, ржавчину с металлических изделий можно попробовать убрать с помощью бытовой химии, прочих эффективных растворов. Некоторые из них придется приготовить самостоятельно.
Cilit
Гель предназначен для устранения ржавчины в кухне, ванной. Его часто применяют для очищения кранов, смесителей, металлических приборов, иных железных изделий. Прежде чем использовать состав, важно учесть, что он способен разъесть краску.
Керосин и парафин
Рекомендуемое соотношение ингредиентов – 10:1. После соединения компонентов средство необходимо выдержать на протяжении суток, затем нанести на поврежденные ржавчиной элементы. Спустя 12 часов обработанное место следует протереть сухой тряпкой. Подобный метод отлично подойдет для стройматериалов, инструментов.
Coca Cola
Щелочной состав напитка уничтожает коррозийные пятна. Способ применения: погрузить поврежденный предмет в жидкость либо обильно смочить тряпкой. По прошествии суток изделие следует промыть проточной водой.
Каустическая сода
Для приготовления средства необходимо подготовить:
- формалин (40%) – 250 г;
- вода – 0,3 л;
- аммоний, каустическая сода – по 50 г.
Получившуюся после соединения указанных ингредиентов пасту следует разбавить в литре воды, потом в готовый раствор опустить ржавые детали. Время чистки напрямую зависит от степени повреждения материала, может составлять 15-30 минут. На завершающем этапе металлическое изделие необходимо прополоскать, затем вытереть насухо.
Перекись водорода
Устранить ржавчину с железных деталей возможно с помощью раствора из таких компонентов:
- лимонная кислота – 40 г;
- соль – столовая ложка;
- перекись водорода – 100 г.
Приготовленную смесь следует поместить в удобную емкость, опустить в нее ржавые элементы. Начало реакции наблюдается практически сразу же, спустя два часа с железа полностью исчезают красные оксиды.
Чтобы продлить срок службы металлических изделий, всегда важно помнить: защита от ржавчины нужна для каждого предмета, который изготовлен из металла. Если не предпринимать профилактические меры, впоследствии придется устранять ржавые пятна при помощи сильнодействующих препаратов.
Термообработка
Эффективный способ выполнить тепловую очистку пораженных металлических поверхностей – применить промышленный парогенератор. В домашних условиях возможно воспользоваться строительным феном. Горячая воздушная струя отлично размягчит верхний слой поврежденного основания, затем ржавчина начнет дробиться на мелкие частицы, легко удаляться потоком воздуха.
Подобный метод чрезвычайно актуален в местах, где снять предмет затруднительно.
Еще один альтернативный вариант термообработки железа – использовать кислородно-ацетиленовую горелку. Во время ее применения возникает слишком яркое пламя. Через него нельзя увидеть уцелевшие остатки ржавчины. Потому выжигания коррозии следует продолжать до полного исчезновения поражения.
С умеренной ржавчиной возможно справиться путем:
- Обработки поверхности кипятком. Затем нужно будет вручную убрать рыхлую часть.
- Нагрева огнем. Снимать налет требуется в процессе работы. Катализатором может служить перекись водорода.
- Применения паровой швабры, отпаривателя. Очищение происходит под воздействием сильной струи горячего пара.
Внимание! Во всех вариантах тепловой очистки предварительно важно убедиться, что деталь не содержит пластмассовых или деревянных элементов, которые легко плавятся, воспламеняются.
Видео описание
Удаление ржавчины. Парогенератор: быстро, эффективно.
Заключение
Поскольку металлические изделия применяются повсеместно, за ними необходимо ухаживать. Первым делом следует узнать, как защитить металл от ржавчины. Своевременные профилактические мероприятия не допустят возникновения ржавых пятен, а значит с ними впоследствии не придется бороться. Если же коррозионные процессы все же начали развиваться, в первую очередь желательно испробовать щадящие народные средства. Если желаемый результат достигнуть не получилось, остается прибегнуть к химическим препаратам, сильнодействующим составам.
Защита металла от коррозии
Коррозионные разрушения металла – явление достаточно известное. Поверхностная ржавчина является только одним из признаков коррозии. Под действием неблагоприятных факторов окружающей среды структура металла постепенно разрушается вглубь. Как правило, коррозионные процессы запускаются при контакте металла с жидкими, газообразными веществами. Чаще всего это влага – конденсат, атмосферные осадки, сточные воды. Последующее разрушение происходит из-за окисления материала. Результатом коррозионного воздействия становится утрата конструкцией своих свойств, выход изделия из строя. Скорость процесса окисления во многом зависит от степени агрессивности окружающей среды.
Почему образуется коррозия?
Железо, его сплавы подвержены разрушению – коррозии. Она возникает при электрохимическом, химическом взаимодействии отдельных компонентов материала с веществами из окружающей среды. Окислительно-восстановительные реакции способствуют преобразованию металлов в их оксиды.
Виды коррозии металлов
Коррозионные процессы отличаются по следующим моментам:
- Характер разрушения материала;
- Механизм протекания процесса;
- Тип агрессивной среды, которая вызывает коррозию.
Основными видами коррозии являются химическая или электрохимическая.
Химическая
Химические реакции провоцируют процессы, разрушающие металлические связи. Их результатом становится образование новых связей между окислителем и атомами металла. Химические коррозионные процессы возникают, когда железо или его сплав контактирует со средой, которая не проводит электрический ток. Такие среды разделяются на газовые и жидкие.
- Когда на поверхности металла отсутствует влажный конденсат, но при этом он вступает в контакт с газом или паром, то происходит газовая коррозия. Она способна полностью разрушить изделия. Отдельные металлы и их сплавы в газовой среде могут защищаться от повреждения оксидной пленкой, образующейся на их поверхности. Химические коррозионные процессы газового типа вызываются кислородом, диоксидом серы, сероводородом и другими газами.
- Жидкостное ржавление возникает при соприкосновении поверхности металлов с неэлектролитными жидкостями. Это чаще нефть, продукты ее переработки.
Но если при контакте присутствует даже малое количество влаги, то химическая коррозия быстро переходит в электрохимическую.
Электрохимическая
Наиболее распространенным видом коррозии можно назвать электрохимический. Он возникает, если происходит контакт между металлом и жидким электролитом. Здесь протекают два взаимосвязанных процесса. Первый – анодный. При нем ионы из металла переходят в электролитический раствор. Второй – катодный. Образованные на анодной стадии электроны, образуют связь с частицами окислителя.
Типы поражения ржавчиной
В зависимости от характера разрушения, вызываемого коррозией, поражение ржавчиной может быть:
- Сплошным;
- Местным;
- Точечным;
- Межкристаллическим.
Каждый тип имеет свои особенности.
Сплошная
При сплошной коррозии вся поверхность металлоизделий поражается ржавчиной. Она может быть равномерной или неравномерной.
Местная
При местном виде коррозионного процесса ржавеют только отдельные части поверхности металла.
Точечная
Питтинг-коррозия разрушает металл точечно. Ржавчина появляется на отдельных участках, но проникает глубоко в структуру материала. Нередко поражения становятся сквозными.
Межкристаллическая
При межкристаллической коррозии разрушения структуры металла происходит по границам кристаллических зерен.
Типы агрессивных сред
Коррозионные процессы также разделяются по типу сред, в которых они протекают. Различают следующие агрессивные среды:
- Атмосферная – относится к наиболее распространенным. Ржавчина появляется в условиях атмосферы, влажных газов. Металл окисляется под воздействием кислорода и воды, содержащихся в воздухе. Химически активные загрязнения воздушных масс ускоряют коррозионный процесс.
- Растворы электролитов – кислотные, щелочные, солевые, пресная вода.
- Почвенная – наибольшей агрессией обладают кислые грунты, наименьшей – песчаники.
- Аэрационная – образуется при неравномерном доступе воздуха к различным участкам поверхности металла.
- Биологическая – возникает при воздействии на металлические изделия продуктов жизнедеятельности микроорганизмов. Это сероводород, углекислый и другие газы, способствующие коррозии материала.
- Электрическая – блуждающие токи.
Металлические поверхности, которые плохо обдуваются воздушными потоками, удобны для оседания и длительного сохранения пыли, влаги. Они подвержены коррозионным процессам активнее.
Способы защиты металла от коррозии
Защитить металлические изделия можно, предприняв своевременные меры по ограждению поверхности металла от нежелательных контактов с окружающей средой. Это в значительной степени способствует продлению срока эксплуатации конструкций.
На данный момент разработано большое количество разнообразных методов по защите металлов от окисления. Индустриальные, строительные металлоконструкции, транспортные средства защищают промышленными способами. Это затратно и довольно сложно. В быту применяются методы, которые более просты в технологии и доступнее по цене.
Коррозионная стойкость во многом зависит от природы металла, температуры окружающей среды, ее типа.
- Благодаря химической инертности благородные металлы окислению не подвергаются.
- На поверхности алюминия, цинка, титана, хрома, никеля образуется оксидная газонепроницаемая пленка, надежно защищающая металл от коррозии.
- У железа оксидная пленка рыхлая, поэтому оно ржавеет очень сильно.
Антикоррозийная защита металлов бывает конструктивной, пассивной, активной. Металлические поверхности предохраняют от ржавчины при помощи защитных покрытий, производства легированных сталей, электрохимическим способом.
Защитные покрытия
Толстослойные покрытия – панели, заслоны, резиновые прокладки используются нечасто. Они сложны в установке, стоят дорого, занимают немало места. Такая защита обычно применяется в труднодоступных местах.
Более распространены пассивные защищающие тонкослойные покрытия. Их задача заключается в создании надежного барьера между металлом и агрессивной средой. Для этого применяют краски, грунтовки, лаки, эмали. Такие покрытия способны создавать на поверхности металлоизделий твердую, прочную пленку, которая имеет хорошую адгезию с основанием.
К достоинствам пассивной защиты относится удобство нанесения, доступная цена, значительный ассортимент красящих материалов. Но у нее есть и минусы в применении. Защитный слой требует периодического обновления, он не сильно устойчив к механическим повреждениям.
Создание сплавов, стойких к коррозии
Защитить металл от коррозии можно еще в процессе его производства. Для этого в состав стали при выплавке добавляют легирующие элементы. Они способны предотвратить возникновение очагов ржавчины всех или отдельных видов коррозии. Наиболее часто применяемой легирующей добавкой является хром. В составе стали его должно быть больше 11 %. Также в качестве легирующих компонентов могут выступать никель, молибден, другие элементы.
Физические свойства таких сплавов существенно отличаются от характеристик чистого металла. Легирование улучшает коррозионную стойкость. Так получают нержавеющую сталь, новые высокотехнологичные сплавы.
Изменение состава воды
Коррозионные процессы можно замедлить, если в среду, которая окружает металлоконструкцию, добавить ингибиторы коррозии. Они способны снизить скорость или вообще подавить образование ржавчины.
Электрохимическая защита
Когда на поверхность металла наносится более активный металл (протектор), то защитный слой разрушается быстрее. При этом защищаемый металл не подвергается коррозии.
Активная (электрохимическая) защита чаще выполняется с помощью цинкования поверхности металла. Цинк наносится несколькими методами:
- Горячим;
- Холодным;
- Термодиффузным;
- Гальваническим.
Большее распространение получила горячая оцинковка. Ее выполняют только в условиях производства. Здесь можно варьировать толщину защитного слоя. Холодное цинкование чаще используют в быту. На металлоизделия наносят цинконаполненный материал. Такой способ подходит для местного восстановления поврежденного цинкового слоя. Защита цинкованием долговечна, но поверхность металла нуждается в тщательной подготовке. Также необходимо четко соблюдать технологию процесса.
Методы защиты металлоизделий в индустрии очень разнообразны. Конкретный способ подбирается, исходя из их назначения и условий эксплуатации.
Народные средства защиты от коррозии
В бытовых условиях чаще используются защитные лакокрасочные покрытия с разнообразным составом. Изделия из металла, которые уже подверглись поражению коррозией, обычно обрабатывают преобразователями ржавчины. Такие средства не только способствуют восстановлению железа из окислов, но и предотвращают дальнейшие коррозионные процессы. К преобразователям ржавчины относятся различные грунты, стабилизаторы, составы, преобразующие оксиды железа в соли, смолы, масла, нейтрализующие частицы ржавчины.
Но защиту металлических изделий можно осуществить народными способами. Такие методы также подойдут, если нельзя применять готовые химические составы.
Керосин и парафин
Керосин и парафин соединяются в соотношении 10:1. Затем состав выдерживают в течение 24 часов. Средство наносят на ржавые участки металла. По истечении 12 часов место обработки протирают сухой тряпкой. Так можно убрать коррозию с поверхности инструментов, стройматериалов. Но этот метод не стоит применять в жилых помещениях, санузлах, кухнях из-за специфического запаха керосина.
Каустическая сода
Использование каустической соды в домашних условиях весьма эффективно. Чтобы приготовить состав, потребуется 40 % формалин (250 г), каустическая сода и аммоний (по 50 г), 300 мл воды. Указанные ингредиенты соединяются вместе, разбавляются в 1 л воды. В раствор на 15-30 мин помещаются заржавевшие металлоизделия. Затем их протирают сухой салфеткой.
Перекись водорода
Раствор из 40 г лимонной кислоты, 1 столовой ложки соли и 100 г перекиси водорода также активно применяют для устранения ржавчины. В него укладывают металлические детали на 2 часа. Очаги коррозии исчезают полностью. Для удаления ржавчины в санузлах и на кухне подойдет смесь нашатырного спирта и перекиси водорода.
Защита от коррозии необходима практически всем изделиям из металла. Профилактические меры способствуют более легкому и быстрому удалению ржавчины. Иначе окислы с металлических поверхностей придется убирать при помощи дорогих сильнодействующих средств.
Сайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, определяемой положениями Статьи 437 (2) ГК РФ. Цены и наличие товаров указаны на момент последнего обновления ассортимента, и могут изменяться.
Нержавеющий и цветной металлопрокат оптом и в розницу с доставкой по РФ и СНГ. С 2009 года.
Коррозия металлов
Всякое явление или процесс вокруг нас связан с химией. Скажем, ржавление железа. Хоть раз в жизни вы наверняка задумывались, почему одни металлы ржавеют и разрушаются, а другие — нет. И что такого особенного в нержавеющей стали, что этот процесс ей нипочем? Обо всем это мы и поговорим в сегодняшней статье.
· Обновлено 29 июля 2023
Коротко о главном
Обычно окисляются металлы, включая железо, которые находятся левее водорода в ряду напряжений.
Чаще всего встречаются химическая и электрохимическая коррозии. Чтобы понять, чем они отличаются друг от друга, давайте сравним их по нескольким критериям в таблице ниже.
Таблица 1. Сравнение химической и электрохимической коррозии металлов
Признаки сравнения
Химическая коррозия
Электрохимическая коррозия
Разрушение металлов в из-за взаимодействия с газами или растворами, которые не проводят электрический ток
Разрушение металла, при котором возникает электрический ток в воде или среде другого электролита
При контакте железа с цинком коррозии подвергается цинк:
Zn 0 — 2e — = Zn 2+ .
Защитить металл от коррозии можно по-разному: покрытием защитными материалами, электрохимическими методами, шлифованием и т. д. Далее — подробно обо всем этом.
Что такое коррозия
Иными словами, из-за химического воздействия железо начинает ржаветь. Это весьма сложный процесс, который состоит из несколько этапов. Но суммарное уравнение коррозии выглядит так:
Часто под коррозией понимают химическую реакцию между материалом и средой либо между их компонентами, которая протекает на границе раздела фаз. Обычно это окисление металла. Например:
Некоторые металлы, даже активные, покрываются плотной оксидной пленкой при коррозии. Это одна из их характерных черт. Оксидная пленка не дает окислителям проникнуть в более глубокий слой и поэтому защищает металл от коррозии. Алюминий обычно устойчив при контакте с воздухом и водой, даже горячей. Тем не менее, если поверхность алюминия покрыть ртутью, то образуется амальгама. Она разрушает оксидную пленку, и алюминий начинает быстро превращаться в белые хлопья метагидроксида алюминия:
Коррозии подвергаются и многие малоактивные металлы. Например, поверхность медного изделия покрывается патиной — зеленоватым налетом. Это происходит потому, что на ней образуются смеси основных солей.
Виды коррозии металлов
Химическая коррозия
Химическая коррозия протекает без воздействия электрического тока, и в результате этой реакции металлы окисляются. Этот вид коррозии можно разделить на два подвида:
газовая коррозия — металл корродирует под воздействием различных газов при высоких температурах;
коррозия в жидкостях — неэлектролитах.
Их них более распространенной считают газовую коррозию. Она протекает во время прямого контакта твердого тела с активным газом воздуха. Чаще всего это кислород. В результате на поверхности тела образуется пленка продуктов химической реакции между веществом и газом. Дальше эта пленка мешает контакту корродирующего материала с газом. При высоких температурах газовая коррозия развивается интенсивно. Возникшая при этом пленка называется окалиной, которая со временем становится толще.
Важную роль в процессе коррозии играет состав газовой среды. Но для каждого металла он индивидуален и изменяется с переменой температур.
Электрохимическая коррозия
Этот вид коррозии считают наиболее распространенным. Самым важным происхождением электрохимической коррозии является то, что металл неустойчив в окружающей среде с точки зрения термодинамики. Вот несколько ярких примеров этой реакции: ржавчина в трубопроводе, на обшивке днища морского судна и на различных металлоконструкциях в атмосфере.
В механизме электрохимической коррозии обычно выделяют два направления: гомогенное и гетерогенное. Разберем их подробнее в таблице ниже.
Гомогенный механизм электрохимической коррозии
Гетерогенный механизм электрохимической коррозии
Поверхность металла рассматривается как однородный слой.
У твердых металлов поверхность неоднородна из-за структуры сплава, в котором атомы по-разному расположены в кристаллической решетке.
Растворение металла происходит из-за термодинамической возможности для катодного или анодного процессов.
Неоднородность можно наблюдать при наличии в сплаве каких-либо включений.
Скорость, с которой протекает электрохимическая коррозия, зависит от времени протекания процесса.
В электрохимической коррозии протекает одновременно два процесса на аноде и на катоде, которые зависят друг от друга. Растворение основного металла происходит только на анодах. Анодный процесс заключается в том, что ионы металла отрываются и переходят в раствор:
В результате происходит реакция окисления металла. В данном случае анод заряжается отрицательно.
При катодном процессе избыточные электроны переходят в молекулы или атомы электролита, которые, в свою очередь, восстанавливаются. На катоде идет реакция восстановления. Он носит заряд положительного электрода.
Торможение одного процесса приводит к торможению и другого процесса. Окисление металла может происходить только в анодном процессе.
Как защитить металлы от коррозии
От коррозии можно и нужно защищаться. Чтобы уберечь металлы от этой реакции, их покрывают защитными материалами, обрабатывают электрохимическими методами, шлифованием и т. д. Рассмотрим все эти способы подробнее.
Способ № 1. Защитные покрытия.
Для защиты от коррозии металлические изделия покрывают другим металлом, т. е. производят никелирование, хромирование, цинкование, лужение и т. д. Еще один вариант защиты — покрыть поверхность металла специальными лаками, красками, эмалями.
Способ № 2. Легирование.
Легирование — это введение добавок, которые образуют защитный слой на поверхности металла. Например, при легировании железа хромом и никелем получают нержавеющую сталь.
Способ № 3. Протекторная защита.
Протекторная защита — это способ уберечь металл от коррозии, при котором металлическое изделие соединяют с более активным металлом. Этот второй металл в итоге и разрушается в первую очередь.
Способ № 4. Электрохимическая защита.
Чтобы защитить металлы от электрохимической коррозии, нейтрализуют ток, который возникает при ней. Это делают с помощью постоянного тока, который пропускают в обратном направлении.
Способ № 5. Изменение состава среды путем добавления ингибиторов.
Для защиты от коррозии используют специальные средства, которые ее замедляют — ингибиторы. Они изменяют состояние поверхности металла — образуют труднорастворимые соединения с катионами металла. Защитные слои, образованные ингибиторами, всегда тоньше наносимых покрытий.
Способ № 6. Замена корродирующего металла на другие материалы: керамику и пластмассу.
Способ № 7. Шлифование поверхностей изделия.
Проверьте себя
Что такое коррозия?
Где в повседневной жизни можно встретить ржавление железа и других металлов? Приведите примеры.
Гидроксид железа Fe(OH)3 называют:
Что является причиной возникновения коррозии?
Чем отличаются химический и электрохимический типы коррозии?
Что такое коррозионная среда?
Узнайте все о коррозии металлов и разберитесь в других темах за 9 класс на онлайн-курсах по химии в Skysmart! Наши преподаватели помогут выяснить, где скрываются пробелы в знаниях, и восполнить их. Никаких скучных задач и сухих лекций — только интерактивные упражнения, опыты и теория простым языком. Все это поможет разобраться даже в тех темах, которые не давались в школе. Ждем на бесплатном вводном уроке!