Корозія металів та захист від неї

Головний ворог більшості металів — корозія, до того ж на сьогоднішній день відомо чимало її різновидів. І чим частіше ми використовуємо металеві вироби в нашій повсякденній діяльності, тим більше потрібно нам знань про те, що може нашкодити металам та як цим пошкодженням завадити. Як то кажуть — «ворога потрібно знати в обличчя».

Що таке корозія металів?

Корозія металів — це процес руйнування верхнього шару металів в результаті хімічної, електрохімічної або фізико-хімічної реакції з навколишнім середовищем. Коли метали піддаються, наприклад, впливу вологи, на поверхні металу відбувається процес зміни кольору, відомий як іржа. Це призводить до погіршення і поступового руйнування металу, якщо заздалегідь не вжити певних заходів. Наукова галузь, яка вивчає корозію, методи запобігання її розвитку та засоби обробки металів, відома як корозійна інженерія.

Види корозії металу

Загальна корозія

Це найбільш поширений тип корозії, який піддається «лікуванню». Явище, також відоме як рівномірна корозія, виникає, коли на всю поверхню металу впливає вологе повітря чи вода, що призводить до повного пошкодження металу. Загальна корозія зазвичай спричиняє найбільшу руйнацію матеріалу, проте їй можна запобігти або уповільнити її розвиток.

Гальванічна корозія

Гальванічна (біметалічна) корозія — явище, яке виникає, коли два різних метала вступають у взаємодію між собою в електролітному середовищі. Один метал діє як катод, інший метал поводиться як анод, а електроліт є каналом передачі іонів між ними. Різниця потенціалів між металами призводить до того, що метал-анод розчиняється в електроліті, а на металі, виступаючому в ролі катода, лишається гальванічний наліт. Швидкість корозії анодного металу посилюється, в той час як катодному металу потрібен більш тривалий час для погіршення своїх якостей. Гальванічна корозія може виникнути тільки тоді, коли обидва метали поміщені в електроліт, який схильний до корозійного впливу при проходженні через нього струму.

Концентрована корозія

У той час як загальна корозія відбувається по всій поверхні металу, концентрована корозія, також відома як локалізована корозія, з’являється на певній частині металу. Але, на відміну від загальної корозіїї, концентрована має підвиди:

• Щілинна корозія. Цей тип корозії розвивається в обмежених просторах. Часто зустрічається в місцях застою і недоступності профілактичних герметиків, таких як тріщини, зазори між осередками контакту, ущільнення.
• Точкова корозія. Цей тип корозії виникає, коли невелика область на поверхні металу піддається впливу певної кількості вологи, що призводить до утворення невеликих уражень, або точок, на поверхні матеріалу. Пошкоджену область зазвичай важко виявити, оскільки вона представлена ​​у вигляді крихітних точок і часто виявляється тільки вже після руйнування конструкції.

• Ниткоподібна корозія. Вид корозії, який виникає в тріщинах або під пофарбованими поверхнями, де скупчується рідина. Вона з’являється у вигляді ниткоподібних структур, які розподілені випадковим чином.

Високотемпературна корозія

Корозія, що виникає в результаті хімічного впливу на поверхню металу при високих температурах, які зазвичай коливаються до 400 градусів за Цельсієм. Високотемпературна корозія також може відбуватися через карбонізацію високотемпературного окислення.

Прискорена корозія

Коли поверхня металу піддається впливу проточної води, верхній шар, який також є захисним оксидним шаром, знищується через швидку течію води.

Як захистити метал від корозії

З видами корозії розібралися. На черзі — методи запобігання корозії та боротьби з нею, причому у кожного зі способів захисту металу є свої переваги.

Поверхнева обробка металу

Найпростішим і найбільш поширеним способом є механічна обробка сталі. Конструкція забарвлюється емалями і фарбами з високим вмістом алюмінію. В результаті повністю перекривається доступ повітря до металу. Простота і невисока вартість технології є її основною перевагою. До мінусів можна віднести недовговічність покриття і необхідність періодично його оновлювати.

Хімічна обробка металу

Відмінним способом захисту сталі від корозії є її обробка спеціальними хімічними сполуками. На поверхні створюється тонка і міцна плівка, наявність якої запобігає проникненню до металу вологи й інших негативних середовищ. Технологія застосовується тільки з використанням спеціальних засобів, а її вартість доступна не кожному власнику металоконструкцій.

Металізація і легування

Нанесення шару цинку, хрому, срібла або алюмінію також є відмінним способом обробки сталі та запобігання корозії. Металізація і легування дозволяє створити на поверхні сталі додатковий шар металу, стійкого до впливу навколишнього середовища. Спосіб обробки змінюється в залежності від сплаву, який використовується.

Народні засоби

Найпростіший спосіб — використовувати просту водяну пару на розігрітій сталевій поверхні. В результаті взаємодії пари, на поверхні металу виникає оксидна плівка, що захищає від виникнення іржі.

Ще один варіант — нанесення на метали хімічних речовин, активно застосовується в побуті. Підійде навіть простий лак для волосся. Після того як речовина підсохне, виріб необхідно нагріти до температури приблизно в 120 градусів. Метал, оброблений таким чином, не буде реагувати на воду і повітря. Цей спосіб часто застосовують нумізмати. Також такий варіант придатний для захисту кузова автомобіля від гниття.

Корозія в будівництві

Чому важливо звертати увагу на корозію на будівельному майданчику

Для заміни деталей, пошкоджених корозією, потрібна приблизно одна п’ята частина світового щорічного виробництва сталі. Хоча всі ці ремонтні роботи призводять до значних економічних збитків, більшу занепокоєність викликає загроза безпеці, коли корозія може призвести до несправності в кріпленні системи. Захист від корозії – найкращий спосіб зменшити ці ризики.

Активний захист від корозії містить заходи, які безпосередньо впливають на те, як сталь реагує на корозійне середовище, наприклад, гальванічний поділ, стійкі матеріали або захист від електрокорозії.

Пасивний захист від корозії уповільнює корозію завдяки ізоляції металу від джерела корозії шляхом нанесення металевих або неметалевих захисних покриттів.

Чому корозія має значення?

За оцінками Американської асоціації гальванізаторів, якби міст «Золота Брама» був повністю оцинкований (хоча вартість будівництва збільшилася б приблизно на 15%), це заощадило б до 1 млрд. дол. США, витрачених на його обслуговування та ремонт з моменту відкриття мосту.

Це яскравий приклад того, як інвестування в ефективний захист від корозії на початку з часом повністю окупається. В якості альтернативи тому, щоб сподіватися на перевірки та обслуговування для запобігання корозії в майбутньому, відповідну антикорозійну обробку можна застосувати вже на етапі проєктування.

Неефективний захист від корозії не тільки скорочує термін служби конструкції, але також може призвести до дорогих доопрацювань або різних несправностей (у гіршому випадку).

Що таке корозія?

Корозія – це фізико-хімічна взаємодія між металом і його середовищем, яка призводить до змін властивостей металу і може призвести до значного функціонального погіршення металу, середовища або технічної системи, частиною якої вони є (див. ISO 8044:2010).

Для металів, які зазвичай використовуються в інженерії, такі як вуглецева сталь, нержавіюча сталь, цинк, мідь та алюміній, типовою корозією є поступове погіршення до їх більш стабільного стану (у якому вони були перед виготовленням).

Фактори впливу

Щоб оцінити ймовірність виникнення корозії, необхідно визначити взаємодію між умовами довкілля, властивостями матеріалу, комбінаціями матеріалів та конструктивними характеристиками. Нижче наведені найбільш поширені фактори впливу, які необхідно враховувати (зверніть увагу, що існує безліч інших менш поширених факторів, пов’язаних з конкретними сферами застосування та середовищами):

• Електроліт: вимога для всіх корозійних реакцій, що відбуваються в атмосфері (наприклад, вологість, вогкість тощо)
• Температура: чим вище температура, тим вище швидкість корозійної руйнації
• Хімічні речовини: такі як сіль у морському повітрі, а також речовини, що використовуються для запобігання зледеніння взимку, хлор у басейнах тощо можуть прискорити корозію
• Промислове забруднення: діоксид сірки та інші забруднюючі речовини можуть прискорити корозію
• Різнорідні метали: прямий контакт різнорідних металів (де один метал менш благородний, ніж інший) збільшує ризик виникнення корозії

Види корозії

Електрохімічна реакція

Найпоширенішим видом корозійної реакції є електрохімічна реакція. Такі реакції передбачають електричний обмін електронами в металі та іонами в провідному електроліті, такому як вода.

Прикладами такої корозії є:

• Рівномірна корозія
• Щілинна корозія
• Точкова корозія
• Гальванічна корозія

Комплексний вплив механічних навантажень

Цей вид корозії є змішаним механічним і електрохімічним корозійним процесом, який призводить до розтріскування певних матеріалів. Внутрішні навантаження в матеріалі можуть призвести до початку його руйнування.

Це процес, при якому високоміцна або загартована вуглецева сталь під навантаженням стає крихкою і виходить з ладу.

Залежно від сфери застосування, ця форма корозії обмежує використання певних матеріалів.

• Корозійне розтріскування під впливом напруг (SCC)
• Розтріскування під впливом водню (або вторинне водневе окрихчення)

КАТЕГОРІЇ ЗОВНІШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА

Корозія в будівництві має великий вплив на витрати та безпеку, а спеціальні застосування вимагають особливої уваги для зменшення ризику корозії. Важливим аспектом, який слід враховувати, є категорії зовнішнього середовища.

Вони, як правило, класифікуються за загальною корозійною активністю навколишнього середовища, беручи до уваги загальні фактори впливу, розглянуті вище.

Застосування в приміщеннях

• Сухе середовище в приміщенні (опалювальні або кондиціоновані приміщення) без конденсату, наприклад, офісні будівлі, школи
• Внутрішні приміщення з тимчасовим конденсатом (неопалювані приміщення без забруднюючих речовин), наприклад, складські навіси

Зовнішнє застосування

• Зовнішнє, сільське або міське середовище з низьким рівнем забруднення. Велика відстань (> 10 км) від моря
• Зовнішнє, сільське або міське середовище з помірною концентрацією забруднюючих речовин та/або солі з морської води. Відстань до моря 1-10 км
• Прибережні райони. Відстань до моря < 1 км
• Відкриті, території з сильним промисловим забрудненням. Концентрація SO₂ в атмосфері > 10 мкг/м 3 як середньорічна (наприклад, близько до забруднюючих заводів)
• Безпосередня близькість до проїжджої частини, обробленої протиожеледними солями. Відстань від проїжджої частини < 10 м

Спеціальні застосування

Ділянки з особливими корозійними умовами, наприклад, автомобільні тунелі з протиобмерзаючою сіллю, криті басейни, спеціальні застосування в хімічній промисловості (можливі винятки).

ЯК ЗАПОБІГТИ КОРОЗІЇ?

Зупинити корозію неможливо. Замість цього метою антикорозійного захисту є збереження цілісності конструкції (а в деяких випадках і зовнішнього вигляду) протягом очікуваного терміну служби виробу або вузла. Пасивний захист передбачає вибір матеріалу та/або захисного покриття, придатного для умов навколишнього середовища.

Дізнавайтесь більше про рішення для захисту від корозії у статтях на Ask Hilti:

ВИБІР ПРАВИЛЬНОГО ЗАХИСТУ ВІД КОРОЗІЇ

Анкери, кріплення (цвяхи) з механічним приводом і шурупи

Для підвищення продуктивності і надійності кріплення протягом усього терміну їх служби необхідно виявити всі фактори впливу, перш ніж можна буде підібрати відповідні кріплення.

Цвяхи для дерева

Деревина може бути корозійною через органічні кислоти, які вона містить, або додані хімічні речовини (наприклад, консерванти або антипірени). Крім атмосферних умов, при виборі типу антикорозійного захисту цвяхів для дерева необхідно враховувати і корозійний захист самої деревини.

Модульні монтажні системи

Типовий термін служби початкових покриттів залежить від корозійної активності атмосфери, яка значно відрізняється в усьому світі. Для практичного підходу Hilti розрізняє різні корозійні зони.