Coroziunea metalelor – cauze și metode de protecție

Conținutul articolului

• Ce este coroziunea metalelor
• Coroziune chimică
• Coroziune electrochimică
• Alte cauze ale coroziunii metalelor
• Măsuri pentru protejarea metalelor împotriva coroziunii
• Protecție anti-coroziune cu acoperiri nemetalice
• Protecția fierului împotriva coroziunii prin acoperirea altor metale
• Creșterea rezistenței la coroziune prin adăugarea de aditivi de aliere la aliaje de oțel
• Măsuri anticorozive
• Protecție împotriva curenților rătăciți

Coroziunea metalului conține mult mai mult decât numele unei trupe populare de rock. Coroziunea distruge irevocabil metalul, transformându-l în praf: din tot fierul produs în lume, 10% se va prăbuși complet în același an. Situația cu metalul rusesc arată cam așa – tot metalul topit într-un an în fiecare al șaselea cuptor de la noi în țară devine praf ruginit înainte de sfârșitul anului.

Expresia „costă destul de puțin” în raport cu coroziunea metalelor este mai mult decât adevărată – daunele anuale cauzate de coroziune sunt de cel puțin 4% din venitul anual al oricărei țări dezvoltate, iar în Rusia cantitatea de daune este calculată în zece cifre. Deci, ce provoacă procesele corozive din metale și cum să le abordăm?

Ce este coroziunea metalelor

Distrugerea metalelor ca urmare a interacțiunii electrochimice (dizolvarea într-un aer care conține umiditate sau apă – electrolit) sau chimică (formarea de compuși metalici cu agenți chimici cu agresivitate ridicată) cu interacțiunea cu mediul extern. Un proces de coroziune în metale nu se poate dezvolta decât în ​​unele zone ale suprafeței (coroziune locală), acoperă întreaga suprafață (coroziune uniformă) sau poate distruge metalul de-a lungul granițelor (coroziunea intergranulară).

Metalul sub influența oxigenului și a apei devine o pulbere de culoare maro deschis, mai cunoscut sub numele de rugină (Fe₂O₃H₂DESPRE).

Coroziune chimică

Acest proces are loc în medii care nu sunt conductoare de curent electric (gaze uscate, lichide organice – produse petroliere, alcooli etc.), iar intensitatea coroziunii crește odată cu creșterea temperaturii – ca urmare, se formează o peliculă de oxid pe suprafața metalului..

Toate metalele sunt supuse coroziunii chimice – atât feroase, cât și neferoase. Metalele neferoase active (de exemplu, aluminiu) sub influența coroziunii sunt acoperite cu o peliculă de oxid care împiedică oxidarea profundă și protejează metalul. Și un metal atât de scăzut activ, cum ar fi cuprul, sub influența umidității din aer capătă o floare verzuie – patina. Mai mult decât atât, pelicula de oxid nu protejează metalul de coroziune în toate cazurile – numai dacă structura chimico-chimică a filmului format este în concordanță cu structura metalului, altfel filmul nu va face nimic..

Aliajele sunt sensibile la un alt tip de coroziune: unele elemente ale aliajelor nu sunt oxidate, dar sunt reduse (de exemplu, într-o combinație de temperatură ridicată și presiune în oțeluri, are loc reducerea carburilor cu hidrogen), în timp ce aliajele pierd complet caracteristicile necesare.

Coroziune electrochimică

Procesul de coroziune electrochimică nu necesită imersarea obligatorie a metalului în electrolit – o peliculă electrolitică suficient de subțire pe suprafața sa (adesea soluțiile electrolitice impregnează mediul din jurul metalului (beton, sol etc.)). Cea mai frecventă cauză a coroziunii electrochimice este utilizarea pe scară largă a sărurilor menajere și industriale (cloruri de sodiu și potasiu) pentru a îndepărta gheața și zăpada pe drumuri în timpul iernii – mașinile și utilitățile subterane sunt afectate în mod deosebit (conform statisticilor, pierderile anuale din Statele Unite din utilizarea de săruri în timpul iernii sunt 2,5 miliarde de dolari).

Următoarele lucruri se întâmplă: metalele (aliajele) își pierd o parte din atomii lor (trec în soluția electrolitică sub formă de ioni), electronii care înlocuiesc atomii pierduți încărcă metalul cu o sarcină negativă, în timp ce electrolitul are o sarcină pozitivă. Se formează o pereche galvanică: metalul este distrus, treptat toate particulele sale devin parte a soluției. Coroziunea electrochimică poate fi cauzată de curenții rătăciți care rezultă din scurgerea unei părți a curentului din circuitul electric în soluții apoase sau în sol și de acolo într-o structură metalică. În acele locuri în care curenții rătăciți lasă structurile metalice înapoi în apă sau sol, metalul este distrus. Este deosebit de obișnuit să se producă curenți vagi în locuri unde se deplasează transportul electric la sol (de exemplu, tramvaiele și locomotivele feroviare alimentate cu tracțiune electrică). În doar un an, curenții rătăcitori de 1A sunt capabili să dizolve fierul – 9,1 kg, zincul – 10,7 kg, plumbul – 33,4 kg.

Alte cauze ale coroziunii metalelor

Dezvoltarea proceselor corozive este facilitată de radiații, deșeuri de microorganisme și bacterii. Coroziunea cauzată de microorganisme marine dăunează fundului navelor, iar procesele corozive cauzate de bacterii au chiar numele lor – biocoroziune.

Combinația dintre efectele tensiunilor mecanice și mediul extern accelerează coroziunea metalelor de multe ori – stabilitatea termică a acestora scade, filmele de oxid de suprafață sunt deteriorate, iar în locurile în care apar neomogenități și fisuri, coroziunea electrochimică este activată.

Măsuri pentru protejarea metalelor împotriva coroziunii

O consecință inevitabilă a progresului tehnologic este poluarea mediului nostru – un proces care accelerează coroziunea metalelor, deoarece mediul extern este din ce în ce mai agresiv față de acestea. Nu există nicio modalitate de a elimina complet distrugerea corozivă a metalelor, tot ceea ce se poate face este încetinirea pe cât posibil a acestui proces.

Pentru a minimiza distrugerea metalelor, puteți face următoarele: reduceți agresivitatea mediului înconjurător produsului metalic; crește rezistența metalului la coroziune; exclude interacțiunea dintre metal și substanțe din mediul extern, manifestând agresivitate.

Timp de mii de ani, omenirea a încercat multe moduri de a proteja produsele metalice împotriva coroziunii chimice, unele dintre ele sunt folosite până în zilele noastre: acoperirea cu grăsime sau ulei, alte metale care se corodează într-o măsură mai mică (cea mai veche metodă, care are o vechime de peste 2 mii de ani – învelirea (acoperirea) staniu)).

Protecție anti-coroziune cu acoperiri nemetalice

Acoperiri nemetalice – vopselele (alchid, ulei și emailuri), lacurile (sintetice, bituminoase și gudron) și polimerii formează o peliculă de protecție pe suprafața metalelor, excluzând (cu integritatea sa) contactul cu mediul extern și umiditatea.

Utilizarea vopselelor și a lacurilor este avantajoasă, deoarece aceste acoperiri de protecție pot fi aplicate direct la locul de montaj și construcție. Metodele de aplicare a vopselelor și lacurilor sunt simple și pot fi mecanizate, acoperirile deteriorate pot fi refăcute „la fața locului” – în timpul funcționării, aceste materiale au un cost relativ redus, iar consumul lor pe unitatea de suprafață este mic. Cu toate acestea, eficacitatea lor depinde de respectarea mai multor condiții: respectarea condițiilor climatice în care va fi utilizată structura metalică; nevoia de a utiliza exclusiv vopsele și lacuri de înaltă calitate; respectarea strictă a tehnologiei de aplicare pe suprafețele metalice. Vopselele și lacurile sunt aplicate cel mai bine în mai multe straturi – cantitatea lor va oferi cea mai bună protecție împotriva intemperiilor pe suprafața metalului.

Polimerii precum rășinile epoxidice și polistirenul, clorura de polivinil și polietilena pot acționa ca acoperiri de protecție împotriva coroziunii. În lucrările de construcție, piesele încorporate din beton armat sunt acoperite cu acoperiri dintr-un amestec de ciment și perclorovinil, ciment și polistiren.

Protecția fierului împotriva coroziunii prin acoperirea altor metale

Există două tipuri de acoperiri cu inhibitori de metal – banda de rulare (zinc, aluminiu și cadmiu) și rezistente la coroziune (argint, cupru, nichel, crom și acoperiri de plumb). Inhibitorii sunt aplicați chimic: primul grup de metale are o electronegativitate ridicată în ceea ce privește fierul, al doilea – o electropozitivitate ridicată. Cele mai răspândite în viața noastră de zi cu zi sunt acoperirile metalice din fier cu staniu (tablă, conservele sunt fabricate din ea) și zinc (fier galvanizat – acoperiș), obținute prin tragerea foi de fier prin topirea unuia dintre aceste metale.

Adesea, armăturile din fontă și oțel, precum și conductele de apă sunt galvanizate – această operație crește semnificativ rezistența lor la coroziune, dar numai în apa rece (atunci când este furnizată apă caldă, conductele galvanizate se uzează mai repede decât cele ne-galvanizate). În ciuda eficienței galvanizării, aceasta nu oferă o protecție ideală – învelișul de zinc conține adesea fisuri, a căror eliminare necesită placarea cu nichel preliminar a suprafețelor metalice (nichelare). Acoperirile cu zinc nu permit aplicarea lor de vopsele și lacuri – nu există o acoperire stabilă.

Cea mai bună soluție pentru protecția la coroziune este o acoperire din aluminiu. Acest metal are o gravitate specifică mai mică, ceea ce înseamnă că este mai puțin consumat, suprafețele aluminizate pot fi vopsite și stratul de vopsea va fi stabil. În plus, învelișul din aluminiu, în comparație cu acoperirea zincată, este mai rezistent la mediile agresive. Aluminiul nu este utilizat pe scară largă din cauza dificultății de aplicare a acestei acoperiri pe o foaie de metal – aluminiu în stare topită prezintă o agresivitate ridicată la alte metale (din acest motiv, topitura de aluminiu nu poate fi conținută într-o baie de oțel). Poate că această problemă va fi complet rezolvată în viitorul apropiat – metoda inițială de realizare a aluminizării a fost găsită de oamenii de știință ruși. Esența dezvoltării nu este să scufundați tabla de oțel în topitura de aluminiu, ci să ridicați aluminiu lichid la tablă de oțel.

Creșterea rezistenței la coroziune prin adăugarea de aditivi de aliere la aliaje de oțel

Introducerea cromului, titanului, manganului, nichelului și cuprului în aliajul de oțel face posibilă obținerea de oțel aliat cu proprietăți mari anticorozive. Proporția ridicată a cromului conferă aliajului de oțel o rezistență specială, datorită căreia pe suprafața structurilor se formează o peliculă de oxid de înaltă densitate. Introducerea cuprului în compoziția oțelurilor cu conținut scăzut de aliaj și carbon (de la 0,2% la 0,5%) face posibilă creșterea rezistenței la coroziune de 1,5-2 ori. În compoziția oțelului se introduc aditivi de aliere în conformitate cu regula Tamman: o rezistență mare la coroziune se realizează atunci când există un atom de metal aliat pentru fiecare opt atomi de fier.

Măsuri anticorozive

Pentru a-l reduce este necesară reducerea activității corozive a mediului prin introducerea de inhibitori nemetalici și reducerea numărului de componente capabile să inițieze o reacție electrochimică. Această metodă va reduce aciditatea solurilor și a soluțiilor apoase în contact cu metalele. Pentru a reduce coroziunea fierului (aliajele sale), precum și alama, cupru, plumb și zinc, dioxidul de carbon și oxigenul trebuie îndepărtate din soluții apoase. În industria energiei electrice, clorurile sunt eliminate din apă, ceea ce poate afecta coroziunea localizată. Limitarea solului poate reduce aciditatea acestuia.

Protecție împotriva curenților rătăciți

Este posibilă reducerea electrocoroziei utilităților subterane și a structurilor metalice îngropate dacă se respectă mai multe reguli:

• secțiunea structurii care servește ca sursă de curent fără stăpân trebuie conectată cu un conductor de metal la șina tramvaielor;
• rutele de rețea de încălzire ar trebui să fie localizate cât mai departe de căile ferate de-a lungul cărora se deplasează transportul electric, pentru a reduce numărul de intersecții ale acestora;
• utilizarea suporturilor pentru conducte izolante pentru a crește rezistența de tranziție între sol și conducte;
• la intrările către obiecte (surse potențiale de curenți rătăciți), este necesară instalarea flanșelor izolatoare;
• pe armăturile cu flanșă și îmbinările de expansiune a cutiei de umplere, instalați jumperi conductori longitudinali – pentru a crește conductivitatea electrică longitudinală pe secțiunea protejată a conductelor;
• Pentru a egaliza potențialele conductelor amplasate în paralel, este necesar să instalați jumperi electrici transversali în secțiunile adiacente.

Protecția obiectelor metalice izolate și a structurilor mici din oțel se realizează cu un protector care acționează ca un anod. Materialul pentru protector este unul dintre metalele active (zinc, magneziu, aluminiu și aliajele lor) – preia majoritatea coroziunii electrochimice, prăbușind și păstrând structura principală. Un anod de magneziu, de exemplu, protejează 8 km de conductă.

Intrări similare:

1. Metode de găurire a metalelor: burghie și accesorii Forarea unei găuri în metal – ce ar putea fi mai ușor? Cu toate acestea, există o serie de subtilități în această operație de lăcătuș, în ceea ce privește alegerea corectă...
2. Dezechilibrul de fază: cauze și protecție Conținutul articolului O excursie în teoria ingineriei electrice Cauzele și consecințele dezechilibrului de fază Restaurare neutră de sârmă Stabilizatori de fază inverter Transformatoare de echilibrare Protecție la supratensiune Nici aparatele de...
3. Cum să alegeți o protecție solară de protecție într-un pat de bronzare – o imagine de ansamblu a celor mai bune prețuri Conținutul articolului Ce este o cremă pentru bronzare Structura Cum functioneazã Tipuri de cremă bronzatoare Cea mai bună cremă pentru bronzare Cu bronzer Fără bronzer Cu furnicături Crema de fata pentru...
4. Mucegai pudră: cauze și metode de luptă Mulți grădinari și grădinari se confruntă cu o problemă atât de neplăcută precum apariția mucegaiului pudră. Ea poate literalmente să strice recolta în mugur. Site-ul nostru de consultanță a decis să...

Citește mai mult  Tencuiala caldă: izolație pentru pereții casei