Как бороться с коррозией металла

Коррозия металлов

Коррозия – разрушение поверхности сталей и сплавов под воздействием различных физико-химических факторов – наносит огромный ущерб деталям и металлоконструкциям. Ежегодно этот невидимый враг «съедает» около 13 млн. т металла. Для сравнения – металлургическая промышленность стран Евросоюза в прошлом, 2014 году произвела всего на 0,5 млн. тонн больше. И это только – прямые потери. А длительная эксплуатация стальных изделий без их эффективной защиты от коррозии вообще невозможна.

Что такое коррозия и её разновидности

Основной причиной интенсивного окисления поверхности металлов (что и является основной причиной коррозии) являются:

  1. Повышенная влажность окружающей среды.
  2. Наличие блуждающих токов.
  3. Неблагоприятный состав атмосферы.

Соответственно этому различают химическую, трибохимическую и электрохимическую природу коррозии. Именно они в совокупности своего влияния и разрушают основную массу металла.

Химическая коррозия

Такой вид коррозии обусловлен активным окислением поверхности металла во влажной среде. Безусловным лидером тут является сталь (исключая нержавеющую). Железо, являясь основным компонентом стали, при взаимодействии с кислородом образует три вида окислов: FeO, Fe2O3 и Fe3O4. Основная неприятность заключается в том, что определённому диапазону внешних температур соответствует свой окисел, поэтому практическая защита стали от коррозии наблюдается только при температурах выше 10000С, когда толстая плёнка высокотемпературного оксида FeO сама начинает предохранять металл от последующего образования ржавчины. Это процесс называется воронением, и активно применяется в технике для защиты поверхности стальных изделий. Но это – частный случай, и таким способом активно защищать металл от коррозии в большинстве случаев невозможно.

Химическая коррозия активизируется при повышенных температурах. Склонность металлов к химическому окислению определяется значением их кислородного потенциала – способности к участию в окислительно-восстановительных реакциях. Сталь – ещё не самый худший вариант: интенсивнее её окисляются, в частности, свинец, кобальт, никель.

Электрохимическая коррозия

Эта разновидность коррозии более коварна: разрушение металла в данном случае происходит при совокупном влиянии воды и почвы на стальную поверхность (например, подземных трубопроводов). Влажный грунт, являясь слабощёлочной средой, способствует образованию и перемещению в почве блуждающих электрических токов. Они являются следствием ионизации частиц металла в кислородсодержащей среде, и инициирует перенос катионов металла с поверхности вовне. Борьба с такой коррозией усложняется труднодоступностью диагностирования состояния грунта в месте прокладки стальной коммуникации.

Электрохимическая коррозия возникает при окислении контактных устройств линий электропередач при увеличении зазоров между элементами электрической цепи. Помимо их разрушения, в данном случае резко увеличивается энергопотребление устройств.

Трибохимическая коррозия

Данному виду подвержены металлообрабатывающие инструменты, которые работают в режимах повышенных температур и давлений. Антикоррозионное покрытие резцов, пуансонов, фильер и пр. невозможно, поскольку от детали требуется высокая поверхностная твёрдость. Между тем, при скоростном резании, холодном прессовании и других энергоёмких процессах обработки металлов начинают происходить механохимические реакции, интенсивность которых возрастает с увеличением температуры на контактной поверхности «инструмент-заготовка». Образующаяся при этом окись железа Fe2O3 отличается повышенной твёрдостью, и поэтому начинает интенсивно разрушать поверхность инструмента.

Методы борьбы с коррозией

Выбор подходящего способа защиты поверхности от образования ржавчины определяется условиями, в которых работает данная деталь или конструкция. Наиболее эффективны следующие методы:

  • Нанесение поверхностных атмосферостойких покрытий;
  • Поверхностная металлизация;
  • Легирование металла элементами, обладающими большей стойкостью к участию в окислительно-восстановительных реакциях;
  • Изменение химического состава окружающей среды.

Механические поверхностные покрытия

Поверхностная защита металла может быть выполнена его окрашиванием либо нанесением поверхностных плёнок, по своему составу нейтральных к воздействию кислорода. В быту, а также при обработке сравнительно больших площадей (главным образом, подземных трубопроводов) применяется окраска. Среди наиболее стойких красок – эмали и краски, содержащие алюминий. В первом случае эффект достигается перекрытием доступа кислороду к стальной поверхности, а во втором – нанесением алюминия на поверхность, который, являясь химически инертным металлом, предохраняет сталь от коррозионного разрушения.

Положительными особенностями данного способа защиты являются лёгкость его реализации и сравнительно небольшие финансовые затраты, поскольку процесс достаточно просто механизируется. Вместе с тем долговечность такого способа защиты невелика, поскольку, не обладая большой степенью сродства с основным металлом, такие покрытия через некоторое время начинают механически разрушаться.

Химические поверхностные покрытия

Коррозионная защита в данном случае происходит вследствие образования на поверхности обрабатываемого металла химической плёнки, состоящей из компонентов, стойких к воздействию кислорода, давлений, температур и влажности. Например, углеродистые стали обрабатывают фосфатированием. Процесс может выполняться как в холодном, так и в горячем состоянии, и заключается в формировании на поверхности металла слоя из фосфатных солей марганца и цинка. Аналогом фосфатированию выступает оксалатирование – процесс обработки металла солями щавелевой кислоты. Применением именно таких технологий повышают стойкость металлов от трибохимической коррозии.

Недостатком данных методов является трудоёмкость и сложность их применения, требующая наличия специального оборудования. Кроме того, конечная поверхность изменяет свой цвет, что не всегда приемлемо по эстетическим соображениям.

Легирование и металлизация

В отличие от предыдущих способов, здесь конечным результатом является образование слоя металла, химически инертного к воздействию кислорода. К числу таких металлов относятся те, которые на линии кислородной активности находятся возможно дальше от водорода. По мере возрастания эффективности этот ряд выглядит так: хром→медь→цинк→серебро→алюминий→платина. Различие в технологиях получения таких антикоррозионных слоёв состоит в способе их нанесения. При металлизации на поверхность направляется ионизированный дуговой поток мелкодисперсного напыляемого металла, а легирование реализуется в процессе выплавки металла, как следствие протекания металлургических реакций между основным металлом и вводимыми легирующими добавками.

Читать еще:  Технология клепки металла

Изменение состава окружающей среды

В некоторых случаях существенного снижения коррозии удаётся добиться изменением состава атмосферы, в которой работает защищаемая металлоконструкция. Это может быть вакуумирование (для сравнительно небольших объектов), или работа в среде инертных газов (аргон, неон, ксенон). Данный метод весьма эффективен, однако требует дополнительного оборудования – защитных камер, костюмов для обслуживающего персонала и т.д. Используется он главным образом, в научно-исследовательских лабораториях и опытных производствах, где специально поддерживается необходимый микроклимат.

Кто нам мешает, тот нам поможет

В завершение укажем и на довольно необычный способ коррозионной защиты: с помощью самих окислов железа, точнее, одного из них – закиси-окиси Fe3O4. Данное вещество образуется при температурах 250…5000С и по своим механическим свойствам представляет собой высоковязкую технологическую смазку. Присутствуя на поверхности заготовки, Fe3O4 перекрывает доступ кислороду воздуха при полугорячей деформации металлов и сплавов, и тем самым блокирует процесс зарождения трибохимической коррозии. Это явление используется при скоростной высадке труднодеформируемых металлов и сплавов. Эффективность данного способа обусловлена тем, что при каждом технологическом цикле контактные поверхности обновляются, а потому стабильность процесса регулируется автоматически.⁠

Борьба с коррозией автомобиля своими руками

Борьба с коррозией авто зачастую доставляет массу проблем его владельцу. Для этого используют три основных метода — пассивный, активный и электрохимический, но каждый из них имеет свои преимущества и недостатки. Чаще всего коррозию удаляют с помощью специальных средств. А в целях профилактики на днище, пороги корпуса и другие скрытые места наклеивают защитную пленку или обрабатывают мастикой. Также существуют другие профилактические средства, о которых мы поговорим с вами далее.

Причины возникновения коррозии

Для начала разберемся, почему же возникают коррозионные процессы. Дело в том, что коррозия металлических поверхностей бывает четырех типов — электрохимическая, химическая, водородная и кислородная. В контексте ржавления автомобильного корпуса имеют место лишь первые два типа.

Электрохимическая коррозия возникает по причине того, что два материала с разными восстановительными свойствами взаимодействуют через электролит (любая недистиллированная вода является таковым). Поскольку железо обладает низкими восстановительными свойствами, то оно значительно подвержено ржавлению. Химическая коррозия происходит из-за взаимодействия поверхности металла и коррозионно-активной среды. В роли последней может выступать кислород при высоких температурах. Понимание сути возникающих процессов дает нам почву для поиска методов борьбы с коррозией.

Виды борьбы с коррозией

Существует два основных способа защиты кузова машины от коррозии. Первый — это барьерная защита. Она не допускает физическое взаимодействие поверхности уязвимых металлов с внешней средой. Это выражается в использовании лакокрасочного покрытия и различных механических средств и защит. Второй — протекторная защита. Ее примером служит оцинковка, ведь цинк имеет более отрицательный потенциал, чем железо. Соответственно, если соединить их, то в такой паре железо будет восстанавливаться, а цинк корродировать. Однако поскольку на поверхности цинка имеется оксидная пленка, то этот процесс происходит очень медленно.

Как упоминалось ранее, существует три основных типа борьбы с коррозией на автомобиле:

Щетки для удаления коррозии

  1. Пассивный.
  2. Активный.
  3. Электрохимический.

Пассивный метод борьбы предполагает использование лакокрасочного покрытия корпуса. Задача автовладельца в данном случае заключается в поддержании целостности ЛКП. Нельзя допускать появления мелких сколов или царапин на его поверхности. К этому методу стоит отнести и периодическую мойку машины, а также использование дополнительных защитных средств — воска, жидкого стекла и так далее.

Под активным методом борьбы с коррозией авто подразумевают использование специальных антикоррозионных материалов и мастик. Они отличаются в зависимости от того, для каких участков кузова применяются. Например, днище автомобиля зачастую обрабатывается антигравийным покрытием. Как правило, эти составы созданы на основе мелкодисперсного порошка алюминия. Существуют также специальные антикоррозионные средства для арок колес.Чаще всего для этого используется так называемый жидкий локер (прочный эластичный материал). Отдельным классом являются антикоррозионные материалы для скрытых полостей. Они предназначены для обработки порогов, стоек, лонжеронов, усилителей пола и прочих поверхностей.

Электрохимический метод борьбы с коррозией металла на кузове автомобиля заключается в использовании специального электронного прибора, который имеет в своем составе электрод, предназначенный для того, чтобы взять коррозию на себя. Проще говоря, ржаветь будет не корпус машины, а упомянутый электрод. Этот метод очень эффективен, однако его существенным недостатком является высокая цена.

Как убрать коррозию с авто

Теперь перейдем непосредственно к методам и средствам по борьбе с коррозией на автомобиле своими руками. В первую очередь необходимо механически удалить ржавчину с поверхности. Причем делать это очень тщательно! Для этих целей используют наждачную бумагу, различные абразивные круги на дрель или болгарку, а также пескоструй. Именно последний инструмент наиболее эффективно очищает пораженную поверхность.

Также для удаления коррозии используют специальные составы. Самым простым в данном случае является использование слабого раствора соляной кислоты с последующим ее удалением.

Однако наиболее надежный метод борьбы с коррозией заключается в использовании преобразователей или модификаторов ржавчины. Они преобразуют оксид железа в таннат железа. Как правило, в их состав входят полимеры, выступающие в роли грунтовки.

Читать еще:  Торцовка по металлу своими руками

Преобразователи ржавчины для автомобиля превращают коррозию в слой фосфатов и хроматов железа и цинка. Также их иногда используют для обработки не подвергшегося коррозии металла перед нанесением грунта для предотвращения коррозии в будущем, и улучшения степени сцепления ЛКП с поверхностью металла.

Самостоятельная борьба с коррозией автомобиля имеет такую последовательность:

    Обезжиривание поверхности. Для этого можно воспользоваться различными средствами, например, спиртом или уайт-спиритом.

Удаление ржавчины с корпуса

Помните, что все работы необходимо проводить тщательно, так как даже небольшое пятно ржавчины способно со временем значительно разрастись.

Виден ржавый шов

Всегда проверяйте состояние сварных швов на корпусе машины. Помните, что они являются самыми уязвимыми для воздействия коррозии. В частности, ее межкристаллитного вида, который особо опасен. Следствием ее появления становится незаметная потеря пластичности и прочности металла. Так, границы сварных зерен разрушаются хаотически, а области структурных преобразований превращаются в анод, который усиленно растворяется. Причем такое явление можно наблюдать не только на железных корпусах машин, но и на нержавейках, алюминиевых, хромоникелевых и хромистых сплавах. Коррозия в данном случае грозит выкрашиванием отдельных зерен металла, из-за чего шов и корпус в целом постепенно теряют свои механические свойства.

Самыми подверженными ржавлению участками корпуса автомобиля являются нижние части дверных панелей, пороги, передние крылья, коробчатые сечения нижней части кузова, внутренняя поверхность колесных арок. Из-за того, что доступ к перечисленным местам затруднен, всегда существует риск не заметить появление очагов ржавления. Проверяйте их состояние на смотровой яме или на подъемнике!

Популярные средства для удаления ржавчины

В настоящее время в автомагазинах есть десятки различных преобразователей ржавчины, причем их ассортимент может быть разным в различных регионах страны. Поэтому давать рекомендации по поводу покупки того или иного средства не имеет смысла. Но мы все же приведем в качестве примера несколько названий популярных составов, которые распространены среди автовладельцев. Итак:

Популярное средство «Цинкарь»

  • «Цинкарь»;
  • «Мовиль»;
  • линейка преобразователей ржавчины Hi-Gear;
  • «Кольчуга»;
  • Sonax;
  • «СФ-1»;
  • Runway;
  • Permatex;
  • Bitumast;
  • «Фосфомет».

Необходимо помнить, что с помощью любого преобразователя можно бороться со ржавчиной, слой которой не превышает 0,1 мм. Кроме этого, активные компоненты борются лишь с въевшейся ржавчиной. Ее рыхлую составляющую лучше удалить механически (с помощью наждачной бумаги, ножа, металлической щетки, пескоструя и так далее).

Выбор того или иного средства должен основываться на ассортименте, его составе, цене. Благо, стоят они недорого, поэтому в случае, если купленное средство окажется малоэффективным, вы всегда сможете приобрести другое.

Борьба с коррозией: методы защиты металлических конструкций

Металл — это материал, который не имеет аналогов в мире по своим качествам, прочности, долговечности, и, что немаловажно, стоимости. Однако, у него есть один недостаток, который может свести на нет все выгоды от его использования. Беззащитный металл, подверженный воздействию природных осадков, химических реагентов, воды и других катаклизмов часто подвергается коррозии, или как говорят в простонародье, “ржавчине”. Все вы видели старые автомобили, за которыми не ухаживает хозяин – они прогнивают насквозь и иногда страшно подумать, что на этом транспорте еще передвигаются люди. Коррозия проедает металл насквозь, и, если не озаботиться заранее о том, чтобы защитить свое имущество от коррозии, то вы рискуете с ним расстаться намного раньше срока. В статье я расскажу, как защитить металл от ржавчины и продлить срок службы металлического изделия.

Причины возникновения коррозии

Начну статью с пояснения причин возникновения коррозии. Коррозия металла – серьезная проблема, но знание причин поможет не допустить распространения заразы.

  1. Самой распространенной причиной возникновения коррозии металла является электрохимическая – ситуация, когда металл соприкасается с влажной средой. Электрохимическая коррозия зачастую вызвана неправильным хранением или неверной эксплуатацией.
  2. Вторая причина возникновения коррозии – химическая. Химическая коррозия возникает как правило при соприкосновении с сухими газовыми соединениям или солями. Например, когда дорогу посыпают солью зимой, в надежде защитить автомобили от скольжения. В таком случае детали авто покрываются солями натрия и калия, которые в итоге разъедают металл. Она неприятна тем, что ей подвержены абсолютно все металлы.
  3. Ну и последняя причина разрушения металлов – это биологическая. То есть металлы разрушаются под воздействием микроорганизмов, радиоактивных излучений. По-другому биологическая коррозия еще называется биокоррозией.

Как же избежать неприятных последствий коррозии металла? Существует множество способов борьбы с коррозией, но самыми эффективными считаются превентивные меры – когда вы заблаговременно покрываете металл специальными антикоррозийными растворами.

Органические покрытия против коррозии

Наиболее удачно решение по борьбе с коррозией – органические смеси для предотвращения ржавчины. Преимуществами органических покрытий можно назвать простоту нанесения, разнообразие дизайнов, легкость восстановления испорченного покрытия и приемлемая стоимость. Однако, недостатком органических растворов является их неустойчивость к нагреванию. Среди органических антикоррозийных растворов выделяют:

Стоит отметить, что большую роль в успешной антикоррозийной защите играет качество смеси (то есть лака, краски или эмали), которой вы покрываете металл. От ее состава напрямую зависит, сколько прослужит металл. Правильное соотношение краски, смягчителя, катализаторов и других компонентов напрямую влияет на долговечность защиты.

Читать еще:  Электрозубило по металлу

Другими важными факторами являются:

  • качество подготовки поверхности;
  • метод нанесения;
  • толщина покрытия.

Зачастую эффективнее и выгоднее воспользоваться услугами профессионалов, если необходимо защитить дорогостоящее металлическое оборудование. На производстве специалисты обладают возможностями, гарантирующими долгосрочную и качественную защиту металла от ржавчины:

  • химическая обработка металлов;
  • погружение в расплав;
  • напыление;
  • электролитическое осаждение;
  • гуммирование;
  • покрытие смазками и пастами;
  • покрытие смолами и пластмассами.

Неорганические покрытия против коррозии

К неорганическим антикоррозийным покрытиям относятся следующие методы:

  • Оксидирование металла. Этот процесс применяется в современном производстве для защиты металлов от атмосферных факторов. В процессе работы детали погружают в щелочные смеси.
  • Анодирование металла. Применяется в основном для защиты алюминия и алюминий содержащих сплавов путем покрытия их антикоррозийной пленкой.
  • Фосфатирование металла. Применяется для черных и цветных металлов, путем погружения в фосфорно-соляной раствор.

Применение неорганических методов борьбы с ржавчиной, в отличие от покрытия эмалями и лаками, используется в узких областях промышленности.

Подводя итоги, можно сделать определенный вывод. Для бытового использования больше подходит использование органических антикоррозийных покрытий, так как применение неорганических покрытий по большей части невозможно в домашних условиях. Кроме того, хорошее покрытие не может быть дешевым и при принятии решения самостоятельность заниматься мерами по предотвращению коррозии и гниения, стоит понимать, что в таком случае оно не будет таким долговечным, как если вы сделаете это в специально предназначенной мастерской.

Химическая коррозия

Химическая коррозия — взаимодействие поверхности металла с коррозионно-активной средой, не сопровождающееся возникновением электрохимических процессов на границе фаз. В этом случае взаимодействия окисления металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекают в одном акте. Например, образование окалины при взаимодействии материалов на основе железа при высокой температуре с кислородом:

При электрохимической коррозии ионизация атомов металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекают не в одном акте и их скорости зависят от электродного потенциала металла (например, ржавление стали в морской воде).

Борьба с коррозией

Коррозия приводит ежегодно к миллиардным убыткам, и решение этой проблемы является важной задачей. Основной ущерб, причиняемый коррозией, заключается не в потере металла как такового, а в огромной стоимости изделий, разрушаемых коррозией. Вот почему ежегодные потери от неё в промышленно развитых странах столь велики. Истинные убытки от неё нельзя определить, оценив только прямые потери, к которым относятся стоимость разрушившейся конструкции, стоимость замены оборудования, затраты на мероприятия по защите от коррозии. Ещё больший ущерб составляют косвенные потери. Это простои оборудования при замене прокорродировавших деталей и узлов, утечка продуктов, нарушение технологических процессов.

Идеальная защита от коррозии на 80 % обеспечивается правильной подготовкой поверхности, и только на 20 % качеством используемых лакокрасочных материа­лов и способом их нанесения. [6] . Наиболее производительным и эффективным методом подготовки поверхности перед дальнейшей защитой субстрата являетсяабразивоструйная очистка.

Обычно выделяют три направления методов защиты от коррозии:

Для предотвращения коррозии в качестве конструкционных материалов применяют нержавеющие стали, кортеновские стали, цветные металлы. При проектировании конструкции стараются максимально изолировать от попадания коррозионной среды, применяя клеи, герметики, резиновые прокладки.

Активные методы борьбы с коррозией направлены на изменение структуры двойного электрического слоя. Применяется наложение постоянного электрического поля с помощью источника постоянного тока, напряжение выбирается с целью повышения электродного потенциала защищаемого металла. Другой метод — использование жертвенного анода, более активного материала, который будет разрушаться, предохраняя защищаемое изделие.

В качестве защиты от коррозии может применяться нанесение какого-либо покрытия, которое препятствует образованию коррозионного элемента (пассивный метод).

Кислородная коррозия оцинкованного железа

Кислородная коррозия железа, покрытого оловом

Красочное покрытие, полимерное покрытие и эмалирование должны, прежде всего, предотвратить доступ кислорода и влаги. Часто также применяется покрытие, например, стали другими металлами, такими как цинк, олово, хром, никель. Цинковое покрытие защищает сталь даже когда покрытие частично разрушено. Цинк имеет более отрицательный потенциал и корродирует первым. Ионы Zn 2+ токсичны. При изготовлении консервных банок применяют жесть, покрытую слоем олова. В отличие от оцинкованной жести, при разрушении слоя олова корродировать, притом усиленно, начинает железо, так как олово имеет более положительный потенциал. Другая возможность защитить металл от коррозии — применение защитного электрода с большим отрицательным потенциалом, например, из цинка или магния. Для этого специально создаётся коррозионный элемент. Защищаемый металл выступает в роли катода, и этот вид защиты называют катодной защитой. Растворяемый электрод, называют, соответственно, анодом протекторной защиты. Этот метод применяют для защиты от коррозии морских судов, мостов, котельных установок, расположенных под землей труб. Для защиты корпуса судна на наружную сторону корпуса крепят цинковые пластинки.

Если сравнить потенциалы цинка и магния с железом, они имеют более отрицательные потенциалы. Но тем не менее корродируют они медленнее вследствие образования на поверхности защитной оксидной плёнки, которая защищает металл от дальнейшей коррозии. Образование такой плёнки называют пассивацией металла. У алюминия её усиливают анодным окислением (анодирование). При добавлении небольшого количества хрома в сталь на поверхности металла образуется оксидная плёнка. Содержание хрома в нержавеющей стали — более 12 процентов.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector