Ремонт квартиры

Коррозия металла и защита от коррозии

Термин коррозия (лат. Corrosio — devouring) означает разрушение материалов, вызванное воздействием окружающей среды. Коррозионные процессы могут иметь характер химических или электрохимических реакций, а также физических процессов (плавления и других фазовых превращений, радиационного воздействия) или микробиологических (повреждения, вызванные действием микроорганизмов). Коррозию также называют разрушением под воздействием трения (истирания) и водородного охрупчивания металлов (другими словами: водородная болезнь, потребление водорода металлами) — процесс физического или одновременно физического и химического разрушения структуры металла, через который диффундирует атомарный водород.

Хотя явление коррозии также влияет на другие материалы, такие как бетон, железобетон, камни, стекло и пластмассы, оно обычно связано главным образом с разрушением металлов. Не случайно, потому что именно коррозия железных сплавов является самой большой практической проблемой и наносит наибольшие потери — как прямые, связанные со стоимостью поврежденных материалов и защитой конструкций, так и косвенные, связанные с воздействием жизни и здоровья человека (коррозия конструкции строительных элементов, мостов, транспортных средств. ) и угроза окружающей среде (выбросы опасных веществ в воду и почву, поэтому защитите своё имущество от коррозии на https://www.eurokraski.ru..

Коррозионные явления можно разделить на различные типы коррозии в зависимости от характера повреждения (общая (даже) коррозия, локальная коррозия, точечная коррозия и т. Д.), Окружающей среды (например, атмосферная, водная, биохимическая коррозия) и типа получаемых продуктов (ржавчина, образование тусклого грунта, образование масштаб, образование патины). Однако основное разделение коррозионных явлений связано с механизмом реакции, и в соответствии с этим критерием различают химическую и электрохимическую коррозию .

Химическая коррозия

Химическая коррозия — это прямая реакция металла с окружающей средой без изменения электрического заряда. Это происходит в среде сухих газов (прежде всего с участием кислорода, но также и галогенов, сероводорода и паров серы, брома, йода) и в непроводящих жидкостях.

Окисление имеет наибольшее значение среди элементарных процессов химической коррозии . Механизм окисления состоит из адсорбции молекулярного кислорода (процесс связывания молекул, атомов или ионов на границе раздела физических фаз), затем диссоциации частиц на атомы или ионы и химической реакции атомарного кислорода с металлом, что приводит к образованию оксидного слоя на границе раздела металл / среда:

x Me + yO 2 => Me x O 2y

В начальный период окисление ограничивается скоростью реакции. Позже — скорость диффузии в сформированном оксидном слое ионов металлов (мигрирующих к границе оксид / атмосфера) или ионов кислорода (мигрирующих к границе оксид / металл) и электронов (мигрирующих к границе оксид / атмосфера).

Рис. 2 Золотой самородок

Скорость диффузии и, следовательно, скорость процесса коррозии и степень повреждения зависят в основном от температуры, но в первую очередь от свойств оксидов (или других соединений, если агрессивным фактором является другой газ), образующихся на поверхности металла.

Драгоценные металлы (Pt, Ir, Os, Pd, Ru, Au, Ag) благодаря своей прочности не образуют оксидов ни при каких условиях и не подвержены коррозии. Точно так же они встречаются в природе в несвязанном состоянии [фото 2].

На таких металлах, как W, Mo, Zr, Nb, образуется тонкий оксидный слой, который быстро сублимируется, открывая поверхность, готовую к дальнейшему окислению.

Рис 3. Китайская монета первого века, покрытая патиной

С другой стороны, металлы, такие как Fe, Mg, Cu, Zn, очень легко окисляются, образуя толстый, но протекающий слой продуктов коррозии, и поэтому не устойчивы к коррозии в большинстве сред, упомянутых выше (однако оксиды меди и цинка быстро становятся постоянными) и плотные гидроксиды, образующие слой патины, защищающей металл (фото 3).

Наконец, группа металлов, таких как Ti, Ni, Cr и Al, образует очень тонкие, но плотные и плотно прилегающие к слоям пленки подложки, тем самым защищая поверхность металла от дальнейшего повреждения. Это состояние поверхности металла называется пассивным состоянием, а процесс формирования оксидного слоя называется пассивацией .

Электрохимическая коррозия

Электрохимическая коррозия, которая является наиболее распространенным типом коррозии, связана с потоком электрических зарядов через поверхность раздела. Встречается в электропроводящих средах, таких как вода, земля, влажные газы, содержащие электролиты.

Коррозионные процессы происходят из-за разности потенциалов на поверхности агрессивного металла. В этой ситуации образуются коррозийные ячейки, в которых участки с более низким потенциалом становятся анодами (происходит окисление металла), а участки с более высоким потенциалом — катодами (восстановление так называемого деполяризатора, обычно ионов водорода или кислорода). При равномерной коррозии металла на его поверхности обе реакции происходят параллельно.

Растворение металла, переходящего в форме ионов в электролит

Я ко мне н + + нэ

высвобождает поток электронов, которые текут в металле, в области катода и восстанавливают там ионы электролита:

2 O + ½ O 2 + от 2 до 2 OH ¯

lub 2 H + + 2e до H 2 ↑

Конечно, даже растворение поверхности металла в растворе будет возможно только в металлах с самой высокой степенью гомогенности. В реальных металлах и сплавах из-за неоднородных свойств поверхностного слоя (границ зерен, дефектов кристаллической структуры, неметаллических включений) мы никогда не имеем дело с таким ходом процесса коррозии.

Коррозия железных сплавов в различных средах

Рис. 4 Эффекты электрохимической коррозии

Чистое железо, которое корродирует относительно медленно, не используется в качестве строительного материала . Напротив, железные сплавы (различные сорта стали и чугуна) содержат добавку углерода, например, в виде кристаллов графита или цементита Fe 3 C, которые в присутствии электролита (вода вместе с растворенными газами и солями) образуют коррозийные ячейки с железом. При электрохимическом механизме коррозии нелегированных сталей фактором, ограничивающим развитие коррозии в воздухе, является степень ее влажности, в воде — перенос кислорода и в почве — либо перенос кислорода, либо уровень влажности, в зависимости от текущих условий.

В чистом сухом воздухе при температуре окружающей среды коррозия полированной нелегированной стали незначительна из-за образования тонкого защитного слоя на поверхности, в основном состоящей из Fe 2 O 3 . В условиях контакта стали с влагой — практически всегда присутствующей в атмосфере — происходит электрохимическая коррозия. Первым продуктом реакции является гидроксид двухвалентного железа, который в результате дальнейших реакций с паром и кислородом образует ряд гидратированных гидроксидов железа, а затем слабо связывается с субстратом, проницаемым слоем красно-коричневой ржавчины, состоящим в основном из смеси разновидностей гидрированного оксида железа Fe 2 O 3 · H 2 ОКОЛО.

Коррозия голой стали в нормальной атмосфере зависит, помимо влажности, от степени загрязнения воздуха и его температуры. Ржавчина в чистом воздухе при относительной влажности менее 100% практически незаметна, но она быстро увеличивается уже при наличии следовых количеств примесей, особенно двуокиси серы. В прибрежных районах процессы коррозии могут быть значительно ускорены из-за присутствия хлоридов в воздухе. Пыль также является важной составляющей загрязнения, поскольку гигроскопические свойства частиц пыли способствуют удержанию влаги на стали.

Природные или промышленные воды в большинстве случаев являются хорошими электролитами и создают благоприятные условия для процессов коррозии (особенно соленых или кислых вод). Наиболее важными факторами, определяющими агрессивную агрессивность водной среды, являются тип и количество растворенных твердых веществ, значение pH, жесткость воды, содержание CO 2 и кислорода и наличие органических веществ. Потери коррозии могут быть значительно увеличены как неодушевленными органическими веществами (например, подкисляющей торф водой), так и живыми организмами (бактериями), стимулирующими химические реакции на поверхности стали, погруженной в воду.

Коррозия железных сплавов в почве определенно электрохимическая. Его скорость зависит от многих факторов, в том числе тип и однородность почвы, количество кислорода, изменчивость влажности и уровня воды, наличие паразитных течений. Сухие песчаные и известковые почвы менее агрессивны, демонстрируют высокое электрическое сопротивление, а наиболее агрессивные — соленые, тяжелые суглинистые почвы в районах с высоким уровнем грунтовых вод. Бактерии также играют важную роль, стимулируя химические реакции (например, уменьшение содержания сульфата в гипсе), в результате чего выделяется кислород, вызывая ржавчину подземных сооружений.

Защита металла от коррозии

В большинстве материалов коррозии нельзя полностью избежать, поэтому на практике ее не столько предотвратить, сколько минимизируют последствия коррозионного повреждения. Драгоценные металлы, которые встречаются в природе в несвязанном виде, не требуют защиты от коррозии, в то время как защита других материалов сводится к замедлению этого процесса путем:

  1. Соответствующий выбор материалов с сопротивлением, соответствующим ожидаемым опасностям коррозии и избеганию соединений материалов с большой разницей потенциалов электродов, ускоряет процессы коррозии.
  2. Снижение агрессивности агрессивной среды, заключающееся в удалении агрессивных компонентов (путем их осаждения или нейтрализации) или введения факторов пассивации (например, добавление ингибиторов коррозии к электролиту: хроматы, арсенаты, селенаты).
  3. Использование неметаллических или металлических защитных покрытий, защищающих металл от доступа в окружающую среду. Металлические покрытия используют легко пассивирующие металлы (Cr, Ni, Al, кислотостойкая сталь) или образующие защитные слои продуктов коррозии (Cu, Zn, Sn, Cd). Они наносятся погружением в жидкий металл, гальваническим или металлическим покрытием. Неметаллические покрытия включают, например, краски, лаки, эмали, пластики. Здесь очень важно тщательно подготовить поверхность для достижения хорошей адгезии и долговечности нанесенного слоя.
  4. Использование так называемого жертвенная защита там, где невозможно закрепить всю поверхность конструкции металлическим покрытием. Кусок металла, более активный, чем железо (обычно сплав Al-Mg-Zn), прикреплен к элементу, подверженному разрушению (например, корпус судна [Фото 5]), который является анодом компактного звена.
  5. Катодная защита, состоящая в снижении электродного потенциала металла или сплава (ослабление его склонности к переходу в раствор) путем подключения источника отрицательного напряжения 1-2 В. К полюсной структуре. Этот метод используется для защиты конструкций, утопленных в земле (например, трубопроводов) ), резервуары для воды, затворные ворота, крышки воздуховодов, элементы промышленных конструкций.

Резюме

Коррозия является распространенным явлением и затрагивает различные типы материалов, но самой большой практической проблемой, которая вызывает наибольшие потери, является коррозия железных сплавов. Коррозионные процессы могут иметь характер химических, электрохимических или физических процессов. Основное разделение коррозионных явлений связано с механизмом реакции; согласно этому критерию происходит химическая коррозия (состоящая из прямой реакции металла с окружающей средой без изменения электрического заряда) и электрохимическая (связанная с протеканием электрического заряда через границу раздела).

В большинстве материалов коррозии нельзя полностью избежать, поэтому на практике ее не столько предотвратить, сколько минимизируют последствия коррозионного повреждения. Драгоценные металлы, которые встречаются в природе в несвязанном виде, не требуют защиты от коррозии, в то время как защита других материалов сводится к замедлению этого процесса, включая путем соответствующего выбора материалов, изменения характеристик окружающей среды, использования защитных покрытий или жертвенная защита.