Основы теории коррозии металлов и способы защиты от нее

Коррозия (от позднелатинского corrōsiōn «грызть, жевать») представляет собой постепенно развивающийся процесс поверхностного повреждения металлов, обладающих способностью активно реагировать с кислородом. Один из наглядных примеров этого явления – коррозия металла из-за образования оксида железа Fe2O3 или ржавчины. Характерно, что два остальных окисла железа – закись FeO и закись-окись Fe3O4 — обладают значительно меньшей корродирующей способностью, причём Fe3O4 при некоторых условиях может даже играть роль твёрдой смазки.

Теория коррозии предполагает, что для начала разрушения металла необходимо наличие четырёх основных компонентов:

1. Катода.
2. Анода.
3. Электрического соединения, которое существует между катодом и анодом.
4. Электролита или любой другой токопроводящей среды, облегчающей направленное перемещение ионов.

Обычное образование ржавчины на стали можно рассматривать как электрическую батарейку. Когда атомы металлов подвергаются воздействию окружающей среды, которая содержит кислород, металл производит электроны. Это действие можно локально ограничить, чтобы создать трещину или микроуглубление. С развитием процесса коррозия распространяется на прилегающую территорию, что приведет к общему ухудшению состояния поверхности. Ограниченная (точечная) коррозия способна вызвать усталость металла – снижение его прочностных характеристик, а имеющиеся коррозионные агенты, например, морская вода, могут привести к прогрессирующему росту трещины.

Теория коррозии утверждает также, что интенсификации поверхностного разрушения металла способствуют микроструктурные изменения, возникающие при повышенных температурах, в частности, при сварке. Это объясняется повышенными значениями энергии активации, из-за чего количество ионов, проводящих электрический ток, лавинообразно возрастает.

Определение коррозии

Коррозия — это постепенное разрушение объектов, обычно металлов, вызванное активной окружающей средой-электролитом и химической реакцией окисления.

Суть коррозионного процесса – наличие постоянно действующей анодной реакции. Она вызывается за счёт растворения металла, который генерирует электроны. Часть энергии активации дополнительно расходуется на другой процесс, называемый катодной реакцией. Эти два процесса уравновешивают произведенные заряды. Зоны, вызывающие эти процессы, могут быть расположены близко или далеко друг от друга, в зависимости от ситуации.

Электроны, генерируемые в процессе, должны потребляться посредством катодной реакции. Ионы водорода и электроны вступают в реакцию с образованием атомарного, а затем и газообразного водорода. Однако водород является сильнейшим восстановителем, поэтому дальнейшую коррозию можно предотвратить, создав на поверхности металла тонкую газовую плёнку. Она служит поляризатором, уменьшающим контакт металла с водой и уменьшающим коррозию. Таким образом, всё, что разрушает барьерную плёнку, увеличивает скорость коррозии.

Основными факторами, определяющими интенсивность процесса, являются:

• Скорость;
• Температура;
• Уровень возникающих механических и термических напряжений;
• Характер протекающих химических реакций.

Коррозия сдерживает внедрение в производство новых металлических материалов и причиняет значительный ущерб экономике.

Прямые и косвенные проблемы, связанные с коррозией металла

Основная беда коррозии – постепенное разрушение корродировавших частей конструкций и изделий. При этом степень повреждение по внешнему виду можно оценить не всегда, и потеря прочности становится неожиданной и критичной.

Особенно сильно действует межкристаллическая, то есть проходящая по границам кристаллов, коррозия. Внешне процесс может быть совершенно незаметен, в то время как уровень потери прочности достигает уже 50…60%.

Наименьшее воздействие на прочностные свойства изделий оказывает поверхностное разрушение.

На фото показана часть конструкций башни Шухова в Москве. Поверхностное ржавление существенно снизило конструктивную прочность, но не привело к разрушению сооружения (пока)

Оценить уровень потерь от коррозии металла крайне сложно. Дело даже не в непосредственных убытках от разрушения корродировавших деталей или конструкций, а в простоях техники и сооружений и нарушениях их работоспособности в целом, связанных с коррозионным разрушением отдельных элементов.

Виды коррозии металлов

Классификация всех коррозионных явлений может быть произведена по следующим параметрам:

• По степени равномерности. Различают поверхностную коррозию, которая равномерно уменьшает толщину поверхности, и неравномерную коррозию – точечную или язвенную;
• По интенсивности воздействия на металл. Например, избирательная коррозия разрушает только определённые структурные составляющие, а контактная воздействует на менее коррозионно стойкие («неблагородные») составляющие пар трения;
• При межкристаллитной коррозии разрушение происходит по границам зёрен и распространяется вглубь металла.
• Фреттинг-коррозия, когда два контактирующих между собой тела совершают относительно друг друга колебательные движения малой амплитуды (не более 100 мкм).

При одновременном воздействии растягивающих напряжений и агрессивной среды наблюдается коррозионное растрескивание межкристаллитного или транскристаллитного характера, а при наложении знакопеременных напряжений начинается коррозионно-усталостное разрушение. Защита металлов от коррозии, таким образом, предполагает также и одновременное уменьшение износа деталей.

Далее рассматриваются основные явления, которые происходят в повреждающихся зонах при различных видах коррозии.

Как провести обработку своими руками?

Существуют различные способы защиты металла от коррозии, которые можно применять в домашних условиях. Для них не требуется применение дорогого оборудования и мощных химических составов.

Подготовка к обработке металла

Защитные краски

Краски, которые используются для защиты металлов, можно разделить на несколько видов:

• эпоксидные;
• алкидные;
• акриловые.

У лакокрасочных материалов есть ряд преимуществ:

• защитные составы быстро высыхают;
• для нанесения не нужно обладать дополнительными навыками;
• покрытие изменяет цвет металла;
• долговечность.

Мастера в частных мастерских используют серебрянку. После нанесения она образует надёжный слой окиси алюминия. Эпоксидные смеси подходят для деталей, которые будут использоваться при высоких нагрузках.

Стандартная схема антикоррозийной обработки

Защита металлоконструкций от коррозии — это технологический процесс, который требует соблюдения этапов работы. Наносится защитный слой после финишной обработки металла. Этапы нанесения защиты:

• обрабатываемая поверхность очищается от ржавчины, грязи, налёта;
• после очистки заготовка обезжиривается;
• когда обезжиривание закончено, наносится слой грунта;
• после высыхания грунта наносится два слоя защитного состава.

При проведении работ нужно пользоваться защитными очками, респиратором и перчатками.

Нормы и правила СНиП

На государственных предприятиях защита от коррозии считается важнейшим моментом, который утверждается официальным документом СНиП 2.03.11 — 85. В нём указываются такие методы защиты металла:

• покрытие лакокрасочными материалами;
• пропитка заготовки антикоррозийным составом;
• оклейка специальными плёнками.

В документе указывается какие методы можно использовать в определённых средах. При самостоятельной антикоррозийной обработке нужно учитывать правила и рекомендации из официального документа.

Антикоррозийная обработка применяется для защиты металлических изделий и продления их долговечности. При выборе защитного раствора нужно учитывать сферу эксплуатации детали.

Химическая

Химическая коррозия относится к постепенному разрушению поверхности металла из-за реакции поверхности с веществами во внешней среде. Она происходит в результате окисления металла кислотами с образованием оксидов.

Высокотемпературный вариант заключается в воздействии на металл сухих газов. Все металлы в сухом воздухе покрыты очень тонким (2…10 мкм) слоем оксидов. Этот слой образуется при очень высоких температурах, когда реакция с кислородом воздуха идёт без каких-либо ограничений. При комнатной температуре реакция останавливается, поскольку оксидная плёнка становится слишком тонкой. В случае, например, с алюминием, такая плёнка, состоящая из оксида Al2O3,эффективно защищает поверхность алюминиевой посуды, поскольку коррозионная стойкость чистого алюминия невысока.

Химическая коррозия начинается в месте, где металл находится под давлением и изолирован от циркуляции воздуха. Это побуждает ионы металлов растворяться во влажной среде, что в конечном итоге ускоряет реакцию между ними и водой. В результате реакции образуются водные оксиды (известные при взаимодействии с железом как ржавчина) и свободные ионы.

Виды

Коррозионные процессы классифицируются зависимо от разных критериев. Основные из них — цвет, механизм образования ржавчины, тип агрессивной среды, характер разрушения.

По цвету

Зависимо от цвета бывают разные виды ржавчины. Она может быть черной, желтой, коричневой, красной. Оттенок зависит от химической формулы образовавшегося вещества.

Ржавый металл

Желтая

Химическая формула желтой ржавчины — FeO(OH)H2O. Она появляется под воздействием высокой влажности, в среде с малым количеством кислорода. Подобный вид ржавчины можно увидеть под водой.

Коричневая

Химическая формула коричневой ржавчины — Fe2O3. Встречается крайне редко, появляется без воздействия влаги.

Красная

Химическая формула красной ржавчины — Fe2O3•H2O. Образуется при одновременном воздействием воды и кислорода. Встречается чаще других видов. Разрушительный процесс протекает равномерно, постепенно распространяется на всю поверхность.

Черная

Химическая формула — Fe3O4. Появляется без воздействия влаги, в среде с малым количеством кислорода. Часто используется для создания сверхпроводников, поскольку является ферромагнетиком.

По механизму протекания

Виды:

• химическая;
• электромеханическая.

Процессы отличаются по механизму разрушения материала.

Химическая

Процесс разрушения металла, провоцирующий распад металлических связей, развитие химических реакций между атомами материала. Элементы, которые взаимодействуют между собой, пространственно не разделяются. Скорость разрушения детали зависит от скорости протекания химической реакции.

Электрохимическая

Данный процесс разрушения металлических деталей протекает в среде электролитов и сочетается с возникновением тока.

Ржавый корабль

По типу агрессивной среды

Виды:

1. Атмосферная.
2. Газовая.
3. Радиационная.
4. Подземная.
5. Контактная.
6. Биокоррозия.
7. Коррозия током.
8. Коррозийная кавитация.
9. Коррозия под напряжением.
10. Фреттинг-коррозия.

Атмосферная

Естественный процесс разрушения. Может протекать в воздушной или газовой атмосфере. Важное условие — повышенный уровень влажности. Чем он выше, тем быстрее разрушится материал.

Газовая

Процесс разрушения металлических деталей, который протекает в условиях газовой среды. Отличается низким уровнем влажности. Процесс образования ржавчины ускоряется при повышении температуры.

Радиационная

Возникает при интенсивном воздействии радиационного излучения. У сплавов высокой плотности протекает медленно.

Подземная

Если металлическая деталь какое-то время полежит под землей, можно заметить на ее поверхностях зеленый налет или другие цветовые искажения. Это следствие окислительный процессов, которые протекают в разных видах грунта.

Контактная

Быстро появляется в местах, где два разных металла соприкасаются друг с другом. Это обуславливается разницей стационарного потенциала в электролите.

Биокоррозия

Процесс разрушения металлических деталей, который обуславливается воздействием разных микроорганизмов, продуктов их жизнедеятельности.

Ржавые обломки судов

Коррозия током

Может происходить при воздействии блуждающего или внешнего тока. Скорость распространения ржавчины зависит от силы тока, длительности, периодичности его воздействия на металлические детали.

Коррозийная кавитация

Один из многочисленных процессов саморазрушения разных видов металлов. Он запускается при воздействии внешней среды, механического повреждении.

Коррозия под напряжением

Процесс разрушения сплавов, который происходит при взаимодействии механического напряжения с коррозийно-активной средой. Этот вид коррозии опасен для металлоконструкций, которые подвержены большим нагрузкам.

Фреттинг-коррозия

Сложный коррозионный процесс, который протекает под воздействием коррозийной среды с различными вибрациями. Чтобы не допустить образования ржавчины, важно снизить коэффициент трения металлических деталей.

По характеру разрушения

Виды:

• сплошная;
• избирательная;
• местная;
• подповерхностная;
• межкристаллическая;
• щелевая.

Они отличаются локализацией, степенью углубления в материал, тяжестью разрушения.

Сплошная

При таком коррозионном процессе ржавчиной покрываются все металлические поверхности. Она может быть равномерной или неравномерной, зависимо от скорости разрушения материала в разных местах детали.

Избирательная

Подобный процесс затрагивает один из элементов металлоконструкции, который не имеет антикоррозийного покрытия, затормаживающего процесс разрушения.

Ржавый автомобиль (Фото: pixabay.com)

Местная

Пятна ржавчины разбросаны по металлической поверхности. Они представляют собой углубления разного размера, одна часть которых могут быть поверхностными, другие сквозными.

Подповерхностная

Появляется под металлическими поверхностями. Она быстро проникает вглубь материала. Данный вид коррозионных процессов характеризуется расслоением металла.

Межкристаллическая

Начинает появляться по границам отдельных зерен материала. Ее крайне сложно выявить по внешнему виду. Быстро ухудшаются показатели плотности, прочности, пластичности. Детали становятся хрупкими.

Щелевая

Образуется на местах соединения двух металлических деталей. Может появляться в технологических зазорах, под техническими прокладками.

Электрохимическая

Для моделирования процесса необходимо рассмотреть железную пластину, покрытую любым электропроводящим покрытием, например, оксидной окалиной, которая образовалась во время высокотемпературной обработки. При погружении пластины в раствор хлорида натрия, обнаруживается, что, если повредить целостность окалины, в этом месте ржавление железа пойдёт значительно быстрее. Электрохимическая коррозия наиболее достоверно объясняет ржавление железа в аэробных условиях.

Теория электрохимической коррозии предполагает наличие дополнительных химических реакций:

• Fe → Fe ++ + 2e−, — анодная реакция;
• 2e− + O + H2O → 2OH− — катодная реакция.

Когда ионы металла растворяются, их заряд уравновешивается ионами хлорида, которые мигрируют в область атаки, притягиваясь образующимися ионами положительного заряда. Хлорид железа растворяется в воде, но это не создаёт препятствий для дальнейшей коррозии, поскольку раствор хлорида железа вследствие гидролиза очень кислый. По мере того, как ионы Fe ++ удаляются из этого места, они сталкиваются с гидроксильными ионами, которые либо присутствуют в воде естественным образом, либо образуются в результате катодной реакции. Результатом является образование и осаждение гидроксида железа Fe (OH)2. Далее, в присутствии растворённого кислорода, он быстро окисляется до оксигидроксида железа FeOOH.

Таким образом, при электрохимической коррозии происходят три реакции, причём в трёх разных местах. Анодная происходит в зонах потери металла, катодная – там, где растворённый в воде кислород может принимать электроны, а сама твёрдая окалина формируется в местах механических повреждений на поверхности изделия.

В последнее время выделяют ещё один вид коррозии – механохимическую, которая происходит в результате динамического взаимодействия контактирующих элементов окружающей среды в условиях высоких контактных давлений.

Защита металлических материалов от коррозии в нейтральных аэрируемых средах

Применение устойчивых металлов и сплавов

• с повышенной термодинамической устойчивостью, например медь и сплавы на ее основе (латуни и бронзы), являющиеся достаточно устойчивыми в морской воде (jCu= + 0,35B
  ), медь применяют как в виде чистого металла, так и в виде сплавов с другими металлами – с цинком (латунь), цинком и алюминием, оловом или никелем (специальные латуни), оловом (оловянная бронза), алюминием (алюминиевая бронза), никелем (медно-никелевый сплав), медь широко используется как материал для арматуры водопроводных линий и отопительных систем;
• склонные к пассивированию: алюминий (j0Al= — 1,67B
  ) и его сплавы (AlMn1, AlMn1Mg1, AlMgSi, AlZn5Mg1, AlZnMgCu и др.) пассивирующиеся в кислородосодержащих средах с образованием оксидной пленки из
  Al2O3
  или
  Al2O3∙H2O
  (устойчив в средах с
  pH= 3-9
  ); коррозионная устойчивость чистого алюминия понижается при наличии в нем катодных или анодных включений; титан
  (jTi= — 1,63B
  ) и его сплавы, обладающие склонностью к переходу в пассивное состояние в нейтральных и окислительных средах, например в морской воде; легирование титана компонентами, повышающими анодную пассивируемость (Mo, Ta, Nb, Zr, Cr) или катодными добавками (Pd, Pt, Ru, Re), облегчающими переход в пассивное состояние, позволяет получать сплавы с высокой коррозионной устойчивостью не только в нейтральных средах, но и в растворахкислот; никель
  (jNi= — 0,25B)
  и его сплавы с медью, молибденом и хромом которые в сильноокислительных средах пассивируются; эти сплавы устойчивы в щелочах различных концентраций, в растворах многих солей, в атмосфере и в природных водах; высокие прочностные и коррозионные свойства имеют сплавы никеля с медью – монели, содержащие около 30 % меди и 3…3 % марганца, алюминия, железа;
• покрывающиеся защитными пленками вторичных, труднорастворимых продуктов коррозии (ZnвH2O,Pb
  в сульфатных растворах).

Удаление из электролита деполяризатора-кислорода (деаэрация электролита, обескислороживание

Деаэрирование применяют для удаления из воды растворенного кислорода.

Различают:

• термическое деаэрирование, при котором воду оборабатывыают паром в отдельном агрегате; в основе метода лежит тот факт, что растворимость кислорода падает с ростом температуры;
• химическое деаэрирование, при котором растворенный в воде кислород удаляется посредством реакции с сульфитом натрия (Na2SO3) или гидразином (N2H4) по следующим уравнениям:

Введение в электролит различных добавок, замедляющих течение коррозии

В одном случае это – торможение анодного процесса за счет введения в электролит веществ – пассиваторов (K2CrO4
,NaNo2
и др.). Кроме того, используются вещества – ингибиторы коррозии (ИК).

Они замедляют коррозию металлов в определенной коррозионной среде и придают им защитную способность при введении в вещества или материалы.

Различают ингибиторы кислотной коррозии, растворов щелочей, неводных сред (бензин, нефть и другие), нейтральных сред и атмосферной коррозии.

В качестве ингибиторов коррозии для нейтральных сред применяют, в частности анодные ингибиторы, влияющие на анодную реакцию.

Некоторые анодные ингибиторы, например хромат-ионы (CrO42-)

и нитрит-ионы
(NO2—)
, а в присутствии воздуха фосфаты и молибдаты, действуют, вызывая образование защитного (пассивного) оксидного слоя на поверхности стали.

Но, если концентрация ингибитора слишком мала, в оксидном слое могут возникать поры и дефекты, где может наблюдаться ускоренная коррозия. Поэтому такие ингибиторы называют «опасными ингибиторами».

Создание на поверхности металлических материалов защитных покрытий:

Металлических (Zn-,Cd-,Ni-,Pb

— покрытия на поверхности стальных изделий);

По способу защитного действия металлические покрытия делятся на катодные и анодные.

Катодные покрытия из Pb,Cu,Ni

созданные на поверхности стальных изделий защищают последние чисто механически, т.к. величина их электродного потенциала
(jп)
больше, чем у стали
(jп>jFe)
. Поэтому главное, предъявляемое к ним требование — их беспористость.

Анодные покрытия из Zn
,Cd
, ввиду того, что
jп<jFe
, защищают изделие не только механически, но главным образом электрохимически, участвуя в анодном процессе вместо защищаемого стального изделия.

Основной метод создания металлических покрытий – гальванический. В последние годы широкое распространение получают методы напыления – плазменное, газофазное, термодиффузионное и др.

Неметаллических неорганических;

1. К неметаллическим неорганическим покрытиям относятся оксидные и фосфатные.
2. Оксидные покрытия создаются способом оксидирования – создание на поверхности защищаемого металлического изделия оксидной пленки, возникающей в процессе анодного растворения поверхности защищаемого металла.

Например, оксидирование алюминия сводится к реакции вида:

2Al
+ 3H20 =Al2O3+ 3H2­.

Оксидирование черных металлов – воронение. Его проводят химическим, термохимическим и электрохимическим способами. На железе и его сплавах образуется пленка магнитного оксида железа Fe3O4 . Ее стойкость невелика, поэтому она выполняет, в основном, декоративные функции.

Фосфатные покрытия создаются в процессе фосфатирования – обработки стальных и алюминиевых изделий в горячем растворе фосфорнокислых солей Fe,Zn .

При этом на поверхности стального изделия образуется пленка труднорастворимых фосфатов (FeHPO4 или Fe3(PO4)2). Пленка пористая и хорошо “впитывает” масло и краску, надежно защищая сталь от коррозии. Фосфатированию главным образом подвергают сталь.

Различают несколько вариантов процесса: чаще всего применяют цинковое фосфатирование, железное фосфатирование или натрийамонийное ; существует также марганцевое фосфатирование.

При цинковом фосфатировании стальная поверхность обрабатывается в ванне, содержащей Н3РО4 ,кислый фосфат, ионы цинка и некоторые добавки, например фториды, ионы никеля и органических соединений.

При обработке происходит окисление и некоторое растворение железа с поверхности, а вблизи нее незначительно повышается рН. В результате на поверхности осаждаются труднорастворимые железо-цинковые или цинковые фосфаты. Масса покрытия в зависимости от условий, колеблется от 0,2 до 30 г/см3.

Само по себе фосфатное покрытие слабо защищает от коррозии, но в сочетании с последующей пропиткой маслом дает хорошую защиту, так как пористое покрытие может поглощать значительное количество масла. Метод применяется для защиты оружия, перфораторов и некоторых деталей машин.

Комбинация фосфатирования с противокоррозионным окрашиванием широко применяется для изделий из холоднокатаных стальных листов, например кузовов автомобилей.

Железное или натрийаммонийное фосфатирование применяется только для сталей. Его проводят в ванне, содержащей натрийдигидрофосфат (NaH2PO4) или аммонийдигидрофосфат (NH4H2PO4) при рН = 4,0…5,5.

Образовавшееся покрытие состоит из фосфата железа (Fe3(PO4)2·8H2O), магнетита (Fe3O4) и некоторых железо-хромистых соединений – результат заключительной промывки раствором, содержащим хромовую кислоту – H2CrO4 и ионы Cr3+.

Оно имеет массу от 0,2 до 1,0 г/м2 и в зависимости от условий может быть желто-зеленым, фиолетовым, синим или серым.

Железное фосфатирование проводят как подготовку под окрашивание для улучшения адгезии лакокрасочного слоя к основе. Метод применим для конструкций из листового металла, например, для бытовых машин.

Методы защиты от коррозии

Ржавчина и другие коррозионные проявления могут приводить к проблемам с безопасностью, нарушать целостность производственного оборудования и расходных материалов. Даже плановое техническое обслуживание по удалению и устранению ржавчины увеличивает эксплуатационные затрат. Отработано ряд способов, используя которые, можно минимизировать коррозию.

Металлические покрытия

Эти методы предотвращения коррозии заключаются в погружении стали в расплав металла, электрический потенциал которого меньше, чем железа (чем больше разница, тем эффективнее покрытие).

Практическое применение находят гальванические покрытия цинком или оловом, а также диффузионные покрытия никелем, хромом, кремнием или алюминием. По сравнению с другими методами защиты от коррозии гальванизация известна более низкими начальными затратами, устойчивостью и универсальностью.

Поскольку расход металла-протектора довольно велик, преимущество получают технологии, отличающиеся экономичностью используемых компонентов и прочностью создаваемых покрытий. Первым в этом списке находится цинкование. Железо в стали вступает в реакцию с цинком, образуя прочное покрытие из сплава, которое служит защитой.

Технология защиты стали от возникновения и развития коррозии

Оптимальным вариантом для исключения коррозии является использование при строительстве и монтаже специальных марок стали, неподверженных окислению. В противном случае от собственника металлоконструкций потребуется обеспечить своевременную защиту стали от окисления. Возможными вариантами подобного подхода являются:

• поверхностная обработка металла специальными составами, устойчивыми к атмосферным воздействиям;
• металлизация конструкций, также выполняемая поверхностным методом;
• легирование стали специальными составами, особенностью которых является устойчивость к окислительным процессам;
• непосредственное воздействие на окружающую химическую среду с целью изменения ее состава.

Каждая из указанных методик имеет свои достоинства и условия использования. Выбор способа зависит от текущего состояния стальной конструкции, интенсивности развития коррозии, условий эксплуатации металлических изделий.

Поверхностная обработка металла

Самым простым и наиболее распространенным способом является механическая обработка стали. Конструкция окрашивается эмалями и красками с высоким содержанием алюминия. В результате полностью перекрывается доступ окружающего воздуха к металлу. Простота и невысокая стоимость технологии являются ее основными достоинствами. К минусам можно отнести недолговечность покрытия и необходимость периодически его обновлять.

Химическая обработка металла

Отличным способом защиты стали от коррозии является ее обработка химическим способом. На поверхности создается тонкая и прочная пленка, наличие которой предотвращает проникновение к металлу влаги и других негативных сред. Технология применяется только с использованием специальных средств, а ее стоимость доступна не каждому собственнику металлоконструкций.

Металлизация и легирование

Нанесение слоя цинка, хрома, серебра или алюминия также является отличным способом обработки стали. Металлизация и легирование позволяет создать на поверхности стали дополнительный слой металла, устойчивого к воздействию окружающей среды. Способ обработки меняется в зависимости от используемого сплава, эффективность метода доказана на практике.

Изменение окружающей среды

Для многих металлоконструкций и изделий, работающих в замкнутом пространстве, гораздо выгоднее создать благоприятные условия. В таких случаях используется технология вакуумирования, в камеру закачивают различные по составу газы. В результате исключается контакт металла и окружающей среды, процессы коррозии полностью отсутствуют.

Каждая из указанных технологий имеет свой диапазон использования. При этом бороться с коррозией необходимо сразу после начала использования металлоконструкций. В противном случае окисление металла будет необратимым, изделие придется ремонтировать или полностью менять гораздо раньше требуемого срока эксплуатации.

Неметаллические покрытия

Один из самых простых способов предотвратить коррозию — использовать защитные покрытия из неметаллов — краски, пластика, воска или порошка. Порошки, включая эпоксидную смолу, нейлон и уретан, наносятся на металлическую поверхность и нагреваются до стадии расплавления, образуя тонкую плёнку.

Краска действует как покрытие, защищающее металлическую поверхность от электрохимического заряда, который исходит от коррозионно опасных соединений. Обычно используют комбинацию различных слоёв краски, которые выполняют разные функции. Грунтовка действует как ингибитор, промежуточный слой увеличивает общую толщину краски, а финишный слой обеспечивает устойчивость к факторам окружающей среды.

Самые распространенные способы борьбы с коррозией

Известно несколько способов покрытия металлических поверхностей, чтобы они не ржавели. Эти методы позволят надолго продлить срок использования предметов и деталей из железа. Одним из самых эффективных приемов считается обработка с помощью веществ на химической основе.

В эту категорию составов входят ингибиторы. Они наносятся на металл едва заметным тонким слоем. Благодаря такому покрытию изделие не будет ржаветь. Чаще всего подобные средства применяют в целях профилактики. Также, предотвратить коррозию помогут следующие способы:

• удаление ржавых мест на деталях механическим путем;
• использование средств на химической основе;
• применение антикоррозионных составов;
• народные рецепты.

Средства для обработки металлических поверхностей от ржавчины Источник a.d-cd.net
Более подробно о всех методиках по предотвращению появления ржавчины на металле рассказано ниже.

Очистка механическим путем

Используйте абразивную шкурку с крупнозернистой поверхностью или специальную щетку для работы по металлу, чтобы очистить железные детали от коррозии. Провести обработку можно мокрым или сухим методом. В последнем случае ржавчина соскабливается с помощью трения щетки или шкурки о металл.

Что касается мокрого способа, необходимо предварительно смочить поверхность деталей в керосине или уайт-спирите. На помощь придут и пескоструйный аппарат, шлифовальная машинка, болгарка или электродрель с металлической щеткой в виде насадки.

Очищение поверхности от коррозии можно применять только на не очень больших площадях металлических изделий. Наиболее оптимальным вариантом считается использование пескоструйного аппарата. Но его высокая цена может стать препятствием для домашнего мастера.

Механическая очистка используется на небольших металлических поверхностях Источник kraski-net.ru

Использование химических веществ

Если возник вопрос, чем покрыть металл от ржавчины, то в первую очередь специалисты рекомендуют обратиться к помощи химических средств. Известны два типа таких препаратов: преобразователи ржавчины и кислотные составы. Из последних самыми популярными считаются ортофосфорные. Они помогают очистить поверхность за считанные минуты. Использовать кислоту несложно, для этого снимите загрязнения с железной поверхности тряпкой, затем удалите влагу и нанесите средство на металл едва заметным слоем. Используйте кисть с силиконовой щетиной.

Оставьте кислотный состав на полчаса на поверхности. За это время произойдет реакция с поврежденным коррозией местом. Очистите металл влажной тряпкой, а затем сухой, до тех пор, пока не будут удалены все остатки ржавчины. Помните о технике безопасности при работе с антикоррозийными составами на основе кислоты. Используйте маску, специальные очки и перчатки для защиты дыхательных путей, глаз и кожи на руках. Очистители, в составе которых присутствует ортофосфорная кислота деликатно убирают следы коррозии с металлических деталей и при этом не дают появиться ей снова.

Используйте перчатки для защиты кожи от воздействия антикоррозионных средств Источник foods-ideas.com

Что касается преобразователей ржавчины, то ми покрывают всю площадь металлических деталей. Такой состав создает защиту, которая не даст появиться коррозии в будущем. Самыми популярными преобразователями сегодня считаются следующие:

• «Цинкор». Состав образует тонкий слой на металлических предметах. Кроме того, этот состав восстанавливает поверхность железных предметов.
• «ВСН-1». Служит нейтрализатором коррозии на маленьких участках. После нанесения превращается в пленку серого цвета, от которой легко избавиться с помощью сухой тряпки.
• «В-52». Этот уничтожитель коррозии удаляет ее с любых металлических поверхностей, не растекается во время использования, и при этом действует очень быстро.
• Berner. Этот модификатор ржавчины используется для гаек, болтов и других небольших деталей, которые не получается демонтировать из-за коррозии.
• «СФ-1». Можно применять на деталях из алюминия, цинка или чугуна. Убирает коррозию и не дает появиться ей снова. Производитель гарантирует, что после обработки этим средством можно забыть о появлении ржавчины на 8-10 лет.

Все перечисленные препараты экономично расходуются.

Модификатор ржавчины «Фосфомет» Источник prom.st

Смотрите также: Каталог компаний, что специализируются на лакокрасочных материалах и сопутствующих работах

Химические покрытия

Относятся к методам временной антикоррозионной защиты стали, например, во время пластического деформирования при повышенных температурах. Наибольшее распространение получили технологии фосфатирования и оксалатирования.

При фосфатировании поверхность покрывают сплошным слоем фосфатных солей железа и марганца, а при оксалатировании – водорастворимыми солями щавелевой кислоты. Фосфатирование используется для обработки нелегированных сталей, оксалатирование – легированных. Покрытие прочно сцепляется с поверхностью, способствуя снижению трения и уменьшению износа инструмента. После окончания штамповки покрытие удаляют.

Изменение состава технического металла и коррозионной среды

Заключается в специальном легировании стали элементами, повышающими её коррозионную стойкость. Если это возможно, то в механическую систему, которая работает в условиях повышенной температуры и влажности, вводят смазку, содержащую противокоррозионные компоненты (восстановители).

Элементом, который положительно влияет на коррозионную стойкость стали, является хром. Для реализации этого эффекта сталь должна содержать не менее 13% хрома. Каждые дополнительные 5% хрома обеспечивают еще лучшую коррозионную стойкость.

Никель — второй важный элемент для улучшения коррозионной стойкости стали, причём добавка никеля приводит также к стабилизации аустенита. Третьим важным элементом повышения коррозионной стойкости является молибден. Однако его добавки повышают коррозионную стойкость только нержавеющих сталей с достаточным содержанием хрома и никеля.

Электрохимическая защита

Процесс коррозии, которая возникает при контакте двух разных металлов, находящихся в электролите, можно остановить использованием системы катодной защиты. Для реализации метода активные центры на поверхности металла необходимо преобразовать в пассивные путем предоставления электронов из другого источника (обычно используют аноды, прикрепленные к поверхности). Металлы, используемые для анодов — алюминий, магний или цинк.

Катодная защита очень эффективна в бытовой технике, однако аноды необходимо часто проверять, что увеличивает расходы на техническое обслуживание.

Виды антикоррозионных покрытий. Часть 2. Металлические антикоррозионные покрытия.

Какими бы новыми ингредиентами не наделяли производители антикоррозийные краски и эмали, наиболее эффективными и долговечными способами защиты от коррозии давно признали нанесение других металлов. То есть, на поверхность металлической конструкции или изделия наносят тонкий слой другого металла, который коррозирует гораздо медленнее, принося себя в жертву борьбе с коррозией, тем самым защищая нужный металл.

Металлические антикоррозионные покрытия

Металлические защитные покрытия наносятся на поверхности металла для защиты от коррозии, придания твердости, электропроводности, износостойкости и в декоративных целях.

Защита от коррозии металлическими покрытиями осуществляется следующими способами:

• металлизация напылением — распыление на обрабатываемую поверхность расплавленного металла при помощи воздушной струи;
• горячий способ нанесения защитного покрытия — окунание изделия в ванну с расплавленным металлом;
• гальванический (электролитический) — осаждение металла или сплава из водных растворов их солей на поверхность изделия, постоянно пропуская через электролит электрический ток;
• плакирование (термомеханический) — нанесение на поверхность основного металла — другого, более устойчивого к агрессивной среде, применяя литье, совместную прокатку или деформированное плакирование (прессование, ковка);
• диффузионный — суть способа заключается в проникновении металлопокрытия в поверхностный слой основного металла под воздействием высокой температуры;
• холодный способ нанесения защитного покрытия – нанесение тем же способом, что и краски: кисти, валики, распыление, окунание.

По способу защиты металлические защитные покрытия разделяют на катодные и анодные. Это означает, что металлическое покрытие по отношению к защищаемому может выступать катодом или анодом.

Катодные покрытия в данном случае будет осуществлять только барьерную защиту по отношению к покрываемому металлу. А вот электрохимическую защиту от коррозии осуществляют только анодные покрытия. На поверхности защищаемого изделия, при наличии влаги в окружающей среде, образуются замкнутый гальванический элемент. Металл с более электроотрицательным электрохимическим потенциалом (покрытие) будет играть роль анода, при этом основание – роль катода.

Вследствие работы гальванического элемента металл, являющийся анодом, будет под воздействием окружающей среды постепенно разрушаться, этим самым защищая изделие. При защите от коррозии с помощью анодных покрытий важным аспектом можно считать то, что металлопокрытие будет защитным даже при наличии на нем пор и царапин.

Защита от коррозии катодными покрытиями осуществляется реже, так как катодное покрытие защищает изделие лишь механически. Катодное защитное покрытие имеет более положительный электродный потенциал. При этом основной металл изделия является анодом и при подводе к нему влаги начнется интенсивное его растворение. Именно поэтому катодное покрытие должно быть сплошным, без малейших признаков пор и, желательно, равномерное, относительно большой толщины.

Какой металл лучше использовать для защиты?

В разное время для защиты железа от коррозии применялись другие различные металлы: свинец, медь, алюминий, никель, хром и прочие. Защитное покрытие никелем и хромом защищало от коррозии и придавало металлам привлекательный, блестящий внешний вид. Однако, хоть защищаемые металлы и не ржавели в открытую, но имела место скрытая коррозия, которая развивалась скачками. К слову, именно так появилась нержавеющая сталь. К тому же, покрытие из этих металлов не всем доступно из-за цены.

Алюминий, также придавал металлам привлекательный вид, однако обладал не максимальной стойкостью к окружающей среде. Его до сих пор применяют во многих областях там, где коррозия не так вероятна, либо для финишного покрытия.

Олово или медь защищают от коррозии, но только в качестве катода. То есть создают барьер между защищаемым железом и окружающей средой. Но, если барьер будет нарушен вследствие механических повреждений или контакта с химикатами, то коррозия начнет развиваться с прежней скоростью.

Кадмий – достаточной стойкий к коррозии металл, но дефицитный и поэтому – не дешевый. Защита от коррозии с помощью кадмия активно применяется в микроэлектронике или там, где защиты требуется совсем немного. Например, в аккумуляторных батареях.

По множественным исследованиям, был выяснен металл, которой обладает отличной антикоррозийной защитой, выступает в качестве анода, то есть дает не только барьерную, но и электрохимическую защиту, к тому же обладает приемлемой ценой. Это цинк.

Именно цинковые покрытия являются самыми популярными в защите металлов от коррозии, потому, что самыми эффективными. Даже появился такой распространенный сегодня термин, как цинкование. Цинк сегодня наносится всеми вышеперечисленными способами: горячим, гальваническим, напылением, диффузионным, термомеханическим и, конечно, холодным.

Каждый из способов имеет свои плюсы и минусы.

Плюсы и минусы разных способов цинкования

Вид цинкования	Плюсы	Минусы
Горячее цинкование	Цинк проникает внутрь конструкций, защищает все труднодоступные места, металлы приобретают привлекательный внешний вид.	Не подходит для очень больших конструкций – не помещаются в ванну, необходима перевозка конструкции в место проведения процедуры оцинковки, за счет этого увеличивается стоимость.
Гальваническое цинкование	Стойкое, привлекательное защитное покрытие, размеры деталей остаются точными.	Подходит только для маленьких конструкций, после процедуры очень дорогая утилизация отходов, цену которой часто включают в стоимость процедуры цинкования.
Газо-термическое цинкование (напылением цинка)	Можно наносить на большие конструкции, просто наносить, можно на месте эксплуатации конструкции, без перевозки.	Много требований к подготовке процедуры, выполнению процесса и недопущению деформации металлов, неравномерность покрытия, более высокая стоимость.
Термодиффузионное цинкование	Покрытие точно воспроизводит форму даже самых сложных деталей, процесс практически безотходный.	Маленькая производительность, по сравнению с другими методами, наличие цинковой пыли в воздухе возле процесса, не дает металлам привлекательного внешнего вида и блеска.
Холодное цинкование	Удобно наносить на конструкции прямо на месте их эксплуатации, не нужно никуда перевозить, экономичная стоимость – доступные цены составов, надежная, долговечная защита.	Металлы приобретают серый, матовый цвет, но возможна последующая окраска.

Как мы видим из сравнения, наиболее удобным, эффективным и экономичным способом является холодное цинкование. Так как именно оно сочетает в себе все преимущества цинкования и неметаллических покрытий в одном.

Холодное цинкование

, это:

• Отличная адгезия поверхности металла с покрывающим составом, а также с финишными лакокрасочными покрытиями.
• Нет ограничений по размерам и габаритам конструкции, которую необходимо покрыть.
• Простые приготовления к нанесению, не требующие больших затрат.
• Легкая свариваемость конструкций после процедуры холодного цинкования.
• Доступные способы нанесения в бытовых условиях: обычные кисти, малярные валики, распылители.
• Нанесение может производиться прямо на месте эксплуатации конструкций – не требуется их транспортировка.
• Не нужно разбирать конструкции или оборудование перед нанесением.
• Существенная экономия – на составе, на перевозке и монтаже конструкций, а также на нанесении – можно не привлекать специалистов и нанести самостоятельно.

Стоит отметить, что многие антикоррозийные покрытия дополняют друг друга. Это придает защите еще больше стойкости. Например, после нанесения состава для холодного цинкования применяют антикоррозийные краски и эмали, которые еще увеличивают срок действия антикоррозийного покрытия. К тому же краски могут придать поверхности разнообразную расцветку и привлекательный внешний вид.

Даже способы цинкования подменяют друг друга. Например, если цинковое покрытие было нанесено горячим способом, но при последующей транспортировке защитный слой был нарушен. Так часто бывает. Тогда на помощь приходит холодное цинкование, которым можно покрыть просто поврежденный участок, прямо на месте эксплуатации конструкции.

Узнав обо всех способах защиты металла от коррозии, вы сможете сделать выводы и выбрать самый удобное и оптимальное для вас антикоррозийное покрытие.

Еще несколько особенностей покрытия методом холодной оцинковки

1. Покрытие наносится при температуре от -25 до +40°С. При этом допустимо наличие высокого уровня влажности.
2. Свойства его сохраняются в неизменно отличном состоянии в широком диапазоне температур (от -50 до +150°С).
3. Допустимо применение такого покрытия в разных климатических условиях, при наличии высокой влажности, в постоянном контакте с морской водой. Отсутствие токсических веществ позволяет использовать их в пищевой промышленности. Данная возможность подтверждается специальными сертификатами.
4. Небольшие повреждения восстанавливаются автоматически. Соединения цинка заполняют собой мельчайшие пустоты, предотвращают доступ воды и кислорода к защищаемой поверхности.
5. Пригодно для ремонта локальных дефектов.
6. Оно великолепно подходит в качестве грунтовки для последующего нанесения сверху финишных покрытий.

Самые современные, проверенные и надежные составы для холодного цинкования вы можете найти у нас в магазине.

Есть вопросы по выбору состава? Обращайтесь в представительство в вашем городе:

в Санкт-Петербурге: +7, +7 (921) 927-58-47

в других городах:
8
e-mail:
[email protected]