Hvad er kemisk korrosion, og hvordan kan man eliminere den?

Kemisk korrosion er en proces, der består i ødelæggelse af et metal, når det interagerer med et aggressivt ydre miljø. Den kemiske variation af korrosionsprocesser er ikke relateret til virkningerne af elektrisk strøm. I denne type korrosion opstår der en oxidativ reaktion, hvor materialet, der skal ødelægges, samtidig er et reduktionsmiddel for mediets elementer.

Indhold:

• Gaskorrosion
• Egenskaber ved oxidfilmen
• Korrosionshastighed
• Korrosion i ikke-elektrolytvæsker
• Metoder til korrosionsbeskyttelse
• Organosilicatbelægninger

Klassificeringen af ​​en række aggressive miljøer inkluderer to typer metalødelæggelse:

• kemisk korrosion i ikke-elektrolytvæsker;
• kemisk gas korrosion.

Gaskorrosion

Den mest almindelige form for kemisk korrosion - gas - er en ætsende proces, der forekommer i gasser ved forhøjede temperaturer. Dette problem er typisk for betjening af mange typer teknologisk udstyr og dele (beslag til ovne, motorer, turbiner osv.). Derudover bruges ultrahøje temperaturer til behandling af metaller under højt tryk (opvarmning før rullning, stempling, smedning, termiske processer osv.).

Egenskaber ved tilstanden af ​​metaller ved forhøjede temperaturer bestemmes af to af deres egenskaber - varmebestandighed og varmemodstand. Varmebestandighed er graden af ​​stabilitet af de mekaniske egenskaber ved et metal ved ultrahøje temperaturer. Under stabiliteten af ​​mekaniske egenskaber refererer det til bevarelse af styrke i lang tid og krybemodstand. Varmebestandighed er et metalls modstand mod den korrosive aktivitet af gasser ved forhøjede temperaturer.

Udviklingshastigheden for gaskorrosion bestemmes af et antal indikatorer, herunder:

• atmosfære temperatur;
• komponenter inkluderet i metal eller legering;
• miljøparametre, hvor gasserne er placeret;
• varighed af kontakt med det gasformige medium;
• ætsende produkters egenskaber.

Korrosionsprocessen er mere påvirket af egenskaber og parametre for den oxidfilm, der er vist på metaloverfladen. Oxiddannelse kan kronologisk opdeles i to faser:

• adsorption af iltmolekyler på en metaloverflade, der interagerer med atmosfæren;
• kontakt af metaloverfladen med gas, hvilket resulterer i en kemisk forbindelse.

Det første trin er kendetegnet ved udseendet af en ionisk binding som et resultat af samspillet mellem ilt og overfladeatomer, når et oxygenatom tager et par elektroner fra metallet. Den opståede binding er kendetegnet ved dens ekstraordinære styrke - den er større end forbindelsen af ​​ilt med metallet i oxidet.

Forklaringen på denne forbindelse ligger i atomfeltets virkning på ilt. Så snart metaloverfladen er fyldt med et oxidationsmiddel (og dette sker meget hurtigt), ved lave temperaturer, takket være styrken af ​​van der Waals, begynder adsorptionen af ​​oxiderende molekyler. Resultatet af reaktionen er udseendet af den tyndeste monomolekylære film, som med tiden bliver tykkere, hvilket komplicerer adgangen til ilt.

På det andet trin sker der en kemisk reaktion, hvorved det oxiderende element i mediet tager valenselektroner fra metallet. Kemisk korrosion er slutresultatet af reaktionen.

Egenskaber ved oxidfilmen

Klassificeringen af ​​oxidfilm inkluderer tre typer:

• tynd (usynlig uden specielle enheder);
• medium (misfarvning);
• tyk (synlig med det blotte øje).

Den resulterende oxidfilm har beskyttelsesegenskaber - den bremser eller endda fuldstændigt hæmmer udviklingen af ​​kemisk korrosion. Tilstedeværelsen af ​​en oxidfilm forøger metalets varmemodstand.

En virkelig effektiv film skal dog opfylde en række egenskaber:

• ikke være porøs;
• have en kontinuerlig struktur;
• har gode klæbeegenskaber;
• adskiller sig i kemisk inertitet i forhold til atmosfæren;
• være hård og slidstærk.

En af ovenstående betingelser - en solid struktur er især vigtig. Kontinuitetsbetingelsen er overskuddet af volumenet af molekylerne i oxidfilmen over volumenet af metalatomer. Kontinuitet er oxidets evne til at dække hele metaloverfladen med et kontinuerligt lag. Hvis denne betingelse ikke er opfyldt, kan filmen ikke betragtes som beskyttende. Der er dog undtagelser fra denne regel: For nogle metaller, for eksempel til magnesium og elementer fra jordalkalogrupper (undtagen beryllium), hører kontinuitet ikke til kritiske indikatorer.

For at bestemme tykkelsen af ​​oxidfilmen anvendes flere teknikker. Filmens beskyttelsesegenskaber kan afklares på tidspunktet for dens dannelse. For at gøre dette studerer vi hastigheden for metaloxidation og parametrene for ændringen i hastighed over tid.

Til det allerede dannede oxid anvendes en anden metode, der består i at studere filmens tykkelse og beskyttelsesegenskaber. For at gøre dette påføres et reagens på overfladen. Dernæst registrerer eksperter den tid, det vil tage for reagenset at trænge igennem, og på baggrund af de opnåede data konkluderer de, at filmtykkelsen.

Vær opmærksom! Selv den endelig dannede oxidfilm interagerer fortsat med det oxiderende medium og metallet.

Korrosionshastighed

Den intensitet, som kemisk korrosion udvikler sig, afhænger af temperaturregimet. Ved høje temperaturer udvikler oxidative processer hurtigere. Desuden påvirker ikke faldet i den termodynamiske faktor i reaktionens forløb processen.

Af betydelig betydning er køling og variabel opvarmning. På grund af termiske spændinger vises revner i oxidfilmen. Gennem hullerne rammer det oxiderende element overfladen. Som et resultat dannes et nyt lag af oxidfilm, og førstnævnte skrælles af.

Ikke den mindste rolle spilles af komponenterne i det gasformige medium. Denne faktor er individuel for forskellige typer metaller og er i overensstemmelse med temperatursvingninger. F.eks. Kan kobber hurtigt korrodere, hvis det er i kontakt med ilt, men er modstandsdygtigt over for denne proces i et svovloxidmiljø. Tværtimod er svovloxid dødelig for nikkel, og der observeres stabilitet i ilt, kuldioxid og vandmiljøet. Men krom er modstandsdygtig over for alle disse miljøer.

Vær opmærksom! Hvis trykniveauet for dissociation af oxidet overstiger trykket fra det oxiderende element, stopper oxidationsprocessen, og metallet får termodynamisk stabilitet.

Komponenterne i legeringen påvirker også hastigheden af ​​den oxidative reaktion. For eksempel bidrager mangan, svovl, nikkel og fosfor ikke til oxidation af jern. Men aluminium, silicium og krom gør processen langsommere. Kobolt, kobber, beryllium og titan bremser oxidationen af ​​jern endnu mere. Vanadium, wolfram og molybdæn tilsætningsstoffer vil hjælpe med at gøre processen mere intens, hvilket forklares med disse metalls smeltbarhed og flygtighed. Oxidationsreaktionerne forløber langsomt med den austenitiske struktur, da de er mest tilpasset til høje temperaturer.

En anden faktor, som korrosionshastigheden afhænger af, er karakteristikken for den behandlede overflade. Glatte overflader oxideres langsommere og ujævne overflader hurtigere.

Korrosion i ikke-elektrolytvæsker

Ikke-ledende væsker (dvs.ikke-elektrolytvæsker) inkluderer organiske stoffer som:

• benzen;
• chloroform;
• alkoholer;
• carbontetrachlorid;
• phenol;
• olie;
• benzin;
• parafin osv.

Derudover er en lille mængde uorganiske væsker, såsom flydende brom og smeltet svovl, klassificeret som ikke-elektrolytvæsker.

Det skal bemærkes, at organiske opløsningsmidler i sig selv ikke reagerer med metaller, men i nærvær af en lille mængde urenheder forekommer der en intens interaktionsproces.

Svovlelementer i olie øger korrosionshastigheden. Også høje temperaturer og tilstedeværelsen af ​​ilt i væsken forbedrer korrosionsprocesserne. Fugt intensiverer udviklingen af ​​korrosion i overensstemmelse med det elektromekaniske princip.

En anden faktor i den hurtige udvikling af korrosion er flydende brom. Ved normale temperaturer er det særlig skadeligt for stål med højt kulstofindhold, aluminium og titan. Mindre signifikant er effekten af ​​brom på jern og nikkel. Den største modstand mod flydende brom vises ved bly, sølv, tantal og platin.

Det smeltede svovl indgår i en aggressiv reaktion med næsten alle metaller, primært med bly, tin og kobber. Carbonkvaliteter af stål og titanium svovl påvirkes mindre og ødelægger næsten fuldstændigt aluminium.

Beskyttelsesforanstaltninger for metalkonstruktioner placeret i ikke-ledende flydende medier udføres ved at tilføje metaller, der er resistente over for et specifikt medium (for eksempel stål med et højt kromindhold). Der anvendes også specielle beskyttelsesbelægninger (for eksempel i et miljø, hvor der er meget svovl, anvendes aluminiumbelægninger).

Metoder til korrosionsbeskyttelse

Metoder til korrosionskontrol inkluderer:

• behandling af uædle metaller med et beskyttende lag (for eksempel påføring af maling);
  
• anvendelse af hæmmere (f.eks. kromater eller arsenitter);
• introduktion af materialer, der er resistente mod korrosionsprocesser.

Valget af et specifikt materiale afhænger af den potentielle effektivitet (inklusive teknologisk og finansiel) af dets anvendelse.

Moderne principper for metalbeskyttelse er baseret på sådanne teknikker:

1. Forbedring af den kemiske bestandighed af materialer. Kemisk resistente materialer (højpolymerplast, glas, keramik) har med succes bevist sig selv.
2. Isolering af materiale fra et aggressivt miljø.
3. Reducering af det teknologiske miljøs aggressivitet. Eksempler på sådanne handlinger inkluderer neutralisering og fjernelse af surhedsgrad i ætsende miljøer samt anvendelse af forskellige hæmmere.
4. Elektrokemisk beskyttelse (pålægger en ekstern strøm).

Ovenstående metoder er opdelt i to grupper:

1. Øget kemisk resistens og isolering påføres, inden metalarbejdet tages i brug.
2. Reduktion af miljøets aggressivitet og elektrokemisk beskyttelse anvendes allerede i processen med at bruge et metalprodukt. Anvendelsen af ​​disse to teknikker gør det muligt at introducere nye beskyttelsesmetoder, som et resultat af hvilke beskyttelsen ydes ved ændrede driftsbetingelser.

En af de mest anvendte metoder til beskyttelse af metal - galvanisk anti-korrosionsbelægning - er økonomisk ulønnsom til store overfladearealer. Årsagen er de høje omkostninger ved den forberedende proces.

Det førende sted blandt beskyttelsesmetoderne er belægning af metaller med maling og lakker. Populariteten af ​​denne metode til bekæmpelse af korrosion skyldes en kombination af flere faktorer:

• høje beskyttelsesegenskaber (hydrofobicitet, frastødelse af væsker, lav gaspermeabilitet og damppermeabilitet);
• for fremstilling;
• rigelige muligheder for dekorative løsninger;
• vedligeholdelse;
• økonomisk begrundelse.

Samtidig er brugen af ​​bredt tilgængelige materialer ikke uden ulemper:

• ufuldstændig befugtning af metaloverfladen;
• brudt vedhæftning af belægningen med basismetallet, hvilket fører til ophobning af elektrolyt under den korrosionsbestandige belægning og således bidrager til korrosion;
• porøsitet, hvilket fører til øget fugtighedspermeabilitet.

Og alligevel beskytter den malede overflade metallet mod ætsende processer, selv med fragmentariske skader på filmen, mens ufuldkomne galvaniske belægninger endda kan fremskynde korrosion.

Organosilicatbelægninger

Til korrosionsbeskyttelse i høj kvalitet anbefales det at bruge metaller med et højt niveau af hydrofobicitet, uigennemtrængelighed i vandige, gas- og dampmiljøer. Disse materialer inkluderer organosilicater.

Kemisk korrosion gælder praktisk talt ikke for organosilicatmaterialer. Årsagerne hertil ligger i den forøgede kemiske stabilitet af sådanne sammensætninger, deres modstand mod lys, hydrofobe egenskaber og lav vandabsorption. Organosilicater er også resistente over for lave temperaturer, har gode klæbeegenskaber og slidstyrke.

Problemer med metalødelæggelse på grund af virkningerne af korrosion forsvinder ikke på trods af udviklingen af ​​teknologier til bekæmpelse af dem. Årsagen er den konstante stigning i metalproduktion og de stadig sværere driftsbetingelser for produkter fra dem. Det er umuligt at endelig løse problemet på dette tidspunkt, så forskernes indsats er fokuseret på at finde muligheder for at bremse korrosionsprocesser.