Τρόποι μείωσης της έντασης και του ρυθμού διάβρωσης των μεταλλικών προϊόντων

Η διάβρωση είναι η αυθόρμητη καταστροφή μεταλλικών επιφανειών υπό την επίδραση της αλληλεπίδρασης μετάλλων με το περιβάλλον. Ιδιαίτερα εκδηλώνεται σε ανυψωμένες μηχανικές και θερμικές καταπονήσεις, οι διεργασίες διάβρωσης προκαλούν μεγάλες ζημιές στις χαλύβδινες δομές. Η σωστή εκτίμηση του ρυθμού διάβρωσης σημαίνει αύξηση της ανθεκτικότητας του προϊόντος.

Περιεχόμενο:

• Ταξινόμηση τύπων σκουριάς
• Μηχανισμοί εμφάνισης και ανάπτυξης φαινομένων διάβρωσης
• Ηλεκτρολυτική
• Παρουσία οξέων
• Παρουσία φορτίων
• Μέθοδοι αξιολόγησης διεργασιών διάβρωσης
• Προσδιορισμός της ταχύτητας των διεργασιών διάβρωσης
• Η πρακτική των δοκιμών διάβρωσης των μετάλλων
• Τρόποι για τη μείωση της διάβρωσης: μηχανισμός και αποτελεσματικότητα
• Μεταλλική επικάλυψη
• Βαφή

Ταξινόμηση τύπων σκουριάς

Η διάβρωση ταξινομείται σύμφωνα με τα ακόλουθα κριτήρια:

1. Με την ομοιομορφία της ροής. Υπάρχει πιο ομοιόμορφη επιφανειακή διάβρωση (στην οποία το πάχος τοιχώματος του προϊόντος μειώνεται με τον ίδιο βαθμό) και ανομοιόμορφη εστιακή διάβρωση, η οποία χαρακτηρίζεται από την εμφάνιση κατεστραμμένων σημείων ή ελκών στην επιφάνεια του χάλυβα.
2. Στην κατεύθυνση της δράσης. Έχει επιλεκτική διάβρωση στην οποία επηρεάζονται μόνο ορισμένα εξαρτήματα της μεταλλικής δομής και επαφή, η οποία καταστρέφει ένα ορισμένο μέταλλο (για διμεταλλικές ενώσεις).
3. Με την κλίμακα της δράσης του, τέτοιες μορφές διάβρωσης είναι γνωστές ως διακρυστάλλινες, καταστρεπτικά που ενεργούν κατά μήκος των ορίων των κόκκων του χάλυβα (με σταδιακή εξάπλωση προς τα μέσα) και χύδην, επηρεάζοντας ταυτόχρονα ολόκληρη την επιφάνεια.

Η ένταση της διάβρωσης αυξάνεται σημαντικά εάν, εκτός από τις δυσμενείς μεταβολές / διακυμάνσεις της θερμοκρασίας και της υγρασίας, οι τάσεις εφελκυσμού, καθώς και ένα χημικά επιθετικό μέσον, επηρεάζουν επιπλέον την επιφάνεια επαφής του μετάλλου.

Η ένταση της διάβρωσης αυξάνεται πολλές φορές λόγω της ρωγμής μεταξύ παρακείμενων κρυσταλλιτών και των μπλοκ τους. Οι εξωτερικές τάσεις εφελκυσμού και θλίψης είναι ακόμα πιο επιθετικές στον χάλυβα.

Μηχανισμοί εμφάνισης και ανάπτυξης φαινομένων διάβρωσης

Δεδομένου ότι οι περισσότερες επιφάνειες χάλυβα λειτουργούν σε περιβάλλον με κάποια υγρασία, καθώς και σε νερό, υδατικά διαλύματα αλάτων, οξέων και αλκαλίων, ο ηλεκτρολυτικός μηχανισμός είναι ο κυρίαρχος μηχανισμός για την εμφάνιση σκουριάς. Η μόνη εξαίρεση είναι η διάβρωση του κλιβάνου, η οποία συμβαίνει στις μεταλλικές κατασκευές των συσκευών θέρμανσης: υπάρχει βλάβη στην επιφάνεια λόγω του σχηματισμού σκωρίας υψηλής θερμοκρασίας.

Ηλεκτρολυτική

Κατά τη διάρκεια της ηλεκτρολυτικής διάβρωσης παρουσία οξυγόνου, η αντίδραση ενυδάτωσης του σιδήρου συμβαίνει στον χάλυβα, το τελικό προϊόν του οποίου είναι το ένυδρο οξείδιο του σιδήρου Fe (OH) 2. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται διάβρωση του τύπου ανόδου. Αλλά η διαδικασία δεν τελειώνει εκεί. Το ένυδρο οξείδιο του σιδήρου είναι μια ασταθής ουσία και, παρουσία νερού (ή υδρατμού), αποσυντίθεται αρκετά γρήγορα σε διάφορα οξείδια σιδήρου:

• σε υψηλές θερμοκρασίες, σχηματίζεται κατά κύριο λόγο FeO οξείδιο του σιδήρου.
• στο δωμάτιο ή ελαφρώς υψηλότερο - οξείδιο του σιδήρου Fe2O3;
• σε ενδιάμεσο (στην περιοχή θερμοκρασιών + 250 ... + 450 ° C) - μαγνητικό οξείδιο του σιδήρου-Fe3O4.

Σε κάθε περίπτωση, η επιφάνεια των χαλύβδινων σκωριών, μόνο δείκτες αυτού του φαινομένου μπορεί να είναι είτε κοκκινωπό-καφέ ή γκριζωπο-κίτρινο.

Παρουσία οξέων

Ένας ελαφρώς διαφορετικός μηχανισμός σχηματισμού σκουριάς εμφανίζεται παρουσία οξέων, όξινων διαλυμάτων ή υγρών μέσων που δεν περιέχουν οξυγόνο. Εδώ η ανοδική διάλυση του χάλυβα συμβαίνει με το σχηματισμό υδριδίων - ενώσεων σιδήρου και υδρογόνου. Αλλά οι τελευταίες είναι χημικά ασταθείς ουσίες, οξειδώνονται γρήγορα στον αέρα και σε ένα υγρό περιβάλλον και επίσης σχηματίζουν σκουριά, μόνο πιο χαλαρά. Τα υδρίδια του σιδήρου αποσυντίθενται ιδιαίτερα γρήγορα όταν υπάρχουν ενώσεις θείου στην ατμόσφαιρα ή στο περιβάλλον.

Παρουσία φορτίων

Σύμφωνα με το τρίτο σχήμα, η διάβρωση συμβαίνει όταν εφαρμοστούν εξωτερικά φορτία στις επιφάνειες επαφής. Εδώ, εκτός από δύο παραδοσιακά εξαρτήματα, υπάρχει ένα τρίτο συστατικό - λιπαντικό. Δεδομένου ότι όλες οι οργανικές ενώσεις περιέχουν πάντα οξυγόνο και υδρογόνο, αρχίζουν να εμφανίζονται μηχανικοχημικές αντιδράσεις οξείδωσης του λιπαντικού με την αύξηση της θερμοκρασίας κατά την επαφή. Καταλήγουν στο γεγονός ότι, αντί να μειώνεται η τριβή, το χρησιμοποιημένο και μερικώς ήδη καταστρεφόμενο λιπαντικό αρχίζει να οξειδώνει ενεργά την επιφάνεια, σχηματίζοντας σκουριά.

Μέθοδοι αξιολόγησης διεργασιών διάβρωσης

Η ένταση της διάβρωσης σε σχέση με το χάλυβα καθορίζεται ανάλογα με τη φύση των φαινομένων διάβρωσης. Συνήθως ξεκινάτε με μια οπτική ανίχνευση σκουριάς στην επιφάνεια.

Χρησιμοποιώντας ένα συμβατικό μικροσκόπιο ή ακόμα και ένα μεγεθυντικό φακό, μπορεί κανείς να εκτιμήσει με ακρίβεια την ένταση των διεργασιών διάβρωσης και τον βαθμό ζημιάς σε μια μεταλλική επιφάνεια.

Οι λεγόμενοι δείκτες διάβρωσης προσδιορίζονται με μεγαλύτερη ακρίβεια από τον βαθμό ζημιάς. Με τη βοήθειά τους μπορείτε να μάθετε:

• απώλεια βάρους λόγω διάβρωσης.
• μείωση του γραμμικού μεγέθους του τμήματος ή της δομής.
• η ένταση βλάβης εξαρτάται από το χρόνο παραμονής του μέρους σε διαβρωτικό περιβάλλον.

Εκτός από την ποσοτική εκτίμηση της παρουσίας σκουριάς, είναι επίσης δυνατή μια ποιοτική. Οι δείκτες του προσδιορίζονται αλλαγές στη μικροδομή του χάλυβα. Επομένως, ανιχνεύεται ενδοκοκκώδης ή επιλεκτική διάβρωση. Πολύ λιγότερο συχνά, η ένταση και ο ρυθμός διάβρωσης καθορίζεται από μια αλλαγή στη χημική σύνθεση του περιβάλλοντος που περιβάλλει το μέταλλο ή από την ποσότητα του υδρογόνου που απελευθερώνεται.

Ειδικοί δείκτες διάβρωσης που επηρεάζουν την ταχύτητα διάβρωσης περιλαμβάνουν:

1. Ενσωματωμένο χαρακτηριστικό διάβρωσης. Υπολογίζεται ως η απώλεια μάζας του προϊόντος χάλυβα κατά τη διάρκεια του έτους διαιρούμενη με την επιφάνεια στην οποία εμφανίστηκε η σκουριά. Σε αυτή την περίπτωση, η επιφάνεια του διαβρωμένου χάλυβα θεωρείται ότι είναι επιφάνεια στην οποία υπάρχουν ακόμη μεμονωμένα σημεία ζημίας.
2. Γραμμική διάβρωση. Υπολογίζεται ανάλογα με την πυκνότητα του τμήματος και το πάχος του στρώματος του προϊόντος που διαβρώθηκε κατά τη διάρκεια του έτους.

Ποια είναι η καλύτερη τιμή για χρήση; Αν είναι δυνατόν να σταθμιστεί με ακρίβεια ένα μέρος πριν και μετά τη λειτουργία του ή να αξιολογηθούν οι αλλαγές στη χημική σύνθεση του διαλύματος στο οποίο λειτουργούσε αυτό το τμήμα, τότε προτιμάται μια ολοκληρωμένη αξιολόγηση των διεργασιών διάβρωσης. Συγκεκριμένα, αξιολογείται η απόδοση του γράσου επαφής. Εάν το τμήμα ελέγχεται μόνο αρκετές φορές το χρόνο ή η αξιολόγηση της έντασης των φαινομένων διάβρωσης πρέπει να πραγματοποιηθεί αμέσως, τότε είναι προτιμότερο να χρησιμοποιήσετε τη δεύτερη παράμετρο.

Προσδιορισμός της ταχύτητας των διεργασιών διάβρωσης

Οι δείκτες διάβρωσης συμβάλλουν επίσης στον προσδιορισμό της έντασης των δυσμενών αλλαγών. Για να γίνει αυτό, χρησιμοποιήστε την έννοια του "ρυθμού διαβρώσεως μετάλλων". Μπορεί να εκτιμηθεί από δύο διαφορετικά χαρακτηριστικά που ποικίλλουν με την πάροδο του χρόνου.

Οι δείκτες διάβρωσης μπορούν να οριστούν με τα ακόλουθα ποσοτικά χαρακτηριστικά:

• από την επιφάνεια της επιφάνειας που έχει διαβρωθεί.
• συνολική απώλεια βάρους.
• από μεταβολές της πυκνότητας ·
• από τον χρόνο παραμονής του μέρους ή της δομής σε διαβρωτικό περιβάλλον (ημέρα).
• για να μειώσετε το πάχος.

Στην περίπτωση αυτή, τα ποσοτικά κριτήρια για την εκτίμηση της φύσης της διάβρωσης του χάλυβα για μια ορισμένη χρονική περίοδο μπορούν να είναι:

• απόλυτη απώλεια διάβρωσης στην περιοχή.
• αλλαγή των γραμμικών διαστάσεων του προϊόντος.
• γραμμική αντοχή στη διάβρωση.
• διάβρωση;
• γραμμικό ποσοστό διάβρωσης (χιλιοστά ετησίως) ·
• ολική αντοχή στη διάβρωση ή ανθεκτικότητα.

Στην πράξη, η εφαρμογή ενός ή και του άλλου κριτηρίου εξαρτάται από τη μέθοδο προστασίας της μεταλλικής επιφάνειας. Μπορεί να βαφτεί ανθεκτικά στις καιρικές συνθήκες βαφές, και μπορείτε να χρησιμοποιήσετε μέταλλο με προστατευτικές επικαλύψεις. Εάν η διάβρωση προχωρήσει ομοιόμορφα, τότε η αποτελεσματικότητα της προστασίας μπορεί να εκτιμηθεί με μεγαλύτερη ακρίβεια.

Εάν η ένταση του σχηματισμού σκουριάς σε διαφορετικά σημεία του προϊόντος είναι διαφορετική, τότε η πιο κατάλληλη μέθοδος προστασίας μπορεί να επιλεγεί μόνο όταν το τμήμα φορτώνεται με εξωτερικές τάσεις εφελκυσμού. Στη συνέχεια, με την πάροδο του χρόνου, όχι μόνο η εμφάνιση της επιφάνειας αλλάζει, αλλά και μερικά από τα φυσικά χαρακτηριστικά της, ιδιαίτερα η θερμική αγωγιμότητα και η ηλεκτρική αντίσταση.

Η πρακτική των δοκιμών διάβρωσης των μετάλλων

Οι δείκτες διάβρωσης είναι κλιματικοί παράγοντες - θερμοκρασία, σύνθεση και σχετική υγρασία του περιβάλλοντος, η φύση της κατανομής των εξωτερικών φορτίων. Είναι επίσης απαραίτητο να ληφθεί υπόψη η αλλαγή του φωτισμού ανά ώρα, η ποσότητα των βροχοπτώσεων, η πιθανή ατμοσφαιρική ρύπανση. Για παράδειγμα, σε περιοχές εκπομπών καυσαερίων κοντά σε χημικά εργοστάσια και μεταλλουργικά εργοστάσια, συνοδευόμενη από έντονη αύξηση του ποσοστού SO2, οι διαδικασίες διάβρωσης ενεργοποιούνται απότομα.

Ως δείκτες της δραστηριότητας διάβρωσης, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε την ποσοτική εξάρτηση της διάβρωσης στο χρόνο:

1. Γραμμικό - συνηθέστερα αυτό είναι χαρακτηριστικό για μεταλλικές επιφάνειες που δεν έχουν προστατευτική επικάλυψη.
2. Εκθετικά μειώνεται - βρέθηκε σε όξινη διάβρωση των συμβατικών μετάλλων και των κραμάτων.
3. Εκθετική αύξηση - όταν υπάρχει μια προστατευτική επίστρωση στην επιφάνεια του τμήματος.

Η ένταση του σχηματισμού σκουριάς κάτω από τέτοιες συνθήκες μειώνει:

• χαμηλή ταχύτητα ανέμου.
• μειωμένες κυκλικές μεταβολές σε δείκτες σχετικής υγρασίας κατά τη διάρκεια του χρόνου.
• τη φύση της επίδρασης ενός διαβρωτικού μέσου στην επιφάνεια.

Με έναν αδύναμο άνεμο ή την απουσία του, δεν υπάρχουν συνθήκες για την ανάμιξη του ρεύματος πλύσης της επιφάνειας επαφής του χάλυβα. Με παρατεταμένες φάσεις χαμηλής και μεγάλης υγρασίας κατά τη διάρκεια του έτους, ένα φιλμ επιφανειακής σκουριάς έχει χρόνο να σχηματιστεί, να διογκωθεί και να διαχωριστεί από το βασικό μέταλλο. Το πάχος της επιφάνειας θα μειωθεί, αλλά οι διεργασίες διάβρωσης αναγκάζονται να "αρχίσουν" πρώτα, και αυτό απαιτεί όχι μόνο χρόνο αλλά και κατάλληλες συνθήκες - άνεμο ή αλλαγές στη χημική σύνθεση του αέρα, κάτι που δεν συμβαίνει πάντοτε.

Η υγρασία, το οξύ ή τα αλκάλια μπορούν να φτάσουν στην επιφάνεια του χάλυβα με τη μορφή σταγονιδίων ή με ψεκασμό. Η πρώτη μέθοδος είναι χαρακτηριστική για περιοχές με μεγάλη ποσότητα βροχοπτώσεων και η δεύτερη είναι για ένα δυσμενές περιβάλλον στο οποίο λειτουργεί ένα μέρος ή μια μεταλλική δομή.

Τρόποι για τη μείωση της διάβρωσης: μηχανισμός και αποτελεσματικότητα

Η ικανότητα μιας βαμμένης επιφάνειας να αντέχει στις διεργασίες διάβρωσης εξαρτάται από τον μηχανισμό διάβρωσης που επικρατεί. Για παράδειγμα, με μια σταθερή έκθεση σε ένα χημικά ενεργό μέσο, ​​η διαφορά δυναμικού της εξωτερικής επιφάνειας του μεταλλικού προϊόντος και οι εσωτερικοί του όγκοι αλλάζουν σημαντικά. Στην περίπτωση αυτή, εμφανίζονται διαβρωτικά ρεύματα που ενισχύουν τη διαδικασία διάβρωσης (φαινόμενο που συχνά προκαλεί καταστροφή χαλύβδινων σωλήνων σε υπόγειους αγωγούς). Εδώ η χρώση δεν δίνει καμία επίδραση, καθώς η χημική σύνθεση της επιφάνειας που καλύπτεται με ένα στρώμα χρώματος δεν αλλάζει με την πάροδο του χρόνου.

Μεταλλική επικάλυψη

Είναι ένα άλλο θέμα όταν η επιφάνεια είναι επικαλυμμένη με μέταλλο με αρνητικό ηλεκτρολυτικό δυναμικό σε σχέση με τις διαδικασίες οξειδοαναγωγής. Με την υπεροχή των οξειδωτικών αντιδράσεων, είναι πιο αποτελεσματική η προστασία του χάλυβα με την εφαρμογή επιφανειακής επικάλυψης που περιέχει αλουμίνιο και ψευδάργυρο - μέταλλα τα οποία «αφήνονται» από το σίδηρο στην ενεργότητα οξυγόνου τους.

Τέτοιες διεργασίες - γαλβανισμοί και αλουμινώσεις - χρησιμοποιούνται ευρέως στην πρακτική της αντιδιαβρωτικής προστασίας των χαλύβδινων μονάδων και των επιμέρους τμημάτων που βρίσκονται σε οξειδωτικό περιβάλλον. Η χρώση σε αυτές τις καταστάσεις είναι βοηθητική στη φύση, για να ενισχύσει τα διακοσμητικά χαρακτηριστικά της επιφάνειας.

Σε ένα περιβάλλον μείωσης, η διαδικασία σχηματισμού υδριδίων σιδήρου μπορεί να μπλοκαριστεί αποτελεσματικά με τη δημιουργία επιφανειακών επιστρώσεων μετάλλων που βρίσκονται "στα δεξιά" του υδρογόνου: πρόκειται για χαλκό και για όλα τα πολύτιμα μέταλλα. Η επιμετάλλωση χαλκού, αν και χρησιμοποιείται στην πράξη, εκτελείται συνήθως για σχετικά μικρές επιφάνειες, δεδομένου ότι είναι μια πολύ δαπανηρή διαδικασία όσον αφορά τα οικονομικά. Είναι για τέτοιες καταστάσεις ότι ο χρωματισμός μπορεί και πρέπει να εφαρμοστεί.

Βαφή

Ο προστατευτικός ρόλος των χρωμάτων συνίσταται στο γεγονός ότι οι αναστολείς διάβρωσης υπάρχουν πάντα στη σύνθεσή τους - συστατικά που επιβραδύνουν τον ρυθμό των διαδικασιών σχηματισμού της κλίμακας με την πάροδο του χρόνου. Οι χημικοί τύποι των ανασταλτικών ουσιών σχεδιάζονται με τέτοιο τρόπο ώστε, ως αποτέλεσμα, η εμφάνιση της σκουριάς να σταματά. Η ελαστικότητα των σύγχρονων συνθέσεων επίστρωσης επιτρέπει στις επικαλύψεις να αντέχουν επιτυχώς στις επιφανειακές τάσεις που προκαλούν την έναρξη των διεργασιών διάβρωσης.

Οι αντιδιαβρωτικές ιδιότητες των βαφών αυξάνονται εάν περιέχουν πολυμερή οργανοπυριτίου που αυξάνουν την ικανότητα της βαμμένης επιφάνειας να αντέχει σε αλλαγές στην υγρασία και τη θερμοκρασία, ανεξάρτητα από το χρόνο του έτους. Ωστόσο, τα χρώματα αυτά έχουν δύο σημαντικά μειονεκτήματα:

• δηλητηριώδη;
• αναποτελεσματική στις συνθήκες του ηλεκτρολυτικού μηχανισμού διάβρωσης.

Έτσι, σωστά επιλεγμένες ενώσεις χρωματισμού μπορούν να μπλοκάρουν αποτελεσματικά τις διεργασίες διάβρωσης. Για να γίνει αυτό, πρέπει να περιέχουν αναστολείς διάβρωσης, να έχουν επαρκή ελαστικότητα και μηχανική αντοχή, ελαφρά μεταβαλλόμενες με την πάροδο του χρόνου.