Τι είναι η χημική διάβρωση και πώς να την εξουδετερώσετε;

Η χημική διάβρωση είναι μια διαδικασία που συνίσταται στην καταστροφή ενός μετάλλου όταν αλληλεπιδρά με ένα επιθετικό εξωτερικό περιβάλλον. Η χημική ποικιλία διεργασιών διάβρωσης δεν σχετίζεται με τις επιδράσεις του ηλεκτρικού ρεύματος. Σε αυτόν τον τύπο διάβρωσης, λαμβάνει χώρα μια οξειδωτική αντίδραση, όπου το υλικό που πρόκειται να καταστραφεί είναι ταυτόχρονα ένας αναγωγικός παράγοντας για τα στοιχεία του μέσου.

Περιεχόμενο:

• Διάβρωση αερίου
• Χαρακτηριστικά του φιλμ οξειδίου
• Ποσοστό διάβρωσης
• Διάβρωση σε μη ηλεκτρολυτικά υγρά
• Μέθοδοι Προστασίας Διάβρωσης
• Οξειδωτικά επιχρίσματα

Η ταξινόμηση ποικιλίας επιθετικών περιβαλλόντων περιλαμβάνει δύο τύπους καταστροφής μετάλλων:

• χημική διάβρωση σε υγρά μη ηλεκτρολυτών.
• χημική διάβρωση αερίου.

Διάβρωση αερίου

Η πιο κοινή μορφή χημικής διάβρωσης - αερίου - είναι μια διαβρωτική διαδικασία που συμβαίνει σε αέρια σε υψηλές θερμοκρασίες. Αυτό το πρόβλημα είναι χαρακτηριστικό για τη λειτουργία πολλών τύπων τεχνολογικού εξοπλισμού και εξαρτημάτων (εξαρτήματα φούρνων, κινητήρων, στροβίλων κλπ.). Επιπλέον, οι υπερβολικά υψηλές θερμοκρασίες χρησιμοποιούνται στην επεξεργασία μετάλλων υπό υψηλή πίεση (θέρμανση πριν από την έλαση, σφράγιση, σφυρηλασία, θερμικές διεργασίες κ.λπ.).

Χαρακτηριστικά της κατάστασης των μετάλλων σε υψηλές θερμοκρασίες καθορίζονται από τις δύο ιδιότητές τους - αντοχή στη θερμότητα και αντοχή στη θερμότητα. Η αντίσταση στη θερμότητα είναι ο βαθμός σταθερότητας των μηχανικών ιδιοτήτων ενός μετάλλου σε εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες. Κάτω από τη σταθερότητα των μηχανικών ιδιοτήτων αναφέρεται στη διατήρηση της αντοχής για μεγάλο χρονικό διάστημα και στην αντοχή ερπυσμού. Η αντίσταση στη θερμότητα είναι η αντίσταση ενός μετάλλου στη διαβρωτική δραστηριότητα των αερίων σε υψηλές θερμοκρασίες.

Ο ρυθμός ανάπτυξης της διάβρωσης του αερίου καθορίζεται από διάφορους δείκτες, όπως:

• θερμοκρασία ατμόσφαιρας.
• εξαρτήματα που περιλαμβάνονται σε μέταλλο ή κράμα ·
• περιβαλλοντικές παράμετροι όπου βρίσκονται τα αέρια ·
• διάρκεια επαφής με το αέριο μέσο,
• ιδιότητες διαβρωτικών προϊόντων.

Η διαδικασία διάβρωσης επηρεάζεται περισσότερο από τις ιδιότητες και τις παραμέτρους της μεμβράνης οξειδίου που εμφανίστηκε στην επιφάνεια του μετάλλου. Ο σχηματισμός οξειδίων μπορεί να χωριστεί χρονολογικά σε δύο στάδια:

• προσρόφηση μορίων οξυγόνου πάνω σε μεταλλική επιφάνεια που αλληλεπιδρά με την ατμόσφαιρα,
• επαφή της μεταλλικής επιφάνειας με αέριο, με αποτέλεσμα χημική ένωση.

Το πρώτο στάδιο χαρακτηρίζεται από την εμφάνιση ενός ιοντικού δεσμού, ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης ατόμων οξυγόνου και επιφάνειας, όταν ένα άτομο οξυγόνου παίρνει ένα ζεύγος ηλεκτρονίων από το μέταλλο. Ο δεσμός που έχει προκύψει χαρακτηρίζεται από εξαιρετική αντοχή - είναι περισσότερο από τον δεσμό οξυγόνου με μέταλλο σε οξείδιο.

Η εξήγηση για αυτή τη σχέση έγκειται στην επίδραση του ατομικού πεδίου στο οξυγόνο. Μόλις η μεταλλική επιφάνεια γεμίσει με έναν οξειδωτικό παράγοντα (και αυτό συμβαίνει πολύ γρήγορα), σε χαμηλές θερμοκρασίες, χάρη στη δύναμη του van der Waals, αρχίζει η προσρόφηση οξειδωτικών μορίων. Το αποτέλεσμα της αντίδρασης είναι η εμφάνιση της λεπτότερης μονομοριακής μεμβράνης, η οποία με την πάροδο του χρόνου γίνεται παχύτερη, γεγονός που περιπλέκει την πρόσβαση του οξυγόνου.

Στο δεύτερο στάδιο, λαμβάνει χώρα μια χημική αντίδραση κατά την οποία το οξειδωτικό στοιχείο του μέσου απομακρύνει τα ηλεκτρόνια σθένους από το μέταλλο. Η χημική διάβρωση είναι το τελικό αποτέλεσμα της αντίδρασης.

Χαρακτηριστικά του φιλμ οξειδίου

Η ταξινόμηση των φιλμ οξειδίων περιλαμβάνει τρεις τύπους:

• λεπτό (αόρατο χωρίς ειδικές συσκευές).
• μέσο (αποχρωματισμός);
• παχύ (ορατό με γυμνό μάτι).

Το προκύπτον φιλμ οξειδίου έχει προστατευτικές ικανότητες - επιβραδύνει ή ακόμα και αναστέλλει πλήρως την ανάπτυξη της χημικής διάβρωσης. Επίσης, η παρουσία ενός φιλμ οξειδίου αυξάνει την αντίσταση στη θερμότητα του μετάλλου.

Ωστόσο, μια πραγματικά αποτελεσματική ταινία πρέπει να πληροί ορισμένα χαρακτηριστικά:

• να μην είναι πορώδες.
• έχουν συνεχή δομή.
• έχουν καλές συγκολλητικές ιδιότητες.
• διαφέρουν στη χημική αδράνεια σε σχέση με την ατμόσφαιρα.
• να είναι σκληρά και ανθεκτικά στη φθορά.

Μια από τις παραπάνω συνθήκες - μια σταθερή δομή είναι ιδιαίτερα σημαντική. Η συνθήκη συνέχειας είναι η περίσσεια του όγκου των μορίων του φιλμ οξειδίου επί του όγκου των ατόμων μετάλλου. Η συνέχεια είναι η ικανότητα του οξειδίου να καλύπτει ολόκληρη την μεταλλική επιφάνεια με ένα συνεχές στρώμα. Εάν δεν πληρούται αυτή η προϋπόθεση, η μεμβράνη δεν μπορεί να θεωρηθεί προστατευτική. Ωστόσο, υπάρχουν εξαιρέσεις σε αυτόν τον κανόνα: για ορισμένα μέταλλα, για παράδειγμα, για το μαγνήσιο και στοιχεία των ομάδων αλκαλικών γαιών (εκτός από το βηρύλλιο), η συνέχεια δεν ανήκει σε κρίσιμους δείκτες.

Για τον προσδιορισμό του πάχους του φιλμ οξειδίου, χρησιμοποιούνται διάφορες τεχνικές. Οι προστατευτικές ιδιότητες της μεμβράνης μπορούν να αποσαφηνιστούν κατά τη στιγμή του σχηματισμού της. Για να γίνει αυτό, μελετάμε το ρυθμό οξείδωσης μετάλλων και τις παραμέτρους της μεταβολής της ταχύτητας με την πάροδο του χρόνου.

Για το ήδη σχηματισμένο οξείδιο χρησιμοποιείται άλλη μέθοδος, η οποία συνίσταται στη μελέτη του πάχους και των προστατευτικών χαρακτηριστικών της μεμβράνης. Για να γίνει αυτό, εφαρμόζεται αντιδραστήριο στην επιφάνεια. Στη συνέχεια, οι εμπειρογνώμονες καταγράφουν το χρόνο που θα χρειαστεί για να διεισδύσει το αντιδραστήριο και με βάση τα ληφθέντα δεδομένα, καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι το πάχος της μεμβράνης.

Δώστε προσοχή! Ακόμα και η τελικά σχηματισμένη μεμβράνη οξειδίου συνεχίζει να αλληλεπιδρά με το οξειδωτικό μέσο και το μέταλλο.

Ποσοστό διάβρωσης

Η ένταση με την οποία αναπτύσσεται η χημική διάβρωση εξαρτάται από το καθεστώς θερμοκρασίας. Σε υψηλές θερμοκρασίες, οξειδωτικές διαδικασίες αναπτύσσονται πιο γρήγορα. Επιπλέον, η μείωση του ρόλου του θερμοδυναμικού παράγοντα κατά τη διάρκεια της αντίδρασης δεν επηρεάζει τη διαδικασία.

Μεγάλη σημασία έχει η ψύξη και η μεταβλητή θέρμανση. Λόγω των θερμικών τάσεων, εμφανίζονται ρωγμές στο φιλμ οξειδίου. Μέσω των οπών, το οξειδωτικό στοιχείο χτυπά στην επιφάνεια. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζεται ένα νέο στρώμα οξειδίου φιλμ, και το πρώτο είναι αποφλοιωμένο.

Ούτε ο ελάχιστος ρόλος παίζεται από τα συστατικά του αέριου μέσου. Αυτός ο παράγοντας είναι ατομικός για διαφορετικούς τύπους μετάλλων και είναι συνεπής με τις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας. Για παράδειγμα, ο χαλκός μπορεί να διαβρωθεί γρήγορα εάν έρχεται σε επαφή με οξυγόνο, αλλά αντέχει σε αυτή τη διαδικασία σε περιβάλλον οξειδίου του θείου. Για το νικέλιο, αντίθετα, το θειικό οξείδιο είναι θανατηφόρο και παρατηρείται σταθερότητα στο οξυγόνο, το διοξείδιο του άνθρακα και στο υδάτινο περιβάλλον. Αλλά το χρώμιο είναι ανθεκτικό σε όλα αυτά τα περιβάλλοντα.

Δώστε προσοχή! Εάν το επίπεδο πίεσης της διάστασης του οξειδίου υπερβαίνει την πίεση του οξειδωτικού στοιχείου, η διαδικασία οξείδωσης σταματά και το μέταλλο αποκτά θερμοδυναμική σταθερότητα.

Τα συστατικά του κράματος επηρεάζουν επίσης την ταχύτητα της οξειδωτικής αντίδρασης. Για παράδειγμα, το μαγγάνιο, το θείο, το νικέλιο και ο φώσφορος δεν συμβάλλουν στην οξείδωση του σιδήρου. Αλλά το αλουμίνιο, το πυρίτιο και το χρώμιο καθιστούν τη διαδικασία πιο αργή. Το κοβάλτιο, ο χαλκός, το βηρύλλιο και το τιτάνιο επιβραδύνουν ακόμη περισσότερο την οξείδωση του σιδήρου. Τα πρόσθετα βαναδίου, βολφραμίου και μολυβδαινίου θα βοηθήσουν να γίνει η διαδικασία πιο έντονη, γεγονός που εξηγείται από τη συνάφεια και τη μεταβλητότητα αυτών των μετάλλων. Οι αντιδράσεις οξείδωσης προχωρούν πολύ αργά με την ωστενιτική δομή, αφού είναι περισσότερο προσαρμοσμένες στις υψηλές θερμοκρασίες.

Ένας άλλος παράγοντας στον οποίο εξαρτάται ο ρυθμός διάβρωσης είναι το χαρακτηριστικό της επεξεργασμένης επιφάνειας. Οι λεπτές επιφάνειες οξειδώνουν πιο αργά και οι ανώμαλες επιφάνειες γρηγορότερα.

Διάβρωση σε μη ηλεκτρολυτικά υγρά

Μη αγώγιμα υγρά (δηλ.μη ηλεκτρολυτικά υγρά) περιλαμβάνουν τέτοιες οργανικές ουσίες όπως:

• βενζολίου.
• χλωροφόρμιο.
• αλκοόλες.
• τετραχλωράνθρακα.
• φαινόλη.
• πετρέλαιο ·
• βενζίνη ·
• κηροζίνη, κ.λπ.

Επιπλέον, μια μικρή ποσότητα ανόργανων υγρών, όπως υγρό βρώμιο και τετηγμένο θείο, ταξινομείται ως μη ηλεκτρολυτικά υγρά.

Θα πρέπει να σημειωθεί ότι οι ίδιοι οι οργανικοί διαλύτες δεν αντιδρούν με μέταλλα, ωστόσο, παρουσία μικρής ποσότητας ακαθαρσιών, εμφανίζεται μια έντονη διαδικασία αλληλεπίδρασης.

Τα στοιχεία του θείου στο πετρέλαιο αυξάνουν το ποσοστό διάβρωσης. Επίσης, οι υψηλές θερμοκρασίες και η παρουσία οξυγόνου στο υγρό ενισχύουν τις διεργασίες διάβρωσης. Η υγρασία εντείνει την ανάπτυξη της διάβρωσης σύμφωνα με την ηλεκτρομηχανική αρχή.

Ένας άλλος παράγοντας στην ταχεία ανάπτυξη της διάβρωσης είναι το υγρό βρώμιο. Σε κανονικές θερμοκρασίες, είναι ιδιαίτερα επιβλαβές για χάλυβες υψηλού άνθρακα, αλουμίνιο και τιτάνιο. Λιγότερο σημαντικό είναι το αποτέλεσμα του βρωμίου στο σίδηρο και το νικέλιο. Η μεγαλύτερη αντοχή στο υγρό βρώμιο φαίνεται από μόλυβδο, άργυρο, ταντάλιο και πλατίνα.

Το τετηγμένο θείο εισέρχεται σε μια επιθετική αντίδραση με σχεδόν όλα τα μέταλλα, κυρίως με μόλυβδο, κασσίτερο και χαλκό. Οι ποιότητες άνθρακα από χάλυβα και θείο τιτανίου επηρεάζονται λιγότερο και καταστρέφουν σχεδόν πλήρως το αλουμίνιο.

Προστατευτικά μέτρα για μεταλλικές κατασκευές που βρίσκονται σε μη αγώγιμα υγρά μέσα πραγματοποιούνται με την προσθήκη μετάλλων ανθεκτικών σε συγκεκριμένο μέσο (για παράδειγμα, χάλυβες με υψηλή περιεκτικότητα σε χρώμιο). Επίσης, χρησιμοποιούνται ειδικές προστατευτικές επικαλύψεις (για παράδειγμα, σε περιβάλλον όπου υπάρχει πολύ θείο, χρησιμοποιούνται επικαλύψεις αλουμινίου).

Μέθοδοι Προστασίας Διάβρωσης

Οι μέθοδοι ελέγχου της διάβρωσης περιλαμβάνουν:

• επεξεργασία του βασικού μετάλλου με ένα προστατευτικό στρώμα (για παράδειγμα, εφαρμογή βαφής).
  
• τη χρήση αναστολέων (π.χ., χρωμικών ή αρσενικών).
• την εισαγωγή υλικών ανθεκτικών στις διεργασίες διάβρωσης.

Η επιλογή ενός συγκεκριμένου υλικού εξαρτάται από την πιθανή αποτελεσματικότητα (συμπεριλαμβανομένης της τεχνολογικής και οικονομικής) της χρήσης του.

Οι σύγχρονες αρχές προστασίας του μετάλλου βασίζονται σε τέτοιες τεχνικές:

1. Βελτίωση της χημικής αντοχής των υλικών. Τα χημικά ανθεκτικά υλικά (πλαστικά υψηλής ποιότητας, γυαλί, κεραμικά) έχουν αποδειχθεί επιτυχώς.
2. Απομόνωση υλικού από επιθετικό περιβάλλον.
3. Μείωση της επιθετικότητας του τεχνολογικού περιβάλλοντος. Παραδείγματα τέτοιων δράσεων είναι η εξουδετέρωση και η αφαίρεση της οξύτητας σε διαβρωτικά περιβάλλοντα, καθώς και η χρήση διαφόρων αναστολέων.
4. Ηλεκτροχημική προστασία (επιβολή εξωτερικού ρεύματος).

Οι παραπάνω μέθοδοι χωρίζονται σε δύο ομάδες:

1. Αυξάνεται η χημική αντοχή και η μόνωση πριν τεθεί σε λειτουργία το μεταλλικό έργο.
2. Η μείωση της επιθετικότητας του περιβάλλοντος και η ηλεκτροχημική προστασία χρησιμοποιούνται ήδη στη διαδικασία χρήσης ενός μεταλλικού προϊόντος. Η εφαρμογή αυτών των δύο τεχνικών καθιστά δυνατή την εισαγωγή νέων μεθόδων προστασίας, ως αποτέλεσμα των οποίων παρέχεται προστασία με μεταβαλλόμενες συνθήκες λειτουργίας.

Μία από τις συνηθέστερα χρησιμοποιούμενες μεθόδους προστασίας μεταλλικής - γαλβανικής αντιδιαβρωτικής επίστρωσης - είναι οικονομικά ασύμφορη για μεγάλες επιφάνειες. Ο λόγος είναι το υψηλό κόστος της προπαρασκευαστικής διαδικασίας.

Η κορυφαία θέση μεταξύ των μεθόδων προστασίας είναι η επικάλυψη μετάλλων με χρώματα και βερνίκια. Η δημοτικότητα αυτής της μεθόδου καταπολέμησης της διάβρωσης οφείλεται σε ένα συνδυασμό πολλών παραγόντων:

• υψηλές προστατευτικές ιδιότητες (υδροφοβικότητα, απόρριψη υγρών, χαμηλή διαπερατότητα αερίου και διαπερατότητα ατμού).
• κατασκευαστική ικανότητα ·
• άφθονες ευκαιρίες για διακοσμητικές λύσεις.
• συντηρησιμότητα ·
• οικονομική δικαιολογία.

Ταυτόχρονα, η χρήση ευρέως διαθέσιμων υλικών δεν είναι χωρίς μειονεκτήματα:

• ατελής διαβροχή της μεταλλικής επιφάνειας.
• σπασμένη προσκόλληση της επικάλυψης με το βασικό μέταλλο, η οποία οδηγεί στη συσσώρευση ηλεκτρολύτη κάτω από την ανθεκτική στη διάβρωση επίστρωση και συνεπώς συμβάλλει στη διάβρωση.
• πορώδες, οδηγώντας σε αυξημένη διαπερατότητα της υγρασίας.

Παρ 'όλα αυτά, η βαμμένη επιφάνεια προστατεύει το μέταλλο από διαβρωτικές διεργασίες ακόμα και με αποσπασματική βλάβη της μεμβράνης, ενώ οι ατελείς γαλβανικές επικαλύψεις μπορούν να επιταχύνουν ακόμη και τη διάβρωση.

Οξειδωτικά επιχρίσματα

Για προστασία από τη διάβρωση υψηλής ποιότητας, συνιστάται η χρήση μετάλλων με υψηλό επίπεδο υδροφοβικότητας, στεγανότητας σε υδατικά, αέρια και ατμούς. Αυτά τα υλικά περιλαμβάνουν οργανοπυριτικά.

Η χημική διάβρωση πρακτικά δεν ισχύει για τα οργανοπυριτικά υλικά. Οι λόγοι γι 'αυτό βρίσκονται στην αυξημένη χημική σταθερότητα τέτοιων συνθέσεων, την αντοχή τους στο φως, τις υδρόφοβες ιδιότητες και τη χαμηλή απορρόφηση νερού. Τα οργανοπυριτικά είναι επίσης ανθεκτικά σε χαμηλές θερμοκρασίες, έχουν καλές συγκολλητικές ιδιότητες και αντοχή στη φθορά.

Τα προβλήματα της καταστροφής μετάλλων λόγω των επιπτώσεων της διάβρωσης δεν εξαφανίζονται, παρά την ανάπτυξη τεχνολογιών για την καταπολέμησή τους. Ο λόγος είναι η συνεχής αύξηση της παραγωγής μετάλλων και οι όλο και πιο δύσκολες συνθήκες λειτουργίας των προϊόντων από αυτά. Είναι αδύνατο να επιλυθεί τελικά το πρόβλημα σε αυτό το στάδιο, έτσι οι προσπάθειες των επιστημόνων επικεντρώνονται στην εξεύρεση ευκαιριών για επιβράδυνση των διεργασιών διάβρωσης.