Što je kemijska korozija i kako je eliminirati?

Kemijska korozija je proces koji se sastoji u uništavanju metala pri interakciji s agresivnim vanjskim okruženjem. Kemijska raznolikost postupaka korozije nije povezana s učincima električne struje. Kod ove vrste korozije dolazi do oksidacijske reakcije, gdje je materijal koji se uništava ujedno i sredstvo za smanjenje elemenata u mediju.

sadržaj:

• Korozija plina
• Karakteristike oksidnog filma
• Stopa korozije
• Korozija u ne-elektrolitnim tekućinama
• Metode zaštite od korozije
• Organosilikatni premazi

Klasifikacija različitih agresivnih okruženja uključuje dvije vrste uništavanja metala:

• kemijska korozija u ne-elektrolitnim tekućinama;
• kemijska plinska korozija.

Korozija plina

Najčešći oblik kemijske korozije - plin - je korozivni proces koji se događa u plinovima pri povišenim temperaturama. Ovaj je problem tipičan za rad mnogih vrsta tehnološke opreme i dijelova (okovi peći, motori, turbine itd.). Osim toga, ultra visoke temperature koriste se za obradu metala pod visokim tlakom (grijanje prije valjanja, utiskivanje, kovanje, toplinski procesi itd.).

Značajke stanja metala pri povišenim temperaturama određuju se po dva njihova svojstva - toplinska i toplinska otpornost. Otpornost na toplinu je stupanj stabilnosti mehaničkih svojstava metala pri pretjerano visokim temperaturama. Pod stabilnošću mehaničkih svojstava podrazumijeva se dugotrajno očuvanje čvrstoće i otpornost na puzanje. Otpornost na toplinu je otpornost metala na korozivno djelovanje plinova pri povišenim temperaturama.

Brzina korozije plina određena je nizom pokazatelja, uključujući:

• atmosferska temperatura;
• komponente uključene u metal ili leguru;
• okolišni parametri na kojima se nalaze plinovi;
• trajanje kontakta s plinovitim medijem;
• svojstva korozivnih proizvoda.

Na proces korozije više utječu svojstva i parametri oksidnog filma koji se pojavio na metalnoj površini. Stvaranje oksida može se kronološki podijeliti u dva stupnja:

• adsorpcija molekula kisika na metalnoj površini u interakciji s atmosferom;
• dodirivanje metalne površine s plinom, što rezultira kemijskim spojem.

Prvi stupanj karakterizira pojava ionske veze, kao rezultat interakcije kisika i površinskih atoma, kada atom kisika uzima metalni par elektrona. Nastala veza odlikuje se izuzetnom snagom - veća je od veze kisika s metalom u oksidu.

Objašnjenje ove veze leži u utjecaju atomskog polja na kisik. Čim se metalna površina napuni oksidirajućim sredstvom (a to se dogodi vrlo brzo), pri niskim temperaturama, zahvaljujući snazi ​​van der Waalsa, započinje adsorpcija oksidirajućih molekula. Rezultat reakcije je pojava najsitnijeg monomolekularnog filma koji s vremenom postaje gušći, što otežava pristup kisiku.

U drugom stupnju dolazi do kemijske reakcije tijekom koje oksidirajući element medija uzima valencijske elektrone iz metala. Kemijska korozija krajnji je rezultat reakcije.

Karakteristike oksidnog filma

Razvrstavanje oksidnih filmova uključuje tri vrste:

• tanka (nevidljiva bez posebnih uređaja);
• srednja (obezbojenje);
• debela (vidljiva golim okom).

Dobiveni oksidni film ima zaštitne mogućnosti - usporava ili čak potpuno inhibira razvoj kemijske korozije. Također, prisutnost oksidnog filma povećava toplinsku otpornost metala.

Međutim, doista učinkovit film mora ispunjavati niz karakteristika:

• ne biti porozan;
• imaju kontinuiranu strukturu;
• imaju dobra ljepljiva svojstva;
• razlikuju se u kemijskoj inertnosti u odnosu na atmosferu;
• biti tvrdi i otporni na habanje.

Jedan od gore navedenih uvjeta - čvrsta je struktura posebno važna. Uvjet kontinuiteta je višak volumena molekula oksidnog filma nad volumenom metalnih atoma. Kontinuitet je sposobnost oksida da neprekidnim slojem prekrije cijelu metalnu površinu. Ako ovaj uvjet nije ispunjen, film se ne može smatrati zaštitnim. Međutim, postoje iznimke od ovog pravila: za neke metale, na primjer, za magnezij i elemente zemnoalkalnih skupina (isključujući berilij), kontinuitet ne pripada kritičnim pokazateljima.

Za određivanje debljine oksidnog filma koristi se nekoliko tehnika. Zaštitne osobine filma mogu se razjasniti u trenutku nastanka. Da bismo to učinili, proučavamo brzinu oksidacije metala i parametre promjene brzine tijekom vremena.

Za već nastali oksid koristi se druga metoda koja se sastoji u proučavanju debljine i zaštitnih karakteristika filma. Da biste to učinili, na površinu se nanosi reagens. Zatim stručnjaci bilježe vrijeme koje je potrebno da prodre reagens, a na temelju dobivenih podataka zaključuju da je debljina filma.

Obratite pažnju! Čak i konačno formirani oksidni film nastavlja interakciju s oksidirajućim medijem i metalom.

Stopa korozije

Intenzitet s kojim se razvija kemijska korozija ovisi o temperaturnom režimu. Pri visokim temperaturama oksidativni procesi se razvijaju brže. Nadalje, smanjenje uloge termodinamičkog faktora tijekom reakcije ne utječe na proces.

Od velike važnosti su hlađenje i varijabilno grijanje. Zbog toplinskih naprezanja u oksidnom filmu pojavljuju se pukotine. Kroz rupe oksidirajući element udara u površinu. Kao rezultat, nastaje novi sloj oksidnog filma, a prvi se ljušti.

Najmanje ulogu igraju komponente plinovitog medija. Ovaj je faktor individualan za različite vrste metala i u skladu je s temperaturnim oscilacijama. Na primjer, bakar može brzo korodirati ako je u kontaktu s kisikom, ali otporan je na taj postupak u okruženju sumpornog oksida. Za nikal, naprotiv, sumporni oksid je fatalan, a stabilnost se opaža u kisiku, ugljičnom dioksidu i vodenom okolišu. Ali krom je otporan na sva ta okruženja.

Obratite pažnju! Ako razina tlaka disocijacije oksida prelazi tlak oksidacijskog elementa, proces oksidacije se zaustavlja i metal dobiva termodinamičku stabilnost.

Komponente legure također utječu na brzinu oksidacijske reakcije. Na primjer, mangan, sumpor, nikal i fosfor ne doprinose oksidaciji željeza. Ali aluminij, silicij i krom čine proces sporijim. Kobalt, bakar, berilij i titan još više usporavaju oksidaciju željeza. Dodaci vanadija, volframa i molibdena pomoći će da se proces pojača, što se objašnjava topljivošću i isparljivošću tih metala. Oksidacijske reakcije odvijaju se najsporije s austenitnom strukturom, jer je ona najviše prilagođena visokim temperaturama.

Drugi faktor o kojem ovisi brzina korozije je karakteristika obrađene površine. Glatke površine oksidiraju sporije, a neravne površine brže.

Korozija u ne-elektrolitnim tekućinama

Neprovodne tekućine (tj.ne-elektrolitne tekućine) uključuju organske tvari poput:

• benzen;
• kloroform;
• alkoholi;
• tetraklorid ugljik;
• fenol;
• ulje;
• benzina;
• kerozin itd.

Pored toga, mala količina anorganskih tekućina, poput tekućeg broma i rastaljenog sumpora, klasificirana je kao ne-elektrolitna tekućina.

Treba napomenuti da sama organska otapala ne reagiraju s metalima, međutim u prisutnosti male količine nečistoće dolazi do intenzivnog interakcijskog procesa.

Elementi sumpora u ulju povećavaju brzinu korozije. Također, visoke temperature i prisutnost kisika u tekućini pospješuju korozijske procese. Vlaga intenzivira razvoj korozije u skladu s elektromehaničkim principom.

Drugi čimbenik brzog razvoja korozije je tekući brom. Pri normalnim temperaturama posebno štetno djeluje na visoko ugljične čelike, aluminij i titan. Manje značajan je utjecaj broma na željezo i nikal. Najveću otpornost na tekući brom pokazuju olovo, srebro, tantal i platina.

Rastaljeni sumpor ulazi u agresivnu reakciju s gotovo svim metalima, prvenstveno s olovom, kositrom i bakrom. Klase ugljika od čelika i titanovog sumpora manje su pogođene i gotovo potpuno uništavaju aluminij.

Zaštitne mjere metalnih konstrukcija smještenih u neprevodnom tekućem mediju provode se dodavanjem metala otpornih na određeni medij (na primjer, čelika s visokim sadržajem kroma). Također se koriste posebni zaštitni premazi (na primjer, u okruženju koje sadrži puno sumpora koriste se aluminijski premazi).

Metode zaštite od korozije

Metode suzbijanja korozije uključuju:

• obrada osnovnog metala zaštitnim slojem (na primjer, nanošenje boje);
  
• upotreba inhibitora (npr. kromata ili arsenita);
• uvođenje materijala otpornih na korozijske procese.

Izbor određenog materijala ovisi o potencijalnoj učinkovitosti (uključujući tehnološku i financijsku) njegove uporabe.

Suvremeni principi zaštite metala temelje se na takvim tehnikama:

1. Poboljšanje kemijske otpornosti materijala. Kemijski otporni materijali (visoka polimerna plastika, staklo, keramika) uspješno su se dokazali.
2. Izolacija materijala iz agresivnog okruženja.
3. Smanjenje agresivnosti tehnološkog okruženja. Primjeri takvih djelovanja uključuju neutralizaciju i uklanjanje kiselosti u korozivnim okruženjima, kao i upotrebu različitih inhibitora.
4. Elektrokemijska zaštita (nametanje vanjske struje).

Gore navedene metode podijeljene su u dvije skupine:

1. Povećana kemijska otpornost i izolacija primjenjuju se prije stavljanja metalne konstrukcije u pogon.
2. Smanjenje agresivnosti okoliša i elektrokemijska zaštita već se koriste u postupku uporabe metalnih proizvoda. Primjena ove dvije tehnike omogućuje uvođenje novih metoda zaštite, što rezultira zaštitom promjenom radnih uvjeta.

Jedna od najčešće korištenih metoda zaštite metala - galvanski antikorozivni premaz - ekonomski je neisplativa za velike površine. Razlog su visoki troškovi pripremnog postupka.

Vodeće mjesto među metodama zaštite je premazivanje metala bojama i lakovima. Popularnost ove metode suzbijanja korozije rezultat je kombinacije nekoliko čimbenika:

• visoka zaštitna svojstva (hidrofobnost, odbijanje tekućina, niska propusnost plina i propusnost pare);
• manufacturability;
• široke mogućnosti dekorativnih rješenja;
• održavanja;
• ekonomsko opravdanje.

U isto vrijeme, uporaba široko dostupnih materijala nije bez nedostataka:

• nepotpuno vlaženje metalne površine;
• prekinuta adhezija premaza s osnovnim metalom, što dovodi do nakupljanja elektrolita ispod premaza otpornog na koroziju i, na taj način, doprinosi koroziji;
• poroznost, što dovodi do povećane propusnosti vlage.

Pa ipak, obojana površina štiti metal od korozivnih procesa čak i fragmentarnim oštećenjima filma, dok nesavršene galvanske prevlake mogu čak i ubrzati koroziju.

Organosilikatni premazi

Za visokokvalitetnu zaštitu od korozije preporučuje se uporaba metala s visokom razinom hidrofobnosti, nepropusnosti u vodenom, plinskom i parnom okruženju. Ovi materijali uključuju organosilikate.

Kemijska korozija se praktički ne odnosi na organosilikatne materijale. Razlozi za to leže u povećanoj kemijskoj stabilnosti takvih pripravaka, njihovoj otpornosti na svjetlost, hidrofobnim kvalitetama i maloj apsorpciji vode. Organosilikati su također otporni na niske temperature, imaju dobra ljepljiva svojstva i otpornost na habanje.

Problemi uništavanja metala uslijed djelovanja korozije ne nestaju, usprkos razvoju tehnologija za borbu protiv njih. Razlog je stalni porast proizvodnje metala i sve teži uvjeti rada proizvoda od njih. Konačno je nemoguće riješiti problem u ovoj fazi, pa su napori znanstvenika usmjereni na pronalaženje mogućnosti za usporavanje procesa korozije.