Moduri de a reduce intensitatea și rata de coroziune a produselor metalice

Coroziunea este distrugerea spontană a suprafețelor metalice sub influența interacțiunii metalelor cu mediul înconjurător. Mai ales manifestându-se la solicitări mecanice și termice crescute, procesele de coroziune produc pagube mari structurilor de oțel. Evaluarea corectă a vitezei de coroziune înseamnă creșterea durabilității produsului.

Cuprins:

• Clasificarea tipurilor de rugină
• Mecanisme de apariție și dezvoltare a fenomenelor de coroziune
• electrolitic
• În prezența acizilor
• În prezența sarcinilor
• Metode de evaluare a proceselor de coroziune
• Determinarea vitezei proceselor de coroziune
• Practica testării coroziunii metalelor
• Moduri de reducere a coroziunii: mecanism și eficacitate
• Acoperire metalică
• colorit

Clasificarea tipurilor de rugină

Coroziunea este clasificată după următoarele criterii:

1. Prin uniformitatea debitului. Există o coroziune mai uniformă, de suprafață (la care grosimea peretelui produsului scade cu același grad) și coroziune neuniformă, focală, care se caracterizează prin apariția de puncte sau ulcere deteriorate pe suprafața oțelului.
2. În direcția acțiunii. Se produce coroziunea selectivă în care sunt afectate doar anumite componente ale structurii metalice și contactul, care distruge un anumit metal (pentru compușii bimetalici).
3. Prin scara acțiunii sale, astfel de tipuri de coroziune sunt cunoscute sub numele de intergranulare, care acționează distructiv de-a lungul granițelor granulelor de oțel (cu o răspândire treptată spre interior) și în vrac, afectând în același timp întreaga suprafață.

Intensitatea coroziunii crește semnificativ dacă, pe lângă modificările / fluctuațiile adverse ale temperaturii și umidității, tensiunile, precum și un mediu agresiv chimic, afectează suplimentar suprafața de contact a metalului.

Intensitatea coroziunii crește de multe ori din cauza fisurilor dintre cristalitele adiacente și blocurile lor. Tensiunile exterioare la tracțiune și la compresiune sunt și mai agresive la oțel.

Mecanisme de apariție și dezvoltare a fenomenelor de coroziune

Deoarece majoritatea suprafețelor din oțel funcționează într-un mediu cu o anumită umiditate, precum și în apă, soluții apoase de săruri, acizi și alcaline, mecanismul electrolitic este mecanismul predominant pentru apariția ruginii. Singura excepție este coroziunea cuptorului, care apare în structurile metalice ale dispozitivelor de încălzire: acolo se produce deteriorarea suprafeței datorită formării ruginii la temperatură ridicată.

electrolitic

În timpul coroziunii electrolitice în prezența oxigenului, reacția de hidratare a fierului are loc în oțel, al cărui produs final este hidratul de oxid de fier Fe (OH) 2. Acest fenomen se numește coroziune de tip anod. Dar procesul nu se termină aici. Hidratul de oxid de fier este o substanță instabilă și, în prezența apei (sau a vaporilor de apă), se descompun destul de repede în diverși oxizi de fier:

• la temperaturi ridicate, se formează predominant FeO oxid de fier;
• la cameră sau puțin mai ridicat - oxid de fier Fe2O3;
• la intermediar (în intervalul de temperatură + 250 ... + 450 ° C) - oxid magnetic de fier-Fe3O4.

În orice caz, suprafața ruginilor din oțel, doar indicatorii acestui fenomen pot fi fie de culoare roșiatic-galben, fie de un galben-cenușiu.

În prezența acizilor

Un mecanism ușor diferit de formare a ruginii apare în prezența acizilor, a soluțiilor acide sau a mediilor lichide care nu conțin oxigen. Aici, dizolvarea anodică a oțelului are loc cu formarea de hidruri - compuși de fier și hidrogen. Însă acestea din urmă sunt substanțe instabile din punct de vedere chimic, se oxidează rapid în aer și într-un mediu umed și formează, de asemenea, rugină, doar mai desprinse. Hidrurile de fier se descompun în special rapid atunci când compușii cu sulf sunt prezenți în atmosferă sau în mediu.

În prezența sarcinilor

Conform celei de-a treia scheme, coroziunea apare atunci când se aplică sarcini externe pe suprafețele de contact. Aici, pe lângă două componente tradiționale, este necesară o a treia componentă - lubrifiant. Deoarece toți compușii organici conțin întotdeauna oxigen și hidrogen, reacțiile mecanicochimice de oxidare a lubrifiantului încep să apară cu creșterea temperaturii la contact. Ele sfârșesc prin faptul că, în loc să reducă frecarea, lubrifiantul folosit și parțial deja distrus începe să oxideze activ suprafața, formând rugină.

Metode de evaluare a proceselor de coroziune

Intensitatea coroziunii în raport cu oțelul este determinată în funcție de natura fenomenelor de coroziune. De obicei, începeți cu o detectare vizuală a ruginii pe suprafață.

Folosind un microscop convențional sau chiar o lupa, se poate evalua cu exactitate intensitatea proceselor de coroziune și gradul de deteriorare a unei suprafețe metalice.

Așa-numiții indicatori de coroziune sunt mai exact determinați de gradul de deteriorare. Cu ajutorul lor, puteți afla:

• pierderea în greutate din cauza coroziunii;
• reducerea dimensiunii liniare a piesei sau structurii;
• intensitatea deteriorarii în funcție de timpul de rezidență al piesei într-un mediu coroziv.

Pe lângă o evaluare cantitativă a prezenței ruginii, este posibilă și una calitativă. Indicatorii acesteia sunt identificate modificări ale microstructurii oțelului. Deci, este detectată coroziunea intergranulară sau selectivă. Mult mai rar, intensitatea și viteza de coroziune sunt determinate de o modificare a compoziției chimice a mediului din jurul metalului sau de cantitatea de hidrogen eliberată.

Indicatorii specifici de coroziune care afectează rata de coroziune includ:

1. Caracteristica coroziunii integrale. Se calculează ca pierderea în masă a produsului oțel pe parcursul anului împărțit la suprafața pe care a apărut rugina. În acest caz, suprafața oțelului corodat este considerată a fi una pe care există chiar și puncte singulare deteriorate.
2. Coroziune liniară. Se calculează în funcție de densitatea piesei și de grosimea stratului de produs care s-a corodat pe parcursul anului.

Care este cea mai bună valoare de utilizat? Dacă este posibil să cântăriți cu exactitate o parte înainte și după funcționarea sa, sau să evaluați modificările compoziției chimice a soluției în care a funcționat această parte, atunci este de preferat o evaluare integrală a proceselor de coroziune. În special, se evaluează performanța grăsimii de contact. Dacă piesa este verificată doar de mai multe ori pe an sau evaluarea intensității fenomenelor de coroziune trebuie efectuată prompt, atunci este mai bine să utilizați al doilea parametru.

Determinarea vitezei proceselor de coroziune

Indicatorii de coroziune ajută, de asemenea, la determinarea intensității modificărilor adverse. Pentru a face acest lucru, utilizați conceptul de „rata de coroziune a metalelor”. Poate fi estimat prin două caracteristici diferite care variază în timp.

Indicatorii de coroziune pot fi stabiliți prin următoarele caracteristici cantitative:

• pe suprafața corodată;
• pierderea în greutate totală;
• prin modificări de densitate;
• de timpul de reședință al piesei sau structurii într-un mediu coroziv (zi);
• pentru a reduce grosimea.

În acest caz, criterii cantitative pentru evaluarea naturii coroziunii oțelului într-o anumită perioadă de timp pot fi:

• pierderea absolută a coroziunii în zonă;
• modificarea dimensiunilor liniare ale produsului;
• rezistență la coroziune liniară;
• rata de coroziune;
• rata de coroziune liniară (milimetri pe an);
• rezistența la coroziune sau durabilitatea totală.

În practică, aplicarea unui criteriu sau a altuia depinde de metoda de protejare a suprafeței metalice. Poate fi vopsit vopsele rezistente la intemperiiși puteți utiliza metalul cu acoperiri de protecție. Dacă coroziunea se desfășoară uniform, atunci eficiența protecției poate fi evaluată mai precis.

Dacă intensitatea formării ruginii în diferite locuri ale produsului este diferită, atunci cea mai potrivită metodă de protecție poate fi selectată numai atunci când piesa este încărcată cu eforturi de tracțiune externe. Apoi, în timp, aspectul suprafeței nu se modifică, ci și unele caracteristici fizice, în special, conductivitatea termică și rezistența electrică.

Practica testării coroziunii metalelor

Indicatorii de coroziune sunt factori climatici - temperatura, compoziția și umiditatea relativă a mediului, natura distribuției sarcinilor externe. De asemenea, este necesar să se țină seama de schimbarea iluminării în funcție de ora zilei, cantitatea de precipitații și posibila poluare a aerului. De exemplu, în zonele emisiilor de deșeuri din apropierea instalațiilor chimice și a instalațiilor metalurgice, însoțite de o creștere accentuată a procentului de SO2, procesele de coroziune sunt activate brusc.

Ca indicatori ai activității coroziunii, puteți utiliza dependența cantitativă a coroziunii în timp:

1. Liniar - cel mai adesea acest lucru este tipic pentru suprafețele metalice care nu au o acoperire de protecție.
2. În scădere exponențială - se găsește în coroziunea acidă a metalelor și aliajelor convenționale.
3. Creșterea exponențială - când există o acoperire de protecție pe suprafața piesei.

Intensitatea formării ruginii în astfel de condiții reduce:

• viteza mica a vantului;
• reduceri ciclice în timp ale indicatorilor de umiditate relativă;
• natura efectului unui mediu coroziv la suprafață.

Cu un vânt slab sau absența acestuia, nu există condiții pentru amestecarea fluxului care spală suprafața de contact a oțelului. Cu faze prelungite de umiditate scăzută și ridicată în timpul anului, o peliculă de rugină de suprafață are timp să se formeze, să se umfle și să se separe de metalul de bază. Grosimea suprafeței va scădea, dar procesele de coroziune sunt obligate să „înceapă” mai întâi, iar acest lucru necesită nu numai timp, ci și condiții adecvate - vânt sau schimbări în compoziția chimică a aerului, ceea ce nu este întotdeauna cazul.

Umiditatea, acidul sau alcaliile pot ajunge la suprafața oțelului sub formă de picături sau prin spray. Prima metodă este tipică pentru zonele cu o cantitate mare de precipitații, iar a doua este pentru un mediu nefavorabil în care funcționează o parte sau o structură metalică.

Moduri de reducere a coroziunii: mecanism și eficacitate

Capacitatea unei suprafețe vopsite de a rezista proceselor de coroziune depinde de care predomină mecanismul de coroziune. De exemplu, cu o expunere constantă la un mediu activ chimic, diferența de potențial a suprafeței externe a produsului metalic și a volumelor interne ale acesteia se schimbă semnificativ. În acest caz, apar curenți corozivi care sporesc procesul de coroziune (un fenomen care cauzează adesea distrugerea conductelor de oțel în conductele subterane). Aici, colorarea nu dă niciun efect, deoarece compoziția chimică a suprafeței acoperite cu un strat de vopsea nu se schimbă în timp.

Acoperire metalică

Este o altă problemă când suprafața este acoperită cu un metal care are un potențial electrolitic negativ în ceea ce privește procedeele redox. Cu predominanța reacțiilor oxidative, este mai eficientă protejarea oțelului prin aplicarea unui strat de suprafață care conține aluminiu și zinc - metale care sunt „lăsate” de fier în activitatea lor de oxigen.

Astfel de procese - galvanizarea și aluminizarea - sunt utilizate pe scară largă în practica protecției anticorozive a unităților de oțel și a părților individuale situate într-un mediu oxidant. Colorarea în aceste situații este de natură auxiliară, pentru a îmbunătăți caracteristicile decorative ale suprafeței.

Într-un mediu de reducere, procesul de formare a hidrurilor de fier poate fi blocat în mod eficient prin crearea de acoperiri de suprafață a metalelor situate „la dreapta” de hidrogen: acesta este cuprul și toate metalele prețioase. Placarea din cupru, deși este folosită în practică, este de obicei realizată pentru suprafețe relativ mici, deoarece este un proces foarte costisitor din punct de vedere al finanțelor. Pentru astfel de situații, colorarea poate și trebuie aplicată.

colorit

Rolul protector al vopselelor constă în faptul că inhibitorii de coroziune sunt întotdeauna prezenți în compoziția lor - componente care încetinesc rata proceselor de formare a scării în timp. Formulele chimice ale substanțelor inhibitoare sunt concepute astfel încât, ca urmare, aspectul de rugină să fie oprit. Elasticitatea compozițiilor moderne de acoperire permite acoperirilor să reziste la eforturile de suprafață care provoacă debutul proceselor de coroziune.

Proprietățile anticorozive ale vopselelor cresc dacă acestea conțin polimeri organosilici care cresc capacitatea suprafeței pictate de a rezista la schimbări ale umidității și temperaturii, indiferent de perioada anului. Cu toate acestea, aceste vopsele au două dezavantaje semnificative:

• otrăvitoare;
• ineficiente în condițiile mecanismului de coroziune electrolitică.

Astfel, compușii de colorare selectați corect pot bloca eficient procesele de coroziune. Pentru a face acest lucru, acestea trebuie să conțină inhibitori de coroziune, să aibă o elasticitate suficientă și rezistență mecanică, modificându-se ușor în timp.