Звоните, мы сейчас работаем:
Бесплатный номер 8 (800) 301-99-67
Офис в Москве +7 (499) 403-38-65
Скопировать sale10@vt-metall.ru
sale10@vt-metall.ru
Заказать звонок
Металлообрабатывающая компания VT-METALL
Звоните, мы сейчас работаем
8 (800) 301-99-67 sale10@vt-metall.ru
МЕНЮ
  • Главная >
  • Блог >
  • Коррозия металлических изделий: выясняем причину, чтобы избежать последствий
21.09.2022
Металлообработка
329
Время чтения: 14 минут

Коррозия металлических изделий: выясняем причину, чтобы избежать последствий

Редакция сайта VT-Metall
Сохранить статью:

Из этого материала вы узнаете:

  • Почему происходит коррозия металлических изделий
  • Какой бывает коррозия металлических изделий
  • Как предотвратить коррозию металлических изделий неметаллическими покрытиями
  • Какие есть другие способы предотвращения металлических изделий от коррозии

Взаимодействие металлов с окружающей средой приводит их к разрушению под влиянием электрохимических или химических процессов. В первом случае происходит растворение, обусловленное водной средой или влагой из воздуха, а во втором имеет место процесс формирования соединений с агрессивными веществами. 

Коррозия металлических изделий может образовываться на локальных участках (местная), охватывать всю поверхность детали (равномерная) или распространятся вдоль границ кристаллов (межкристаллитная).

Виды и причины возникновения коррозии металлических изделий

Взаимодействие металлов с окружающей средой приводит их к разрушению под влиянием электрохимических или химических процессов. В первом случае происходит растворение, обусловленное водной средой или влагой из воздуха, а во втором имеет место процесс формирования соединений с агрессивными веществами. Коррозия металлических изделий может образовываться на локальных участках (местная), охватывать всю поверхность детали (равномерная) или распространятся вдоль границ кристаллов (межкристаллитная).

Виды и причины возникновения коррозии металлических изделий

Кислород и влага способствуют формированию на поверхности металла рыхлого порошка коричневого цвета (Fе2O3•H2О), который называют ржавчиной.

  • Химическая коррозия

В этом случае разрушение металлических изделий происходит в средах, которые не являются проводниками электричества (сухие газы, нефтепродукты, спирты и другие органические жидкости). Химическая коррозия ускоряется с ростом температуры и приводит к образованию оксидной пленки.

Этому процессу подвержены все металлы без исключения. Наиболее активные из них, такие к примеру, как алюминий, в результате коррозии образуют оксидную пленку, которая защищает металлическое изделие от глубокого окисления. На поверхности меди и некоторых малоактивных металлов образуется налет, который называется патина. 

Следует отметить, что оксидная пленка может служить защитой от дальнейшего окисления только в том случае, когда ее кристаллохимическая структура сообразна строению металла. В других случаях такая пленка не защитит металлическое изделие от дальнейшего окисления.

Процесс коррозии в сплавах металлов протекает несколько иначе. Определенные элементы таких соединений вместо окисления восстанавливаются. К примеру, при высоких показателях температуры и давления в структуре сталей происходит восстановлением карбидов водородом, поэтому материалы теряют свои характеристики.

  • Электрохимическая коррозия

Для протекания этого процесса не обязательно погружать металл в электролит. Электрохимическая коррозия может протекать под воздействием тоненькой электролитической пленки, образующейся на поверхности металла. Кроме того, растворы электролита могут находиться в среде, которая окружает металлическое изделие (в грунте, в бетоне и т.д.). 

Чаще всего электрохимическую коррозию провоцирует применение солей калия и натрия для борьбы с обледенением дорог и тротуаров в зимнее время. От такой коррозии сильно страдают автомобили, и различные инженерные коммуникации. Убытки, вызванные применением солей в Соединенных Штатах, после каждой зимы составляют около 2,5 млрд.$.

Процесс электрохимической коррозии заключается в том, что часть атомов металлов или их сплавов перемещается в раствор электролита в виде ионов. Замещаются утерянные атомы отрицательно заряженными электронами, которые формируют гальваническую пару с положительно заряженной электролитической средой. В результате этого процесса происходит разрушение металла, частицы которого становятся частью электролита. 

Электрохимическая коррозия может быть спровоцирована блуждающими токами, которые являются следствием утечки из электрической цепи части тока в грунт, воду или в металлические конструкции. При этом, разрушением металла будет происходить в тех зонах, где токи выходят из металла обратно в грунт или в водную среду. Довольно часто блуждающие токи образуются вдоль маршрутов городского электротранспорта или в местах движения ЖД локомотивов, которые оборудованы электродвигателями. За 12 месяцев такие токи с силой 1А могут привести к растворению более 9 кг железа, 10,7 кг цинка, 33,4 кг свинца и т.д.

  • Другие причины коррозии металлических изделий

Разрушение металла может быть обусловлено радиоактивными элементами, а также продуктами жизнедеятельности микроорганизмов и бактерий (биокоррозия). Одним из примеров биокоррозии является разрушение корпуса судов под влиянием жизнедеятельности морских микроорганизмов.

Под валянием механических напряжений и окружающей среды происходит заметное ускорение процесса разрушения металлических изделий. Это приводит к заметному снижению термической устойчивости металлов и разрушению защитной оксидной пленки. В точках, где структура металла теряет свою однородность, усиливается процесс электрохимической коррозии.

причины коррозии металлических изделий

Неметаллические защитные покрытия металлических изделий от коррозии Защита металлических изделий от коррозии может осуществляться с применением неметаллических покрытий, которые предохраняют металл от контакта с влагой, служат изоляционным слоем и обеспечивают привлекательный внешний вид продукции. Различают несколько видов неметаллических покрытий: краски, лаки, полимеры, резина, смазки, силикатные эмали, пасты и т.д.

  • Лакокрасочные антикоррозийные покрытия

Это наиболее распространенный вид покрытий для металлических изделий. Они включают пленкообразующие компоненты, наполнители, красители, пластификаторы, растворители, катализаторы.

Лакокрасочные покрытия обеспечивают эффективную защиту металлических деталей в разных средах и придают им эстетичный вид. Меняя состав и добавляя определенные компоненты в их состав, можно придавать им нужные характеристики (электропроводимость, высокую прочность, температурную устойчивость, кислото-стойкость и т.д.).

 

Для нанесения лакокрасочного покрытия на металлические изделия могут использоваться различные материалы: лаки, краски, эмали, грунтовки, олифы и шпаклевки.

  • Полимерные покрытия для металла

Для защиты металлических изделий от коррозии может использоваться технология нанесения горячей полимерной смолы. Такое покрытие может наноситься разными способами: погружение, газо-термическое, вихревое напыление или окрашивание кистью. Когда смола, нанесенная на металл,

Для формирования полимерного покрытия чаще всего используются такие материалы, как: полистирол, полиэтилен, полипропилен, полиизобутилен, фторопласты, эпоксидные смолы и т.д.

Такая технология защиты металла от коррозии применяется для облицовки химического оборудования и различных емкостей.

  • Резиновые антикоррозионные покрытия (гуммирование)

Технология защиты металлических резервуаров, труб, оборудования для хранения химической продукции и других изделий может применяться технология гуммирования. Для этого используется резина или эбонит. Антикоррозийные покрытия могут формироваться из мягкого или твердого сырья. Первый вариант применяют для деталей, испытывающих механические ударные, колебательные и другие нагрузки. Покрытия из твердой резины применяют для металлических изделий, которые эксплуатируются при постоянных температурах без нагрузок. Степень мягкости резины регулируется изменением процентного содержания серы (мягкая содержит 2- 4% серы, твердая – 30-50%).

Резиновые антикоррозионные покрытия

Резиновое покрытие должно наноситься на предварительно подготовленную поверхность. Металл очищают от загрязнений, обезжиривают и обрабатывают резиновым клеем, из-под которого с помощью валика удаляют воздух. После этого изделие подвергается вулканизации.

Покрытия из резины устойчивы к воздействию многих кислот и щелочей (они разрушаются только при воздействии сильных окислителей), а также являются надежными диэлектриками. Недостатком такой обработки, так же, как при использовании полимеров является старение покрытия со временем.

  • Покрытия из силикатных эмалей

Для защиты от коррозии металлических деталей, которые работают при повышенных показателях температуры и давления, а также в агрессивных средах используются силикатные эмали. Их могут наносить мокрым или сухим способом. В первом случае используется специальная паста, а во втором порошковые смеси.

Технология нанесения эмалевых покрытия предполагает поэтапное выполнение работ. Вначале на металлическую деталь наносятся порошковая грунтовочная эмаль для улучшения адгезии, а также для снижения температурных и механических напряжений. Спекание первого слоя покрытия выполняется в температурном режиме от 880°C до 920°C. Затем наносится основной слой эмали, и спекают ее при температурах от 840°C до 860°C.

При необходимости может наноситься эмалевое силикатное покрытие может наноситься в несколько слоев. В этом случае, описанные выше операции выполняются нужное количество раз. Для чугунных изделий используется трехслойное покрытие, совокупная толщина которого составляет до 1 мм.

Недостатки такой антикоррозийной обработки металлических изделий связаны с низкой устойчивости силикатных эмалей к ударным нагрузкам (на поверхности покрытия могут появляться трещины и сколы).

  • Антикоррозийные покрытия в виде паст и смазок

Для длительного хранения или транспортировки металлических изделий на большие расстояния их покрывают специальными смазками или пастами. Нанесение защитного слоя производится с помощью кисти, тампона или распылением специального состава. Когда покрытие подсохнет, на поверхности металла сформируется пленка, защищающая деталь от воды, пыли и газообразных веществ. Для производства смазок используются минеральные масла с воскообразными добавками. Для обработки стали в состав смазок включают небольшое количество щелочи. Чаще всего используется состав, состоящий из 5% парафина и 95% петролатума.

Для изготовления паст применяют суспензии минеральных восков (церезина) или парафина и каучука, а также полиизобутилена в уайт-спирите.

Антикоррозийная защита с помощью паст и смазок является достаточно эффективной, но ее недостатком считается низкая прочность защитной пленки.

Электрохимический способ защиты от коррозии металлических изделий

Классические методы предупреждения металлических изделий от коррозии основаны на покрытии изделия электролитическим способом чистым металлом или специальным сплавом. В таблице приведены наиболее популярные покрытия, которые могут наноситься с применением электрохимической обработки.

Электрохимический способ защиты от коррозии металлических изделий

Данный метод антикоррозийной защиты металлических изделий хорошо изучен и может применяться для большинства металлов и разных сплавов. Защитное покрытие наносится на электропроводящую основу. Технология данного процесса обеспечивает возможность регулирования толщины и характеристик покрытия путем изменения состава электролита, параметров тока и температуры. При точном соблюдении технологических требований обеспечивается высокое качество защитного покрытия. При необходимости, электрохимический способ защиты металлических деталей позволяет получать зеркальные поверхности без дополнительной полировки.

Стоимость оборудования для такой обработки является довольно доступной.

Данная технология нанесения защитных покрытий не отличается высокой производительностью (порядка (10 - 50 мкм/час на м2), что обусловлено невысоким уровнем применения непрерывных методик и внедрения технологических линий для обработки рулонных материалов. 

В РФ стальной прокат с электролитическим покрытием под маркой «Полистил» серийно выпускает только Листвянский МЗ. В каталоге продукции этого предприятия представлена тонколистовая оцинкованная сталь марок ЭОЦ, ЭЦ, освинцованный прокат ЭОС, хромированная жесть и другие виды продукции с электрохимическими покрытиями.

Данная технология антикоррозийной защиты металла применяется многими отечественными компаниями, которые осуществляют производственную деятельность в разных областях.

Примерно похожие технологические процессы используются при анодировании сплавов алюминия и других металлов. В этом случае происходит наращивание оксидного слоя. Кроме антикоррозийной защиты такая методика позволяет придавать изделиям дополнительные декоративные характеристики, что обеспечивает перспективность их применения.

Электрохимический способ защиты от коррозии металлических изделий

Все известные технологии электрохимической защиты металлических изделий от коррозии имеют один общий недостаток. Перед нанесением покрытия деталь должна подвергаться тщательной очистке. Кроме того, такие методы, в зависимости от реактивов, используемых для очистки металла, а также от состава электролита отличаются разной степенью экологической опасности. Наиболее токсичными методиками обработки являются: кадмирование, свинцевание, хромирование, золочение и серебрение. При этом, разработки в области создания менее опасных реагентов приносят минимальные результаты. 

В западных странах из-за постоянного ужесточения экологических требований наблюдается постоянное сокращение производства в сфере нанесения электрохимических покрытий. Требования защитников экологии в ЕС и в Соединенных Штатах не всегда обоснованы, что создает определенные перспективы отечественным компаниям.

Многолетний опыт применения электролитических технологий и часто встречающийся непрофессионализм в оценке их развития приводят к противоречивым выводам. По оценке экспертов, перспективы наиболее полярных гальванических покрытий выглядят следующим образом:

  • цинкование под влияние развития технологий горячего процесса и других методик, отличающихся более высокой экологичностью и экономичностью, будет использоваться реже;
  • кадмирование резко сократится из-за несоответствия современным экологическим требованиям;
  • хромирование все меньше используется в автомобилестроительной промышленности. Кроме того, эта технология отличается повышенной сложностью и вредностью отходов. Все эти факторы станут причиной снижения использования хромирования для защиты от коррозии металлических изделий;
  • никелирование будет применяться все шире, так как эта технология наносит минимальный вред экологии, обеспечивает эффективную защиту от коррозии и позволяет придавать металлическим изделиям высокие декоративные характеристики. Кроме того, никелирование позволяет создавать новые типы покрытий, к примеру, сплавы Ni-Sn;
  • лужение будет использоваться все реже, так как эта технология не выдерживает конкуренции с другими методиками.

Если говорить о долгосрочной перспективе, то можно предположить существенное снижение применения гальванических методов защиты металлических изделий от коррозии, ввиду их вытеснения более простыми либо наукоемкими способами.

Предотвращение коррозии металлических изделий горячим цинкованием

Горячее цинкование можно назвать наиболее простым, но, при этом, наиболее старым способом защиты металла от , строительных конструкций, уголка и проволоки.

  • Подготовка поверхности металлических изделий

Перед тем, как нанести на поверхность стальных деталей расплавленный цинк необходимо провести некоторые подготовительные работы. От того, насколько качественной будет подготовка изделий зависит степень адгезии покрытия с металлом. Подготовительные работы выполняются в несколько этапов. Вначале металлическая поверхность обезжиривается, затем, промывается, подвергается травлению и флюсованию.

Тщательное обезжиривание поверхностей изделий из металла необходимо для удаления масляных пятен и различных загрязнений. Для этой операции часто используются кислоты и щелочные растворы. В зависимости от характера загрязнения для обезжиривания могут использоваться те или иные реагенты. Эта операция осуществляется при температурах от 60 °C до 80 °C. После этого металлическое изделие нужно тщательно промыть, чтобы удалить остатки реагентов, пены, жира и т.д.

Предотвращение коррозии металлических изделий горячим цинкованием

На следующем этапе деталь подвергают травлению. 

Чтобы убрать остатки ржавчины и окалину изделие погружают в раствор HCl с концентрацией 120 - 210 г/л. Такая операция обеспечивает эффективную очистку металлических деталей, что является необходимым условием для обеспечения адгезии цинкового покрытия с металлом. При этом, чтобы кислота не разрушала обрабатываемую деталь, в ее раствор включают особые ингибиторы, предотвращающие абсорбцию водорода (наводороживание).

После завершения травления деталь нужно еще раз промыть, чтобы убрать остатки раствора. Для более экономного расхода воды и удобства при промывке используют последовательно расположенные ванны.

При контакте с водой на поверхности металлических изделий формируются окислы, которые удаляют флюсованием. Эта операция позволяет полностью очистить металл и получить на его поверхности пассивный пленочный слой, защищающий от окисления и обеспечивающий хорошую адгезию с цинком.

Для флюсования используют состав, включающий NH4Cl и ZnCl2. К примеру, на производстве часто используют флюсы, содержащие 55,4% хлорида аммония, 6% глицерина и 38,4% хлорида цинка. Эта процедура выполняется концентрированным раствором (400 - 600 г/л) при 60 °C. При этом необходимо постоянно контролировать состав раствора и своевременно очищать ванну (для этого в нее добавляют H2O2). При добавлении перекиси водорода в ванне оседают соли Fe3+, которые собирают в специальные отстойники и отфильтровывают.

  • Сушка металлических изделий перед горячим цинкованием

После флюсования деталь необходимо тщательно просушить. В противном случае остатки воды на поверхности металла при погружении в расплавленный цинк начинают испаряться, что приводит к микровзрывам и нарушает целостность цинкового слоя. Кроме того, сушка деталей позволит сократить расход тепловой энергии на поддержание стабильной температуры расплавленного цинка. Длительность процесса сушки превышает продолжительность самого цинкования. Для просушивания металлические изделия помещают в сушильную печь, разогретую до 100°C.

  • Горячее цинкование

Чтобы обеспечить надежную защиту металлических деталей от коррозии необходимо обеспечить следующие составляющие: высокое качество цинка и металла, точное поддержание температурного режима, правильная предварительная подготовка изделия, необходимая скорость погружения/поднятия и определенная длительность погружения, соблюдение требований к режиму охлаждения.

При погружении в расплавленный цинк флюс оплавляется, обеспечивая необходимую смачиваемость поверхности. Слишком медленное погружение приводит к слишком раннему расплавлению флюса и появлению окислов на поверхности металлического изделия. Из-за слишком быстрого погружения флюс не успеет расплавиться, и цинковое покрытие будет иметь дефекты. Поэтому, важно точно соблюдать требования по скорости погружения изделия в ванну.

Горячее цинкование

Технология горячего цинкования предусматривает нахождение металлических изделий в ванне с расплавленным цинком от 3 до 10 минут. В течение этого времени поверх расплава формируется слой шлака. Прежде, чем достать деталь необходимо очисть ее от этого шлака с помощью специального скребка. В противном случае он осядет на оцинкованном изделии.

Скорость, с которой будет извлекаться металлическая деталь из расплавленного цинка, влияет на толщину защитного слоя (более толстое покрытие получается при медленном извлечении). Это связано со скоростью кристаллизации. Продолжительность подъема и наклон изделия определяется индивидуально, исходя из его формы и размеров. Процесс сушки детали после горячего цинкования осуществляется на открытом воздухе.

Для удаления и дальнейшей утилизации паров HCl и других вредных веществ над всеми ваннами производственной линии устанавливают вентиляционные системы высокой мощности.

Новейшие линии, которые выполняют процесс горячего цинкования, работают полностью в автоматическом режиме. Более старое оборудование управляется операторами с помощью контрольных пультов, что предотвращает непосредственный контакт работников с вредными испарениями.

Преимущества защиты металлических изделий от коррозии с помощью технологии горячего цинкования:

  • на поверхности детали формируется покрытие, отличающееся высокой коррозионной устойчивостью;
  • доступная стоимость;
  • простота технологического процесса;
  • простота обслуживания оборудования;
  • высокая производительность;
  • покрытие, образовавшееся после горячего цинкования, обеспечивает защиту металлических изделий даже от механических повреждений;
  • полученное покрытие отличается высокой электропроводимостью и теплопроводностью;
  • горячецинковое покрытие препятствует хрупкость металла вследствие воздействия атомарного водорода.

Недостатки технологии:

  • размер деталей, которые могут обрабатываться по методу горячего цинкования, ограничен габаритами ванны;
  • оцинкованные металлические изделия плохо подвержены дальнейшей обработке и сварке;
  • относительная неравномерность цинкового слоя;
  • с помощью горячего цинкования невозможно получить очень тонкие покрытия;
  • относительно большой расход цинка.

Данная технология позволяет создавать на поверхности металлических изделий защитный слой от нескольких микрон до одного миллиметра.

Плакирование – еще один способ защиты металлических изделий от коррозии

Технология покрытия металлических деталей защитным антикоррозийным слоем из другого металла методом пластической деформации называется плакированием. Данный процесс обработки основан на холодной сварке, позволяющей формировать атомарные связи между металлами без взаимного проникновения материалов.

Плакирование, как правило, используется для формирования защитного слоя или декоративных металлических покрытий на деталях, которые изготовлены из нержавейки, конструкционной стали, а также медных и алюминиевых сплавов. Этапы обработки при данной технологии зависят от способа сжатия металлов и выглядят следующим образом:

  1. Подготовительные мероприятия, включающие очистку обрабатываемой детали механическими и химическими способами.
  2. Фиксация на поверхности изделия металла (листового, порошкового или трубчатого), который используется для плакирования.
  3. Сжатие материалов, позволяющее обеспечить их деформацию, которая будет достаточной для их взаимного проникновения путем формирования атомарных связей.

Данная технология может использоваться для обработки штучной или погонной продукции (листы, труба, пруток). Процедура нанесения на металлические изделия слоя, защищающего от коррозии, может быть непрерывной или циклической.

Плакирование

В соответствии с производственной необходимостью технология плакирования позволяет обрабатывать до 6 слоев металла (включая основной). Толщина получаемых слоев находится в пределах от десятых частей до нескольких единиц миллиметров. Необходимым условием для применения технологии плакирования является сочетаемость основного материала с плакирующим слоем, которая определяется однородностью кристаллических решеток.

Наиболее распространенные методы пластической деформации металлов, использующиеся для защиты металлических изделий от коррозии с помощью технологии плакирования:

  • Прокатка. В этом случае несколько слоев (от 2-х до 4-х) длинномерного металла протягивают через вальцы. Особенности технологии многослойного плакирования определяются твердостью металлических листов и их расположением в пакете.
  • Экструзия позволяет осуществлять наружное и внутренне плакирование изделий цилиндрической формы (трудная продукция, проволока, круглый прокат). Для этого метода используют плакирующий материал в виде трубки, которая крепится снаружи на обрабатываемом изделии. Пластическая деформация материалов осуществляется на этапе прохождения заготовок через фильеру.
  • Штамповка. В этом случае лист плакирующего материала накладывают на обрабатываемое изделие и прижимают, параллельно выполняя штамповку рельефных поверхностей.
  • Сваривание взрывом. Над соединяемыми элементами размещают накладные заряды взрывчатки, при срабатывании которой осуществляется их резкое сжатие. Такая технология дает возможность осуществлять плакирование металла большой толщины.

Чтобы обеспечить необходимую пластичность соединяемых материалов, их могут нагревать с помощью СВЧ-излучателей до нужной температуры. 

К наиболее современным методам плакирования относят обработку с применением лазерного оборудования. Такие устройства оснащены рабочим органом, в который обеспечивает подачу металлического порошка непосредственно в лазерный луч. Металл расплавляется и в виде струи направляется на поверхность детали.

Снижение агрессивной среды для предотвращения металлических изделий от коррозии

На современных производственных предприятиях могут успешно применяться способы защиты металлических изделий от коррозии, основанные на модификации состава агрессивной среды, в которой работают детали из металла. Существует 2 способа снижения агрессивности среды:

  • внедрение ингибиторов (веществ, замедляющих процесс коррозии металлических изделий);
  • устранение из рабочей среды соединений, провоцирующих коррозионные процессы.

Первый способ часто применяется для охлаждающих систем, емкостей, травильных ванн и других объектов с постоянным объемом коррозионных сред.

Существует несколько разновидностей замедлителей коррозии:

  • органические, неорганические, летучие;
  • анодные, катодные, комбинированные;
  • вещества для щелочных, кислых или нейтральных сред.

Действующие требования СНиП допускают использование следующих ингибиторов:

  • Ca(HCO3)2;
  • бораты и полифосфаты;
  • бихроматы и хроматы;
  • нитриты;
  • органические вещества (многоосновные спирты, тиолы, амины, аминоспирты, аминокислоты с поликарбоксильными свойствами, летучие составы "ИФХАН-8А", "ВНХ-Л-20", "НДА").

В свою очередь для снижения агрессивности коррозионных сред применяют такие способы, как:

  • вакуумирование;
  • нейтрализация кислотных соединений каустической содой или гашеной известью;
  • деаэрация с последующим удалением кислорода.
 

В настоящее время существует широкий выбор технологий для защиты металлических деталей от коррозии. В каждом отдельном случае необходимо только выбрать оптимальный вариант обработки, чтобы обеспечить максимально высокий срок службы изделиям из сталей и чугуна.


Читайте также
Максим Игоревич Макаров
Максим Игоревич печатает ...

Узнайте цены на изделия со скидками
до 30%

Скачать прайс
Написать на почту

Напишите
письмо на почту

Позвонить бесплатно

Позвонить
бесплатно

Написать на почту

Написать
письмо на почту

Яндекс.Метрика