Коррозия оказывает разрушительное действие на изделия из металла и сплавы. При взаимодействии с окружающей средой металлические изделия покрываются пятнами в виде ржавчины. Чем более активный металл, тем он сильнее подвержен коррозии.

Коррозия оказывает разрушительное действие на автомобили, суда, коммуникации и другие металлические изделия, что может привести к утечке нефти, газа и другим негативным последствиям. Она отрицательно влияет на здоровье человека, а продукты окисления загрязняют окружающую среду.

Недопустима коррозия в авиационной, химической и атомной промышленности. Порой затраты на ремонт металлических изделий превышают стоимость материала, который был израсходован на их изготовление.

Основные виды коррозионных процессов

Виды коррозии металлов можно разделить по следующим признакам: характеру разрушения, коррозионной среде и механизму действия.

Исходя из характера разрушений, коррозия может быть:

• сплошной. При этом она может быть равномерной и неравномерной. При равномерной разрушается вся поверхность изделия. При неравномерной появляются пятна и точечные углубления;
• межкристаллитной. В этом случае она проникает вглубь изделия по границам зерен металла;
• транскристаллитной, при этом металл рассекается трещиной через зерно;
• избирательной. Происходит разрушение одной из составляющих сплава. Например, в латуни может разрушаться цинк.
• подповерхностной. Начинается на поверхности и постепенно проникает в верхние слои металла.

Существуют следующие виды коррозионной среды:

• атмосфера;
• почва;
• жидкость (щелочь, кислота или солевые растворы).

Механизм действия разделяет коррозию на химическую и электрохимическую.

Химической коррозией называется процесс, при котором происходит самопроизвольное разрушение металлов. Он происходит при взаимодействии металлических изделий с активно-коррозионной средой, чаще всего газовой. Эти процессы сопровождаются высокими температурами.

В результате происходит одновременное окисление металла и восстановление коррозионной среды. Химическая коррозия происходит также при взаимодействии с органическими жидкостями, например, с нефтепродуктами, спиртом и др.

Электрохимическая коррозия возникает в электролитах, например, в водных растворах. Электрохимическая реакция вызывает электрический ток, который способствует разрушению металла. В этом случае происходят как химические процессы, при которых происходит отдача электронов, так и электрические, при которых движутся электроны.

Разрушение происходит, если соприкасаются разнородные металлы. Поэтому больше подвержены разрушению металлы, в которых много примесей.

Разнородность строения металла приводит к тому, что при электрохимической коррозии образуются по законам гальваники катодно-анодные пары. Если металлические изделия отличаются друг от друга химическим составом, то на поверхности металлических изделий образуется слой ржавчины.

Эта коррозия чаще всего является причиной разрушения металлов. Ниже приведены рисунки, на которых изображен механизм действия электрохимической коррозии.

Во внешней среде наиболее активно на металлические изделия действует кислород, повышенная влажность, оксиды серы, азота, углекислый газ, грунтовые воды. Соленая вода ускоряет процесс окисления, поэтому морские суда ржавеют быстрее, чем речные.

Остановить этот природный процесс невозможно, остается только найти способы защиты от коррозии. Правда, избавиться полностью от коррозионного процесса невозможно, но эти способы помогают замедлить сам процесс.

Методы противостояния коррозионным процессам

Для защиты металлов от коррозии существуют следующие методы:

• повышение сопротивляемости металлов за счет увеличения химического состава;
• изоляция металлических покрытий от агрессивного воздействия окружающей среды;
• снижение агрессивности среды, в которой происходит эксплуатация металлических изделий;
• электрохимические, которые, благодаря законам гальваники, снижают коррозионные процессы.

Эти методы можно разделить на две большие группы. Первые два метода применяются до того, как металлические изделия будут эксплуатироваться, то есть на стадии их производства. При этом выбираются определенные конструкционные материалы для производства изделия, наносятся различные гальванические и защитные покрытия.

Последние два метода применяются при эксплуатации металлических изделий. При этом для защиты пропускается ток через изделие, снижается агрессивность среды путем добавления различных ингибиторов, таким образом, до эксплуатации само изделие предварительно никак не обрабатывается.

Методы повышения сопротивляемости

Эти методы защиты основаны на создании сплавов, которые обладают антикоррозионными свойствами. К металлу добавляются компоненты, повышающие его коррозионную стойкость. Примером может служить легирование стали хромом.

Метод применяется при изготовлении стали. В результате получаются хромистые нержавеющие стали, которые устойчивы к коррозии. Повышают антикоррозионные характеристики сталей добавкой никеля, меди и кобальта.

На этих поверхностях не появляется ржавчина, но коррозия присутствует. Замедляется коррозия благодаря тому, что к восьми атомам железа добавляется один атом легирующей добавки, а это упорядочивает расположение атомов в кристаллической решетке твердого раствора, что и препятствует коррозии.

Коррозионную устойчивость можно повысить, удалив из металлов или сплавов примеси, которые ускоряют коррозию. Например, железо удаляют из сплавов магния или алюминия, серу из сплавов железа и т.д.

Снижение агрессивности внешней среды и электрохимическая защита

Снижение агрессивности внешней среды достигается путем удаления из нее веществ, которые являются деполяризаторами, или путем изоляции металлов от деполяризатора. Удаление кислорода из среды называется раскислением.

Для замедления коррозионного процесса в окружающую среду вводятся специальные вещества – ингибиторы. Они могут быть как органическими, так и неорганическими. Молекулы ингибиторов поглощаются поверхностью металла и, тем самым, способствуют резкому снижению скорости растворения металла и препятствуют протеканию электродных процессов.

При электрохимической защите с помощью внешнего электрического тока, который проходит через металл, сдвигается потенциал металла и, тем самым, изменяться скорость его коррозии.

В зависимости от сдвига потенциала электрохимическая защита может быть катодной и анодной. Эти способы применяют для защиты буровых платформ, сварных металлических оснований, трубопроводов, проходящих под землей, а также защищают подводные части морских судов.

Пленочная защита

Для того чтобы защитить металлические изделия от коррозии, можно нанести защитное покрытие. В качестве покрытия можно использовать лаки, краски, эмали, пластмассы и др.

Лакокрасочные покрытия легко наносятся, недорогие по стоимости, обладают водоотталкивающими свойствами, не вступают в химическую реакцию с металлом, хорошо заполняют поры и трещины. Они служат для защиты металлов от компонентов внешней среды, вызывающих коррозионные процессы.

Если правильно подобрать лакокрасочные материалы и соблюдать технологию их нанесения, то они могут прослужить в качестве покрытия до 5 лет.

Часто под лакокрасочное покрытие наносится грунтовка, проходя через которую, вода растворяет некоторые пигменты и становится не такой корррозионноактивной. Вместо грунтовки может проводится фосфатирование поверхности. Они наносятся кистью или распылителем. Для стальных изделий большинство таких препаратов состоит из смесей фосфатов марганца и железа.

Защитить металлическое изделие можно путем нанесения слоя металла, который более коррозионностойкий. В этом случае коррозия разрушает само покрытие. Такими металлами является хром, никель, цинк. Например, железо покрывается хромом.

Слово коррозия произошло от латинского corrodere. Оно в переводе означает «разъедать». Чаще всего встречается коррозия металла. Однако есть случаи, когда от коррозии страдают и изделия из других материалов. Ей подвержены и камни, и пластмасса и даже дерево. Сегодня все чаще люди сталкиваются с такой проблемой, как покрытие коррозией памятников архитектуры, сделанных из мрамора и других материалов. Из этого можно сделать, что под такой процесс, как коррозия обозначает разрушение под воздействием окружающей среды

Причины коррозии металлов

Коррозии подвержены большая часть металлов. Данный процесс представляет собой их окисление. Оно приводит к распаду их на оксиды. В простонародии коррозия получила название ржавчина. Она представляет собой порошок мелкого помола светло-коричневого оттенка. На многих видах металлов во время процесса окисления появляется специальный состав в виде скрепленной с ними оксидной пленки. Она обладает плотной структурой, благодаря чему кислороду из воздуха и воде не удается проникнуть в глубокие слои металлов для дальнейшего их разрушения.

Алюминий относится к разряду очень активных металлов. При соприкосновении с воздухом или водой он с теоретической точки зрения должен легко расщепляться. Однако во время коррозии на нем образуется специальная пленка, которая уплотняет его структуру и делает процесс образования ржавчины практически невозможным.

Таблица 1. Совместимость металлов

		Магний	Цинк	Алюминий	Кадмий	Свинец	Олово	Медь
Магний	Низкое		С	С	С	С	С	С
	Высокое		У	У	У		С	С
Цинк	Низкое	У		У	У	С	С	С
	Высокое	Н		Н	Н	Н	Н	Н
Алюминий	Низкое	У	Н		Н	С		С
	Высокое	Н	У		Н	С	С	С
Кадмий	Низкое	Н	Н	Н		С	С	С
	Высокое	У	Н	Н		Н	Н	Н
Углеродистая сталь	Низкое	Н	Н	Н	Н	С	С	С
	Высокое	Н	Н	Н	Н	Н	Н	Н
Низколегированная сталь	Низкое	Н	Н	Н	Н	С	С	С
	Высокое	Н	Н	Н	Н	Н	Н	Н
Литейная сталь	Низкое	Н	Н	Н	Н	С	С	С
	Высокое	Н	Н	Н	Н	Н	Н
Хромированная сталь	Низкое	Н	Н	Н	Н	У	У	С
	Высокое	Н	Н	Н	Н	Н	Н
Свинец	Низкое	Н	Н	Н	Н		Н	Н
	Высокое	Н	Н	Н	Н		Н
Олово	Низкое	Н	Н	Н	Н	Н
	Высокое	Н	Н	Н	Н	Н
Медь	Низкое	Н	Н	Н	Н	У	С
	Высокое	Н	Н	Н	Н	Н	У
Нержавеющая сталь	Низкое	Н	Н	Н	Н	Н	Н
	Высокое	Н	Н	Н	Н	У	У	Н
В 1 столбце таблицы представлены металлы, которые подвергаются или не подвергаются коррозии с металлами указанными в остальных столбцах таблицы и пропорция соотношения площадей металла, указанного в 1 столбце, к металлам в остальных столбцах таблицы. Краткое обозначение С, У, Н в таблице означает:

Таблица 2. Совместимость стали с металлами

Металлы, в отношении которых представлены данные в таблице по подверженности их коррозии	Соотношение площади металла к другим металлам таблицы	Углеродистая сталь	Низколегированная сталь	Литейная сталь	Хромированная сталь	Нержавеющая сталь
Магний	Низкое	С	С	С	С	С
	Высокое	С	С	С	С	С
Цинк	Низкое	С	С	С	С	С
	Высокое	Н	Н	Н	Н	Н
Алюминий	Низкое	У		С		С
	Высокое	Н	Н	У	У	У
Кадмий	Низкое	С	С	С	С	С
	Высокое	Н	Н	Н	Н	Н
Углеродистая сталь	Низкое		У	С	С	С
	Высокое		Н	Н	Н	Н
Низколегированная сталь	Низкое	Н		Н	С	С
	Высокое	Н		Н	Н	Н
Литейная сталь	Низкое	Н	У		С	С
	Высокое	Н	Н		Н
Хромированная сталь	Низкое	Н	Н	Н		С
	Высокое	Н	Н	Н		Н
Свинец	Низкое	Н	Н	Н	Н
	Высокое	Н	Н	У	Н	Н
Олово	Низкое	Н	Н		Н
	Высокое	Н	Н	Н	У
Медь	Низкое	Н	Н		У
	Высокое	Н	Н	Н		Н
Нержавеющая сталь	Низкое		Н	Н
	Высокое	Н	Н	Н	У
В 1 столбце таблицы представлены металлы, которые подвергаются или не подвергаются коррозии с металлами указанными в остальных столбцах таблицы и пропорция соотношения площадей металла, указанного в 1 столбце, к металлам в остальных столбцах таблицы. Краткое обозначение С, У, Н в таблице означает: С - сильная и быстрая коррозия металла; У - умеренная коррозия металла; Н - Несущественная или ничтожная коррозия металла

Виды коррозии металлов

Сплошная коррозия

Наименее опасно для различных предметов из металлов является сплошная коррозия. Особенно она не опасна для тех ситуаций, когда повреждения аппаратов и оборудования не нарушают технические нормы их дальнейшего использования. Последствия такого вида коррозии можно с легкостью предугадать и скорректировать с учетом этого оборудование.

Местная коррозия

Большую опасность представляет собой местный вид коррозии. В этом случае потери металла не являются большими, но при этом образуются сквозные поражения металлов, что приводит к выходу из строя изделия или оборудования. Такой вид коррозии встречается в изделиях, которые соприкасаются с морской водой или солями. Такое появление ржавчины способствует тому, что поверхность металлической основы разъедается частично и конструкция теряет свою надежность.

Большое количество проблем появляется в местах, где используется хлорид натрия. Данное вещество применяется для устранения снега и льда на дорогах в городских условиях. Данный вид соли заставляет их превращаться в жидкость, которая уже в разбавленном с солями виде попадает в городские трубопроводы. В этом случае не помешает защита металлов от коррозии. Все подземные коммуникации при попадании воды с солями начинают разрушаться. В Соединенных Штатах Америки подсчитано, что в год на проведение ремонтных работ в области дорожных коммуникации уходит примерно два миллиарда долларов. Однако от данного вида соли для обработки дорожного полотна коммунальщики пока не готовы отказаться из-за низкой его стоимости.

Способы защиты металлов от коррозии

С самых давних времен люди старались защитить металлы от появления коррозии. постоянные атмосферные осадки приводили в негодность металлические изделия. Именно поэтому люди смазывали их различными жирными маслами. Затем они стали использовать для этой цели покрытия из других металлов, которые не ржавеют.

Современные химики тщательно прорабатывают все возможные методы борьбы с коррозией металлов. Они создают специальные растворы. Разрабатываются способы уменьшения рисков образования на металлах коррозии. Примером может служить такой материал, как нержавеющая сталь. Для ее производства использовалось железо, дополненное кобальтом, никелем, хромом и другими элементами. При помощи добавленных к нему элементов удалось создать металл, на котором более длительное время не образуется налет ржавчины.

Для защиты различных металлов от коррозии разработаны различные вещества, которые активно применяются в современной промышленности. Лаки и краски активно сегодня используются. Они являются наиболее доступными средствами для защиты от ржавчины изделий из металлов. Они создают преграду для попадания на сам металл воды или воздуха. Это позволяет на время отсрочить появление коррозии. Следует при нанесении краски или лака учитывать толщину слоя и поверхность материала. Для достижения наилучшего результата покрытие металлов от коррозии должно производиться ровным и плотным слоем.

Химическая коррозия металлов

По сущности коррозия может быть двух видов:

• химическая,
• электрохимическая.

Химическая коррозия представляет собой образование ржавчины при определенных условиях. В промышленных условиях не редко приходится сталкиваться с данным типом коррозии. Ведь на многочисленных современных предприятиях металлы перед созданием из них изделий нагреваются, что приводит к образованию такого процесса, как ускоренная химическая коррозия металла. При этом образуется окалина, которая является продуктом его реакции на появление ржавчины во время нагревания.

Ученые доказали, что современное железо гораздо больше подвержено образованию ржавчины. В нем содержится большое количество серы. Она появляется в металле из-за того, что во время добывания железных руд используется каменный уголь. Сера из него попадает в железо. Современные люди удивляются то, что древние предметы их этого металла, которые находят на раскопках археологи, сохраняют свои внешние качества. Это связано с тем, что в древности для добычи железа использовался древесный уголь, который практически не содержит серы, которая могла бы попасть в металл.

Такие металлы подвергаются коррозии

Среди металлов встречаются различные виды. Чаще всего для созданий каких-либо предметов или объектов применяется железо. Именно из него изготовляется в двадцать раз больше изделий и объектов, чем из других металлов вместе взятых. Данный металл стали использовать активнее всего в промышленности в конце 18 начале 19 веков. Именно в этот период был построен первый чугунный мост. Появилось первое морское судно, для изготовления которого была использована сталь.

В природе самородки железа встречаются в редких случаях. Многие люди считают, что данный металл не является земным, его относят к космическим или метеоритным. Именно он является наиболее подверженным к образования коррозии.

Также есть и другие металлы, подверженные коррозии. Среди них выделяются медь, серебро, бронза.

Видео "Коррозия металлов, способы защиты от неё"

Статьи по теме

Современные технологии развиваются с молниеносной скоростью, благодаря чему на рынках появляется огромное количество разнообразной уникальной продукции, несущей декоративный эффект. Именно к такой продукции относится термохромная краска.

Ни для кого не секрет, что металлу не свойственна горючесть. Однако, не смотря на это, воздействие высоких температур приводит к изменению его твердости, в результате чего металл становится мягким, гибким и в результате способен деформироваться. Все это является причинами, по которым несущая способность металла утрачивается, что может стать причиной обрушения целого здания или его отдельной части во время пожара. Несомненно, это очень опасно для человеческой жизни. Для того, чтобы не допустить такого, при строительстве применяются разнообразные составы, способные сделать металлоконструкцию более устойчивой к высоким температурам.

Сегодня без разных видов трубопроводов невозможно представить себе жизнью Они находятся практически в каждом населенном пункте и обеспечивают коммуникации. Производств труб для прокладки под землей осуществляется из металлов самых разных типов.

Ингибитор не является каким-то конкретным веществом. Так называют целуют группу веществ, которые направлены на остановку или задержку протеканий каких-либо физических или физико-химических процессов.

Развитие сталелитейной промышленности неразрывно связано с поиском способов и средств, предотвращающих разрушение металлических изделий. Защита от коррозии, разработка новых методик – это непрерывный процесс в технологической цепочке производства металла, изделий из него. Железосодержащие изделия приходят в негодность под воздействием различных физико-химических внешних факторов среды. Эти последствия мы видим в виде гидратированных остатков железа, то есть ржавчины.

Способы защиты металлов от коррозии подбираются в зависимости от условий эксплуатации изделий. Поэтому выделяется:

• Коррозия, связанная с атмосферными явлениями. Это разрушительный процесс кислородной или водородной деполяризации металла. Что приводит к разрушению кристаллической молекулярной решетки под воздействием влажной среды воздуха и других агрессивных факторов и примесей (температура, наличие химических примесей и т.д.).
• Коррозия в воде, в первую очередь морской. В ней процесс проходит быстрее из-за содержания солей и микроорганизмов.
• Процессы разрушения, которые происходят в грунте. Почвенная коррозия – довольно сложная форма повреждения металла. Многое зависит от состава почвы, влажности, прогрева и других факторов. К тому же изделия, к примеру, трубопроводы, зарыты глубоко в земле, что затрудняет диагностику. А коррозия поражает часто отдельные участи точечно или в виде язвенных жил.

Виды защиты от коррозии подбираются индивидуально, отталкиваются от того, в какой среде будет находиться защищаемое металлическое изделие.

Характерные типы поражения ржавчиной

Способы защиты стали и сплавов зависят не только от вида коррозии, но и от типа разрушения:

• Ржавчина покрывает поверхность изделия сплошным слоем или отдельными участками.
• Выступает в виде пятен и точечно проникает вглубь детали.
• Разрушает металлическую молекулярную решетку в виде глубокой трещины.
• В стальном изделии, состоящем из сплавов, происходит разрушение одного из металлов.
• Более глубокое обширное ржавление, когда не только постепенно нарушается поверхность, но и происходит проникновение в глубокие слои конструкции.

Статья по теме: Как предотвратить появление ржавчины на металле?

Типы поражения могут быть комбинированные. Иногда их трудно определить сразу, особенно когда происходит точечное разрушение стали. Методы защиты от коррозии включают в себя специальную диагностику для определения степени повреждений.

Выделяют химическую коррозию без возникновения электрических токов. При соприкосновении с нефтепродуктами, спиртовыми растворами и другими агрессивными ингредиентами происходит химическая реакция, сопровождаемая газовыми выделениями и высокой температурой.

Электрохимическая коррозия — это когда металлическая поверхность контактирует с электролитом, в частности с водой из окружающей среды. В этом случае происходит диффузия металлов. Под воздействием электролита возникает электрический ток, происходит замещение и движение электронов металлов, которые входят в сплав. Структура разрушается, образуется ржавчина.

Выплавка стали и ее коррозионная защита – это две стороны одной медали. Коррозия наносит огромный вред промышленным и хозяйственным постройкам. В случаях с масштабными техническими сооружениями, к примеру, мостами, опорами электропередач, заградительными сооружениями, может спровоцировать и техногенные катастрофы.

Коррозия металла и способы защиты от нее

Как защитить металл? Коррозия металлов и способы защиты от нее существует много. Чтобы предохранить металл от ржавчины, используют промышленные методы. В бытовых условиях применяются различные силиконовые эмали, лаки, краски, полимерные материалы.

Промышленные

Защиту железа от коррозии можно подразделить на несколько основных направлений. Способы защиты от коррозии:

• Пассивация. При получении стали добавляют другие металлы (хром, никель, молибден, ниобий и другие). Они отличаются повышенными качественными характеристиками, тугоплавкостью, устойчивостью к агрессивным средам и т.д. В результате образуется оксидная пленка. Такие виды стали называют легированными.

• Покрытие поверхности другими металлами. Методы защиты металлов от коррозии используются разные: гальваника, погружение в расплавленный состав, нанесение на поверхность с помощью специального оборудования. В результате образуется металлическая защитная пленка. Чаще всего применяются для этих целей хром, никель, кобальт, алюминий и другие. Используют и сплавы (бронзу, латунь).

• Использование металлических анодов, протекторов, чаще из магниевых сплавов, цинка или алюминия. В результате соприкосновением с электролитом (водой), начинается электрохимическая реакция. Протектор разрушается и образует на поверхности стали защитную пленку. Эта методика хорошо зарекомендовала себя для подводных деталей судов и буровых установок в море.

Статья по теме: Способы борьбы с коррозией алюминия

• Ингибиторы кислотного травления. Использование веществ, которые снижают уровень воздействия окружающей среды на металл. Они применяются для консервации, хранения изделий. А также в нефтеперерабатывающей промышленности.

• Коррозия и защита металлов, биметаллы (плакирование). Это покрытие стали слоем другого металла или композитным составом. Под воздействием давления и высоких температур происходит диффузия и склеивание поверхностей. К примеру, всем известные радиаторы отопления из биметалла.

Коррозия металла и способы защиты от нее, применяемые в промышленном производстве, достаточно разнообразны, это химическая защита, покрытие стеклоэмалью, эмалированные изделия. Сталь закаляют при высоких, свыше 1000 градусов, температурах.

На видео: цинкование металла как защита против коррозии.

Бытовые

Защита металлов от коррозии в домашних условиях – это, в первую очередь, химия для производства лакокрасочных материалов. Защитные свойства составов достигаются путем комбинирования различных компонентов: силиконовых смол, полимерных материалов, ингибиторов, металлической пудры и стружки.

Предохраняя поверхность от ржавчины, необходимо перед покраской, особенно старых конструкций, использовать специальные грунтовки или преобразователь ржавчины.

Какие виды преобразователей бывают:

• Грунтующие средства — обеспечивают адгезию, схватываемость с металлом, выравнивают поверхность перед окрашиванием. Большая часть из них содержит ингибиторы, которые значительно замедляют процесс коррозии. Предварительное нанесение грунтующего слоя позволяет значительно сэкономить краску.
• Химические соединения — превращают окись железа в другие соединения. Они не подвержены ржавлению. Их называют стабилизаторами.
• Составы, которые преобразуют ржавчину в соли.
• Смолы и масла, связывающие и уплотняющие ржавчину, таким образом нейтрализуя ее.

В состав этих средств входят компоненты, которые максимально замедляют процесс образование ржавчины. Преобразователи включены в линейку товаров производителей, выпускающих краски по металлу. По своей консистенции они бывают разные.

Лучше выбирать грунтовку и краску одной фирмы, чтобы они подходили по химическому составу. Предварительно необходимо определиться, какие способы вы выберете для нанесения состава.

Защитные краски по металлу

Краски по металлу подразделяются на термоустойчивые, которые можно эксплуатировать при высоких температурах, и для обычного температурного режима до восьмидесяти градусов. Используют такие основные виды красок по металлу: алкидные, акриловые, эпоксидные краски. Существуют специальные антикоррозийные краски. Они двух- или трехкомпонентные. Их смешивают непосредственно перед употреблением.

Коррозия – самопроизвольный процесс и соответственно протекающий с уменьшением энергии Гиббса системы. Химическая энергия реакции коррозионного разрушения металлов выделяется в виде теплоты и рассеивается в окружающем пространстве.

Коррозия приводит к большим потерям в результате разрушения трубопроводов, цистерн, металлических частей машин, корпусов судов, морских сооружений и т. п. Безвозвратные потери металлов от коррозии составляют 15 % от ежегодного их выпуска. Цель борьбы с коррозией – это сохранение ресурсов металлов, мировые запасы которых ограничены. Изучение коррозиии разработка методов защиты металлов от нее представляют теоретический интерес и имеют большое народнохозяйственное значение.

Ржавление железа на воздухе, образование окалины при высокой температуре, растворение металлов в кислотах – типичные примеры коррозии. В результате коррозии многие свойства металлов ухудшаются: уменьшается прочность и пластичность, возрастает трение между движущимися деталями машин, нарушаются размеры деталей. Различают химическую и электрохимическую коррозию.

Химическая, коррозия – разрушение металлов путем их окисления в сухих газах, в растворах неэлектролитов. Например, образование окалины на железе при высокой температуре. В этом случае образующиеся на металле оксидные плёнки часто препятствуют дальнейшему окислению, предотвращая дальнейшее проникновение к поверхности металла как газов, так и жидкостей.

Электрохимической коррозией называют разрушение металлов под действием возникающих гальванических пар в присутствии воды или другого электролита. В этом случае наряду с химическим процессом – отдача электронов металлами, протекает и электрический процесс – перенос электронов от одного участка к другому.

Этот вид коррозии подразделяют на отдельные виды: атмосферную, почвенную, коррозию под действием «блуждающего» тока и др.

Электрохимическую коррозию вызывают примеси, содержащиеся в металле, или неоднородность его поверхности. В этих случаях при соприкосновении металла с электролитом, которым может быть и влага, адсорбируемая на воздухе, на его поверхности возникает множество микрогальванических элементов. Анодами являются частицы металла, катодами – примеси и участки металла, имеющие более положительный электродный потенциал. Анод растворяется, а на катоде выделяется водород. В то же время на катоде возможен процесс восстановления кислорода, растворённого в электролите. Следовательно, характер катодного процесса будет зависеть от некоторых условий:

кислая среда : 2Н + + 2ē = Н 2 (водородная деполяризация),

О 2 + 4Н + + 4ē → 2Н 2 О

нейтральная среда : O 2 +2H 2 O+4e − =4OH − (кислородная деполяризация).

В качестве примера рассмотрим атмосферную коррозию железа в контакте с оловом. Взаимодействие металлов с каплей воды, содержащей кислород, приводит к возникновению микрогальванического элемента, схема которого имеет вид

(-)Fe|Fe 2+ || O 2 , H 2 O| Sn (+).

Более активный металл (Fе) окисляется, отдавая электроны атомам меди и переходит в раствор в виде ионов (Fe 2+). На катоде протекает кислородная деполяризация.

Способы защиты от коррозии. Все методы защиты от коррозии можно условно разделить на две большие группы: неэлектрохимические (легирование металлов, защитные покрытия, изменение свойств коррозионной среды, рациональное конструирование изделий) и электрохимические (метод проектов, катодная защита, анодная защита).

Легирование металлов – это эффективный, хотя и дорогой метод повышения коррозионной стойкости металлов, при котором в состав сплава вводят компоненты, вызывающие пассивацию металла. В качестве таких компонентов применяют хром, никель, титан, вольфрам и др.

Защитные покрытия – это слои, искусственно создаваемые на поверхности металлических изделий и сооружений. Выбор вида покрытия за- висит от условий, в которых используется металл.

Материалами для металлических защитных покрытий могут быть чистые металлы: цинк, кадмий, алюминий, никель, медь, олово, хром, серебро и их сплавы: бронза, латунь и т. д. По характеру поведения металлических покрытий при коррозии их можно разделить на катодные (например, на стали Cu, Ni, Ag) и анодные (цинк на стали). Катодные покрытия могут защищать металл от коррозии лишь при отсутствии пор и повреждений покрытия. В случае анодного покрытия защищаемый металл играет роль катода и поэтому не корродирует. Но потенциалы металлов зависят от состава растворов, поэтому при изменении состава раствора может меняться и характер покрытия. Так, покрытие стали оловом в растворе H 2 SO 4 – катодное, а в растворе органических кислот – анодное.

Неметаллические защитные покрытия могут быть как неорганическими, так и органическими. Защитное действие таких покрытий сводится в основном к изоляции металла от окружающей среды.

Электрохимический метод защиты основан на торможении анодных или катодных реакций коррозионного процесса. Электрохимическая защита осуществляется присоединением к защищаемой конструкции (корпус судна, подземный трубопровод), находящейся в среде электролита (морская, почвенная вода), металла с более отрицательным значением электродного потенциала – протектора .

Проблема защиты металлов от коррозии возникла почти в самом начале их использования. Люди пытались защитить металлы от атмосферного воздействия с помощью жира, масел, а позднее и покрытием другими металлами и прежде всего легкоплавким оловом (лужением). В трудах древнегреческого историка Геродота (V в. до н.э.) уже имеется упоминание о применении олова для защиты железа от коррозии. Задачей химиков было и остается выяснение сущности явлений коррозии, разработка мер, препятствующих или замедляющих ее протекание. Коррозия металлов осуществляется в соответствии с законами природы и потому ее нельзя полностью устранить, а можно лишь замедлить. Имеется способ уменьшения коррозии металлов, который строго нельзя отнести к защите, - это легирование металлов, т.е. получение сплавов. Например, в настоящее время создано большое число нержавеющих сталей путем присадок к железу никеля, хрома, кобальта и др. Такие стали, действительно, не покрываются ржавчиной, но их поверхностная коррозия хотя и с малой скоростью, но имеет место. Оказалось, что при добавлении легирующих добавок коррозионная стойкость меняется скачкообразно. Установлено правило, согласно которому резкое повышение устойчивости к коррозии железа наблюдается при введении легирующей добавки в количестве 1/8 атомной доли, т.е. один атом легирующей добавки приходится на восемь атомов железа. Считается, что при таком соотношении атомов происходит их упорядоченное расположение в кристаллической решетке твердого раствора, что и затрудняет коррозию. Одним из наиболее распространенных способов защиты металлов от коррозии является нанесение на их поверхность защитных пленок: лака, краски, эмали, других металлов. Лакокрасочные покрытия наиболее доступны для широкого круга людей. Лаки и краски обладают низкой газо- и паропроницаемостью, водоотталкивающими свойствами и поэтому препятствуют доступу к поверхности металла воды, кислорода и содержащихся в атмосфере агрессивных компонентов. Покрытие поверхности металла лакокрасочным слоем не исключает коррозию, а служит для нее лишь преградой, а значит, лишь тормозит коррозию. Поэтому важное значение имеет качество покрытия - толщина слоя, сплошность (пористость), равномерность, проницаемость, способность набухать в воде, прочность сцепления (адгезия). Качество покрытия зависит от тщательности подготовки поверхности и способа нанесения защитного слоя. Окалина и ржавчина должны быть удалены с поверхности покрываемого металла. В противном случае они будут препятствовать хорошей адгезии покрытия с поверхностью металла. Низкое качество покрытия нередко связано с повышенной пористостью. Часто она возникает в процессе формирования защитного слоя в результате испарения растворителя и удаления продуктов отверждения и деструкции (при старении пленки). Поэтому обычно рекомендуют наносить не один толстый слой, а несколько тонких слоев покрытия. Во многих случаях увеличение толщины покрытия приводит к ослаблению адгезии защитного слоя с металлом. Большой вред наносят воздушные полости, пузыри. Они образуются при низком качестве выполнения операции нанесения покрытия.Для снижения смачиваемости водой лакокрасочные покрытия иногда, в свою очередь, защищают восковыми составами или кремнийорганическими соединениями. Лаки и краски наиболее эффективны для защиты от атмосферной коррозии. В большинстве случаев они непригодны для защиты подземных сооружений и конструкций, так как трудно предупредить механические повреждения защитных слоев при контакте с грунтом. Опыт показывает, что срок службы лакокрасочных покрытий в этих условиях невелик. Намного практичнее оказалось применять толстослойные покрытия из каменноугольной смолы (битума).

В некоторых случаях пигменты красок выполняют также роль ингибиторов коррозии. К числу таких пигментов относятся хроматы стронция, свинца и цинка (SrCrO 4 , PbCrO 4 , ZnCrO 4).

Часто под лакокрасочный слой наносят слой грунтовки. Пигменты, входящие в ее состав, также должны обладать ингибиторными-свойствами. Проходя через слой грунтовки, вода растворяет некоторое количество пигмента и становится менее коррозионно-активной. Среди пигментов, рекомендуемых для грунтов, наиболее эффективным признан свинцовый сурик Рb3O4.

Вместо грунтовки иногда проводят фосфатирование поверхности металла. Для этого на чистую поверхность кистью или напылителем наносят растворы ортофосфатов железа (III), марганца (II) или цинка (II), содержащих и саму ортофосфорную кислоту H3PO4. В нашей стране для этой цели применяют 3%-ный раствор смеси кислых солей Fe(H 2 PO 4) 3 и Мn(H 2 PO 4) 2 с добавками KNO 3 или Cu(NO 3) 2 в качестве ускорителей. В заводских условиях фосфатирование ведут при 97…99 0 C в течение 30…90 мин. В образование фосфатного покрытия вносят вклад металл, растворяющийся в фосфатирующейся смеси, и оставшиеся на его поверхности оксиды.

Для фосфатирования поверхности стальных изделий разработано несколько различных препаратов. Большинство из них состоит из смесей фосфатов марганца и железа. Возможно, наиболее распространенным препаратом является «мажеф» - смесь дигидрофосфатов марганца Mn(H 2 PO 4) 2 , железа Fe(H 2 PO 4) 2 и свободной фосфорной кислоты. Название препарата состоит из первых букв компонентов смеси. По внешнему виду мажеф - это мелкокристаллический порошок белого цвета с соотношением между марганцем и железом от 10:1 до 15:1. Он состоит из 46…52% P2O5; не менее 14% Mn; 0,3…3,0% Fe. При фосфатировании мажефом стальное изделие помещается в его раствор, нагретый примерно до 100 0 C. В растворе происходит растворение с поверхности железа с выделением водорода, а на поверхности образуется плотный, прочный и малорастворимый в воде защитный слой фосфатов марганца и железа серо-черного цвета. При достижении толщины слоя определенной величины дальнейшее растворение железа прекращается. Пленка фосфатов защищает поверхность изделия от атмосферных осадков, но мало эффективна от растворов солей и даже слабых растворов кислот. Таким образом, фосфатная пленка может служить лишь грунтом для последующего нанесения органических защитных и декоративных покрытий - лаков, красок, смол. Процесс фосфатирования длится 40…60 мин. Для ускорения фосфатирования в раствор вводят 50…70 г./л нитрата цинка. В этом случае время фосфатирования сокращается в 10…12 раз.

В производственных условиях используют также электрохимический способ - обработку изделий переменным током в растворе фосфата цинка при плотностях тока 4 А/дм 2 и напряжении 20 В и при температуре 60…70 0 C. Фосфатные покрытия представляют собой сетку плотно сцепленных с поверхностью фосфатов металлов. Сами по себе фосфатные покрытия не обеспечивают надежной коррозионной защиты. Преимущественно их используют как основу под окраску, обеспечивающую хорошее сцепление краски с металлом. Кроме того, фосфатный слой уменьшает коррозионные разрушения при образовании царапин или других дефектов.

Для защиты металлов от коррозии используют стекловидные и фарфоровые эмали - силикатные покрытия, коэффициент теплового расширения которых должен быть близок к таковому для покрываемых металлов. Эмалирование осуществляют нанесением на поверхность изделий водной суспензии или сухим напудриванием. Вначале на очищенную поверхность наносят грунтовочный слой и обжигают его в печи. Далее наносят слой покровной эмали и обжиг повторяют. Наиболее распространены стекловидные эмали - прозрачные или заглушенные. Их компонентами являются SiO 2 (основная масса), B 2 O 3 , Na 2 O, PbO. Кроме того, вводят вспомогательные материалы: окислители органических примесей, оксиды, способствующие сцеплению эмали с эмалируемой поверхностью, глушители, красители. Эмалирующий материал получают сплавлением исходных компонентов, измельчением в порошок и добавлением 6…10% глины. Эмалевые покрытия в основном наносят на сталь, а также на чугун, медь, латунь и алюминий.

Эмали обладают высокими защитными свойствами, которые обусловлены их непроницаемостью для воды и воздуха (газов) даже при длительном контакте. Их важным качеством является высокая стойкость при повышенных температурах. К основным недостаткам эмалевых покрытий относят чувствительность к механическим и термическим ударам. При длительной эксплуатации на поверхности эмалевых покрытий может появиться сетка трещин, которая обеспечивает доступ влаги и воздуха к металлу вследствие чего и начинается коррозия.

Для защиты чугунных и стальных водяных труб от коррозии используют цементные покрытия. Поскольку коэффициенты теплового расширения портландцемента и стали близки, а стоимость цемента невысокая, то он довольно широко применяется для этих целей. Недостаток портландцементных покрытий тот же, что и эмалевых, - высокая чувствительность к механическим ударам.

Широко распространенным способом защиты металлов от коррозии является покрытие их слоем других металлов. Покрывающие металлы сами корродируют с малой скоростью, так как покрываются плотной оксидной пленкой. Покрывающий слой наносят различными методами: кратковременным погружением в ванну с расплавленным металлом (горячее покрытие), электроосаждением из водных растворов электролитов (гальваническое покрытие), напылением (металлизация), обработкой порошками при повышенной температуре в специальном барабане (диффузионное покрытие), с помощью газофазной реакции, например 3CrCl 2 + 2Fe - > 2FeCl 3 + 3Cr (в сплаве с Fe).

Имеются и другие методы нанесения металлических покрытий, например, разновидностью диффузионного способа защиты металлов является погружение изделий в расплав хлорида кальция CaCl 2 , в котором растворены наносимые металлы.

В производстве широко используют химическое нанесение металлических покрытий на изделия. Процесс химического металлирования является каталитическим или автокаталитическим, а катализатором является поверхность изделия. Раствор, используемый для металлизации, содержит соединение наносимого металла и восстановитель. Поскольку катализатором является поверхность изделия, выделение металла и происходит именно на ней, а не в объеме раствора. В автокаталитических процессах катализатором является металл, наносимый на поверхность. В настоящее время разработаны методы химического покрытия металлических изделий никелем, кобальтом, железом, палладием, платиной, медью, золотом, серебром, родием, рутением и некоторыми сплавами на основе этих металлов. В качестве восстановителей используют гипофосфит и боргидрид натрия, формальдегид, гидразин. Естественно, что химическим никелированием можно наносить защитное покрытие не на любой металл. Чаще всего ему подвергают изделия из меди.

Металлические покрытия делят на две группы: коррозионностойкие и протекторные. Например, для покрытия сплавов на основе железа в первую группу входят никель, серебро, медь, свинец, хром. Они более электроположительны по отношению к железу, т.е. в электрохимическом ряду напряжений металлов стоят правее железа. Во вторую группу входят цинк, кадмий, алюминий. По отношению к железу они более электроотрицательны, т.е. в ряду напряжений находятся левее железа.

В повседневной жизни человек чаще всего встречается с покрытиями железа цинком и оловом. Листовое железо, покрытое цинком, называют оцинкованным железом, а покрытое оловом - белой жестью. Первое в больших количествах идет на кровли домов, а из второго изготавливают консервные банки. И то и другое получают главным образом протягиванием листа железа через расплав соответствующего металла. Для большей стойкости водопроводные трубы и арматуру из стали и серого чугуна часто подвергают оцинковыванию также окунанием в расплав данного металла. Это резко повышает срок их службы в холодной воде. Интересно, что в теплой и горячей воде срок службы оцинкованных труб может быть даже меньше, чем неоцинкованных.

Испытания показали, что оцинкованная жесть при толщине покрытия в 0,03 мм, что соответствует 0,036 г./см 2 при покрытии с двух сторон, на крышах домов служит примерно 8 лет. В промышленной атмосфере (в атмосфере больших городов) она же служит всего лишь четыре года. Такое уменьшение срока службы связано с воздействием серной кислоты, содержащейся в воздухе городов.

Покрытия из цинка и олова (так же как и других металлов) защищают железо от коррозии при сохранении сплошности. При нарушении покрывающего слоя (трещины, царапины) коррозия изделия протекает даже более интенсивно, чем без покрытия. Это объясняется «работой» гальванического элемента железо - цинк и железо - олово. Трещины и царапины заполняются влагой и образуются растворы. Поскольку цинк более электроотрицателен, чем железо, то его ионы будут преимущественно переходить в раствор, а остающиеся электроны будут перетекать на более электроположительное железо, делая его катодом.

К железу-катоду будут подходить ионы водорода (вода) и разряжаться, принимая электроны. Образующиеся атомы водорода объединяются в молекулу H2. Таким образом, потоки ионов будут разделены и это облегчает протекание электрохимического процесса. Растворению (коррозии) будет подвергаться цинковое покрытие, а железо до поры до времени будет защищено. Цинк электрохимически защищает железо от коррозии. На этом принципе основан протекторный метод защиты от коррозии металлических конструкций и аппаратов.

При наличии влаги, а точнее в присутствии электролита начнет действовать гальванический элемент. В нем будет растворяться более электроотрицательный металл, а конструкция или аппарат оказываются катодно защищенными. Защита будет действовать до тех пор, пока полностью не растворится анод - более электроотрицательный металл.

С протекторной защитой весьма сходна катодная защита металлов от коррозии. Можно сказать, что катодная защита является модификацией протекторной защиты. В данном случае конструкция или корпус корабля присоединяются к катоду источника постоянного тока и тем самым защищаются от растворения.

При наличии дефектов на белой жести процесс коррозии существенно иной, чем оцинкованного железа. Поскольку олово электроположительнее железа, то растворению подвергается железо, а катодом становится олово. В результате при коррозии слой олова сохраняется, а под ним активно корродирует железо.

Считают, что нанесение олова на поверхность металлов (лужение) было освоено уже в бронзовом веке. Этому способствовала низкая температура плавления олова. В прошлом особенно часто проводили лужение медной и латунной посуды: тазов, котлов, кувшинов, самоваров и др. Продукты коррозии олова безвредны для человека, поэтому луженая посуда широко применялась в быту. В XV в. во многих странах Европы (Германии, Австрии, Голландии, Англии и Франции) широко использовалась столовая посуда, изготовленная из олова. Имеются сведения, что в рудных горах Богемии оловянные ложки, чашки, кувшины, тарелки начали изготавливать уже в XII в.

Луженое железо до сих пор в больших количествах идет на изготовление тары для хранения пищевых продуктов (консервные банки). Однако в последние годы для этой цели все шире применяется алюминиевая фольга. Посуда из цинка и оцинкованного железа не рекомендуется для хранения пищевых продуктов. Несмотря на то, что металлический цинк покрыт плотной оксидной пленкой, он все же подвергается растворению. Хотя соединения цинка относительно мало ядовиты, в больших количествах они могут оказать вредное действие.

Современная техника включает детали и конструкции из различных металлов и сплавов. Если они находятся в контакте и попадают в раствор электролитов (морская вода, растворы любых солей, кислот и щелочей), то может образоваться гальванический элемент. Более электроотрицательный металл становится анодом, а более электроположительный - катодом. Генерирование тока будет сопровождаться растворением (коррозией) более электроотрицательного металла. Чем больше разность электрохимических потенциалов контактирующих металлов, тем больше скорость коррозии.

Применение ингибиторов - один из эффективных способов борьбы с коррозией металлов в различных агрессивных средах (в атмосферных, в морской воде, в охлаждающих жидкостях и солевых растворах, в окислительных условиях и т.д.). Ингибиторы - это вещества, способные в малых количествах замедлять протекание химических процессов или останавливать их. Ингибиторы взаимодействуют с промежуточными продуктами реакции или с активными центрами, на которых протекают химические превращения. Они весьма специфичны для каждой группы химических реакций. Коррозия металлов - это лишь один из типов химических реакций, которые поддаются действию ингибиторов. По современным представлениям защитное действие ингибиторов связано с их адсорбцией на поверхности металлов и торможением анодных и катодных процессов.

Первые ингибиторы были найдены случайно, опытным путем, и часто становились клановым секретом. Известно, что дамасские мастера для снятия окалины и ржавчины пользовались растворами серной кислоты с добавками пивных дрожжей, муки, крахмала. Эти примеси были одними из первых ингибиторов. Они не позволяли кислоте действовать на оружейный металл, в результате чего растворялись лишь окалина и ржавчина.

Ингибиторами, не зная того, давно пользовались и на Руси. Уральские оружейники для борьбы с ржавчиной готовили «травильные супы» - растворы серной кислоты, в которые добавлялись мучные отруби. Одним из наиболее простых ингибиторов атмосферной коррозии металлов является нитрит натрия NaNO2. Его используют в виде концентрированных водных растворов, а также растворов, загущенных глицерином, оксиэтилцеллюлозой или карбоксиметилцеллюлозой. Нитрит натрия используют для консервирования изделий из стали и чугуна. Для первой применяют. 25%-ные водные растворы, а для второго - 40%-ные. После обработки (обычно окунанием в растворы) изделия заворачивают в парафиновую бумагу. Лучшим действием обладают загущенные растворы. Срок хранения изделий, обработанных загущенными растворами, увеличивается в 3…4 раза по сравнению с водными растворами.

По данным 1980 г., число известных науке ингибиторов коррозии превысило 5 тыс. Считают, что 1 т ингибитора дает в народном хозяйстве экономию около 5000 руб.

Работа по борьбе с коррозией имеет важнейшее народнохозяйственное значение. Это весьма благодатная область для приложения сил и способностей.