Защита металла в земле от коррозии

Защита металла от коррозии

Химическую коррозию металлов вызывают коррозионно-агрессивные агенты, из которых наиболее известен кислород – к примеру, окалина, образующаяся на поверхности раскаленных металлических изделий в ходе их формовки, вызвана именно кислородом. Электрохимическая коррозия происходит вследствие образования катодно-анодной пары, чьи потенциалы окисления и восстановления различны. Для гальванической коррозии, как впрочем и для любого гальванического элемента, необходим электролит – чаще всего им становится атмосферная влага с высоким содержанием солей.

По своей интенсивности коррозия подразделяется на три основных подвида – местная, охватывающая лишь некоторые секторы металлического изделия, равномерная, развивающаяся по всей поверхности металла и межкристаллитная, глубоко поражающая структуру металлов между зернами (кристаллами). Коррозионные процессы происходят с разной степенью интенсивности, но результат у них одинаков – Fe(OH)₃ или гидроксид железа.

Как происходит электрохимическая коррозия

Для развития электрохимической коррозии погружать металлы в раствор природного электролита не обязательно, хватит и легкой поверхностной пленки. Как правило, данный вид коррозии протекает за счет присутствия электролита вокруг металла – в почвенном слое, в бетоне и пр. В городах постоянным источником компонентов для электролитического раствора служат натриевые и калийные соли, активно используемые зимой для борьбы с обледенением дорожных покрытий. Каждый холодный сезон наносит значительный урон днищу автомашин и коммуникационным путям под землей – фонтанирующие выбросы воды на городском трубопроводе происходят именно по причине коррозии.

Разрушение металлов и сплавов, вызванных электрохимическими коррозионными процессами, протекает следующим образом – «металлические» атомы переходят в электролит, становясь положительно заряженными ионами, а взамен них металл получает из раствора электроны, заряженные отрицательно. Образовав с электролитом гальваническую пару, металл медленно, но верно разрушается – со временем все его атомы перейдут в раствор.

Интенсивность электрохимической коррозии многократно возрастает в присутствии блуждающих токов, происходящих при утечках из электросети в наземные и подземные воды, а из них – в металлоконструкции. Блуждающие токи не задерживаются в металле и возвращаются в токопроводящую среду (водоем или насыщенную влагой почву), при этом в зоне возврата токов происходит коррозия металла. Основной источник блуждающих токов – рельсовый электротранспорт (трамваи и электропоезда). Блуждающий ток, сила которого равна одному амперу, превратит в труху около 9 кг черных металлов, более 33 кг свинца и порядка 11 кг цинка, воздействуя на них полный календарный год.

Причины химической коррозии

Металла коррозирует и в средах, электрического тока не проводящих – органические жидкости (спирты, продукты крекинга нефти), сухие газы. Результатом химической коррозии становится поверхностная оксидная пленка, процесс образования которой ускоряется с ростом температуры.

Любые металлы, быть то цветные или черные, одинаково беззащитны перед химической коррозией. Некоторым преимуществом обладают цветные металлы, относящиеся к активным – к примеру, на поверхности алюминия при контакте с химическими коррозирующими средами образуется прочная оксидная пленка, блокирующая дальнейшие окислительные процессы. На изделиях из меди, активность которой значительно ниже, чем у алюминия, из-за окисления воздухом появляется зеленоватая патина.

Рассчитывать на защиту металла с помощью оксидной пленки можно лишь в том случае, если ее кристаллохимическая структура будет идентична строению кристаллической решетки самого металла, иначе коррозия продолжится.
Химическая коррозия в сплавах происходит несколько иначе – с восстановлением части их компонентов. К примеру, в условиях высокого давления и значительных температур со знаком плюс карбиды в составе сталей восстанавливаются водородом, лишая сплавы расчетных характеристик и свойств.

Как обеспечить металлу защиту от коррозии

Поскольку химической коррозии металлы и сплавы подвергаются еще в процессе формовки металлоконструкций, первая и наиболее ответственная задача в области антикоррозийной защиты – подготовка поверхностей металлических изделий. Наиболее эффективный способ подготовки – абразивоструйная очистка, позволяющая полностью устранить окалину и очаговую коррозию перед покрытием металлических поверхностей антикоррозийными материалами.

Максимально снизить коррозийное воздействие окружающей среды на металлоконструкции можно следующими методами – преуменьшить агрессию окружающей среды, изолировать поверхность металла от агрессивных компонентов среды или придать стойкость металлическому изделию к источникам коррозии. Способы борьбы с коррозией металла в этой связи подразделяются на активную, пассивную и конструкционную защиту.

Активная защита от коррозии металла

С целью понижения агрессивности среды в нее вводят неметаллические ингибиторы, снижающие кислотность грунта и воды в зоне размещения металлоконструкций. Устранение свободного кислорода, диоксида углерода и хлоридов из воды позволит многократно сократить коррозионные процессы на поверхности железа и его сплавов, и также свинцовых, медных, цинковых и латунных изделий. Кислотность грунта уменьшается путем известкования.

Коррозионные процессы на поверхности погруженных в землю металлоконструкций и путепроводов минимизируются следующими способами:

• еще на стадии проектирования необходимо как можно дальше развести маршруты трубных путепроводов и электротранспорта, в идеале их пересечений быть не должно вовсе;
• потенциальные источники блуждающих токов связываются с рельсом трамвайного пути или железной дороги при помощи электропроводящего материала;
• выведение путепроводов над поверхностью земли с установкой на защищенных изоляцией опорах – этот ход позволит создать сопротивление, блокирующее доступ блуждающим токам из грунта в трубопровод;
• электропроводящие перемычки, установленные между трубами параллельно проходящих путепроводов, уровняют их электрических потенциал;
• с целью увеличения электропроводимости в продольном направлении трубопровода, необходимо оснастить сальниковые компенсаторы и фланцы токопроводящими перемычками;
• вводы трубопроводных коммуникаций, заходящие в объекты, потенциально способные испускать блуждающие токи, следует оснастить электроизолирующими фланцами.

Для обеспечения коррозионной защиты изолированных металлических объектов и металлоконструкций относительно небольших размеров применяется анод-протектор. Он выполнен из активного цветного металла или его сплава – алюминия, магния или цинка. Поскольку электрический потенциал анода более отрицателен, чем у защищаемого металлического изделия, то коррозионные процессы будут действовать только в отношении него, не затрагивая саму металлоконструкцию.

Значительные по площади и размерам металлические объекты сохраняются от коррозии при помощи станций катодной защиты. Сеть анодов-протекторов, запитанная постоянным током от станции, принимает на себя электрохимическую коррозию, оберегая тем самым металлоконструкции.

Пассивная антикоррозийная защита

Существует два способа пассивного предохранения поверхности металлоконструкций от коррозии – неметаллические и металлические покрытия. Для сохранения изделий из металла пассивная защита используется дольше, чем любой другая методика – к примеру, техника лужения оловом известна уже более 2 тысячелетий.

Неметаллические покрытия. Полимерные и лакокрасочные материалы формируют на изделии из металла плотную пленку, которая, буду неповрежденной, изолирует поверхности от агрессии окружающей среды.

Такие покрытия удобно наносить, для этого не требуется ни специальных условий к помещению работ, ни сложного оборудования, ни наличия узкоспециальных навыков у исполнителей. Покраска металлических конструкций может производиться вручную или с применением средств механизации. Целостность лакокрасочных неметаллических покрытий, нарушенная в процессе эксплуатации изделия, легко восстановима, при этом затраты на необходимые материалы минимальны. Тем не менее, эффективность антикоррозийной защиты, обеспечиваемой неметаллическими покрытиями, напрямую зависит от качества зачистных работ, выполняемых непосредственно перед нанесением лакокрасочного или полимерного покрытия.

Покрытия из неметаллических антикоррозийных материалов наносятся в несколько слоев – не менее 2-х. Большее количество слоев качественной краски или лака повысит сохранность металлоконструкции.

Защита металла от коррозии достигается также при помощи полимерных покрытий – поливинилхлорида, полистирола, эпоксидных смол и полиэтилена. В объектах строительства железобетонные закладные элементы дополнительно изолируются от атмосферы обмазками из перхлорвинила или полистирола, смешанных с бетоном.

Металлические покрытия. Они представлены металлами-ингибиторами, среди которых коррозионностойкие (свинец, олово, серебро, никель и медь) и протекторные (алюминий, цинк и кадмий). Металлические покрытия из первой группы более электроположительны, чем защищаемый объект, а покрытия из второй группы – более электроотрицательны.
Независимо от типа металла-ингибитора его слой на металлической конструкции формируется химическим способом в условиях цеха. И белую жесть, необходимую для производства консервированных продуктов (из нее делают жестебанки), и оцинкованное кровельное железо получают по одной и той же технологии – пропуском листового металла через резервуар с расплавом ингибитора.

Защитное покрытие из цинка наносится на арматуру из чугуна и стали, на водопроводные трубы, предназначенные для холодного водоснабжения – износ оцинкованных труб при их использовании под горячую воду будет происходить быстрее, чем у неоцинкованных. Следует отметить, что слой оцинковки относится к наихудшему типу металлического покрытия по сравнению с другими ингибиторами – его поверхность редко бывает целостной, чаще содержит множество мелких трещин, устраняемых только поверхностным покрытием расплава никеля.

Алюминий, на первый взгляд, идеален в качестве антикоррозийного слоя – из-за малого удельного веса его расход при алюминировании минимален, а стойкость к агрессивным средам значительно выше, чем у оцинковки. Но этот металл применяется значительно реже, чем прочие ингибиторы – в состоянии расплава алюминий высоко агрессивен к черным металлам и сплавам.

Конструкционная защита металла от агрессивных сред

Для получения стали с высокими антикоррозийными свойствами в ее состав вводят цветные металлы – никель, титан, марганец, хром и медь, образующие поверхностную оксидную пленку. Стальные сплавы, их содержащие, относятся к легированным сталям.

По сравнению с прочими легирующими добавками наибольшую стойкость к агрессивной среде стальному сплаву обеспечивает хром – поверхности хромированные стали защищает особенно плотная оксидная пленка. Медь, вводимая в небольшом количестве (до 0,5% от общей массы сплава) увеличивает антикоррозийные свойства углеродистых и низколегированных сталей практически вдвое.

Универсального типа легированной стали, способной противостоять коррозионным процессам в любых условиях, не существует – стали способны «работать» в одних средах и не способны в других (т.е. коррозия будет развиваться в них так же, как и в обычных черных металлах (сплавах)). Необходимо оценить агрессивные факторы в месте предстоящего размещения металлоконструкции и лишь после подбирать легированную сталь с оптимальными характеристиками.

Борьба с коррозией: методы защиты металлических конструкций

Металл — это материал, который не имеет аналогов в мире по своим качествам, прочности, долговечности, и, что немаловажно, стоимости. Однако, у него есть один недостаток, который может свести на нет все выгоды от его использования. Беззащитный металл, подверженный воздействию природных осадков, химических реагентов, воды и других катаклизмов часто подвергается коррозии, или как говорят в простонародье, “ржавчине”. Все вы видели старые автомобили, за которыми не ухаживает хозяин — они прогнивают насквозь и иногда страшно подумать, что на этом транспорте еще передвигаются люди. Коррозия проедает металл насквозь, и, если не озаботиться заранее о том, чтобы защитить свое имущество от коррозии, то вы рискуете с ним расстаться намного раньше срока. В статье я расскажу, как защитить металл от ржавчины и продлить срок службы металлического изделия.

Причины возникновения коррозии

Начну статью с пояснения причин возникновения коррозии. Коррозия металла – серьезная проблема, но знание причин поможет не допустить распространения заразы.

1. Самой распространенной причиной возникновения коррозии металла является электрохимическая – ситуация, когда металл соприкасается с влажной средой. Электрохимическая коррозия зачастую вызвана неправильным хранением или неверной эксплуатацией.
2. Вторая причина возникновения коррозии – химическая. Химическая коррозия возникает как правило при соприкосновении с сухими газовыми соединениям или солями. Например, когда дорогу посыпают солью зимой, в надежде защитить автомобили от скольжения. В таком случае детали авто покрываются солями натрия и калия, которые в итоге разъедают металл. Она неприятна тем, что ей подвержены абсолютно все металлы.
3. Ну и последняя причина разрушения металлов – это биологическая. То есть металлы разрушаются под воздействием микроорганизмов, радиоактивных излучений. По-другому биологическая коррозия еще называется биокоррозией.

Как же избежать неприятных последствий коррозии металла? Существует множество способов борьбы с коррозией, но самыми эффективными считаются превентивные меры – когда вы заблаговременно покрываете металл специальными антикоррозийными растворами.

Органические покрытия против коррозии

Наиболее удачно решение по борьбе с коррозией – органические смеси для предотвращения ржавчины. Преимуществами органических покрытий можно назвать простоту нанесения, разнообразие дизайнов, легкость восстановления испорченного покрытия и приемлемая стоимость. Однако, недостатком органических растворов является их неустойчивость к нагреванию. Среди органических антикоррозийных растворов выделяют:

Стоит отметить, что большую роль в успешной антикоррозийной защите играет качество смеси (то есть лака, краски или эмали), которой вы покрываете металл. От ее состава напрямую зависит, сколько прослужит металл. Правильное соотношение краски, смягчителя, катализаторов и других компонентов напрямую влияет на долговечность защиты.

Другими важными факторами являются:

• качество подготовки поверхности;
• метод нанесения;
• толщина покрытия.

Зачастую эффективнее и выгоднее воспользоваться услугами профессионалов, если необходимо защитить дорогостоящее металлическое оборудование. На производстве специалисты обладают возможностями, гарантирующими долгосрочную и качественную защиту металла от ржавчины:

• химическая обработка металлов;
• погружение в расплав;
• напыление;
• электролитическое осаждение;
• гуммирование;
• покрытие смазками и пастами;
• покрытие смолами и пластмассами.

Неорганические покрытия против коррозии

К неорганическим антикоррозийным покрытиям относятся следующие методы:

• Оксидирование металла. Этот процесс применяется в современном производстве для защиты металлов от атмосферных факторов. В процессе работы детали погружают в щелочные смеси.
• Анодирование металла. Применяется в основном для защиты алюминия и алюминий содержащих сплавов путем покрытия их антикоррозийной пленкой.
• Фосфатирование металла. Применяется для черных и цветных металлов, путем погружения в фосфорно-соляной раствор.

Применение неорганических методов борьбы с ржавчиной, в отличие от покрытия эмалями и лаками, используется в узких областях промышленности.

Подводя итоги, можно сделать определенный вывод. Для бытового использования больше подходит использование органических антикоррозийных покрытий, так как применение неорганических покрытий по большей части невозможно в домашних условиях. Кроме того, хорошее покрытие не может быть дешевым и при принятии решения самостоятельность заниматься мерами по предотвращению коррозии и гниения, стоит понимать, что в таком случае оно не будет таким долговечным, как если вы сделаете это в специально предназначенной мастерской.

Защита от коррозии стальных труб — что нужно сделать, чтобы железо не ржавело

Хотите узнать, какая наиболее эффективная защита от коррозии стальных труб? Металлические трубы в процессе эксплуатации подвергаются постоянному воздействию различных неблагоприятных факторов. Для решения этой проблемы специально разработана комплексная защита трубопроводов от коррозии по СНиП 2.03.11-85 «Защита строительных конструкций от коррозии».

Наружное полимерное покрытие — надежная защита от коррозии стальных труб

Методы борьбы с коррозией

В этой статье читателю предложена подробная инструкция, в которой детально описаны основные принципы выполнения антикоррозионной защиты для металлических изделий. Я расскажу как защитить от коррозии любую металлическую поверхность.

Цинковое покрытие защищает трубу изнутри и снаружи

Классификация вредоносных факторов

По механизму возникновения и степени разрушающего воздействия все вредоносные факторы условно можно разделить на несколько видов.

1. Атмосферная коррозия возникает при взаимодействии железа с водяным паром, который содержится в окружающем воздухе, а также в результате прямого контакта с водой при выпадении атмосферных осадков. В процессе протекания химической реакции образуется оксид железа, или проще говоря, обычная ржавчина, которая существенно снижает прочность металлических изделий, а со временем может привести к их полному разрушению.

Электрохимическая коррозия под землей разрушает даже толстостенные трубы

1. Химическая коррозия возникает в результате взаимодействия железа с различными активными химическими соединениями (кислоты, щелочи и пр.). При этом протекающие химические реакции приводят к образованию других соединений (соли, оксиды и пр.), которые также как и ржавчина, постепенно разрушают металл.
2. Электрохимическая коррозия возникает в тех случаях, когда железное изделие длительное время находится в среде электролита (водный раствор солей различной концентрации). При этом на поверхности металла образуются анодные и катодные участки, между которыми протекает электрический ток. В результате электрохимической эмиссии частицы железа переносятся из одного участка в другой, что приводит к разрушению металлического изделия.
3. Воздействие отрицательных температур в тех случаях, когда трубы используются для транспортировки воды, приводит к ее замерзанию. При переходе в твердое агрегатное состояние, в воде образуется кристаллическая решетка, в результате чего ее объем увеличивается на 9%. Находясь в замкнутом пространстве, вода начинает давить на стенки трубы, что в конечном итоге приводит к их разрыву.

На фото видно разрыв стенки трубы от расширения ледяной пробки

Анализ почвы

Для того чтобы выбрать наиболее эффективный метод защиты, необходимо иметь точные сведения о характере окружающей среды и конкретных условиях эксплуатации стального трубопровода. В случае прокладки внутренней или воздушной линии эту информацию можно получить на основе субъективных наблюдений, а также исходя из среднегодового климатического режима для данного региона.

В случае укладки подземного трубопровода, коррозионная стойкость и долговечность металла во многом зависят от физических параметров и химического состава грунта, поэтому перед тем как рыть траншею своими руками, необходимо сдать образцы почвы на анализ в специализированную лабораторию.

Глубинный щуп для забора тестовых образцов грунта

Важнейшими показателями, которые нужно выяснить в процессе анализа, являются следующие качества грунта:

1. Химический состав и концентрация солей различных металлов в грунтовых водах. От этого показателя во многом зависит плотность электролита и электрическая проницаемость почвы.
2. Качественный показатель кислотности почвы, которая может вызывать как химическое окисление, так и электрохимическую коррозию металла.
3. Электрическое сопротивление земли. Чем ниже значение электрического сопротивления, тем в большей степени металл подвержен разрушительному воздействию, вызванному электрохимической эмиссией.

Извлечения взятых образцов почвы

Защита от воздействия низких температур

В случае подземной или воздушной прокладки водопроводных и канализационных сетей, важнейшим условием их бесперебойной эксплуатации является защита труб от замерзания и сохранение температуры воды на уровне не ниже 0°С в холодное время года. Для снижения отрицательного воздействия температурного фактора окружающей среды, применяются следующие технические решения:

1. Прокладка подземного трубопровода на глубине, превышающей максимальную глубину промерзания грунта для данного региона.
2. Теплоизоляция воздушных и подземных линий при помощи различных материалов с низкой теплопроводностью (минеральная вата, пенопластовые сегменты, пенопропиленовые рукава).

Фольгированные гильзы из минеральной ваты для утепления труб

1. Обратная засыпка траншеи трубопровода сыпучим материалом с низкой теплопроводностью (керамзит, каменноугольный шлак).
2. Дренирование прилежащих слоев грунта с целью снижения его теплопроводности.
3. Прокладка подземных коммуникаций в жестких закрытых коробах из армированного железобетона, которые обеспечивают наличие воздушной прослойки между трубой и грунтом.

Наиболее прогрессивный метод того, как защитить трубы от замерзания заключается в использовании специального кожуха, состоящего из оболочки, выполненной из теплоизоляционного материала, внутри которой уложен электрический нагревательный элемент.

Активная система теплоизоляции с нагревательным элементом

Наружное гидроизоляционное покрытие

Наиболее распространенным способом борьбы с коррозией металла является нанесение на его поверхность тонкого слоя прочного водонепроницаемого защитного материала.

Я приведу простые примеры:

1. Наиболее распространенным вариантом защитного покрытия является обычная водостойкая краска или эмаль. Например, защита газовой трубы, проходящей по воздуху, всегда выполняется при помощи атмосферостойкой эмали желтого цвета;
2. Подземные водопроводные и газопроводные коммуникации собираются из стальных труб, которые снаружи предварительно покрыты толстым слоем битумной мастики, а затем обернуты плотной технической бумагой:
3. Также высокую эффективность имеют покрытия из композитных или полимерных материалов;
4. Чугунные элементы канализационных коммуникаций изнутри и снаружи покрывают толстым слоем цементно-песчаного раствора, который после застывания образует однородную монолитную поверхность. Таким образом можно защитить опорные столбы для въездных ворот .

Антикоррозионная обработка битумной мастикой

Чтобы правильно подобрать подходящий материал для наружного покрытия, необходимо знать, что антикоррозионная защита металла должна одновременно обладать несколькими качествами.

1. Лакокрасочное покрытие после высыхание должно иметь сплошную однородную поверхность, обладающую высокой механической прочностью и абсолютной устойчивостью к воздействию воды;
2. Защитная пленка гидроизоляционного материала, при указанных свойствах, должна быть эластичной и не разрушаться под воздействием высоких или низких температур;
3. Исходный материал для нанесения покрытия должен обладать хорошей текучестью, высокой укрывающей способностью, а также хорошей адгезией к поверхности металла;
4. Антикоррозионная обработка наносится на сухую очищенную поверхность металла;
5. Электропроводность. Еще одним показателем качественного изолирующего материала, является то, что он должен быть абсолютным диэлектриком. Благодаря этому свойству обеспечивается надежная защита трубопроводов от блуждающих токов, которые усиливают неблагоприятное воздействие электрохимической коррозии.

Намотка антикоррозионной ленты в рулоне

Активная и пассивная электрохимическая защита

Подземные инженерные коммуникации в большей степени подвержены возникновению очагов коррозии, чем воздушные и внутренние трубопроводы, потому что постоянно находятся в среде электролита, который представляет собой раствор солей, содержащихся в составе грунтовых вод.

Для того чтобы свести к минимуму разрушающее воздействие, вызванное реакцией железа с водно-солевым раствором электролита, используются активные и пассивные методы электрохимической защиты.

1. Активный катодный метод заключается в направленном движении электронов в цепи постоянного электрического тока:

• Для этого к отрицательному полюсу источника постоянного тока подключается трубопровод, а к положительному – анодный заземляющий стержень, который заглубляют в землю неподалеку;
• После подачи напряжения, электрическая цепь замыкается через почвенный электролит, в результате чего свободные электроны начинают движение от заземляющего стержня к трубопроводу;
• Таким образом, заземляющий электрод постепенно разрушается, а освободившиеся электроны вместо трубопровода вступают в реакцию с электролитом.

На схеме показан принцип работы активной катодной защиты

1. Пассивная протекторная защита трубопроводов заключается в следующем:

• Рядом с железом в земле размещают электрод из более электроотрицательного металла, например цинка или магния;
• Стальную трубу и электрод соединяют между собой электрически через контролируемую нагрузку;
• В среде электролита они образуют гальваническую пару, которая в процессе реакции вызывает движение электронов от цинкового протектора к защищаемому трубопроводу.

3. Электродренажная защита также является пассивным методом, который выполняется путем подключения трубопровода к заземляющему контуру:

• Подключение производится в соответствии с требованиями ПУЭ;
• Такой способ помогает избавиться от возникновения блуждающих токов и применяется в случае расположения трубопровода поблизости контактной электросети наземного или рельсового транспорта.

Пассивная протекторная катодная защита

Заключение

Каждый из приведенных методов имеет свои преимущества и недостатки, поэтому использовать их нужно в зависимости от конкретных условий. В заключение мугу сказать лишь то, что независимо от выбранного способа, цена ремонта и замены трубопровода обойдется значительно дороже, чем стоимость самой сложной и трудоемкой защиты.

Рекомендую также посмотреть видео в этой статье, а все ваши вопросы можете написать в комментариях.

Защита металла в земле от коррозии

КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

1. Коррозия (от латинского « corrodere » разъедать) – самопроизвольный окислительно-восстановительный процесс разрушения металлов и сплавов вследствие взаимодействия с окружающей средой.

2. Виды коррозии: химическая и электрохимическая

I . Химическая – коррозия, обусловленная взаимодействием металлов с веществами, содержащимися в окружающей среде, при этом происходит окислительно-восстановительное разрушение металла без возникновения электрического тока в системе.

К химической коррозии относятся:

— газовая коррозия — коррозионное разрушение под воздействием газов при высоких температурах;

— коррозия в жидкостях-неэлектролитах.

— химическая коррозия, обусловленная взаимодействием металлов с газами.

Основной окислитель – кислород воздуха.

Процессы химической коррозии железа:

2 Fe + O ₂ = 2 FeO

3 Fe + 3 O ₂ = FeO · Fe ₂ O ₃ (смешанный оксид железа ( II , III ) )

4 Fe + 3 O ₂ + 6 H ₂ O = 4 Fe ( OH )₃ (на воздухе в присутствии влаги)

Fe ( OH )₃ t ° C → H ₂ O + FeOOH (ржавчина)

2 Fe + 3 Cl ₂ = 2 FeCl ₃

Химическая коррозия в жидкостях-неэлектролитах

Жидкости-неэлектролиты — это жидкие среды, которые не являются проводниками электричества. К ним относятся: органические (бензол, фенол, хлороформ, спирты, керосин, нефть, бензин); неорганического происхождения (жидкий бром, расплавленная сера и т.д.). Чистые неэлектролиты не реагируют с металлами, но с добавлением даже незначительного количества примесей процесс взаимодействия резко ускоряется. Например, если нефть будет содержать серу или серосодержащие соединения (сероводород, меркаптаны) процесс химической коррозии ускоряется. Если вдобавок увеличится температура, в жидкости окажется растворенный кислород — химическая коррозия усилится.

Присутствие в жидкостях-неэлектролитах влаги обеспечивает интенсивное протекание коррозии уже по электрохимическому механизму.

Химическая коррозия в жидкостях-неэлектролитах подразделяется на несколько стадий:

— подход окислителя к поверхности металла;

— хемосорбция реагента на поверхности;

— реакция окислителя с металлом (образование оксидной пленки);

— десорбция оксидов с металлом (может отсутствовать);

— диффузия оксидов в неэлектролит (может отсутствовать).

Для защиты конструкций от химической коррозии в жидкостях-неэлектролитах на ее поверхность наносят покрытия, устойчивые в данной среде.

II . Электрохимическая – окислительно-восстановительное разрушение сплавов и металлов, содержащих примеси, с возникновением электрического тока в системе.

АНОД (более активный металл) – разрушается

КАТОД (менее активный металл или примесь неметалла, способного + ē) – восстанавливается среда

Ме 0 – n ē → Me n + (процесс окисления)

кислая среда: 2 H + + 2ē → H ₂ (процесс восстановления)

влажный воздух: O ₂ + 2 H ₂ O + 4ē → 4 OH — (процесс восстановления)

Электрохимическая коррозия железной детали с примесями меди во влажном воздухе.

А: Fe 0 — 2ē → Fe 2+ (Окисление)

К: O ₂ + 2 H ₂ O + 4ē → 4 OH — (процесс восстановления)

Итог: 2 Fe + O ₂ + 2 H ₂ O = 2 Fe ( OH )₂ (белая ржавчина)

4 Fe ( OH )₂ + 2 H ₂ O + O ₂ = 4 Fe ( OH )₃ (бурая ржавчина)

1). Металлические покрытия – анодное (покрытие более активным металлом Zn , Cr ) – оцинкованное железо; катодное (покрытие менее активным металлом Ni , Sn , Ag , Au ) – белая жесть (лужёное железо) – не защищает от разрушения в случае нарушения покрытия.

2). Неметаллические покрытия – органические (лаки, краски, пластмассы, резина — гумирование, битум);

3). Протекторная защита – присоединение пластины из более активного металла ( Al , Zn , Mg ) – защита морских судов.

4). Электрохимическая (катодная) защита – соединение защищаемого изделия с катодом внешнего источника тока, вследствие чего изделие становится катодом. Ток идёт в противоположном направлении.

5). Добавление ингибиторов ( в зависимости от природы металла – NaNO ₂, Na ₃ PO ₄, хромат и бихромат калия, ВМС органические соединения), адсорбируются на поверхности металла и переводят его в пассивное состояние.

Задания и вопросы по теме: «Коррозия металлов и сплавов»

№1. При электрохимической коррозии на поверхности анода протекает процесс

А) Восстановления ионов водорода; Б) Окисления металла;

В) Восстановление молекул кислорода; Г) Окисления молекул водорода.

№2. Почему считают, что рядом со стальной коронкой (Fе) не рекомендуется ставить золотую (Аu)?

№3. Вот история, произошедшая с норвежским грузовым судном «Анатина». Трюмы теплохода, направлявшегося к берегам Японии, были заполнены медным концентратом. Корпус судна сделан был из стали. Внезапно судно дало течь. Объясните, что произошло.

№4. Какой из компонентов загрязненного городского воздуха является наиболее коррозионно-активным по отношению к металлам, особенно при повышенной влажности:
а) N₂; б) СО; в) SO₂.

№5. Рассмотрите рисунок, ответьте на вопросы:

Обратите внимание! В восстановлении кислорода участвуют ионы Н + . Если концентрация Н + понижается (при повышении рН), восстановление О₂ затрудняется. Замечено, что железо, находящееся в контакте с раствором, рН которого выше 9–10, не корродирует.

С усилением коррозии в присутствии солей часто сталкиваются автомобилисты в тех местностях, где в зимнее время для борьбы с гололедицей дороги обильно посыпают солью. Влияние солей объясняется тем, что образуемые ионы создают электролит, необходимый для возникновения замкнутой электрической цепи.

• Определить тип коррозии в каждом стакане.
• В каких стаканах железный гвоздь прокорродировал сильнее, в каких меньше, а в каких коррозии не подвергся? Почему?
• Объясните, что усиливает коррозию, а что ее замедляет?

№6. Рассмотрите процесс коррозии при соединении медной трубы с гальванизированной (оцинкованной) стальной трубой, если обе трубы находятся в земле.

№7. Почему цинк не используют при изготовлении консервных банок для покрытия им железа? Почему оцинкованное железо идёт на изготовления вёдер, баков?

№8. Как будет протекать процесс коррозии в том случае, если железную водосточную трубу прибить к дому алюминиевыми гвоздями?

№9. При изготовлении луженого железа (белой жести) — железо покрывают оловом, какое это покрытие — А) Анодное; Б) Катодное? Запишите электродные процессы

№10. Знаменитая Кутубская колонна в Индии близ Дели вот уже полторы тысячи лет стоит и не разрушается, несмотря на жаркий и влажный климат. Сделана она из железа, в котором почти нет примесей. Объясните, почему в данном случае статуя не подвергается коррозии

Защита от ржавчины на металле в домашних условиях

Содержание

Металлические изделия окружают нас в повседневной жизни. Однако металл активно взаимодействует с окружающей средой и со временем покрывается слоем ржавчины. Этот процесс называется коррозия.

Ученые считают, что от коррозии ежегодно приходит в полную негодность около 10% от общего количества производимого металла, что в цифрах равняется годовому объему продукции крупного металлургического комбината.

Как и почему возникает ржавчина?

Для незащищенного металла практически все среды, в которых он находится, являются агрессивными. Поэтому его поверхность подвергается химическим реакциям. В результате этих реакций появляется ржавчина, и металл теряет как внешний вид, так и прочностные характеристики.

Типичный пример ржавления металла мы видим в повседневной жизни. Ржавчиной покрываются металлические лестницы, перила балконных и мостовых ограждений, металлические заборы. Также, коррозии подвергаются и металлы, которые работают в условиях высоких температур – арматура плавильных печей, детали двигателей, лопасти турбин.

Не менее подвержены коррозии металлы, соприкасающиеся с жидкостями – спиртом, водой, нефтью, мазутом.

Электрохимическая коррозия металла в воде наступает вследствие реакции с растворенным в ней кислородом.

Из всего вышесказанного возникает вопрос, а чем покрыть металл от коррозии и тем самым продлить срок его эксплуатации?

Защита от ржавчины.

Защитить металл от коррозии можно. Для этого любое металлическое изделие следует покрыть защитной пленкой, которая будет различаться от структуры и химического состава металла. Существует много способов защиты металла от коррозии.

В быту есть понятие “изделие из нержавейки”. Это значит, что используется легированная сталь. Как покрасить лакированную мебель в белый цвет в домашних условиях?

Долгое время нечувствительными к атмосферной коррозии могут оставаться легированные стали с добавлением хрома, меди, которые используют в строительстве. Чем меньше содержание примесей в стали и выше ее однородность, тем менее она подвержена коррозии.

Защитные покрытия, наносимые промышленным способом.

Защитное покрытие выполняется чаще всего в виде пленки (металлической, оксидной, лакокрасочной).

Для создания металлической защитной пленки используют метод гальванизации, нанесения металлов горячим способом или металлизации. Для этого металлическое изделие погружается в емкость с расплавленным защитным материалом (олово, свинец, цинк) с такой температурой, при которой защищаемый металл не плавится. Преимуществом метода металлизации является возможность покрыть защитным слоем уже готовые собранные изделия.

Защитное покрытие также наносят методом диффузии в основной металл другого — алюминия (алитирование или алюминирование), кремния (силицирование), хрома (хромирование), а также создания биметалла способом плакирования.

Еще один способ защиты от коррозии – оксидирование. Поскольку на металле присутствует естественная оксидная пленка, ее делают более прочной, обрабатывая окислителем (растворами кислот или их солей). Одним из видов нанесения такой пленки горячим способом является “воронение” стали.

Также горячим способом выполняется фосфатирование металла (погружение в горячий раствор кислых фосфатов железа или марганца).

Сантехнические изделия (ванны, раковины) покрываются защитным лакокрасочным слоем (эмалируются) в промышленных условиях при очень высоких температурах (до 800°С).

Для защиты металлов во время транспортировки или для хранения металлических конструкций на складах используют жидкие масла или ингибиторы.

Защитные покрытия, применяемые в быту.

Как уже упоминалось ранее, антикоррозионной защиты требуют и обычные металлические изделия, окружающие нас в повседневном быту. В каждой квартире, а тем более в частном доме, имеется большое количество металлических деталей – балконные ограждения, заборы, решетки, гаражи, садовая техника, радиаторы, трубы холодной и горячей воды, садовые скамейки, которые покрываются со временем ржавчиной.

Доступным способом их защиты является нанесение вручную антикоррозионного покрытия в виде грунтовки или краски по ржавчине. Эти покрытия имеют специальный состав, содержащий ингибиторы и различные добавки, что позволяет наносить их непосредственно на слой ржавчины, предварительно не зачищая металл.

В состав грунтовки, например, входит преобразователь ржавчины и антикоррозионный грунт. Это очень эффективное средство, которое часто используют как самостоятельное покрытие. Такой грунт надежно будет защищать покрытую поверхность от различных атмосферных проявлений (град, снег, дождь, солнце).

Антикоррозионная краска отличается от грунта тем, что в ее состав дополнительно включен такой компонент как износостойкая эмаль, что обеспечивает очень быстрое высыхание краски на воздухе. Ее достоинство в том, что она наносится на любую поверхность (с остатками предыдущей краски, покрытую ржавчиной) из стали, чугуна, железа или железобетона. Нанесение слоя такой краски продлевает, как минимум вдвое, срок службы металлических изделий.

Из всего вышесказанного видно, что существует много различных способов, чем покрыть металл от коррозии. И в зависимости от вида покрываемого металла не составит труда выбрать нужный и эффективный, который защитит металл от ржавчины.

Антикоррозийная защита материала в домашних условиях подразумевает применение ЛКМ-покрытий и химических средств. Свойства защитного плана обеспечивают сочетанием разных элементов: смол на основе силикона, ингибиторов, полимеров, металлической стружки и пудры.

Коррозия представляет собой процесс, сопровождающийся разрушением поверхностных слоев конструкций из стали и чугуна, возникающий в результате электрохимического и химического воздействия. Негативным следствием этого становится серьезная порча металла, его разъедание, что не позволяет использовать его по назначению.

В каждом доме, среди домашней утвари, предметов интерьера имеются материалы, инструменты или детали, сделанные из металла. Они практичны, износостойки, но рано или поздно подвергаются коррозии. Как предотвратить этот процесс?

Чем обработать металл, чтобы он не ржавел?

Пленки образуются из лакокрасочных материалов, пластмассы и смолы. Лакокрасочные покрытия недороги и удобны в нанесении. Ими покрывают изделие в несколько слоев.

Термическое воронение стали в домашних условиях? Под краску наносят слой грунта, улучшающего сцепление с поверхностью и позволяющего экономить более дорогую краску. Служат такие покрытия от 5 до 10 лет.

В качестве грунта иногда применяют смесь фосфатов марганца и железа.

Для эффективной защиты от коррозии, необходимо обеспечить взаимодействие двух металлов: железа и цинка. Лишь в этом случае (да и то с ограничениями) возникает электрохимический контакт пары металлов, в котором в первую очередь разрушению (коррозии) подвергается цинк, тем самым предохраняя железо (протекторное действие). Так называемые цинкнаполненные краски представляют собой лишь обычную краску, в которую добавлена цинковая пудра.

Такое покрытие не обеспечит электрохимического взаимодействия железа и цинка, потому как сама краска является диэлектриком.

Следы легкого окисления, неглубокий налет коррозии, воронение и пр. следы химического окрашивания металла (намеренноно и непреднамеренного) легко и бысто удаляет автополироль. Берите наименее абразивную и не жадничайте – импортную (США, германия и пр.) Небольшой баночки (например, на основе масла Карнаубы) хватит на очень продолжительное время, а если есть машина то остатки тем более не пропадут. (Александр Марьянко)

Коррозионное разрушение – это явление, которое видел каждый. Чем быстро снять краску с дерева в домашних условиях? Образование ржавчины на металлической поверхности лишь один из признаков.

Коррозионный процесс вызывает разъедание материала под воздействием факторов окружающей среды. Как правило, речь идет о влаге. Вода окисляет металл, провоцируя его последующее разрушение.

Не, просто воронение слабо защищает от ржавчины. Консервационная смазка, оружейная – это да.
Из практического опыта – у меня воздушка (несмазанная, ну так получилось, вовремя не законсервировал) провалялась в гараже месяца 2 без дела, и за это время вороненый ствол успел покрыться мелкими “цяточками” ржавчины. Так что смазка – обязательно!

Процесс коррозии имеет четыре главных элемента: это катод (электрод с катодной реакцией), атод (электрод с анодной реакцией), металл (проводник электронов) и проводник ионов (жидкость, проводящая электрический ток). Катод и анод соприкасаются с проводниками ионов, в которых далее возникает электродное напряжение. При соприкосновении электродов (катод и анод) возникает коррозийная реакция из-за разности электродных потенциалов. В результате образуется коррозийная пара, в которой анод начинает разъедать металл.

Таким образом, все меры по защите металла направлены на то, чтобы исключить образование коррозийных пар или же замедлить их развитие.