Электрокоррозия металла что это

Электрокоррозия полотенцесушителя и водонагревателя

Электрокоррозия на полотенцесушителе

К сожалению, у современных полотенцесушителей, какой бы вы ни выбрали: водяной, электрический, из нержавейки или комбинированный, — существует определенная проблема при их использовании, а именно электрокоррозия полотенцесушителя.

Если вы заметили, что полотенцесушитель (даже из нержавейки) начинает постепенно покрываться пятнами ржавчины, — это признаки электрокоррозии метала. Причины ее образования в том, что металлические конструкции, находящиеся в воде, подвергаются двум видам коррозии: гальванической и коррозии, которую вызывают блуждающие токи. Второй вариант возможен в том случае, если металл, по которому уже протекает электрический ток, дополнительно подвергается воздействию воды. Вследствие такой нагрузки появляются так называемые пробои, от которых распространяется коррозия металла.

Этот вид электрокорозии отличается от гальванической, хотя у них одна природа появления. Гальваническая коррозия возникает из-за соединения двух разных видов металла.

Блуждающие токи возникают не только из-за внешних, но и из-за внутренних источников, а именно в связи с коротким замыканием. Теоретически при правильном строительстве коротких замыканий в системе быть не должно, но на практике получается по-другому. В каких-то местах сварочное соединение заменяют на обычные сгоны или меняют кусок трубы на металлопласт, поэтому возникают блуждающие токи, и все это приводит к электрической и электрохимической коррозии.

Особенно подвержены этим видам электрокорозии подземные коммуникации, так как они проходят через разные виды грунта. Дополнительная опасность возникает, если эти коммуникации проложены рядом с местами с повышенными электрическими затратами. Сама проблема возникновения коррозии на полотенцесушителях заключается в том, что большинство людей сейчас пытается заменить старые трубы на пластиковые, предполагая, что от этого исчезнут блуждающие токи. Но чаще получается совсем наоборот.

Когда весь стояк состоит из металлических труб, а в квартирах их заменяют на пластиковые, возникают блуждающие токи из-за разных видов труб. Все это происходит потому, что все металлические трубы при постройке заземлены. В новых домах, например, заземление происходит через систему уравнения потенциалов, а в старых в подвалах — по контуру заземления. А при установке пластика эта металлосвязь между трубами и полотенцесушителем нивелируется, и появляются блуждающие токи. Следовательно, разрывается уже существующий потенциал: получается, что на стояке он будет один, а на полотенцесушителе — другой.

Как защитить полотенцесушитель от корозии

Как защитить новый полотенцесушитель от такой проблемы? Ответ достаточно прост: необходимо обеспечить серьезную металлическую связь между двумя трубами, а именно между трубами стояка и самим устройством. Тогда блуждающие токи устранятся. Проще говоря, нужно заземлить полотенцесушитель к металлическим трубам стояка. Если трубы водопровода в квартире выполнены из метала, вопросов об их дополнительном заземлении не должно возникнуть.

Каждая ванная комната также имеет заземление на трубопровод отдельным проводником, потому что у нее нет другой связи с водопроводной трубой.

Когда в моду вошло использование пластиковых труб, о заземлении стали мало задумываться, так как металлопластиковая труба похожа по токопроводимости на металлическую. Но это большое заблуждение. Не существует соединительных элементов, обеспечивающих контакт между алюминием и металлопластиковой трубой.

Получается так: вода имеет высокую токопроводимость, чтобы подвести накопившееся опасное напряжение в безопасное место, но она недостаточно проводима, чтобы защитить пользователя от нежелательного разряда тока. К тому же при движении вода трется о стенки труб и сама образует определенный заряд, который затем скапливается на металлических элементах, что тоже может привести к коррозии.

Как показывает практика, токи в системе отопления большой опасности не представляют, а вот их скопление и наличие в полотенцесушителях массово наносят вред здоровью пользователей, которые могли не знать, забыть или проигнорировать факт необходимости заземления металлопластиковых труб. Особенно это опасно, когда в доме находятся дети.

Итак, при установке металлопластиковых и пластиковых труб все металлические элементы существующей и новой системы водопровода необходимо заземлять (в том числе и отопительные батареи, полотенцесушители, раковины, ванны и другие металлические элементы, которые могут проводить скопившийся ток).

Заземление водонагревателя

Почему-то мало кто уделяет должное внимание вопроса как правильно заземлить водонагреватель.

Роль заземления в водонагревательном баке не ограничивается только своей функцией защиты человека от поражения электрическим током — существует и масса других причин, заставляющих не на шутку задуматься о его наличии. Дело в том, что в своём большинстве накопительная ёмкость для горячей воды производится из нержавеющей стали. С одной стороны это, конечно, хорошо — долговечный, неподверженный коррозии металл способен прослужить долгие годы. А вот с другой стороны нержавеющая сталь довольно-таки сильно подвержена воздействию блуждающих токов, для отвода которых как раз и используется защитное заземление, именно они способны поразить человека электрическим разрядом.
На нержавеющую сталь эти блуждающие токи влияют очень сильно — проходя через тонкий металл, ток оставляет в нём микроскопические поры, которые впоследствии становятся всё больше и больше, тем самым нарушая герметичность всей конструкции в целом. Чтобы немного уменьшить воздействие этого неблагоприятного фактора, в водонагревательный бак устанавливается анод — помимо избавления воды от солей и других примесей он выполняет функцию «громоотвода», собирая все блуждающие токи.
При отсутствии надлежащего заземления этим токам просто некуда будет деваться, и даже при наличии полноценного анода статистическое напряжение будет накапливаться и выводить из строя водонагревательный бак.

Читайте также:  Что такое молотковое покрытие металла

Источник

Коррозия металлов

Ржавчина

Ржавчина — это сложное вещество, образованное при химической реакции воды и железа. Уже при влажности воздуха 50% поверхность железа покрывается слоем воды толщиной в 15 молекул. Коррозия усиливается в присутствии ионов хлора Cl — , которые способствуют растворению ржавчины и переходу её в раствор в виде химического соединения [Fe(H2O)2Cl4]. В качестве ингибиторов коррозии (веществ, замедляющиех корродирование металла), используют раствор NaNO2, глицерин, амины (бутил-амин) и их соли. Белый осадок Fe(OH)2 гидроксида железа II, присутствующее в растворе ржавичны, на воздухе быстро окисляется, превращаясь в жёлто-коричневый гидроксид железа(III). В отличие от Fe(OH)2, новый гидроксид железа (III) Fe(OH)3, который являетсфя амфотерным, хотя его кислотные свойства выражены намного слабее основных; он растворяется только в концентрированных щелочах при нагревании:

При окислении железа промежуточным продуктом реакции является грязно-зелёный осадок гидроксида, содержащего Fe (II) и Fe (III).

Интересным, но неприятным свойством ржавчины является то, что она занимает намного больший объём, чем занимало железо. Это может вызвать катастрофические последствия: хотя с виду ржавчина кажется рыхлой и мягкой, при её росте развиваются гигантские усилия. Когда в Лондоне по проекту Кристофера Рена в 1675—1710 гг. строили грандиозный собор Святого Павла, каменные блоки колокольни для прочности соединили железными скобами, которые были уложены в желобки, выдолбленные в камне. За сотни лет скобы проржавели, увеличились в объёме и стали поднимать каменную кладку, отчего колокольню перекосило. Инженеры подсчитали: давление, развиваемое ржавчиной, настолько велико, что приподняло бы даже двухкилометровый слой камней! Пришлось разобрать кладку и вставить в желобки новые скобы из нержавеющей стали.

Скорость окисления железа (появление ржавчины) очень сильно зависит от обшей поверхности соприкосновения металла и воздуха. Так, обычный гвоздь, даже если он сильно нагрет, не скоро превращается в окалину. Мелкие опилки при сильном нагреве быстро сгорают, а при внесении в пламя — вспыхивают в виде искр. Химическим способом — восстановлением оксидов железа водородом — можно получить ещё более мелкий порошок железа; его называют пирофорным. Он вспыхивает на воздухе уже при обычной температуре. Пирофорными могут быть и многие другие металлы в мелкораздробленном состоянии, а также оксид FeO.

Коррозия металлов — (от латинского corrodere — грызть) процессы, происходящие в результате химического воздействия окружающей среды, в результате которых происходит их разрушение.

От этого процесса отличается другой процесс — эрозия металлов, представляющий собой разрушение их поверхности под механическим воздействием среды.

Коррозия металлов означает разъедание, — начинается также на их поверхности. Происходит химическое взаимодействие с окружающей средой. Это процесс является самопроизвольным, а также является следствием окислительно-восстановительных реакций с компонентами окружающей среды. В результате разрушения металла образуются продукты его окисления, а именно: оксиды, гидроксиды, иногда просто происходит его растворение в среде до ионного состояния. Такое превращение сопровождается существенным изменением свойств.

Известны различные виды коррозии металлов. Одним из основных её видов является химическая, которую иногда ещё называют газовой коррозия, так как иногда она происходит под воздействием газообразных компонентов из окружающей среды при высоких температурах. Химическая коррозия может происходить и под воздействием некоторых агрессивных жидкостей. Основным этого процесса является то, что она происходит без возникновения в системе электрического тока. Ей подвергаются детали и узлы машин, работающих в атмосфере кислорода при высоких температурах, например турбинные двигатели, ракетные двигатели и некоторые другие, а также подвергаются детали узлы оборудования химического производства.

Другим распространённым видом разрушения металлов яввляется электрохимическая коррозия — поверхностное разрушение в среде электролита с возникновением в системе электрического тока. Электрохимическая коррозия — разрушение в атмосфере, на почве, водоёмах, грунтах.

Характер разрушения поверхности металла может быть различным и зависит от свойств этого металла и условиях протекания процесса. Теперь остановимся подробнее на электрохимической коррозии.

Читайте также:  Восстановительная способность металлов количественно характеризуется

Виды коррозии

К основным видам наблюдаемой коррозии относятся:

Электрохимическая коррозия протекает интенсивнее, если в катод вкраплён металл, менее активный, чем корродирующий. Например, если корродирует сталь (а сталь — это сплав железа и углерода в котором частично образуется карбид железа) роль таких участков играет карбид железа (FeC).

— протекает во влажном воздухе при обычной температуре. Поверхность металла покрывается плёнкой влаги, содержащей растворённый кислород. Интенсивность разрушения металла возрастает с ростом влажности воздуха, а также содержанием в нём газообразных оксидов углерода, серы, при наличии в металле шероховатостей, трещин облегчающих конденсацию влаги.

— её подвержены трубопроводы, кабели, подземные сооружения. В этом случае металлы соприкасаются с влагой почвы, содержащей растворённый кислород. Во влажной почве, с повышенной кислотностью трубопроводы разрушаются в течение полугода после их укладки (конечно, если не принять меры по их защите).

— происходит под действием блуждающих токов, возникающих от посторонних источников (линии электропередач,электрические железные дороги, различные электроустановки, работающие на постоянном электрическом токе). Блуждающие токи вызывают разрушение газопроводов, нефтепроводов,электрокабелей, различных сооружений. Под действием электрического тока на находящихся на земле металлических предметах появляются участки входа и выхода электронов — катоды и аноды. На анодных участках наблюдается наиболее интенсивное разрушение.

Электрохимическая коррозия

— наиболее распространённый видом разрушения металлов. Примером электрохимической коррозии является, например, разрушение деталей машин, приборов и различных металлических конструкций в почвенных, грунтовых, речных и морских водах, в атмосфере, под пленками влаги, в технических растворах, под действием смазочно-охлаждающих жидкостей и т.д. Как уже было отмечено, электрохимическая коррозия протекает на поверхности металлов под действием электрических токов, то есть происходят окислительно-восстановительные химические реакции, характеризующиеся отдачей электронов и их переносом, так как образуются катодные и анодные участки. Образованию катодов и анодов способствуют химическая неоднородность металлов (примеси и включения), наличие участков остаточной деформации, неоднородность покрывающих металл защитных плёнок и т.д. Наиболее часто в образовании данного вида разрушения металла участвуют не один фактор, а несколько. Когда метал начинает корродировать, он превращается в многоэлектронный гальванический элемент.

Например, рассмотрим что происходит, если медь Cu контактирует с железом Fe в среде электролита. Такая система представляет собой гальванический элемент, где железо — анод («+»), а медь — катод. Железо отдает электроны меди и переходит в раствор в виде ионов. Ионы водорода движутся к меди, где разряжаются. Катод постепенно становится более отрицательным, в конце-концов становится равным потенциалу анода и коррозия замедляется.

Как раз на эту тему можно провести опыт в домашних условиях. Нам потребуется три стакана с раствором поваренной соли (пищевая соль), 3 железных гвоздя, кусочек цинка и медная проволока (без изоляции). Итак, приступим. Первый гвоздь опустите в стакан с раствором соли. Ко второму гвоздю прикрутите медную проволоку, а к третьему — кусочек цинка. Затем опустите каждый гвоздь в свой стакан с раствором соли (их было 3) и оставьте их на 2-3 суток.

Что происходит: все наши гвозди будут иметь следы ржавчины (коррозии). В самом худшем состоянии будет тот гвоздь, который находился в растворе вместе с медной проволокой, а меньше всего корродировал тот, который привязан к цинку! Объяснение: все металлы обладают разной способностью отдавать электроны. Сравнить их в этой способности можно, ознакомившись с рядом напряжений металлов:

Li← K← Rb← Cs← Ba← Ca← Na← Mg← Al← Mn← Cr← Zn← Fe← Cd← Co← Ni← Sn← Pb← H2← Cu← Ag← Hg← Pt← Au

Те металлы, которые в ряду напряжений находятся левее (например Zn — цинк находится левее Fe — железа), легче отдают свои электроны, чем металл справа (например Cu — медь правее Fe — железа). А значит, как только оба металла попадают в электролит (проводник тока- раствор соли), то сразу образуют гальваническую пару. Более активный металл (стоящий левее) заряжается положительно, а менее активный — отрицательно.

Вернёмся к нашему опыту: тоже самое произошло и в наших стаканах с растворами. Железо (Fe) стоит левее, чем медь (Cu), поэтому оно заряжается положительно, при этом быстро окисляясь. В стакане с цинком — цинк (Zn) — более активный, чем железо. Поэтому, пока весь цинк не поржавеет, железо не разрушится (чем часто пользуются в технических целях).

Производство оборудования для литья пластмасс: завод прессформ, см.

Заказать кованые изделия из металла с гарантией качества

Источник

Электрохимическая коррозия: описание процесса и методы борьбы

Тысячелетия развития цивилизации были бы невозможны без металла, из которого изготавливались как наконечники стрел и копий доисторического периода, так и сложнейшие машины современности. Целые эпохи носят «металлические» названия: бронзовый, медный, железный. Металлургические комбинаты работают круглосуточно для обеспечения промышленности необходимым количеством металлических заготовок. Машиностроительные предприятия изготавливают из них огромный ассортимент изделий от труб, рельсов и листов, до иголок и булавок.

Читайте также:  Тугоплавкое сверло по металлу

Коррозия металлов, особенно ее основная разновидность — электрохимическая, всегда создавала трудности эксплуатации любых металлических изделий, безвременно разрушая их. Простейшие орудия труда (нож, топор, плуг) быстро приходили в негодность во влажной среде. Потребовались многочисленные и длительные исследования химических процессов разрушения, прежде чем были найдены технические решения, приостанавливающие коррозию металлов.

Описание процесса

Электрохимическая коррозия — это процесс, который протекает при обязательном присутствии:

  • электролита;
  • металлов с низким и высоким окислительно-восстановительными потенциалами (электродные потенциалы).

Электролит образуют вода, конденсат, любые природные осадки. Наличие двух видов металла практически не бывает всегда, и обусловлено двумя факторами:

  1. Неоднородностью изделия, то есть наличием инородных включений.
  2. Непосредственным касанием изделий из различных металлов.

В электролите неоднородные металлы образуют короткозамкнутый гальванический элемент, называемый коррозионным. Такое сочетание приводит к растворению металла с более низким электродным потенциалом, что и называют электрохимической коррозией. Скорость этого процесса сильно зависит от наличия солей в растворе и его температуры.

Основные объекты коррозии

Неоднородные металлические участки хаотично расположены на поверхности изделия и зависят от технологии и качества их изготовления, поэтому коррозионные разрушения чаще носят локальный характер. Кроме этого, локальность корродирования зависит от неоднородности:

  • защитных оксидных пленок;
  • электролита;
  • влияния внешних факторов (нагрева, облучения);
  • внутренних напряжений, вызывающих неравномерную деформацию.

Сварные и заклепочные соединения являются яркими представителями контакта инородных металлов, подвергающихся активной электрохимической коррозии. Сварка и заклепка — самые распространенные технологии в конструкции неразъемных соединений во всех ведущих отраслях промышленности и крупных трубопроводных системах:

  • машиностроение;
  • судостроение;
  • нефтепроводы;
  • газопроводы;
  • водопроводы.

Наиболее значительные разрушения сварных швов и заклепочных соединений возникают в морской воде, присутствие соли в которой, значительно ускоряет процесс коррозии.

Катастрофическая ситуация сложилась в 1967 году с рудовозом «Анатина», когда морская вода от высоких штормовых волн попала в трюмы корабля. Медные конструкции во внутренней отделке трюмов и стальной корпус способствовали созданию коррозионного элемента в электролите из морской воды. Скоротечная электрохимическая коррозия вызвала размягчение корпуса судна и создание аварийной ситуации, вплоть до эвакуации команды.

Положительный эффект от электрохимической коррозии встречается очень редко. Например, при монтаже новых труб в системах горячего отопления жилых домов. Резьбовые соединения муфт начинают течь при первичном пуске до тех пор, пока продукты коррозии, состоящие из гидратированного железа, не заполнят микропоры в резьбе.

Вне зависимости от вида коррозии, химической или электрохимической, ее последствия одинаковые — разрушение изделий огромной стоимости. Причем помимо прямых потерь от пришедших в негодность материалов, существуют косвенные потери, связанные с утечками продуктов, простоями при замене негодных материалов и деталей, нарушении регламентов технологических процессов.

Современные методы борьбы

Многочисленные исследования и развитие технического прогресса привели к созданию целой системы методов и средств в борьбе с коррозией. Можно отметить три основных направления в защите от коррозии:

  1. Конструктивные решения.
  2. Активные методы.
  3. Пассивные методы.

Конструктивные решения состоят в выборе материалов, которые минимально поддаются коррозии по своим физическим свойствам:

  • нержавеющие стали;
  • легированные стали;
  • цветные металлы.

Активные методы борьбы подсказала сама электрохимическая коррозия. Постоянное напряжение прикладывают к защищаемой металлической конструкции так, чтобы повысить его электродный потенциал и замедлить процесс электрохимического растворения. Второй вариант активной защиты — жертвенный анод, который имеет низкий электродный потенциал, вследствие чего разрушается вместо защищаемого объекта.

Пассивные методы состоят в нанесении защитных покрытий. Технический прогресс в этой области начал развиваться с нанесения простейших лакокрасочных покрытий, предотвращающих попадания кислорода, влаги и конденсата на поверхность металлов. Затем появились гальванические покрытия на основе:

  • цинка — цинкование;
  • хрома — хромирование;
  • никеля — никелирование.

Оцинкованное железо, никелированные и хромированные столовые приборы, консервные банки с продуктами служат многие годы, не поддаваясь электрохимической коррозии, сохраняя красивый внешний вид, предохраняя порчу продуктов.

Технический прогресс в развитии методов борьбы с коррозией

Так как коррозионные потери металла составляют астрономическую сумму, технический прогресс продолжает предлагать новые методы борьбы с ней, по мере развития научных исследований и совершенствования аппаратного обеспечения. К ним относятся:

  • газотермическое напыление, образующее сверхтонкие защитные покрытия;
  • термодиффузионные покрытия, создающие прочную поверхностную защиту;
  • кадмирование, обеспечивающее защиту стали в морской воде.

Рост промышленного производства происходит с постоянным увеличением выпуска металлических изделий. Электрохимическая коррозия, вне зависимости от исторической эпохи, представляет постоянную угрозу огромному объему конструкций и ответственных сооружений. Поэтому создание новых методов и средств борьбы — одна из задач исследований технического прогресса.

Источник

Поделиться с друзьями
Металл
Adblock
detector