Тема ржавчина на железе

Коррозия металлов и способы защиты от нее

Коррозия – это процесс разрушения металлов и металлических конструкций под воздействием различных факторов окружающей среды – кислорода, влаги, вредных примесей в воздухе.

Коррозионная стойкость металла зависит от его природы, характера среды и температуры.

• Благородные металлы не подвергаются коррозии из-за химической инертности.
• Металлы Al, Ti, Zn, Cr, Ni имеют плотные газонепроницаемые оксидные плёнки, которые препятствуют коррозии.
• Металлы с рыхлой оксидной плёнкой – Fe, Cu и другие – коррозионно неустойчивы. Особенно сильно ржавеет железо.

Различают химическую и электрохимическую коррозию.

Химическая коррозия сопровождается химическими реакциями. Как правило, химическая коррозия металлов происходит при действии на металл сухих газов, её также называют газовой.

При химической коррозии также возможны процессы:

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂

2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃

Как правило, такие процессы протекают в аппаратах химических производств.

Электрохимическая коррозия – это процесс разрушения металла, который сопровождается электрохимическими процессами. Как правило, электрохимическая коррозия протекает в присутствии воды и кислорода, либо в растворах электролитов.

В таких растворах на поверхности металла возникают процессы переноса электронов от металла к окислителю, которым является либо кислород, либо кислота, содержащаяся в растворе.

При этом электродами являются сам металл (например, железо) и содержащиеся в нем примеси (обычно менее активные металлы, например, олово).

В таком загрязнённом металле идёт перенос электронов от железа к олову, при этом железо (анод) растворяется, т.е. подвергается коррозии:

Fe –2e = Fe 2+

На поверхности олова (катод) идёт процесс восстановления водорода из воды или растворённого кислорода:

2H + + 2e → H₂

O₂ + 2H₂O + 4e → 4OH –

Например, при контакте железа с оловом в растворе соляной кислоты происходят процессы:

Анод: Fe –2e → Fe 2+

Катод: 2H + + 2e → H₂

Суммарная реакция: Fe + 2H + → H₂ + Fe 2+

Если реакция проходит в атмосферных условиях в воде, в ней участвует кислород и происходят процессы:

Анод: Fe –2e → Fe 2+

Катод: O₂ + 2H₂O + 4e → 4OH –

Суммарная реакция:

Fe 2+ + 2OH – → Fe(OH)₂

4Fe(OH)₂ + O₂+ 2H₂O → 4Fe(OH)₃

При этом образуется ржавчина.

Методы защиты от коррозии

Защитные покрытия

Защитные покрытия предотвращают контакт поверхности металла с окислителями.

• Катодное покрытие – покрытие менее активным металлом (защищает металл только неповреждённое покрытие).
• Покрытие краской, лаками, смазками.
• Создание на поверхности некоторых металлов прочной оксидной плёнки химическим путём (анодирование алюминия, кипячение железа в фосфорной кислоте).

Создание сплавов, стойких к коррозии

Физические свойства сплавов могут существенно отличаться от свойств чистых металлов. Добавление некоторых металлов может приводить к повышению коррозионной стойкости сплава. Например, нержавеющая сталь, новые сплавы с большой коррозионной устойчивостью.

Изменение состава среды

Коррозия замедляется при добавлении в среду, окружающую металлическую конструкцию, ингибиторов коррозии. Ингибиторы коррозии — это вещества, подавляющие процессы коррозии.

Электрохимические методы защиты

Протекторная защита: при присоединении к металлической конструкции пластинок из более активного металла – протектора. В результате идёт разрушение протектора, а металлическая конструкция при этом не разрушается.

Источник

Коррозия — это? Виды и способы защиты от коррозии на металлических изделиях

Коррозия металла – это ржавчина, в первую очередь, которая образовалась на поверхности, чем больше ржавчины, тем глубже она проникает и разрушает материал элемента.

Любую коррозию возможно охарактеризовать тремя признаками:

• Во-первых, это восстановительно-окислительный процесс.
• Во-вторых, этот процесс является самопроизвольным, то есть возникает в любых условиях.
• В-третьих, процесс коррозии чаще всего возникает и распространяется на поверхности элемента, и иногда проникает вглубь.

Коррозия металла — это процесс, который проходит в химических или электрохимических средах, он приводит к повреждению верхних слоев материала.

Коррозии поддаются не только металлические изделия, но и бетонные, а также керамические.

Виды коррозии по характеру разрушения

На материале может протекать коррозия двух видов:

• Сплошная – распространена на всей поверхности изделия. Такой вид также делится на несколько подвидов:

• Равномерная – ржавчина появляется в одинаковом количестве на всех участках изделия.
• Неравномерная – ржавчина появляется с разной скоростью на разных участках.

• Избирательная – разрушению подвергается определенный компонент металлического сплава.
• Местная – коррозия образуется на отдельных небольших по размеру участках на поверхности детали. Выражается в единичных углублениях, раковинах и коррозирующих точках.

Виды коррозии металлов по механизму протекания

Существует несколько причины возникновения коррозии металла, химия этих процессов на сегодняшний день достаточно изучена, что помогает эффективно бороться с разрушением материалов.

Химическая коррозия металлов – происходит между металлом и средой, протекает окислительно-восстановительная реакция. Данный вид коррозии характерен для такой среды, в который не может протекать электрический ток. Химическая коррозия по условию протекания может быть:

• При газовой коррозии ржавчина возникает в результате воздействия на металл газовой среды чаще всего при высоких температурах. Особенностью этого вида является то, что воздействие газовой среды на некоторые металлы приводит к их полному разрушению, но на некоторых металлах (цирконий, алюминий, хром) протекающая реакция оставляет лишь защитную пленку.
• Жидкостная поверхностная коррозия возникает при воздействии жидких агрессивных сред, также без возможности протекания электрического тока.

Электрохимическая коррозия – эта реакция имеет место быть только в средах, где возможно протекание электрического тока.

Электрохимическая коррозия имеет возможность протекать в самых разных средах, но все они делятся на два типа по условию протекания:

• Коррозия с участим электролитов в растворах– протекает в среде кислот, соли, воде, оснований.
• Коррозия в атмосферных условиях – является самой часто встречающейся коррозией.

Виды коррозии по условиям протекания

Как было отмечено выше, по условиям протекания коррозия может быть газовой, жидкостной, атмосферной или в растворах электролитов. Необходимо сделать этот список более полным, поэтому ниже раскрыты дополнительные типы коррозии:

• Коррозия металлов, протекающая в почвах и грунтах;
• Биокоррозия, возникающая вследствие жизнедеятельности микроорганизмов на поверхности материала;
• Структурная — возникает из-за неоднородной структуры металла;
• Контактная коррозия проявляется при долгом соприкосновении металлов с различными потенциалами в электролите;
• Трение материала в коррозийной среде;
• Коррозия, возникающая от трения материала в коррозийной среде;
• Фреттинг-коррозия проявляется во время возникновения колебаний в коррозийной среде;
• Кавитация появляется при воздействии существующей коррозийной среды и ударного воздействия извне.

Пластинчатая коррозия металла – вид на протекающий процесс

Основные типы атмосферной коррозии

Принято выделять три основных типа атмосферной коррозии: влажная, мокрая, сухая. Жидкая и мокрая, в силу способности проводить электрический ток, протекают по электрохимическим законам, а сухая по химическим.

• Влажная глубокая коррозия металла будет протекать там, где на металле можно наблюдать тонкую влажную пленку. В зависимости от происходящего в окружающей среде, на пленке может образовываться конденсат, после чего начинается процесс коррозийного разрушения.
• Мокрая коррозия начинается на поверхности хорошо увлажненной, при относительной влажности окружающей среды около 100%. Капли, образовавшиеся на поверхности, помогают коррозийному износу.
• Сухая атмосферная коррозия менее агрессивна, потому что процесс разрушения протекает при малой влажности воздуха. Образовавшаяся на изделии пленка замедляет образование ржавчины.

Виды коррозии бетона

Бетон является крепким каменным строительным материалом, состоящим из цемента, наполнителя и связующих веществ. Так как этот материал эксплуатируется в условиях открытой окружающей среды, а также нередко в агрессивно-опасных средах, то он так же подвержен коррозийному износу.

Схема коррозии на бетоне

Существует несколько видов бетонной коррозии:

1. В результате взаимодействия с окружающей средой, на поверхности бетона могут образовываться легкорастворимые соли, которые при взаимодействии с внутренними компонентами материала приводят к его разрушению.
2. Часто встречающаяся проблема – это разъединение составных частей цементного камня водой или вымывание гидроксида кальция, который образовывается в процессе такой реакции или ранее.
3. В условиях окружающей среды, в состав бетона проникают вещества, которые имеют достаточно большой объем, в сравнении с исходными продуктами реакции, что приводит к механическим и химическим повреждениям целостности материала, далее эти участки под воздействием окружающей среды начинают коррозировать про принципу 1 или 2.

При коррозии бетона, невозможно выявить только одну причину, зачастую образовавшаяся коррозия – продукты нескольких факторов в совокупности.

Коррозия железа и меди

Коррозия железа

Давно выявлено, что зачастую коррозия (ржавчина) на железных элементах возникает вследствие протекания реакций окисления воздухом или кислотами – окислительно-восстановительные реакции. Как и в любом металле, ржавчина захватывает верхние слои железного изделия и возникает химическая коррозия, электрохимическая или электрическая.

Если рассмотреть каждый этот процесс в отдельности то получится, что при химическом возникновении ржавчины происходит переход электронов на окислитель, в результате образовывается оксидная пленка, а реакция выглядит так:

3Fe + 2O2 = Fe3O4 (FeO•Fe2O3)

Образовавшаяся пленка не защищает материал от дальнейшего возникновения окислительно-восстановительных реакций, она свободно пропускает воздух, что способствует образованию новой ржавчины.

При электрохимической коррозии, которая чаще всего возникает с железом в грунте, протекает реакция с образованием свободного кислорода и воды, если они остаются на железном элементе, то это вызывает новые продукты коррозии.

Fe + O2 + H2O → Fe2O3 · xH2O

Электрическая коррозия железа является самой непредсказуемой, так как возникает из-за блуждающих токов, которые могут попадать к железному элементу от линий электропередач, трамвайных путей, крупногабаритного электрооборудования и другое. Блуждающий ток запускает процесс электролиза металла, а он способствует образованию ржавых пятен.

Коррозия меди

При эксплуатации медных элементов необходимо учитывать причины коррозии, зачастую они обусловлены средой, где находится элемент. Например, в таких средах как: атмосферная, морская вода, при контакте с галогеновыми веществами и в слабых растворах солей медь коррозирует стабильно медленно.

Также медь подвергается коррозии в обычных атмосферных условиях:

Методы и способы защиты металлов от коррозии

Вследствие того, что коррозийный процесс протекает на верхних слоях металла конструкции, то защита поверхности заключается в создании верхнего защитного слоя для изделия, который убирает следы коррозии на металле. Такими защитными покрытиями выступают вещества металлические и неметаллические.

Важно понимать, что защита от коррозии не избавляет от нее, а лишь замедляет уже происходящие процессы. Однако, если верно подобрать средство борьбы, то возможно замедлить процесс образования коррозии на несколько лет.

Исходя из названия, металлические покрытия – это вещества, в основе которых металл. Например, чтобы защитить конструкцию из железа от коррозии на ее поверхность наносят слои цинка, меди или никеля.

Очистка труб от коррозии

Неметаллические покрытия – специальные вещества, наиболее широкая группа защитных соединений. Они изготавливаются в виде красок, эмалей, смазок, грунтовок, составов на битумной и битумно-полимерной основе и т.д.

Большая популярность неметаллических соединений в устранении следов коррозии заключается в их широком выборе, большом ценовом диапазоне, легкости изготовления и хороших защитных свойствах.

Наименьшую популярность приобрели химические покрытия из-за необходимости проводить сложные химические процессы:

• Оксидирование – образование оксидных пленок на поверхностях защищаемых деталей.
• Азотирование – насыщение верхних слоев материала азотом.
• Цементация – реакция, при которой верхние слои соединяются с углеродом и т.д.

Также при коррозии металлов существуют способы защиты, при которых на этапе сплавления металлов в них вводят специальные соединения, которые смогут повысить коррозийную устойчивость будущего материала.

Большую группу защиты представляют способы электрохимической и протекторной защиты.

Электрохимическая защита состоит в процессе преобразования продуктов коррозии в среде электролитов с помощью проводящего электрического тока. Постоянный ток присоединяется к катоду (защищаемому материалу), а в качестве анода выступает проводящий металлический источник, который при своем разрушении защищает объект от ржавчины.

Электрохимическая защита от коррозии

Протекторная защита протекает по такому же принципу, однако вместе металлического связующего изделия выступают специальные изделия – протекторы, которые выступают в роли анода. В результате протекающей реакции, протектор разрушается, защищая катод (конструкцию из металла).

Таким образом, хоть коррозия является необратимым процессом, но на данный момент люди научились эффективно замедлять ее губительное воздействие.

Источник

Удаление ржавчины

По статистике, потери от ржавчины (коррозии) составляют до 12% от всего производимого металла. Условия эксплуатации металлических изделий и конструкций постоянно ужесточаются, в том числе и из-за загрязнения атмосферы. Так, выбросы оксидов серы или азота приводят к образованию микрокапель серной или азотной кислот, при этом скорость образования ржавчины увеличивается в несколько раз.

Ржавчина — химические основы процесса

Железо – химически активный металл, который в присутствии воды и кислорода легко окисляется, образуя несколько соединений – оксидов, гидроксидов и их гидратов. Как ни странно, но точной формулы ржавчины не существует: в зависимости от условий окружающей среды продукт окисления железа имеет переменный состав: nFe(OH)3*mFe(OH)2*pH2O. Поражение ржавчиной происходит по всей поверхности металла, но наиболее уязвимыми местами являются сварные швы, внутренние углы конструкций, отверстия для резьбовых соединений. По своей структуре ржавчина очень рыхлая, сцепление с металлом практически отсутствует. Из-за высокой пористости слой ржавчины легко задерживает атмосферную влагу, создавая благоприятные условия для дальнейшего разрушения металла.

Опасность процесса в том, что визуально оценить степень поражения металлической конструкции не представляется возможным: под красно-бурым слоем ржавчины металл может быть полностью разрушен. Если своевременно не принять меры, результат может оказаться плачевным, вплоть до полного разрушения изделия. Одно дело, если это – ржавый гвоздь в стене дачного домика, и совсем другое – если ржавчина поразила опору ЛЭП или корпус морского судна.

Способы удаления ржавчины

Народная мудрость гласит, что любую проблему проще предотвратить, чем потом прикладывать героические усилия для устранения ее последствий. Ржавчина – не исключение. За последние 20-30 лет химики и физики предложили немало способов предотвращения коррозии – от защитных покрытий до сложных инженерных сооружений – станций электрохимической защиты.

Если ржавчина все-таки появилась – это не повод опускать руки: есть немало эффективных способов ее удаления, и чем раньше предприняты активные меры, тем большим будет эффект от их применения. Итак, обо всем по порядку.

Механическое удаление ржавчины

Продукты коррозии обладают малой адгезией и поэтому легко удаляются с поверхности металла при механическом воздействии – например, при обработке металлической щеткой. Снять ржавый налет с крупных изделий можно с помощью шлифовального станка, соблюдая при этом простое правило: начинать нужно с крупного зерна, а для финишной обработки использовать самое мелкое. Участки металла, с которых удалена ржавчина, оказываются совершенно беззащитными перед атмосферным воздействием. Если их не обработать антикоррозионными составами, предотвращающими контакт с водой и кислородом, процесс ржавления только ускорится.

Химические способы удаления ржавчины

Зная природу и химический состав ржавчины, логично предположить, что удалить ее можно с помощью кислот. Из школьного курса химии известно, что оксиды и гидроксиды металлов легко взаимодействуют с кислотами, при этом образуются соли железа и соответствующей кислоты, и вода.

Например, при действии соляной кислоты происходят следующие реакции:

• 2Fe (OH)3 + 6HCL → 2FeCl3 + 6H2O
• Fe (OH)2 + 2HCL → FeCl2 +2H2O

Образующийся хлорид железа – водорастворимая соль, которую необходимо удалить с поверхности обрабатываемого изделия простым ополаскиванием в воде, а затем насухо вытереть поверхность. Не надо ждать, пока ржавчина начнет образовываться снова, очищенные участки следует обработать защитными составами.

При обработке кислотами существует опасность растворения металла, поскольку железо в электрохимическом ряду напряжений стоит до водорода, оно активно реагирует со многими разбавленными кислотами:

По этой причине прежде, чем заняться химическими экспериментами в домашних условиях, необходимо почитать соответствующую литературу. Устранить побочный эффект поможет ингибитор коррозии – уротропин, при добавлении всего 1-2 г на литр раствора соляной кислоты реакция с железом не протекает.

Преобразователи ржавчины

Жидкие составы на основе ортофосфорной кислоты являются отличным способом предотвратить дальнейшее образование ржавчины на поверхности стальных и железных изделий. При таком способе обработки предварительно удаляются лишь те участки ржавчины, которые слабо держатся на основе. Образующийся в процессе реакции ортофосфат железа создает прочную защитную пленку, через которую не проникает влага и кислород, благодаря чему предотвращается дальнейшая коррозия металла. Для ускорения процесса высыхания на литр 25%-ого раствора ортофосфорной кислоты можно добавить 30-40 мл изобутилового спирта или 15 граммов винной кислоты.

Современное оборудование для удаления ржавчины

Механические способы очистки поверхности от ржавчины с помощью подручных средств применимы далеко не всегда, если изделие имеет сложную форму, то обработать все участки не представляется возможным. Химические способы тоже имеют свои недостатки, при несоблюдении элементарных правил техники безопасности можно получить химический ожог или отравление. Определенную проблему представляет и утилизация отработанных растворов.

Оптимальным способом удаления ржавчины, особенно с поверхности изделий сложной геометрической формы, является мягкий бластинг. Суть метода состоит в следующем, на металлическое изделие направляется струя сжатого воздуха, содержащая особые абразивные гранулы. Меняя давление, можно регулировать глубину слоя, снимаемого с поверхности – таким образом удаляется только слой ржавчины или окалины, а металл остается нетронутым. Гранулы ARMEX, используемые в аппарате для мягкого бластинга Nordblast NB 28-2, состоят из мельчайших частиц соды и мела. Попадая под большим давлением на поверхность, они легко удаляют не только ржавчину, но и лакокрасочные материалы.

Отличительной особенностью метода является абсолютная экологическая безопасность: применяемые компоненты химически инертны. Многочисленные исследования доказали, что на поверхности металла практически не образуются царапины и иные микроскопические дефекты, которые последствии могут стать центрами повторного образования ржавчины. Щелочная природа гранул способствует образованию пассивной пленки на изделиях из железа или стали, предохраняя основной объем металла от коррозионного разрушения.

Наилучшие результаты применения аппарата мягкого бластинга Nordblast NB 28-2 получены при обработке деталей машин или яхт. Процесс чистки от ржавчины зависит от степени коррозии, обычно на полную обработку автомобиля уходит 1 день, яхты – 2 дня.

Чем раньше обнаружена проблема, тем проще бороться с ржавчиной. Какой способ наиболее предпочтителен – каждый решает самостоятельно, но не стоит пользоваться дедовскими методами, если есть оборудование, удаляющее ржавчину со 100%-ой эффективностью!

Источник