Методы защиты от коррозии металлов

Методы защиты от коррозии металлов актуальны. Потому что металл является одним из самых востребованных материалов применяемых в автомобилестроении. И несмотря на то, что в некоторых областях его успешно заменяют, основная проблема, связанная с использованием металлических изделий это коррозия. Виды и методы защиты коррозии металла различаются друг от друга.

Коррозия, разрушение металла в результате электрохимического воздействия. Это растворение во влагосодержащей или воздушной среде электролита или химического воздействия, в результате которого происходит соединение металлов с химическими элементами, находящимися в воздушной или водной среде. Ржавление это коррозия железа и его сплавов, коррозия других металлов сводится к окислению, образованию оксидов. Химическая коррозия возникает в результате воздействия сухих газов и жидкостей, вступающих в химическую реакцию с металлом.

Виды коррозии металлов:

— процессы это химические и электрохимические

-по характеру разрушения равномерная, и не равномерная

— по виду коррозионной среды газовая, жидкостная, атмосферная, почвенная

Химическая коррозия

Основана на реакции между металлом и агрессивной средой. Результатом этой коррозии является образование на металле окалины или в случае с медью образуется зеленый налет. Этот тип коррозии распространяется равномерно по всей поверхности металла. Химическая коррозия не так сильно воздействует на металл, как электрохимическая.

Электрохимическая коррозия

Это процесс, при котором металлы и сплавы утрачивают часть своих электронов, они переходят в электролитический раствор, образующийся на поверхности металла в виде ионов, а электроны, замещающие атомы металла, переходят в металл с отрицательным зарядом, образуется гальваническая реакция в результате чего происходит разрушение металла. Металлы применяемые в строительстве подвергаются, как правило электрохимической коррозии, из за присутствия влаги на поверхности металла, вызвано это постоянным изменением температуры, в результате чего образуется конденсат.

Атмосферная коррозия

Атмосферная коррозия металла, аналогична протеканию электрохимической коррозии, в связи с наличием влажности воздуха. При повышении влажности свыше 70 процентов происходит интенсивная потеря стали. Также на процесс коррозии влияет наличие агрессивных элементов в окружающей среде таких как углекислый газ, диоксид серы,

По охвату поверхности коррозия может быть равномерная, при этом она не представляет большой опасности, если не достигает критических размеров повреждения металла. Наиболее опасна неравномерная коррозия металла Потому что могут образовывать отдельные очаги повреждения металла, что приведет к значительному ослаблению элементов металлической конструкции.

Избежать процессы коррозии, полностью невозможно, но снизить воздействие этих процессов возможно.

По видам различают несколько мер воздействия на коррозию.

Виды и причины появления коррозии на металлических изделиях

Выполняя мероприятия по защите от коррозии металлических изделий, необходимо знать, что именно она собой представляет. Существуют следующие виды коррозий:

Жидкостная. Образуется на металлических поверхностях, контактирующих с влажной средой. Что касается морской воды, то в ней процесс окисления происходит намного быстрее из-за повышенной концентрации в жидкости соли.
Почвенная. Данный тип характерен для металлических конструкций, находящихся во взаимодействии с грунтом долгое время. При воздействии химических элементов, входящих в состав грунтовых вод, почвы или различных утечек запускаются необратимые химические процессы.
Атмосферная. Главной причиной окисления является взаимодействие металла с содержащимися в воздушной среде водяными парами и кислородом. Если воздух насыщен загрязнениями химически активных веществ, то ржавчина появляется быстрее.

Проявление коррозии на металлических конструкциях может выражаться:

образованием сплошного слоя ржавчины или отдельных участков поверхностей;
появлением глубоких трещин;
небольшими пораженными участками, направленными внутрь изделия;
окислением одного из компонентов сплава;
глубинным распространением по всему объему;
сразу несколькими признаками.

Одной из двух причин развития такого процесса может быть:

Химическое взаимодействие – когда металл начинает разрушаться вследствие химической реакции с активными компонентами.
Электрохимическая природа, обусловленная тем, что при контакте с электролитическими растворами зарождаются электрические токи, при воздействии которых происходит замещение электронов в металле. Это приводит к разрушению кристаллической решетки и образованию ржавчины.

Методы защиты от коррозии металлов

Методы защиты от коррозии металлов разделяются на технологические, активные и пассивные.

Активные методы

Методы защиты от коррозии металлов предполагают постоянное воздействие на металл, к ним относятся способы изменения коррозионной среды. Это снижение кислотности почвы, снижение содержания хлора в воде. Также к активному методу относится протекторная защита, она заключается в связывании металла с контактным материалом, который больше подвержен окислению, он называется протектором и по сути является громоотводом. Принимает на себя электролизные процессы, влияющие на ржавление металла.

Технологические приёмы

Это когда при производстве металла происходит добавление в стальной сплав хрома , титана, марганца, никеля, которые помогают получить сталь с антикоррозийными свойствами. Например при добавлении хрома на поверхности металла образуется оксидная пленка большой плотности

Пассивные методы

Происходит изолирование металла при помощи различных покрытий, которые препятствуют образованию коррозии. Применяют катодное и анодное покрытие.

Анодное покрытие

При применении анодного покрытия металл покрывают другим металлом с большим отрицательным потенциалом. Это как правило цинк, либо кадмий. В настоящее время распространена защита металла посредством нанесения слоя цинка.

Катодное покрытие

производится металлами с более положительным потенциалом. При катодном покрытии металла соблюдается механическая защита металла. В качестве катодного покрытия применяют олово медь. никель. Для покрытия металла применяют горячий метод, напыление, металлизацию, гальванизацию, При горячем методе сталь помещают в расплавленный металл, который покрывается тонким слоем. Горячий способ применяют при лужении, покрытие металла оловом, и цинкование.

Оксидирование

Также применят химические способы покрытия металла, это оксидирование, образуется оксидная пленка, которая защищает металл от коррозии, ещё этот процесс называют воронение стали. Также можно обработать сталь анодированием, это электролиз алюминия. Так же посредством фосфатирования и азотирования.

Применение эмалей и грунтов

Наиболее доступным методом защиты металла является применение специальных эмалей и грунтов.

Они осуществляют барьерную защиту от воздействия вредных факторов окружающей среды, она заключается в механической защите поверхности. Нарушение покрытия происходит при образовании микротрещин, в результате происходит возникновение подпленочной коррозии, для предотвращения проводят пассивацию поверхности металла, при помощи специальных лакокрасочных покрытий.

В состав, входят специальные химические агенты. К таким лакокрасочным покрытиям относятся грунты и эмали, имеющие в своём составе фосфорную кислоту, и другие ингибирующие элементы, замедляющие процесс коррозии. Более эффективными лакокрасочными материалами являются те которые осуществляют протекторную защиту. Это достигается путем добавления, в лакокрасочные покрытия металлов создающих донорские электронные пары, к ним относятся цинк, магний и алюминий.

Для защиты металлических конструкций, которые эксплуатируются в условиях промышленной атмосферы, разрабатываются специальные эмали, образующие, влагозащищающие уретановые покрытия. Для защиты от постоянного контакта с водной средой выпускаются эмали, способные наносится на цинк, медь и другие поверхности.

В настоящее время на рынке представлен широкий спектр антикоррозионных эмалей. Одним из новшеств является покрытие металла фторопластом, он обладает химической инертностью практически ко всем агрессивным средам. Эмали на его основе наносятся кистью, воздушным и безвоздушным распылением, на очищенную поверхность металла. При применении, того или иного материала необходимо учитывать факторы такие как вид металла условия его эксплуатации, производственные возможности и целесообразность использования.

Средства коррозионной обработки применяются в зависимости от марки металла, воздействующей среды, действующих на него нагрузок. Для каждой сферы эксплуатации конструкции предусмотрены нормативы. Оптимальным методом является, обработка металла в условиях завода. То есть нанесение, транспортировочного грунта.

Прежде чем он попадет на строительную площадку. Нанесение антикоррозионных материалов обеспечивают всего на всего 20 процентов защиты металла, основным фактором влияющим на качественную защиту металла является его предварительная обработка, от грязи . ржавчины, а также любых других веществ которые будут оказывать препятствие для окрашивания поверхности.

Особенности протекторной защиты

Учитывая физико-химические особенности такой защиты металлических сооружений, можно сделать вывод о нецелесообразности применения протектора в случае, если конструкция эксплуатируется в кислых средах. Протекторная защита рекомендована к применению, если сооружение находится в нейтральной среде (грунт, вода, воздух и пр.).

Чтобы защитить железный трубопровод, в качестве протектора имеет смысл использовать кадмий, хром, цинк, магний (более активные металлы). Но и при их использовании существует ряд нюансов.

Например, чистый магний имеет высокую скорость ржавления, чистый цинк из-за крупнозернистой структуры растворяется неравномерно, алюминий быстро покрывается оксидной пленкой. Чтобы предотвратить негативные явления, в чистое вещество, которое будет служить протектором, вводят легирующие составляющие. Фактически протектором выступает не чистый металл, а его сплав с другими веществами.

Магниевая защита

Чаще всего в качестве защиты применяют сплавы магния. Легирующими компонентами состава выступают алюминий (максимум 7 %), цинк (до 5 %), также вводят медь, свинец и никель, но их суммарная доля не превышает сотой части состава. В качестве протектора такие составы могут применяться в средах с показателем кислотности не выше 10,5.

Даже в составе сплава магний быстро растворяется, а потом на его верхнем слое появляются труднорастворимые соединения. Магниевые сплавы имеют существенный недостаток — после нанесения они могут спровоцировать растрескивание металлических изделий, способствовать возникновению повышенной водородной хрупкости.

Цинковая защита

Альтернативой магниевому сплаву для защиты конструкций, расположенных в соленой воде, выступают цинковые составы. Легирующими компонентами для цинка становятся кадмий (максимальный показатель 0,15 %), алюминий (менее 0,5 %) и незначительное количество железа, свинца и меди (суммарно до 0,005 %). От влияния морской воды такой протектор будет идеальным, но в нейтральных средах протекторы из цинкового сплава быстро покроются оксидами и гидроксидами, сведя на нет весь антикоррозийный комплекс.

Цинковые сплавы выступают как протекторы от коррозии, обеспечивая максимальную взрыво- и пожарную безопасность. Этими составами целесообразно обрабатывать трубопроводы для горючих и взрывоопасных веществ, например, газа. Еще один «балл» в свой актив такие составы получают за экологическую безопасность – при анодном растворении не образуется загрязняющих веществ. Поэтому цинковые композиции часто применяются для коррозийной защиты нефтепроводов, а также для транспортирующих нефть танкеров и судов.

От воздействия проточной соленой воды обычно применяют алюминиевые составы. В сплав также вводят цинк (до 8 %), магний (до 5 %) и индий с кремнием , таллием и кадмием с незначительной долей (до 0,02 %). Добавки предупреждают возникновение окислов на алюминии. Также алюминиевые сплавы пригодны в условиях, где используется магниевая защита.

Обработка металла от коррозии

Механическая очистка поверхности при помощи щеток, скребков а также с применение электроинструмента с различными насадками

Пескоструйная очистка наиболее эффективный метод для очищения поверхности, но имеющий ряд недостатков, таких как низкая производительность, создание запыленности, что нарушает условия труда на строительной площадке.

Гидроструйная очистка повышает производительность, а применение абразивных материалов улучшает качество очистки.

Химическая очистка. Подразумевает применение специальных материалов которые разделяются на смываемые и несмываемые.

Смываемые методы химической очистки

К смываемым относятся 5% раствор соляной или серной кислоты, но при использовании этих материалов необходимо применять вещество, замедляющее химический процесс, так называемый ингибитор. Если не замедлить химическую реакцию помимо ржавчины уничтожится и сам металл. Можно использовать 15-30 % раствор ортофосфорной кислоты, в результате ее применения ржавчина превращается в твердую структуру, которая и является защитой от последующей коррозии. Хорошо помогает смесь 50 г молочной кислоты на 100 мл вазелинового масла. Кислота преобразует ржавчину в соль, а вазелиновое масло её растворяет.

Несмываемые методы химической очистки

Относят применение грунт преобразователей, ржавчина преобразуется в грунт, и не требует дальнейшего смывания. Если не удаётся полностью избавиться от ржавчины необходимо для предварительного окрашивания металла применить грунтовку со специальными антикоррозионными свойствами. Окончательная обработка поверхности производится с использование лаков, красок, эмалей со специальными свойствами.

Преимущества и недостатки протекторной защиты

Преимуществами такого метода являются:

простота, автономность и экономичность благодаря отсутствию источника тока и использованию магниевых, алюминиевых или цинковых сплавов;
возможность формирования одиночных или групповых установок;
возможность применения протекторной защиты, как для проектируемых объектов, так и для уже эксплуатируемых конструкций;
организация защиты практически в любых условиях, где невозможно или нецелесообразно сооружать источники тока;
при правильном использовании система может работать достаточно долго без всякого обслуживания;
безопасность и возможность применения на взрывоопасных объектах (ввиду малости напряжений).

Но у такого вида защиты от ржавчины есть свои недостатки:

Ограниченность применения способа в плохо проводящих ток средах.
Безвозвратные потери протектора.
Возможность загрязнения прилегающих территорий.

Этапы антикоррозионных работ

Подготовка необходимых материалов.

Нанесение грунтовки обеспечивающей лучшее сцепление эмалей.

Нанесение эмалей с защитным покрытием

Сушка покрытия или его термообработка.

Наиболее эффективным способ нанесения лакокрасочных покрытии считается метод безвоздушного напыления. Так как он наиболее качественно позволяет прокрашивать. Имеющиеся неровности металла.

Менее эффективный способ это прокрашивание кистью. Нежелательно наносить лакокрасочные покрытия валиком.

Основные методы цинкования

Покрытие металла цинком – это лучший метод защиты железных поверхностей от образования коррозии.

Цинкование выполняется такими способами:

Горячее цинкование. Погружение железного листового, сортового или фасонного металлопроката в расплавленный цинк, температура которого составляет 460-480 градусов. Эта технология позволяет надолго защищать металл от коррозии, но отличается сложностью и небезопасностью выполнения. К другим недостаткам относятся: ограничение обработки размерами ванн, возможность деформации тонких конструкций и листов при нагреве, повреждение защитного слоя при сварке.
Холодное цинкование. Считается оптимальным способом защиты металла цинком. Выполняется путем окрашивания металлических поверхностей порошкообразным грунтом с 96-98%-ным содержанием цинка. Покрытие наносится валиком или кистью прямо на месте установки конструкции (т.е. для антикоррозийной защиты не нужно перевозить изделие). Холодное цинкование дает возможность защищать железо от образования ржавчины на протяжении 30-50 лет, под слоем цинкового грунта металл коррозирует в три раза медленнее, по сравнению с другими методами обработки. К другим достоинствам этой технологии относится экономичность (по сравнению с горячим цинкованием). Недостатки: сложность покрытия неравномерных поверхностей и внутренних полостей.
Газо-термический способ. Нанесение расплавленного цинка на металлическую поверхность в газовом потоке. Такая технология подходит для крупногабаритных металлоконструкций, не помещающихся в ванне с цинковым раствором. Покрытие служит в течение 25-30 лет. Минусами технологии является неравномерность получаемого покрытия, которое дополняется нанесением лакокрасочного покрытия.
Термодиффузионный способ. Вплавление атомов цинка в железо при высокой температуре (более 2600 градусов). При такой температуре цинк переходит в газообразное состояние, после чего происходит диффузия молекул цинка с металлом. Плюсы метода: высокий класс антикоррозионной защиты, сохранение конфигурации изделий, возможность регулировать толщину цинкового покрытия, отсутствие необходимости очистки отходов. Минусы: неоднородность толщины защитной пленки, низкая производительность и вредность технологического процесса.
Гальванический способ. Электролитический метод цинкования, позволяющий наносить тонкий (5-40 мкм) слой цинка на обезжиренную металлическую поверхность. Состоит в помещении металла и цинковых пластинок в электролитический раствор и подключении электрического тока. Цинк растворяется в электролите и оседает на железе в виде защитного слоя. Отличается равномерностью и гладкостью слоя покрытия, в том числе метизов сложной конфигурации и пористых поверхностей. Недостатки: высокая себестоимость, необходимость очистки отходов перед сливом в канализацию.

Выбор технологии цинкования зависит от требований к техническим характеристикам покрытия, условий эксплуатации металлоизделий или конструкций. Если у вас есть вопросы о том, как цинк защищает металл от коррозии и какой способ цинкования подойдет для того или иного вида металлопроката, вы может получить консультацию у специалиста нашей компании.

Контроль качества выполненных работ

Применяемые методы защиты от коррозии металлов подвергаются контролю качества. Выполняется с целью проверки ранее выполненного производственного контроля. Предупреждение дефектов. Разработка мер по устранению обнаруженных дефектов. Контроль качества антикоррозионных работ начинается с проверки документации. Должны быть предоставлена документация на объект антикоррозионной защиты, на применяемые материалы, сертификаты о качестве продукции. По окончании проведения контроля качества работ составляется акт содержащий сведения о месте проведения работ, о состояния проведенных работ, о примененных материалах их марки и расходе. Сведения о организации исполнителе, и подписи лиц проводивших работы. Комиссия, проводящая контроль качества работ проверяет следующие параметры:

— вид антикоррозионного покрытия, не должно быть наличие мест не подвергнутых обработке.

— проверяется толщина слоя покрытия путем замера в различных местах, где предположительно возможна не качественная обработка.

— контролируется адгезия лакокрасочного материала с металлической поверхностью.

Нарушения выявляемые, при контроле качества работ.

После выполнения работ образуется ржавление на поверхности обработанного металла, это связано с тем что не был соблюден, температурный режим или не удалена полностью влага. Так же возможна недостаточная очистка металла от окислов, это приводит к возникновению последующей коррозии. Не достаточно убранные различные загрязнители масло, мыло, соли все это приведет к нарушению лакокрасочного покрытия дальнейшему ржавлению металла. Присутствие пыли на обрабатываемой поверхности снижает адгезию. Что приводит к отслоению лакокрасочного покрытия. Не выдерживание времени, которое допустимо на нахождение металла без обработки приводит к его ржавлению, также должна соблюдаться межслойная выдержка, растворитель не успевает раствориться и происходит его просачивание через другие слои. Что приводит к нарушению покрытия в виде пузырения. Все эти нарушения, выявленные при проведении контроля качества, подлежат немедленному устранению.