Тема 4.2 «Коррозионная стойкость КМ»

Коррозионная стойкость – способность материалов сопротивляться коррозии, определяющаяся скоростью коррозии в данных условиях. Для оценки скорости коррозии используются как качественные, так и количественные характеристики. Изменение внешнего вида поверхности металла, изменение его микроструктуры являются примерами качественной оценки скорости коррозии.

Для количественной оценки можно использовать:

1)число коррозионных очагов, образовавшихся за определённый промежуток времени;

2) время, истекшее до появления первого коррозионного очага;

3) изменение массы металла на единице поверхности в единицу времени;

4) уменьшение толщины материала в единицу времени;

5) плотность тока, соответствующая скорости данного коррозионного процесса;

6) объём газа, выделившегося (или поглощённого) в ходе коррозии единицы поверхности за единицу времени;

7) изменение какого-либо свойства за определённое время коррозии (например, электросопротивления, отражательной способности материала, механических свойств).

Коррозионная стойкость нержавеющих сталей зависит:

1. От содержания хрома, основного легирующего компонента, с увеличением содержания которого резко возрастает коррозионная стойкость стали.

2. От содержания углерода, с увеличением которого коррозионная стойкость стали значительно снижается.

3. От структурного состояния сталей. Наибольшей коррозионной стойкостью обладают твердые растворы, легированные хромом и ни­келем. Нарушение однородности структуры, вследствие образования карбидов или нитридов, приводит к уменьшению содержания хрома в твердом растворе и снижению коррозионной стойкости.

4. От природы агрессивной среды и устойчивости пассивной плен­ки. Нержавеющие стали устойчивы в растворах азотной кислоты, раз­личных нейтральных и слабокислых растворах при доступе кислорода и неустойчивы в соляной, серной и плавиковой кислотах. Стали теря­ют свою устойчивость в сильно окислительных средах вследствие раз­рушения пассивных пленок, например, в высококонцентрированной азотной кислоте при высоких температурах.

5. От температуры – с повышением температуры коррозионная стойкость нержавеющих сталей резко ухудшается как в окислительных, так и в неокислительных средах.

Коррозия в нержавеющих сталях может протекать как по электро­химическому, так по химическому механизму.

Борьба с коррозией

Коррозия приводит ежегодно к миллиардным убыткам, и решение этой проблемы является важной задачей. Основной ущерб, причиняемый коррозией, заключается не в потере металла как такового, а в огромной стоимости изделий, разрушаемых коррозией. Истинные убытки от неё нельзя определить, оценив только прямые потери, к которым относятся стоимость разрушившейся конструкции, стоимость замены оборудования, затраты на мероприятия по защите от коррозии. Ещё больший ущерб составляют косвенные потери. Это простои оборудования при замене прокорродировавших деталей и узлов, утечка продуктов, нарушение технологических процессов.

Идеальная защита от коррозии на 80% обеспечивается правильной подготовкой поверхности, и только на 20% качеством используемых лакокрасочных материа­лов и способом их нанесения. Наиболее производительным и эффективным методом подготовки поверхности перед дальнейшей защитой субстрата является абразивоструйная очистка.

Обычно выделяют три направления методов защиты от коррозии:

1. Конструкционный

2. Активный

3. Пассивный

Для предотвращения коррозии в качестве конструкционных материалов применяют нержавеющие стали, кортеновские стали, цветные металлы. При проектировании конструкции стараются максимально изолировать от попадания коррозионной среды, применяя клеи, герметики, резиновые прокладки.

Активные методы борьбы с коррозией направлены на изменение структуры двойного электрического слоя. Применяется наложение постоянного электрического поля с помощью источника постоянного тока, напряжение выбирается с целью повышения электродного потенциала защищаемого металла. Другой метод – использование жертвенного анода, более активного материала, который будет разрушаться, предохраняя защищаемое изделие.

Пассивная борьба с коррозией – это нанесение какого-либо покрытия, которое препятствует образованию коррозионного элемента. В основном, это применение эмалей, лаков, оцинковки. Покрытие металлов эмалями и лаками направлено на изоляцию металлов от окружающей среды: воздуха, воды, кислот и пр. Оцинковка (как и другие виды напыления) кроме физической изоляции от внешней среды, даже в случае повреждения ее слоя, не даст развиваться коррозии металла, т.к. цинк коррозирует охотнее железа. В качестве защиты от коррозии может применяться (пассивный метод).

Наносить защитные покрытия на металл можно различными способами. Оцинковку можно проводить в горячем цеху, «на холодную», газотермическим напылением. Окраску эмалями можно проводить распылением, валиком или кистью.

Большое внимание надо уделять подготовке поверхности к нанесению защитного покрытия. От того, насколько качественно будет очищена поверхность металла, во многом зависит успех всего комплекса мер по защите от коррозии.

Способы нанесения металла на деталь:

· погружением детали в расплавленный металл, применяется для нанесения пленок из плавящихся при низких температурах металлов (цинка, олова, свинца) – используется в случае деталей небольшого размера;

· путём распыления расплавленного металла (цинка, кадмия) сжатым воздухом с набрызгиванием его на деталь – для крупных деталей;

· диффузионным методом – алитирование, хромирование (см. выше, ХТО).

· гальваническим путём – электролиз водных растворов солей того металла, который является покрытием. Преимущества метода: управляемость процессом, экономное расходование металла, отсутствие нагрева. Различают анодное и катодное покрытие.

– анодное (цинком) – у цинка электродный потенциал ниже, чем у железа, поэтому он защищает и механически, и электрохимически, так как он является анодом (+) и разрушается;

– катодное (оловом) – электродный потенциал олова выше, чем у железа, то защищает только механически, а в случае повреждения плёнки электрохимическим путём разрушается железо.

· методом плакирования – термин происходит от французского слова «плаке», что значит накладывать, покрывать – горячей прокаткой или прессованием покрывают один металл тонким слоем другого металла – например, сталь латунью, дюралюмин – алюминием.

Методы защиты от коррозии

1. Кадмирование

Покрытие стальных деталей кадмием производится методами, аналогичными цинкованию, но даёт более сильную защиту, особенно в морской воде. Применяется значительно реже из-за значительной токсичности кадмия и его дороговизны.

2. Легирование

Наиболее эффективным является увеличение содержания хрома и снижение содержания углерода. Значительно повышается коррозионная стойкость сталей при введении никеля, молибдена, меди, титана, тантала, ниобия, а также палладия и платины. Коррозионная стойкость нержавеющих сталей в значительной степени определяется защитными свойствами поверхностной пассивной пленки, которые зависят от состава стали и качества обработки поверхности. Дорогостоящий никель частично заменяют более дешевым марганцем. Хрома должно быть не менее 12 %, иначе сталь становится паложительно заряженным анодом (на нержавеющей посуде стоит знак «18/10», это значит, в металле 10 % Ni и 18 % Cr).

3. Гуммирование

Это защитное покрытие на основе резиновых сме­сей с последующей их вулканизацией. Покрытия обладают эластич­ностью, вибростойкостью, химической стойкостью, водо- и газонепро­ницаемостью. Для защиты химического оборудования применяют составы на основе натурального каучука и синтетического натрий-бу - тадиенового каучука, мягких резин, полуэбонитов, эбонитов и других материалов.

4. Лакокрасочные покрытия

Широко применяются для защиты металлов от коррозии, а неметаллических изделий – от гниения и увлажнения. Представляют собой жидкие или пастообразные раство­ры смол (полимеров) в органических растворителях или растительные масла с добавленными к ним тонкодисперсных минеральных или органических пигментов, наполнителей. Это краски, лаки – они дешёвы, экономят цветные металлы, защищают любые конструкции. Недостаток – трескаются и пропускают воду. Применяются краски масляные и эмалевые. После нанесения на поверхность изделия образуют тонкую (до 100—150 мкм) защитную пленку, обладающую ценными физико-химическими свойствами.

5. Защита протекторами

От латинского защищающий – к детали, находящейся в электролите (в почве всегда есть вода) присоединяют металл с меньшим электродным потенциалом (обычно цинк), который, являясь анодом, и разрушается. Деталь является катодом и не корродирует.

6. Защита обработкой коррозионной среды. Есть вещества, замедляющие химические реакции и даже прекращающие их (их называют ингибиторами). Когда такой ингибитор вводят в коррозионную среду (например, в воду радиаторов двигателей внутреннего сгорания, теплообменников, компрессоров), то коррозия практически прекращается. Достоинство – ингибитора требуется обычно мало, так как он, сдерживая реакцию, сам в ней не участвует (как и катализатор, который ускоряет химическую реакцию, также не участвуя в ней).