Metāla korozija – aizsardzības cēloņi un metodes

Metāla korozija satur daudz vairāk nekā populāras rokgrupas nosaukums. Korozija neatgriezeniski iznīcina metālu, pārvēršot to putekļos: no visiem pasaulē ražotajiem dzelžiem tajā pašā gadā pilnīgi sabruks 10%. Situācija ar krievu metālu izskatās apmēram šādi – viss metāls, kas gada laikā tiek kausēts katrā sestajā domnas krāsnī, līdz gada beigām kļūst sarūsējis puteklis.

Izteiciens “maksā diezgan santīmu” saistībā ar metāla koroziju ir vairāk nekā patiess – korozijas radītie zaudējumi gadā ir vismaz 4% no jebkuras attīstītās valsts gada ienākumiem, un Krievijā kaitējuma apmēru aprēķina desmit cipariem. Kas izraisa korozīvos procesus metālos un kā ar tiem rīkoties?

Kas ir metāla korozija

Metālu iznīcināšana elektroķīmiskas (izšķīšana mitrumu saturošā gaisa vai ūdens vidē – elektrolītu) vai ķīmisku (metālu savienojumu veidošanās ar ķīmiski reaģējošiem līdzekļiem ar augstu agresiju) rezultātā ar vidi. Korozijas process metālos var attīstīties tikai dažās virsmas vietās (vietēja korozija), pārklāt visu virsmu (vienveidīga korozija) vai iznīcināt metālu gar graudu robežām (starpposmu korozija).

Metāls skābekļa un ūdens ietekmē kļūst par mīkstu, brūnu pulveri, kas labāk pazīstams kā rūsa (Fe₂O₃H₂PAR).

Ķīmiskā korozija

Šis process notiek vidēs, kas nav elektriskās strāvas vadītāji (sausas gāzes, organiski šķidrumi – naftas produkti, spirti utt.), Un korozijas intensitāte palielinās, paaugstinoties temperatūrai – rezultātā uz metāla virsmas veidojas oksīda plēve.

Visi metāli – gan melnie, gan krāsainie – ir pakļauti ķīmiskai korozijai. Aktīvie krāsainie metāli (piemēram, alumīnijs) korozijas ietekmē ir pārklāti ar oksīda plēvi, kas novērš dziļu oksidāciju un aizsargā metālu. Un tik zemu aktīvs metāls kā varš, gaisa mitruma ietekmē iegūst zaļganu ziedu – patīnu. Turklāt oksīda plēve visos gadījumos neaizsargā metālu no korozijas – tikai tad, ja izveidotās plēves kristālķīmiskā struktūra atbilst metāla struktūrai, pretējā gadījumā plēve neko nedarīs..

Sakausējumi ir jutīgi pret cita veida koroziju: daži sakausējumu elementi netiek oksidēti, bet tiek samazināti (piemēram, kombinējot tēraudu ar augstu temperatūru un spiedienu, notiek karbīdu reducēšanās ar ūdeņradi), savukārt sakausējumi pilnībā zaudē nepieciešamās īpašības.

Elektroķīmiskā korozija

Elektroķīmiskās korozijas procesam nav nepieciešama metāla obligāta iegremdēšana elektrolītā – pietiekami plāna elektrolītiska plēve uz tās virsmas (bieži elektrolītiskie šķīdumi piesūcina metālu ieskaujošo vidi (betonu, augsni utt.). Visbiežākais elektroķīmiskās korozijas cēlonis ir mājsaimniecībā un rūpniecībā izmantojamo sāļu (nātrija un kālija hlorīdu) plaša izmantošana, lai ziemā notīrītu ledu un sniegu uz ceļiem – īpaši tiek ietekmētas automašīnas un pazemes komunālie pakalpojumi (saskaņā ar statistiku, Amerikas Savienotajās Valstīs ikgadējie zaudējumi no sāļu lietošanas ziemā ir USD 2,5 miljardi).

Notiek sekojošais: metāli (sakausējumi) zaudē daļu savu atomu (tie jonu veidā nonāk elektrolītiskā šķīdumā), zaudētie atomi aizvietojošie elektroni metālu uzlādē ar negatīvu lādiņu, bet elektrolītam ir pozitīva maksa. Veidojas galvaniskais pāris: metāls tiek iznīcināts, pakāpeniski visas tā daļiņas kļūst par daļu no šķīduma. Elektroķīmisko koroziju var izraisīt klaiņojošas strāvas, kas rodas, strāvas daļai noplūstot no elektriskās ķēdes ūdens šķīdumos vai augsnē un no turienes metāla konstrukcijā. Vietās, kur klaiņojošās straumes atstāj metāla konstrukcijas atpakaļ ūdenī vai augsnē, notiek metāla iznīcināšana. Īpaši bieži klaiņojošas straumes rodas elektriskā zemes transporta kustības vietās (piemēram, tramvajos un dzelzceļa lokomotīvēs ar elektrisko vilci). Tikai gada laikā 1A klejojošās strāvas spēj izšķīdināt dzelzi – 9,1 kg, cinku – 10,7 kg, svinu – 33,4 kg..

Citi metāla korozijas cēloņi

Kodīgu procesu attīstību veicina starojums, mikroorganismu un baktēriju atkritumi. Jūras mikroorganismu izraisītā korozija bojā kuģu dibeni, un baktēriju izraisītajiem korozijas procesiem pat ir savs nosaukums – biokorozija.

Mehānisko spriegumu un ārējās vides ietekmes apvienojums daudzkārt paātrina metālu koroziju – samazinās to termiskā stabilitāte, tiek bojātas virsmas oksīda plēves, un vietās, kur parādās nehomogenitātes un plaisas, tiek aktivizēta elektroķīmiskā korozija.

Metālu pretkorozijas aizsardzības pasākumi

Tehnoloģiskā progresa neizbēgamas sekas ir mūsu vides piesārņojums – process, kas paātrina metālu koroziju, jo ārējā vide pret tiem kļūst arvien agresīvāka. Nav iespēju pilnībā novērst metālu kodīgo iznīcināšanu, viss, ko var izdarīt, ir pēc iespējas palēnināt šo procesu.

Lai samazinātu metālu iznīcināšanu, varat rīkoties šādi: samazināt apkārtējās vides agresiju, kas apņem metāla izstrādājumus; palielināt metāla izturību pret koroziju; izslēgt metāla un vielu mijiedarbību no ārējās vides, kas parāda agresiju.

Tūkstošiem gadu cilvēce ir izmēģinājusi daudzas metodes, kā aizsargāt metālizstrādājumus no ķīmiskās korozijas, dažas no tām tiek izmantotas arī mūsdienās: pārklāšana ar taukiem vai eļļu, citi metāli, kas korodē mazākā mērā (vissenākā metode, kas ir vairāk nekā 2 tūkstoši gadu veca, ir tinšana (pārklāšana) alva)).

Pretkorozijas aizsardzība ar nemetāliskiem pārklājumiem

Nemetāliski pārklājumi – krāsas (alkīds, eļļa un emaljas), lakas (sintētiskas, bitumena un darvas) un polimēri veido aizsargplēvi uz metālu virsmas, izslēdzot (ar savu integritāti) saskari ar ārējo vidi un mitrumu.

Krāsu un laku izmantošana ir izdevīga, jo šos aizsargpārklājumus var uzklāt tieši montāžas un celtniecības vietā. Krāsu un laku uzklāšanas metodes ir vienkāršas un pielāgojamas mehanizācijai, bojātos pārklājumus var atjaunot “uz vietas” – ekspluatācijas laikā šiem materiāliem ir salīdzinoši zemas izmaksas un to patēriņš uz laukuma vienību ir mazs. Tomēr to efektivitāte ir atkarīga no atbilstības vairākiem nosacījumiem: atbilstība klimatiskajiem apstākļiem, kādos tiks izmantota metāla konstrukcija; nepieciešamība izmantot tikai augstas kvalitātes krāsas un lakas; stingri ievērojot tehnoloģiju uz metāla virsmām. Krāsas un lakas vislabāk uzklāt vairākās kārtās – to daudzums nodrošinās vislabāko aizsardzību pret laikapstākļu iedarbību uz metāla virsmu.

Polimēri, piemēram, epoksīdsveķi un polistirols, polivinilhlorīds un polietilēns, var darboties kā aizsargājoši pārklājumi pret koroziju. Veicot būvdarbus, dzelzsbetona iegultās detaļas tiek pārklātas ar pārklājumiem no cementa un perhlovinil-, cementa un polistirola maisījuma.

Dzelzs aizsardzība pret koroziju, ko rada citu metālu pārklājumi

Ir divu veidu metāla inhibitoru pārklājumi – protektors (cinka, alumīnija un kadmija pārklājumi) un izturīgs pret koroziju (sudraba, vara, niķeļa, hroma un svina pārklājumi). Inhibitori tiek pielietoti ķīmiski: pirmajai metālu grupai ir augsta elektronegativitāte attiecībā pret dzelzi, otrajai – augsta elektropozitivitāte. Visizplatītākie mūsu ikdienas dzīvē ir dzelzs un alvas (skārda, no tā tiek izgatavotas skārda kārbas) un cinka (cinkota dzelzs – jumta segumi) pārklājumi, kas iegūti, velkot lokšņu dzelzi caur kāda no šiem metāliem kausējumu..

Čuguna un tērauda veidgabali, kā arī ūdensvadi bieži tiek cinkoti – šī darbība ievērojami palielina to izturību pret koroziju, bet tikai aukstā ūdenī (piegādājot karstu ūdeni, cinkotās caurules nolietojas ātrāk nekā necinkotās). Neskatoties uz cinkošanas efektivitāti, tas nenodrošina ideālu aizsardzību – cinka pārklājumā bieži ir plaisas, kuru novēršanai nepieciešama iepriekšēja metāla virsmu niķeļa pārklāšana (niķeļa pārklāšana). Cinka pārklājumi neļauj uz tiem uzklāt krāsas un lakas – nav stabila pārklājuma.

Labākais risinājums aizsardzībai pret koroziju ir alumīnija pārklājums. Šim metālam ir mazāks īpatnējais svars, kas nozīmē, ka tas tiek patērēts mazāk, var krāsot alumīnija virsmas un krāsas slānis būs stabils. Turklāt alumīnija pārklājums, salīdzinot ar cinkoto pārklājumu, ir izturīgāks pret agresīvu vidi. Alumīnijs netiek plaši izmantots, jo šī pārklājuma uzlikšana metāla loksnei ir sarežģīta – alumīnijs izkausētā stāvoklī parāda lielu agresiju pret citiem metāliem (šī iemesla dēļ alumīnija kausējumu nevar ietvert tērauda vannā). Iespējams, ka tuvākajā nākotnē šī problēma tiks pilnībā atrisināta – oriģinālo apgaismojuma veikšanas metodi atrada krievu zinātnieki. Izstrādes būtība nav tērauda loksnes iegremdēšana alumīnija kausējumā, bet šķidrā alumīnija pacelšana uz tērauda loksnes.

Palielināt izturību pret koroziju, tērauda sakausējumiem pievienojot leģējošas piedevas

Hroma, titāna, mangāna, niķeļa un vara ievadīšana tērauda sakausējumā ļauj iegūt leģētu tēraudu ar augstām pretkorozijas īpašībām. Tērauda sakausējums ir īpaši izturīgs pret lielu hroma daļu, kā dēļ uz konstrukciju virsmas veidojas augsta blīvuma oksīda plēve. Vara ievadīšana mazleģētu un oglekļa tēraudu sastāvā (no 0,2% līdz 0,5%) ļauj palielināt to izturību pret koroziju 1,5-2 reizes. Leģējošās piedevas tērauda sastāvā tiek ievestas saskaņā ar Tammana likumu: augsta korozijas izturība tiek sasniegta, ja uz katriem astoņiem dzelzs atomiem ir viens leģējoša metāla atoms.

Pretkorozijas pasākumi

Lai to samazinātu, ir jāsamazina barotnes kodīgā aktivitāte, ieviešot nemetāliskus inhibitorus, un jāsamazina to sastāvdaļu skaits, kuras var ierosināt elektroķīmisko reakciju. Šī metode samazina augsnes un ūdens šķīdumu skābumu, saskaroties ar metāliem. Lai samazinātu dzelzs (tās sakausējumu), kā arī misiņa, vara, svina un cinka koroziju, no ūdens šķīdumiem jānoņem oglekļa dioksīds un skābeklis. Enerģētika attīra hlorīdus no ūdens, kas var ietekmēt lokālo koroziju. Augsnes kaļķošana var samazināt tās skābumu.

Aizsardzība pret klaiņojošām straumēm

Pazemes komunālo pakalpojumu un aprakto metāla konstrukciju elektrokoroziju var samazināt, ja tiek ievēroti vairāki noteikumi:

• konstrukcijas sekcijai, kas kalpo par klaiņojošās strāvas avotu, jābūt savienotai ar metāla vadītāju pie tramvaja sliedes;
• siltumtīklu maršrutiem jāatrodas pēc iespējas tālāk no dzelzceļiem, pa kuriem pārvietojas elektrotransportlīdzekļi, lai samazinātu to krustojumu skaitu;
• izolācijas cauruļu balstu izmantošana, lai palielinātu pārejas pretestību starp augsni un cauruļvadiem;
• pie ieejām objektos (potenciālie klaiņojošo straumju avoti) ir jāuzstāda izolācijas atloki;
• uzstādīt vadošos gareniskos džemperus uz atloku veidgabaliem un blīvējuma kastes izplešanās šuvēm – lai palielinātu garenisko elektrisko vadītspēju aizsargājamajā cauruļvadu sekcijā;
• lai izlīdzinātu paralēli izvietoto cauruļvadu potenciālu, blakus esošajās sekcijās ir jāinstalē šķērseniski elektriskie džemperi.

Izolētu metāla priekšmetu un mazu tērauda konstrukciju aizsardzība tiek veikta ar aizsargu, kas darbojas kā anods. Aizsarga materiāls ir viens no aktīvajiem metāliem (cinks, magnijs, alumīnijs un to sakausējumi) – tas uzņem lielāko daļu elektroķīmiskās korozijas, sabrūkot un saglabājot galveno struktūru. Piemēram, viens magnija anods aizsargā 8 km cauruļvada.

Līdzīgi ieraksti:

1. Plaisas žurnālos: cīņas cēloņi un metodes Latvijas izdevumos "Plaisas" publicē raksti ar ģenerālu informāciju un vērtīgiem viedokļiem par sabiedrisko un politisko konfliktu cēloņiem un risinājumiem. Šie raksti satur detalizētu izpēti par konflikta un starppersonu cīņu elpošanas...
2. Miltrasa: cīņas cēloņi un metodes Miltrasas aktīvā cīņa pret netaisnību un nelikumību palīdzēja padarīt Latvijas gaisotni politiski neitrālāku. Ar izstrādātām cīņas metodēm, ietverot informāciju, spēku un organizācijas stratēģijas, Miltrasas aktīvisti izmantoja visus pieejamos līdzekļus, lai...
3. Nasolacrimal groove – defekta parādīšanās cēloņi, neķirurģiskas metodes, lipolifting un pildījuma korekcija Latvijā augošais skaits pacientu ar nasolacrimal grūstu rada arvien vairāk iespēju to diagnosticēt un labot. Šī raksta galvenās tēmas, kas apspriestas, ir cēloņi, kas veicina dažādas nasolacrimal grūstu parādīšanās, neķirurģiskās...
4. Plaisas gāzbetona sienā: cīņas cēloņi un metodes Plaisas gāzbetona sienas ir viens no jaunākajiem veidiem, kā izveidot izturīgas un energoefektīvas sienas, kas ne tikai pasargās jūsu māju no laika apstākļiem, bet arī nodrošinās labāku energoefektivitāti. Šīs sienas...

Lasīt vairāk  Starpsienas varianta izvēle starp virtuvi un dzīvojamo istabu