что называется коррозией металлов
Виды и способы удаления коррозии металла
Металл может разрушиться под воздействием многих факторов — высокой влажности, температуры, тока, различных химических веществ. Коррозия металлов бывает разных видов. Без должной защиты она может полностью разрушить металлоконструкцию. Важно изучить виды коррозионных процессов, способы защиты металла и методы удаления ржавчины.
Ржавая труба
Что такое коррозия?
Коррозия — процесс разрушения металлов, сплавов, который развивает под воздействием разных факторов окружающей среды. При протекании данного процесса материал может быть разрушен частично или полностью. Следы коррозионного эффекта — пятна ржавчины разных цветов. Постепенно коррозия проникает вглубь материала, провоцируя появление сквозных отверстий с разрушенными краями.
Причины возникновения
Причины коррозионных процессов:
Ржавчина может образовываться при периодическом воздействии статического или постоянного тока.
Коррозионные процессы классифицируются зависимо от разных критериев. Основные из них — цвет, механизм образования ржавчины, тип агрессивной среды, характер разрушения.
По цвету
Зависимо от цвета бывают разные виды ржавчины. Она может быть черной, желтой, коричневой, красной. Оттенок зависит от химической формулы образовавшегося вещества.
Ржавый металл
Желтая
Химическая формула желтой ржавчины — FeO(OH)H2O. Она появляется под воздействием высокой влажности, в среде с малым количеством кислорода. Подобный вид ржавчины можно увидеть под водой.
Коричневая
Химическая формула коричневой ржавчины — Fe2O3. Встречается крайне редко, появляется без воздействия влаги.
Красная
Химическая формула красной ржавчины — Fe2O3•H2O. Образуется при одновременном воздействием воды и кислорода. Встречается чаще других видов. Разрушительный процесс протекает равномерно, постепенно распространяется на всю поверхность.
Черная
Химическая формула — Fe3O4. Появляется без воздействия влаги, в среде с малым количеством кислорода. Часто используется для создания сверхпроводников, поскольку является ферромагнетиком.
По механизму протекания
Процессы отличаются по механизму разрушения материала.
Химическая
Процесс разрушения металла, провоцирующий распад металлических связей, развитие химических реакций между атомами материала. Элементы, которые взаимодействуют между собой, пространственно не разделяются. Скорость разрушения детали зависит от скорости протекания химической реакции.
Электрохимическая
Данный процесс разрушения металлических деталей протекает в среде электролитов и сочетается с возникновением тока.
Ржавый корабль
По типу агрессивной среды
Атмосферная
Естественный процесс разрушения. Может протекать в воздушной или газовой атмосфере. Важное условие — повышенный уровень влажности. Чем он выше, тем быстрее разрушится материал.
Газовая
Процесс разрушения металлических деталей, который протекает в условиях газовой среды. Отличается низким уровнем влажности. Процесс образования ржавчины ускоряется при повышении температуры.
Радиационная
Возникает при интенсивном воздействии радиационного излучения. У сплавов высокой плотности протекает медленно.
Подземная
Если металлическая деталь какое-то время полежит под землей, можно заметить на ее поверхностях зеленый налет или другие цветовые искажения. Это следствие окислительный процессов, которые протекают в разных видах грунта.
Контактная
Быстро появляется в местах, где два разных металла соприкасаются друг с другом. Это обуславливается разницей стационарного потенциала в электролите.
Биокоррозия
Процесс разрушения металлических деталей, который обуславливается воздействием разных микроорганизмов, продуктов их жизнедеятельности.
Ржавые обломки судов
Коррозия током
Может происходить при воздействии блуждающего или внешнего тока. Скорость распространения ржавчины зависит от силы тока, длительности, периодичности его воздействия на металлические детали.
Коррозийная кавитация
Один из многочисленных процессов саморазрушения разных видов металлов. Он запускается при воздействии внешней среды, механического повреждении.
Коррозия под напряжением
Процесс разрушения сплавов, который происходит при взаимодействии механического напряжения с коррозийно-активной средой. Этот вид коррозии опасен для металлоконструкций, которые подвержены большим нагрузкам.
Фреттинг-коррозия
Сложный коррозионный процесс, который протекает под воздействием коррозийной среды с различными вибрациями. Чтобы не допустить образования ржавчины, важно снизить коэффициент трения металлических деталей.
По характеру разрушения
Они отличаются локализацией, степенью углубления в материал, тяжестью разрушения.
Сплошная
При таком коррозионном процессе ржавчиной покрываются все металлические поверхности. Она может быть равномерной или неравномерной, зависимо от скорости разрушения материала в разных местах детали.
Избирательная
Подобный процесс затрагивает один из элементов металлоконструкции, который не имеет антикоррозийного покрытия, затормаживающего процесс разрушения.
Ржавый автомобиль (Фото: pixabay.com)
Местная
Пятна ржавчины разбросаны по металлической поверхности. Они представляют собой углубления разного размера, одна часть которых могут быть поверхностными, другие сквозными.
Подповерхностная
Появляется под металлическими поверхностями. Она быстро проникает вглубь материала. Данный вид коррозионных процессов характеризуется расслоением металла.
Межкристаллическая
Начинает появляться по границам отдельных зерен материала. Ее крайне сложно выявить по внешнему виду. Быстро ухудшаются показатели плотности, прочности, пластичности. Детали становятся хрупкими.
Щелевая
Образуется на местах соединения двух металлических деталей. Может появляться в технологических зазорах, под техническими прокладками.
Возможные последствия
Распространенные последствия коррозионных процессов:
Появление ржавчины может привести к полному разрушению материала.
Методы защиты
Чтобы защитить металлические поверхности от образования коррозии, применяются разные методики. Каждая из них уникальна, имеет определенные особенности.
Нанесение защитного покрытия
Защитные покрытия могут быть двух видов — металлические, неметаллические. Виды неметаллических покрытий:
Полимерные покрытия — лучший вариант из всех предложенных. После нанесения жидкого полимера образуется прочная пленка, устойчивая к перепадам температуры, воздействию химических элементов, повышенному уровню влажности.
Легирование
К составу сплава добавляются разные легирующие добавки, которые изменяют свойства, технические характеристики материала, делают его устойчивым к разрушительному воздействию влаги.
Электрохимический метод
К металлической детали подключается источник тока. На поверхности материала образуется катодная поляризация, а ржавчина начинает разрушаться.
Покрытие металлами
Существуют разные способы покрытия металлом — термическая диффузия, металлизация, погружение в расплавленный металл, контактное осаждение.
Погружение в расплавленный металл
Специальная ванна заполняется расплавленным металлом с высокой устойчивостью к образованию коррозии. В емкость погружается деталь, которую нужно обработать.
Термическая диффузия
Термическую диффузию черных металлов чаще проводят с помощью цинка. Выполняется оно в газовой или паровой среде, при температуре до 850°C. Если обработка проходит в вакуумной среде, температура снижается до 250°C.
Металлизация
С помощью специального оборудование, которое создает мощную воздушную струю, на металлические поверхности наносится тонкий, равномерный слой расплавленного металла.
Контактное осаждение
Детали покрываются раствором солей железа или никеля. В результате обработки образуется прочная тонкая пленка. Контактное осаждение выполняется перед нанесением гальванического покрытия.
Изменение состава окружающей среды
Этот метод защиты применяется реже других. Его малая популярность связан с нестабильностью, рядом сложностей. Метод подходит только для металлоконструкций, которые находятся в закрытом помещении. Внутри можно создать подходящую атмосферу (уровень влажности, температуру), при которой развитие коррозии будет невозможно.
Способы удаления коррозии
Если ржавчина уже появилась, удалить ее можно разными способами — механическим, химическим. Также можно воспользоваться народными средствами.
Ржавый замок (Фото: pixabay.com)
Механическая очистка
Подразумевает использование абразивных инструментов. Поврежденные части будут очищаться путем трения.
Щеткой по металлу
Представляет собой классическую ручную щетку со множеством металлических волокон, которыми происходит зачистка. Подходит для частичного удаления последствий коррозии.
Наждачной бумагой
Особенности работы с наждачной бумагой:
Чтобы придать материалу естественный металлических блеск, рекомендуется обработать его пастой ГОИ. Единственный недостаток работы с наждачкой без специальных инструментов — большие физические затраты.
Шлифовальной машинкой
Электроинструмент, на рабочей подошве которого закрепляется наждачная бумага. Упрощает чистку металлических поверхностей от разных загрязнений. Виды шлифовальных машинок:
Виброшлифовальные подходят только для финишной обработки, а ленточные для грубой, поскольку оставляют неровности.
Гриндером
Это станок для обработки разных металлических деталей. Он имеет одну или несколько абразивных полос, который работают по примеру ленточной шлифовальной машинки. Гриндеры используются для заточки инструментов, ножей, стачивания острых граней. Степень очистки зависит от фракции абразивной ленты.
Дрелью
Чтобы удалить ржавчину и загрязнения, необходимо установить специальную насадку, похожую на ручную щетку для металла.
Дрель (Фото: pixabay.com)
Болгаркой с насадкой
Болгарка — электроинструмент, с помощью которого можно не только разрезать металлические детали, но и очищать их от коррозии, других видов загрязнений. Для этого могут использоваться два вида дисков:
Второй вид оснастки подходит для обработки разных материалов.
Пескоструйным аппаратом
Особенности работы с данным видом оборудования:
С помощью пескоструйного аппарата можно не только счищать загрязнения, но и изменять текстуру поверхности материала.
Химическая очистка
Такие способы очистки поверхностей менее популярны, поскольку химические вещества могут повредить материал.
Щавелевой кислотой
Соляной кислотой
Работать с соляной кислотой нужно очень осторожно. Купить концентрат крайне сложно. В продаже можно найти готовые очищающие средства на основе соляной кислоты, которые уже разбавлены до нужной консистенции. Инструкция по применению находится на оборотной стороне упаковки.
Кислота (Фото: pixabay.com)
Формалином
Приготовление очищающего средства:
Молочной кислотой
Приготовление и очистка:
Народными средствами
Для удаления ржавчины можно использоваться не только химические вещества, но и народные средства. Они доступны любому человеку, но ими нельзя удалять серьезные загрязнения.
Кока-колой
Некоторые думают, что кока-колой можно очищать любые загрязнения — накипь из чайников, кастрюль, коррозию, но это мнение только наполовину правдиво. С помощью этого газированного напитка можно удалять ржавчину только на начальных этапах.
Содой
Приготовление чистящего раствора:
Также понадобится металл-донор, аккумулятор, провода.
Уксусом
Картофелем
Картофель эффективен в удалении коррозии, поскольку содержит небольшое количество щавелевой кислоты.
Лимоном или лимонной кислотой
Рекомендации
Сразу после удаления ржавчины поверхности нужно покрыть защитным составом, чтобы снизить риск повторного распространения коррозии.
Коррозионные процессы могут быстро разрушить любой материал. Порча металлоконструкций в некоторых ситуациях может иметь катастрофические последствия. Изучив способы защиты от образования коррозии, нужно применить один из наиболее подходящих.
К уроку №33. Понятие о коррозии металлов. Способы защиты от коррозии
Посмотрите учебный фильм «Коррозия металлов, способы защиты от неё» и ответьте на вопросы:
Что такое «коррозия»?
Какие виды коррозии по механизму протекания можно выделить?
Какие виды защиты от коррозии существуют?
КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
1. Коррозия (от латинского «corrodere» разъедать) – самопроизвольный окислительно-восстановительный процесс разрушения металлов и сплавов вследствие взаимодействия с окружающей средой.
2. Виды коррозии : химическая и электрохимическая
I. Химическая – коррозия, обусловленная взаимодействием металлов с веществами, содержащимися в окружающей среде, при этом происходит окислительно-восстановительное разрушение металла без возникновения электрического тока в системе.
К химической коррозии относятся:
— коррозия в жидкостях-неэлектролитах.
Газовая
— химическая коррозия, обусловленная взаимодействием металлов с газами.
Основной окислитель – кислород воздуха.
Процессы химической коррозии железа:
4Fe + 3O 2 = 2Fe 2 O 3
3Fe + 3O 2 = FeO·Fe 2 O 3 (смешанный оксид железа (II, III) )
4Fe + 3O 2 + 6H 2 O = 4Fe(OH) 3 (на воздухе в присутствии влаги)
3Fe + 4H 2 O (пар) = Fe 3 O 4 + 4H 2
2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3
Химическая коррозия в жидкостях-неэлектролитах
Присутствие в жидкостях-неэлектролитах влаги обеспечивает интенсивное протекание коррозии уже по электрохимическому механизму.
Химическая коррозия в жидкостях-неэлектролитах подразделяется на несколько стадий:
— подход окислителя к поверхности металла;
— хемосорбция реагента на поверхности;
— реакция окислителя с металлом (образование оксидной пленки);
— десорбция оксидов с металлом (может отсутствовать);
— диффузия оксидов в неэлектролит (может отсутствовать).
Для защиты конструкций от химической коррозии в жидкостях-неэлектролитах на ее поверхность наносят покрытия, устойчивые в данной среде.
II. Электрохимическая – окислительно-восстановительное разрушение сплавов и металлов, содержащих примеси, с возникновением электрического тока в системе.
АНОД (более активный металл) – разрушается
Ме 0 – nē → Me n+ (процесс окисления)
КАТОД (менее активный металл или примесь неметалла, способного + ē) – восстанавливается среда
кислая среда : 2H + + 2ē → H 2 (процесс восстановления)
Электрохимическая коррозия железной детали с примесями меди во влажном воздухе.
Итог: 2Fe + O 2 + 2H 2 O = 2Fe(OH) 2 (белая ржавчина)
4Fe(OH) 2 + 2H 2 O + O 2 = 4Fe(OH) 3 (бурая ржавчина)
Fe(OH) 3 = FeOOH + H 2 O
III. Защита от коррозии:
1). Металлические покрытия – анодное (покрытие более активным металлом Zn, Cr) – оцинкованное железо; катодное (покрытие менее активным металлом Ni, Sn, Ag, Au) – белая жесть (лужёное железо) – не защищает от разрушения в случае нарушения покрытия.
неорганические (эмали).
3). Протекторная защита – присоединение пластины из более активного металла (Al, Zn, Mg) – защита морских судов.
4). Электрохимическая (катодная) защита – соединение защищаемого изделия с катодом внешнего источника тока, вследствие чего изделие становится катодом. Ток идёт в противоположном направлении.
Задания и вопросы по теме: «Коррозия металлов и сплавов»
№1. При электрохимической коррозии на поверхности анода протекает процесс
А) Восстановления ионов водорода; Б) Окисления металла;
В) Восстановление молекул кислорода; Г) Окисления молекул водорода.
№2. Почему считают, что рядом со стальной коронкой (Fе) не рекомендуется ставить золотую (Аu)?
№3. Вот история, произошедшая с норвежским грузовым судном «Анатина». Трюмы теплохода, направлявшегося к берегам Японии, были заполнены медным концентратом. Корпус судна сделан был из стали. Внезапно судно дало течь. Объясните, что произошло.
№4. Какой из компонентов загрязненного городского воздуха является наиболее коррозионно-активным по отношению к металлам, особенно при повышенной влажности:
№5. Рассмотрите рисунок, ответьте на вопросы:
Обратите внимание! В восстановлении кислорода участвуют ионы Н + . Если концентрация Н + понижается (при повышении рН), восстановление О 2 затрудняется. Замечено, что железо, находящееся в контакте с раствором, рН которого выше 9–10, не корродирует.
С усилением коррозии в присутствии солей часто сталкиваются автомобилисты в тех местностях, где в зимнее время для борьбы с гололедицей дороги обильно посыпают солью. Влияние солей объясняется тем, что образуемые ионы создают электролит, необходимый для возникновения замкнутой электрической цепи.
Коррозия металлов. Виды коррозии металлов
Определение коррозии
Материалы из металлов под химическим или электрохимическим воздействием окружающей среды подвергаются разрушению, которое называется коррозией.
Коррозия металлов вызывается окислительно-восстановительными реакциями, в результате которых металлы переходят в окисленную форму и теряют свои свойства, что приводит в негодность металлические материалы.
Можно выделить 3 признака, характеризующих коррозию:
Виды коррозии металлов
Наиболее часто встречаются следующие виды коррозии металлов:
С точки зрения механизма коррозионного процесса можно выделить два основных типа коррозии: химическую и электрохимическую.
Химическая коррозия металлов
Химическая коррозия металлов — это результат протекания таких химических реакций, в которых после разрушения металлической связи, атомы металла и атомы, входящие в состав окислителей, образуют химическую связь.
Электрический ток между отдельными участками поверхности металла в этом случае не возникает. Такой тип коррозии присущ средам, которые не способны проводить электрический ток – это газы, жидкие неэлектролиты.
Виды химической коррозии
Химическая коррозия металлов бывает газовой и жидкостной.
Газовая коррозия металлов – это результат действия агрессивных газовых или паровых сред на металл при высоких температурах, при отсутствии конденсации влаги на поверхности металла. Это, например, кислород, диоксид серы, сероводород, пары воды, галогены. Такая коррозия в одних случаях может привести к полному разрушению металла (если металл активный), а в других случаях на его поверхности может образоваться защитная пленка (например, алюминий, хром, цирконий).
Жидкостная коррозия металлов– может протекать в таких неэлектролитах, как нефть, смазочные масла, керосин и др. Этот тип коррозии при наличии даже небольшого количества влаги, может легко приобрести электрохимический характер.
При химической коррозии скорость разрушения металла пропорциональна скорости химической реакции и той скорости с которой окислитель проникает сквозь пленку оксида металла, покрывающую его поверхность. Оксидные пленки металлов могут проявлять или не проявлять защитные свойства, что определяется сплошностью.
Фактор Пиллинга-Бэдворса
Сплошность такой пленки оценивают величине фактора Пиллинга—Бэдвордса: (α = Vок/VМе) по отношению объема образовавшегося оксида или другого какого-либо соединения к объему израсходованного на образование этого оксида металла
где Vок — объем образовавшегося оксида
VМе — объем металла, израсходованный на образование оксида
Мок – молярная масса образовавшегося оксида
ρМе – плотность металла
n – число атомов металла
AMe — атомная масса металла
ρок — плотность образовавшегося оксида
Оксидные пленки, у которых α 2,5 условие сплошности уже не соблюдается, вследствие чего такие пленки не защищают металл от разрушения.
Ниже представлены значения сплошности α для некоторых оксидов металлов
| Металл | Оксид | α | Металл | Оксид | α |
| K | K2O | 0,45 | Zn | ZnO | 1,55 |
| Na | Na2O | 0,55 | Ag | Ag2O | 1,58 |
| Li | Li2O | 0,59 | Zr | ZrO2 | 1.60 |
| Ca | CaO | 0,63 | Ni | NiO | 1,65 |
| Sr | SrO | 0,66 | Be | BeO | 1,67 |
| Ba | BaO | 0,73 | Cu | Cu2O | 1,67 |
| Mg | MgO | 0,79 | Cu | CuO | 1,74 |
| Pb | PbO | 1,15 | Ti | Ti2O3 | 1,76 |
| Cd | CdO | 1,21 | Cr | Cr2O3 | 2,07 |
| Al | Al2O2 | 1,28 | Fe | Fe2O3 | 2,14 |
| Sn | SnO2 | 1,33 | W | WO3 | 3,35 |
| Ni | NiO | 1,52 |
Электрохимическая коррозия металлов
Электрохимическая коррозия металлов – это процесс разрушения металлов в среде различных электролитов, который сопровождается возникновением внутри системы электрического тока.
При таком типе коррозии атом удаляется из кристаллической решетки результате двух сопряженных процессов:
Сам процесс отвода электронов с катодных участков называется деполяризацией, а вещества способствующие отводу – деполяризаторами.
Наибольшее распространение имеет коррозия металлов с водородной и кислородной деполяризацией.
Водородная деполяризация
Водородная деполяризация осуществляется на катоде при электрохимической коррозии в кислой среде:
2H + +2e — = H2 разряд водородных ионов
Кислородная деполяризация
Кислородная деполяризация осуществляется на катоде при электрохимической коррозии в нейтральной среде:
O2 + 4H + +4e — = H2O восстановление растворенного кислорода
Все металлы, по их отношению к электрохимической коррозии, можно разбить на 4 группы, которые определяются величинами их стандартных электродных потенциалов:
Виды электрохимической коррозии
Электрохимическая коррозия может протекать в различных средах. В зависимости от характера среды выделяют следующие виды электрохимической коррозии:
Например, при взаимодействии железа с компонентами окружающей среды, некоторые его участки служат анодом, где происходит окисление железа, а другие – катодом, где происходит восстановление кислорода:
А: Fe – 2e — = Fe 2+
K: O2 + 4H + + 4e — = 2H2O
Катодом является та поверхность, где больше приток кислорода.
Методы защиты от коррозии металла
Основной способ защиты от коррозии металла – это создание защитных покрытий – металлических, неметаллических или химических.
Металлические покрытия
Например, при нанесении слоя цинка на железо, при нарушении целостности покрытия, цинк выступает в качестве анода и будет разрушаться, а железо защищено до тех пор, пока не израсходуется весь цинк. Цинковое покрытие является в данном случае анодным.
Катодным покрытием для защиты железа, может, например, быть медь или никель. При нарушении целостности такого покрытия, разрушается защищаемый металл.
Неметаллические покрытия
Такие покрытия могут быть неорганические (цементный раствор, стекловидная масса) и органические (высокомолекулярные соединения, лаки, краски, битум).
Химические покрытия
В этом случае защищаемый металл подвергают химической обработке с целью образования на поверхности пленки его соединения, устойчивой к коррозии. Сюда относятся:
оксидирование – получение устойчивых оксидных пленок (Al2O3, ZnO и др.);
азотирование – поверхность металла (стали) насыщают азотом;
воронение стали – поверхность металла взаимодействует с органическими веществами;
цементация – получение на поверхности металла его соединения с углеродом.
Изменение состава технического металла и коррозионной среды
Изменение состава технического металла также способствует повышению стойкости металла к коррозии. В этом случае в металл вводят такие соединения, которые увеличивают его коррозионную стойкость.
Изменение состава коррозионной среды (введение ингибиторов коррозии или удаление примесей из окружающей среды) тоже является средством защиты металла от коррозии.
Электрохимическая защита
Электрохимическая защита основывается на присоединении защищаемого сооружения катоду внешнего источника постоянного тока, в результате чего оно становится катодом. Анодом служит металлический лом, который разрушаясь, защищает сооружение от коррозии.
Протекторная защита – один из видов электрохимической защиты – заключается в следующем.
К защищаемому сооружению присоединяют пластины более активного металла, который называется протектором. Протектор – металл с более отрицательным потенциалом – является анодом, а защищаемое сооружение – катодом. Соединение протектора и защищаемого сооружения проводником тока, приводит к разрушению протектора.
Примеры задач с решениями на определение защитных свойств оксидных пленок, определение коррозионной стойкости металлов, а также уравнения реакций, протекающих при электрохимической коррозии металлов приведены в разделе Задачи к разделу Коррозия металлов