Metallkorrosioon – kaitse põhjused ja meetodid

Metalli korrosioon sisaldab palju enamat kui populaarse rokkbändi nimi. Korrosioon hävitab metalli pöördumatult, muutes selle tolmuks: kogu maailmas toodetavast rauast variseb 10% samal aastal täielikult. Olukord Venemaa metalliga näeb välja umbes selline – meie riigi igas kuuendas kõrgahjus aasta jooksul lõhnastatud metall muutub enne aasta lõppu roostes tolmuks.

Väljend “maksab päris senti” seoses metalli korrosiooniga on enam kui tõsi – korrosioonist tulenev aastane kahju on vähemalt 4% ühegi arenenud riigi aastasest sissetulekust ja Venemaal arvutatakse kahju suurus kümnekohaliselt. Mis põhjustab metallides söövitavaid protsesse ja kuidas nendega toime tulla?

Mis on metalli korrosioon

Metallide hävitamine keskkonnale avalduva elektrokeemilise (lahustumine niiskust sisaldava õhu- või veekeskkonnas – elektrolüüdi) või keemilise (metalliühendite moodustumine suure agressiooniga keemiliste ainetega) tagajärjel. Metallide korrosiooniprotsess võib areneda ainult mõnes pinnaosas (lokaalne korrosioon), katta kogu pinna (ühtlane korrosioon) või hävitada metalli mööda terade piire (graanulitevaheline korrosioon).

Metall muutub hapniku ja vee mõjul lahtiseks helepruuniks pulbriks, paremini tuntud kui rooste (Fe₂O₃H₂INFO).

Keemiline korrosioon

See protsess toimub keskkondades, mis ei ole elektrivoolu juhid (kuivad gaasid, orgaanilised vedelikud – naftasaadused, alkoholid jne) ja korrosiooni intensiivsus suureneb temperatuuri tõustes – selle tagajärjel moodustub metalli pinnale oksiidkile.

Kõik metallid, nii must- kui ka värvilised metallid, on keemilise korrosiooni käes. Aktiivsed värvilised metallid (näiteks alumiinium) on korrosiooni mõjul kaetud oksiidkilega, mis hoiab ära sügava oksüdeerimise ja kaitseb metalli. Ja selline väheaktiivne metall nagu vask omandab õhus niiskuse mõjul roheka õitsengu – patina. Pealegi ei kaitse oksiidkile metalli kõikidel juhtudel korrosiooni eest – ainult siis, kui moodustunud kile kristallkeemiline struktuur on kooskõlas metalli struktuuriga, vastasel juhul ei tee kile midagi..

Sulamid on vastuvõtlikud teist tüüpi korrosioonile: mõned sulamite elemendid ei oksüdeeru, vaid vähenevad (näiteks terastes kõrge temperatuuri ja rõhu kombinatsioonis toimub karbiidide redutseerimine vesinikuga), samas kui sulamid kaotavad täielikult vajalikud omadused.

Elektrokeemiline korrosioon

Elektrokeemilise korrosiooni protsess ei nõua metalli kohustuslikku sukeldamist elektrolüüti – selle pinnale asetsev üsna õhuke elektrolüütiline kile (sageli elektrolüütilised lahused immutavad metalli ümbritsevat keskkonda (betoon, pinnas jne)). Elektrokeemilise korrosiooni kõige levinum põhjus on kodumajapidamises kasutatavate ja tööstusesoolade (naatrium- ja kaaliumkloriidide) laialdane kasutamine talvel teedel jää ja lume eemaldamiseks – eriti kannatavad autod ja maa-alused kommunaalteenused (statistika kohaselt on USA-s aastane talve soolade kasutamisest tulenev kadu) 2,5 miljardit dollarit).

Toimub järgmine: metallid (sulamid) kaotavad osa aatomitest (nad lähevad ioonidena elektrolüütilisse lahusesse), kadunud aatomeid asendavad elektronid laevad metalli negatiivse laenguga, elektrolüüdil aga positiivne laeng. Moodustatakse galvaaniline paar: metall hävitatakse, järk-järgult saavad kõik selle osakesed lahuse osaks. Elektrokeemilise korrosiooni võivad põhjustada hulkuvad voolud, mis tekivad voolu osa lekkimisel elektriahelast vesilahustesse või pinnasesse ja sealt metallkonstruktsiooni. Nendes kohtades, kus hulkuvad hoovused jätavad metallkonstruktsioonid tagasi vette või pinnasesse, toimub metalli hävitamine. Eriti tavaline on hulkuvate voolude ilmnemine maapealse elektritranspordi liikumiskohtades (näiteks trammid ja raudteevedurid elektrilisel veojõul). Vaid aastaga suudavad 1A eksivad voolud lahustada rauda – 9,1 kg, tsinki – 10,7 kg, pliid – 33,4 kg.

Muud metalli korrosiooni põhjused

Söövitavate protsesside arengut soodustavad kiirgus, mikroorganismide ja bakterite jäätmed. Mere mikroorganismide põhjustatud korrosioon kahjustab merelaevade põhja ja bakterite põhjustatud söövitavatel protsessidel on isegi oma nimi – biokorrosioon.

Mehaaniliste pingete ja väliskeskkonna mõjude kiirendamine kiirendab oluliselt metallide korrosiooni – nende soojuspüsivus väheneb, pinna oksiidkiled kahjustatakse ja nendes kohtades, kus ilmnevad ebaühtlused ja praod, aktiveerub elektrokeemiline korrosioon.

Metallide korrosioonikaitsemeetmed

Tehnoloogia arengu paratamatu tagajärg on meie keskkonna saastamine – protsess, mis kiirendab metallide korrosiooni, kuna väliskeskkond on nende suhtes üha agressiivsem. Metallide söövitavat hävimist pole täielikult võimalik kõrvaldada, kõik, mida saate teha, on selle protsessi võimalikult aeglustamine..

Metallide hävimise minimeerimiseks võite teha järgmist: vähendada metallitoodet ümbritseva keskkonna agressiooni; suurendada metalli vastupidavust korrosioonile; välistage metalli ja ainete vastastikune mõju väliskeskkonnast, mis näitavad agressiivsust.

Inimkond on tuhandete aastate jooksul proovinud paljusid metallitoodete keemilise korrosiooni eest kaitsmise meetodeid, mõnda neist kasutatakse tänapäevalgi: katmine rasva või õliga, muud metallid, mis korrodeeruvad vähemal määral (kõige iidsem meetod, mis on rohkem kui 2 tuhat aastat vana, on karestamine (katmine) tina)).

Korrosioonivastane kaitse mittemetallkatetega

Mittemetallkatted – värvid (alküüd, õli ja emailid), lakid (sünteetilised, bituumeni- ja tõrvatooted) ja polümeerid moodustavad metallide pinnale kaitsekile, välistades (terviklikkusega) kontakti väliskeskkonna ja niiskusega.

Värvide ja lakkide kasutamine on eelistatud, kuna neid kaitsekatteid saab kasutada otse montaaži- ja ehitusplatsil. Värvide ja lakkide pealekandmise meetodid on lihtsad ja mehhaniseeritavad, kahjustatud katteid saab taastada “kohapeal” – töö ajal on need materjalid suhteliselt madalad ja nende kulu pinnaühiku kohta on väike. Kuid nende tõhusus sõltub vastavusest mitmele tingimusele: vastavus kliimatingimustele, milles metallkonstruktsiooni kasutatakse; vajadus kasutada ainult kvaliteetseid värve ja lakke; metallpindadele pealekandmise tehnoloogia range järgimine. Värve ja lakke on kõige parem kasutada mitmes kihis – nende kogus tagab metalli pinnale parima kaitse ilmastikumõjude eest.

Polümeerid nagu epoksüvaigud ja polüstüreen, polüvinüülkloriid ja polüetüleen võivad toimida korrosioonikaitsekatetena. Ehitustöödel kaetakse raudbetoonist manustatud osad tsemendi ja perkloorvinüüli, tsemendi ja polüstüreeni segust kattekihtidega.

Raua kaitse korrosiooni eest muude metallide kattekihiga

Metalli inhibiitorkatteid on kahte tüüpi – turvis (tsingi, alumiiniumi ja kaadmiumi katted) ja korrosioonikindlad (hõbe, vask, nikkel, kroomi ja plii katted). Inhibiitoreid rakendatakse keemiliselt: esimesel metallide rühmal on raua suhtes kõrge elektronegatiivsus, teisel – kõrge elektropositiivsus. Meie igapäevaelus on kõige levinumad metallist kattekihid tinaga (plekk, sellest valmistatakse konservikarbid) ja tsingiga (tsingitud raud – katusekatted), mis saadakse lehtmetalli tõmbamisel läbi ühe nende metallide sulami.

Malmist ja terasest liitmikud, samuti veetorud on sageli galvaniseeritud – see toiming suurendab märkimisväärselt nende vastupidavust korrosioonile, kuid ainult külmas vees (kuuma vee tarnimisel kuluvad galvaniseeritud torud kiiremini kui galvaniseerimata). Vaatamata galvaniseerimise efektiivsusele ei taga see ideaalset kaitset – tsingkate sisaldab sageli pragusid, mille eemaldamiseks on vaja metallpindade eelnevat nikkeldamist (nikeldamist). Tsinkkatted ei võimalda neile värvide ja lakkide kasutamist – puudub stabiilne kate.

Parim lahendus korrosioonikaitseks on alumiiniumkate. Sellel metallil on madalam erikaal, mis tähendab, et see kulub vähem, valgustusega pindu saab värvida ja värvikiht on stabiilne. Lisaks on alumiiniumkate galvaniseeritud kattega võrreldes vastupidavam agressiivsele keskkonnale. Alumiiniumi ei kasutata selle katte metallilehele kandmise keerukuse tõttu laialdaselt – sulatatud alumiinium näitab teiste metallide suhtes suurt agressiivsust (sel põhjusel ei saa alumiiniumsulamit terasvannis sisalduda). Võib-olla laheneb see probleem lähitulevikus täielikult – alumiiniumivalmistamise originaalse meetodi leidsid vene teadlased. Arenduse olemus pole teraslehe sukeldamine alumiiniumisulamisse, vaid vedela alumiiniumi tõstmine teraslehele.

Korrosioonikindluse suurendamine legeerivate lisandite lisamisega terase sulamitele

Kroomi, titaani, mangaani, nikli ja vase lisamine terase sulamisse võimaldab saada kõrge korrosioonivastase omadusega legeeritud terase. Terasulam on eriti vastupidav suure osa kroomi suhtes, mille tõttu moodustub konstruktsioonide pinnale suure tihedusega oksiidkile. Vase sisseviimine vähese sulami ja süsinikusisaldusega teraste koostisse (0,2% kuni 0,5%) võimaldab suurendada nende korrosioonikindlust 1,5-2 korda. Legeerivaid lisandeid sisestatakse terase koostisse vastavalt Tammani reeglile: kõrge korrosioonikindlus saavutatakse juhul, kui iga kaheksa raua aatomi kohta on üks legeeriva metalli aatom..

Korrosioonivastased meetmed

Selle vähendamiseks on vaja vähendada söötme söövitavat aktiivsust, lisades mittemetallilisi inhibiitoreid, ja vähendada komponentide arvu, mis on võimelised algatama elektrokeemilise reaktsiooni. See meetod vähendab metallidega kokkupuutuvate muldade ja vesilahuste happesust. Raua (selle sulamite), samuti messingist, vasest, vasest, pliist ja tsingist korrosiooni vähendamiseks tuleb vesilahustest eemaldada süsinikdioksiid ja hapnik. Energeetikatööstus eemaldab veest kloriide, mis võivad mõjutada lokaalset korrosiooni. Pinnase lupjamine võib vähendada selle happesust.

Kaitse hulkuvate voolude eest

Maa-aluste kommunaalteenuste ja maetud metallkonstruktsioonide elektrokorrosiooni on võimalik vähendada, kui järgitakse mitmeid reegleid:

• hajuvoolu allikana kasutatav konstruktsiooni osa tuleb trammitee rööpale ühendada metalljuhiga;
• küttevõrkude marsruudid peaksid asuma võimalikult kaugele raudteedest, mida mööda elektrisõidukid liiguvad, et minimeerida nende ristmike arvu;
• isoleerivate torude tugede kasutamine pinnase ja torujuhtmete vahelise üleminekutakistuse suurendamiseks;
• objektide sisenditesse (potentsiaalsed hajuvate voolude allikad) on vaja paigaldada isoleerivad äärikud;
• paigaldage juhtiv pikisuunalised džemprid äärikute liitmikele ja tihenduskarbi paisumisvuukidele – torujuhtmete kaitstud sektsiooni pikisuunalise elektrijuhtivuse suurendamiseks;
• paralleelselt asuvate torujuhtmete potentsiaali võrdsustamiseks on vaja külgnevatesse sektsioonidesse paigaldada põiki elektrilisi hüppajaid.

Isoleeritud metallist esemete ja väikeste teraskonstruktsioonide kaitse viiakse läbi kaitsmega, mis toimib anoodina. Kaitsmematerjal on üks aktiivsetest metallidest (tsink, magneesium, alumiinium ja nende sulamid) – see võtab suurema osa elektrokeemilisest korrosioonist, varisedes kokku ja säilitades põhistruktuuri. Näiteks kaitseb üks magneesiumanood 8 km torujuhet.