Korozija metala – uzroci i metode zaštite

Sadržaj članka

• Što je korozija metala
• Kemijska korozija
• Elektrokemijska korozija
• Ostali uzroci korozije metala
• Mjere zaštite metala od korozije
• Zaštita od korozije s nemetalnim premazima
• Zaštita željeza od korozije prevlakama drugih metala
• Povećava korozijsku otpornost dodavanjem legure aditiva u čelične legure
• Mjere protiv korozije
• Zaštita od zaostalih struja

Korozija metala sadrži puno više od naziva popularnog rock sastava. Korozija nepovratno uništava metal, pretvarajući ga u prašinu: od svega proizvedenog željeza na svijetu, 10% će se u potpunosti uništiti iste godine. Situacija s ruskim metalom izgleda otprilike ovako – sav metal koji se topio u godini dana u svakoj šestoj peći u našoj zemlji postaje zahrđala prašina prije kraja godine.

Izraz “košta prilično novčića” u vezi s korozijom metala više je nego istinit – godišnja šteta uzrokovana korozijom iznosi najmanje 4% godišnjeg prihoda bilo koje razvijene zemlje, a u Rusiji se količina štete izračunava u deset znamenki. Pa što uzrokuje korozivne procese u metalima i kako se s njima nositi?

Što je korozija metala

Uništavanje metala kao rezultat elektrokemijske (otapanje u zraku ili vodenom mediju koja sadrži vlagu – elektrolit) ili kemijske (stvaranje metalnih spojeva s kemijskim agensima visoke agresije) interakcije s vanjskim okruženjem. Proces korozije metala može se razviti samo na nekim površinama (lokalna korozija), pokriti cijelu površinu (jednolika korozija) ili uništiti metal duž granica zrna (intergranularna korozija).

Metal pod utjecajem kisika i vode postaje labav svijetlo smeđi prah, poznatiji kao hrđa (Fe₂O₃H₂OKO).

Kemijska korozija

Ovaj se proces događa u okruženjima koja nisu provodnici električne struje (suvi plinovi, organske tekućine – naftni proizvodi, alkoholi itd.), A intenzitet korozije raste s porastom temperature – kao rezultat, na metalnoj površini stvara se oksidni film.

Svi metali su podložni kemijskoj koroziji – i obojeni i obojeni. Aktivni obojeni metali (na primjer, aluminij) pod utjecajem korozije prekriveni su oksidnim filmom koji sprečava duboku oksidaciju i štiti metal. A takav slabo aktivni metal poput bakra, pod utjecajem vlage u zraku, dobiva zelenkast cvat – patinu. Štoviše, oksidni film ne štiti metal od korozije u svim slučajevima – samo ako je kristalno-kemijska struktura nastalog filma u skladu sa strukturom metala, inače film neće učiniti ništa..

Legure su osjetljive na drugu vrstu korozije: neki elementi legura ne oksidiraju, već se reduciraju (na primjer, u kombinaciji visoke temperature i tlaka u čeliku dolazi do redukcije karbida s vodikom), dok legure u potpunosti gube potrebne karakteristike.

Elektrokemijska korozija

Proces elektrokemijske korozije ne zahtijeva obvezno uranjanje metala u elektrolit – dovoljno tanki elektrolitski film na njegovoj površini (često elektrolitičkim otopinama impregnira se okoliš oko metala (beton, tlo itd.)). Najčešći uzrok elektrokemijske korozije je raširena upotreba kućanskih i industrijskih soli (natrijev i kalijev klorid) za uklanjanje leda i snijega na cestama zimi – posebno su pogođeni automobili i podzemne komunalije (prema statistikama, godišnji gubici u SAD-u od upotrebe soli zimi su 2,5 milijardi USD).

Događa se sljedeće: metali (legure) gube dio svojih atoma (prelaze u elektrolitičku otopinu u obliku iona), elektroni koji zamjenjuju izgubljene atome naelektriraju metal s negativnim nabojem, dok elektrolit ima pozitivan naboj. Nastaje galvanski par: metal se uništava, postupno sve njegove čestice postaju dio otopine. Elektrokemijska korozija može biti uzrokovana zalutalim strujama koje nastaju istjecanjem dijela struje iz električnog kruga u vodene otopine ili u tlo i odatle u metalnu konstrukciju. Na mjestima gdje zalutala struja ostavlja metalne konstrukcije natrag u vodu ili tlo, metal se uništava. Posebno je uobičajeno da se lutajuće struje javljaju na mjestima gdje se kreće prizemni električni prijevoz (na primjer, tramvaji i željezničke lokomotive koje pokreću električna vuča). U samo godinu dana lutajuće struje od 1A mogu otopiti željezo – 9,1 kg, cink – 10,7 kg, olovo – 33,4 kg.

Ostali uzroci korozije metala

Razvoj korozivnih procesa olakšan je zračenjem, otpadnim produktima mikroorganizama i bakterija. Korozija uzrokovana morskim mikroorganizmima oštećuje dna brodova, a korozivni procesi uzrokovani bakterijama imaju čak i svoje ime – biokorozija.

Kombinacija učinaka mehaničkih napona i vanjskog okruženja ubrzava koroziju metala više puta – smanjuje se njihova toplinska stabilnost, oštećuju se površinski oksidni filmovi, a na onim mjestima gdje se pojavljuju nehomogenosti i pukotine aktivira se elektrokemijska korozija..

Mjere zaštite metala od korozije

Neizbježna posljedica tehnološkog napretka je zagađenje našeg okoliša – proces koji ubrzava koroziju metala jer je vanjsko okruženje prema njima sve agresivnije. Ne postoji način da se u potpunosti eliminira korozivno uništavanje metala, sve što se može učiniti je usporiti taj proces što je više moguće.

Da biste umanjili uništavanje metala, možete učiniti sljedeće: smanjiti agresiju okoliša koji sadrži metalni proizvod; povećati otpornost metala na koroziju; isključiti interakciju metala i tvari iz vanjskog okruženja, pokazujući agresiju.

Čovječanstvo je tisućama godina iskušavalo brojne načine zaštite metalnih proizvoda od kemijske korozije, neki od njih se i danas koriste: premazivanje masti ili ulja, drugi metali koji korodiraju u manjoj mjeri (najstarija metoda, stara više od 2 tisuće godina – štavljenje (premaz kositar)).

Zaštita od korozije s nemetalnim premazima

Nemetalni premazi – boje (alkid, ulje i emajli), lakovi (sintetički, bituminozni i katran) i polimeri tvore zaštitni film na površini metala, isključujući (svojim integritetom) kontakt s vanjskim okruženjem i vlagom.

Upotreba boja i lakova je korisna jer se ovi zaštitni premazi mogu nanositi izravno na mjestu montaže i na gradilištu. Načini nanošenja boja i lakova su jednostavni i podložni mehanizaciji, oštećeni premazi se mogu obnoviti “na licu mjesta” – tijekom rada ti materijali imaju relativno nisku cijenu, a njihova potrošnja po jedinici površine je mala. Međutim, njihova učinkovitost ovisi o ispunjavanju nekoliko uvjeta: usklađenosti s klimatskim uvjetima u kojima će se koristiti metalna konstrukcija; potreba da se koriste isključivo visokokvalitetne boje i lakovi; strogo pridržavanje tehnologije nanošenja na metalne površine. Najbolje je nanositi boje i lakove u nekoliko slojeva – njihova količina pružit će najbolju zaštitu od vremenskih neprilika na metalnoj površini.

Polimeri poput epoksidnih smola i polistirena, polivinilklorida i polietilena mogu djelovati kao zaštitni premazi protiv korozije. U građevinskim radovima ugrađeni dijelovi od armiranog betona premazani su prevlakama od mješavine cementa i perklorovinila, cementa i polistirena.

Zaštita željeza od korozije prevlakama drugih metala

Postoje dvije vrste metalnih inhibitora – premazi (cink, aluminij i kadmij) i korozijski otporni (srebro, bakar, nikl, krom i olovo). Inhibitori se primjenjuju kemijski: prva skupina metala ima visoku elektronegativnost u odnosu na željezo, druga – visoku elektropozitivnost. Najrašireniji u našem svakodnevnom životu su metalni premazi od željeza s kositrom (limarska ploča, od njega se izrađuju limenke) i cinka (pocinčano željezo – krovni pokrivač), dobiveni povlačenjem lima željeza kroz talinu jednog od tih metala.

Često se fitingi od lijevanog željeza i čelika, kao i cijevi za vodu, pocinčavaju – ovaj postupak značajno povećava njihovu otpornost na koroziju, ali samo u hladnoj vodi (kad se dovodi topla voda, pocinčane cijevi se istroše brže od ne galvaniziranih). Unatoč učinkovitosti pocinčavanja, on ne pruža idealnu zaštitu – pocinčani cin često sadrži pukotine, za njihovo uklanjanje je potrebno prekrivanje metalnih površina niklom (niklanje). Premazi s cinkom ne dopuštaju nanošenje boja i lakova na njih – nema stabilnog premaza.

Najbolje rješenje za zaštitu od korozije je aluminijski premaz. Ovaj metal ima manju specifičnu težinu, što znači da se troši manje, aluminizovane površine se mogu obojati i sloj boje će biti stabilan. Osim toga, aluminijski premaz, u usporedbi s pocinčanim premazom, otporniji je na agresivno okruženje. Aluminij se ne koristi široko zbog poteškoće nanošenja ove prevlake na metalni lim – aluminij u rastopljenom stanju pokazuje veliku agresiju na druge metale (zbog toga se aluminijska talina ne može nalaziti u čeličnoj kupelji). Možda će ovaj problem biti u potpunosti riješen u vrlo skoroj budućnosti – izvornu metodu izvođenja aluminija pronašli su ruski znanstvenici. Suština razvoja nije uroniti čelični lim u talinu aluminija, već podići tekući aluminij u čelični lim.

Povećava korozijsku otpornost dodavanjem legure aditiva u čelične legure

Uvođenje kroma, titana, mangana, nikla i bakra u čeličnu leguru omogućuje dobivanje legiranog čelika visokih antikorozivnih svojstava. Visoki udio kroma daje leguri čelika poseban otpor zbog kojeg se na površini građevina formira oksidni film visoke gustoće. Uvođenje bakra u sastav niskolegiranih i ugljičnih čelika (od 0,2% do 0,5%) omogućuje povećanje njihove korozijske otpornosti za 1,5-2 puta. Legirajući aditivi uvode se u čelični sastav u skladu s Tammanovim pravilom: visoka otpornost na koroziju postiže se kada postoji jedan legirni metalni atom na svakih osam atoma željeza.

Mjere protiv korozije

Da bi se to smanjilo, potrebno je smanjiti korozivno djelovanje medija uvođenjem nemetalnih inhibitora i smanjiti broj komponenti koje mogu pokrenuti elektrokemijsku reakciju. Ovom će se metodom smanjiti kiselost tla i vodenih otopina u kontaktu s metalima. Da bi se smanjila korozija željeza (njegovih legura), kao i mesinga, bakra, olova i cinka, ugljični dioksid i kisik moraju se ukloniti iz vodenih otopina. U elektroenergetskoj industriji kloridi se uklanjaju iz vode koji mogu utjecati na lokaliziranu koroziju. Ograničenje tla može smanjiti njegovu kiselost.

Zaštita od zaostalih struja

Moguće je smanjiti elektrokoroziju podzemnih komunalnih i pokopanih metalnih konstrukcija ako se poštuje nekoliko pravila:

• dio konstrukcije koji služi kao izvor zalutale struje mora biti povezan metalnim vodičem na šinu tramvajske pruge;
• rute za grijanju trebaju biti smještene na maksimalnoj udaljenosti od željeznice duž koje se kreće električni prijevoz kako bi se smanjio broj njihovih raskrižja;
• uporaba izolacijskih potpornih cijevi za povećanje prijelaznog otpora između tla i cjevovoda;
• na ulazima u objekte (potencijalni izvori slabih struja) potrebno je ugraditi izolacijske prirubnice;
• na prirubnice prirubnica i ekspanzijske kutije za punjenje, instalirajte vodljive uzdužne skakače – da biste povećali uzdužnu električnu vodljivost na zaštićenom dijelu cjevovoda;
• Da bi se izjednačili potencijali paralelnih cjevovoda, potrebno je u susjedne sekcije ugraditi poprečne električne skakače.

Zaštita izoliranih metalnih predmeta i malih čeličnih konstrukcija ostvaruje se zaštitnikom koji djeluje kao anoda. Materijal za zaštitnik je jedan od aktivnih metala (cink, magnezij, aluminij i njihove legure) – uzima većinu elektrokemijske korozije, urušavajući i čuvajući glavnu strukturu. Na primjer, jedna magnezijeva anoda štiti 8 km cjevovoda.

Povezani unosi:

1. Bazen na mjestu i sigurnost djece: metode zaštite Bazen u dvorištu izvrstan je dodatak za hlađenje vrućeg ljetnog dana i provođenje više vremena na otvorenom. Ali ako u kući ima mala djeca, onda morate razmišljati o njihovoj sigurnosti. Naše...
2. Pukotine u trupcima: uzroci i metode borbe Odmah primjećujemo da je pojava pukotina u isušivanju trupaca neizbježna. Svako se drvo smanjuje na veličini, postepeno se isušuje. Na primjer, kad se potpuno osuši, bor će se duž vlakana smanjiti...
3. Praškasta plijesan: uzroci i metode borbe Mnogi vrtlari i vrtlari suočavaju se s takvim neugodnim problemom kao što je pojava praškaste plijesni. Ona može doslovno uništiti usjev u pupoljku. Naše web stranice savjeta odlučile su otkriti što...
4. Pukotine na zidu gaziranog betona: uzroci i metode borbe Detaljno smo opisali svojstva, prednosti i nedostatke gaziranog betona, spomenuvši odvojeno da oko 20% svih blokova koji se koriste u izgradnji kuće puknu. Naravno, najčešće su pukotine vrlo male, nisu kritične...

Čitaj više  Metalni krov: stručni savjet za odabir i ugradnju krova