Коррозии металлов: виды и способы защиты

Термин «коррозия металла» — понятие достаточно широкое, включающее в себя несколько видов постепенного разрушения металлов и их сплавов под действием факторов внешней среды. Чисто механическое воздействие – трение, удары, выветривание – не считается коррозией, а именуется эрозией или истиранием. Фактически, коррозия – это разрушение под действием химического, физико-химического или электрохимического воздействия. При этом физико-химическим воздействием считается ускорение процесса окисления металла под действием повышенной температуры.

Довольно часто этот термин заменяют словом «ржавление», а корродировавший слой – ржавчиной. Но это справедливо только для железа и его сплавов.

Виды коррозии металлов

Учитывая сложность процесса и его многообразие, классификация видов коррозии ведется по нескольким группам признаков:

• механизм – химический или электрохимический;
• окружающая среда. Выделяют общую газовую, атмосферную (с наиболее активным действием кислорода), электролитную и неэлектролитную, подземную (иначе почвенную), биологическую среды. Также агрессивной средой считаются блуждающие токи;
• условия протекания. С погружением, без погружения и частичным погружением в среду, с непосредственным контактом, через щель, в результате трения. Выделяют межкристаллитное воздействие (по границам кристаллов и зон), коррозию под постоянным или переменным электрическим напряжением;
• степень разрушения объекта. Коррозия может быть сплошной, захватывающей всю поверхность объекта (равномерной, неравномерной, избирательной) или локальной. В этом случае отмечают пятна, язвы, точки и сквозные поражения, а также межкристаллитный вариант.

Несколько примеров для лучшего понимания сути и разновидностей коррозии.

• Повреждение днища автомобиля. Считается химическим, с активным действием влаги и атмосферного кислорода, активных газов выхлопа, дорожной «химии» и частично моющих средств при помывке авто. В случае пробоя электропроводки на днище могут воздействовать слабые токи, в этом случае коррозия будет уже электрохимической и заметно ускорится.
  
• Ржавление гвоздей и другого крепежа из сплавов железа в строительных конструкциях. Химический процесс, связан с атмосферной влагой и кислородом. При повышенной кислотности материала, в котором установлен крепеж, или увеличении кислотности атмосферных осадков и газовой среды ржавление усиливается и проходит быстрее.
• Сваи в морской воде. Активное воздействие агрессивного электролита (которым является морская вода) приводит к быстрому разрушению металлических конструкций. Скорость коррозии усиливают перепады температуры и механическое воздействие волн.
• Поверхностное разрушение сантехнических устройств и радиаторов отопления. Это характерный пример электрохимической коррозии, где в роли электролита выступает водопроводная вода (теплоноситель в отопительной системе) и моющие средства для сантехники.

Последний вариант (на фото) – это именно коррозия, но не ржавление, поскольку сплав, как правило, создается не на основе железа.

Что происходит с металлом в процессе коррозии

Поверхность металлических объектов в химически или электрически активной среде постепенно разрушается, окисляясь и теряя частицы металла. Их замещение на более хрупкие окислы приводит к потере прочности, изменению эксплуатационных характеристик объекта.

Под действием электролитов (конденсат, дождевая вода и снег, морская и речная, озерная вода, растворы щелочей и кислот, жидкости с высоким содержанием солей) на поверхности металла образуются так называемые гальванические элементы. В зависимости от химического потенциала соприкасающихся материалов металл быстрее или медленнее растворяется. Особенно сильно воздействие коррозии на границе двух металлов – например, в местах установки заклепок на металлический лист или по сварочным швам.

При химической коррозии электрических процессов нет, идет прямое окисление металла атмосферным (или находящимся в газовой, жидкой среде) кислородом. Так, например, образуется окалина при нагреве железистых сплавов до высоких температур (например, во время ковки).

На фото слева – часть кованого ножа, еще не очищенного от окалины, справа – уже отшлифованная.

Отдельно стоит рассмотреть процесс так называемой питтинговой коррозии (язвенной). Этот термин связан с англоязычным понятием pitting, от pit — покрывать(ся) ямками, язвами. В процессе такого разрушения на поверхности металла образуются вначале мелкие, точечные ямки и полости, которые затем разрастаются в глубь массива.

Первичные нарушения целостности наблюдаются в тех местах, где на поверхности металлической детали есть микроповреждения – выход на поверхность зерен, микротрещин, пор, различных включений. Очень часто причиной начала язвенной коррозии являются остатки прокатной окалины, не полностью удаленной при механической обработке и/или нанесении защитного слоя.

Прямые и косвенные проблемы, связанные с коррозией металла

Основная беда коррозии – постепенное разрушение корродировавших частей конструкций и изделий. При этом степень повреждение по внешнему виду можно оценить не всегда, и потеря прочности становится неожиданной и критичной.

Особенно сильно действует межкристаллическая, то есть проходящая по границам кристаллов, коррозия. Внешне процесс может быть совершенно незаметен, в то время как уровень потери прочности достигает уже 50…60%.

Наименьшее воздействие на прочностные свойства изделий оказывает поверхностное разрушение.

На фото показана часть конструкций башни Шухова в Москве. Поверхностное ржавление существенно снизило конструктивную прочность, но не привело к разрушению сооружения (пока)

Оценить уровень потерь от коррозии металла крайне сложно. Дело даже не в непосредственных убытках от разрушения корродировавших деталей или конструкций, а в простоях техники и сооружений и нарушениях их работоспособности в целом, связанных с коррозионным разрушением отдельных элементов.

Способы защиты металлов от коррозии

Предотвращение начала или активного протекания коррозии – более удачный способ избавиться от проблем с разрушением металлов, чем постоянная замена или восстановление деталей. Поэтому все производители металлических изделий уделяют максимум внимания разработке и совершенствованию способов защиты своей продукции от ржавления.

На данный момент есть четыре основных направления:

• изменение свойств металла введением добавок. По этому принципу изготавливаются нержавеющие стали – добавки хрома (12%) повышают стойкость сплава к коррозии до почти полной невосприимчивости в нормальных бытовых условиях. Изменения температуры и состава окружающей среды снижают стойкость нержавеющей стали к коррозии;
• использование защитных покрытий. Применяются различные (в чистом виде и комбинациях) лако-красочные, эмалевые, полимерные составы. Также – и с большим успехом – используется поверхностное нанесение менее активных химически металлов (оцинковывание, хромирование, никелирование, золочение);
• применение небольших элементов (пластинок, заклепок) из более активных металлов для сохранения основного объема и массы изделия – коррозии в этом случае подвергаются именно добавленные элементы. Отдельно можно выделить создание слабого тока в самом изделии для нейтрализации тока электрохимической коррозии. Применение этого способа ограничено определенными условиями эксплуатации;
• введение ингибиторов – веществ, угнетающих процесс коррозии – в окружающую изделие среду.

Последний метод требует отдельного рассмотрения.

Применение ингибиторов коррозии

По свойствам эти сложные химические составы делятся на две группы – средства, уменьшающие коррозионную активность внешней среды (пассиваторы) и комплексы, образующие на поверхности защищаемого изделия предохраняющий от коррозии слой адсорбирующего типа (адсорбаторы).

Кстати, для тех, кто не знает точно, чем различаются аБсорбция и аДсорбция. В первом случае это поглощение из газовой среды веществ жидкостью, во втором – поглощение веществ из той же среды поверхностным слоем твердого тела.

Очень часто ингибиторы применяют в магистралях и локальных системах отопления. В этом случае существенно уменьшается внутренняя коррозия трубопроводов и радиаторов отопления под действием теплоносителя.

Также ингибиторы, в сочетании с другими компонентами, используются для профилактики и очистки водопроводов, водонагревающих устройств.

Также широко распространено применение ингибиторов в строительстве, в том числе в создании арматуры железобетонных конструкций. Обработка специальным составом препятствует коррозии арматуры в монолите и продлевает срок службы железобетона. Также сохраняется нагрузочная способность конструкции, поскольку целостность арматуры позволяет сохранять нормальный уровень сопротивления нагрузкам.

Используются ингибиторы как в виде жидкостей, так и в виде газов, вводимых в окружающую изделие среду.

Защита автомобильной техники от коррозии

Обслуживание личного авто или другой техники – это именно та область, где люди чаще всего сталкиваются с коррозионными явлениями и необходимостью защиты от них.

Поэтому отдельно рассмотрим средства для защиты автомобилей, других транспортных средств и механизмов от коррозии и связанных с ней поломок.

Гидроизолирующие мастики. Чаще всего встречаются битумно-каучуковые, резино-битумные, сланцевые. По сути дела, это жидкая гидроизоляция, которая в горячем или холодном виде наносится на металлические (и не только) элементы механизмов. Получается достаточно стойкая защита от действия атмосферной влаги, как в прямом виде (дождь, снег), так и конденсата, а также от воды в процессе мытья техники. Использование возможно только на внутренних элементах механизмов (под капотом автомобиля или на его днище, например). Впрочем, при низких требованиях к эстетике возможна и наружная обработка – все зависит от назначения элемента и особенностей его работы.

Обмазочные материалы на основе парафина, воска или нефтяного масла. Создают на поверхности металлических деталей тонкую эластичную пленку, предохраняющую от коррозии. Требуют периодического возобновления покрытия, особенно на поверхностях, активно подвергающихся внешнему воздействию. Среди перечня этих средств стоит выделить так называемое «Пушечное сало».

Жидкие маловязкие материалы для скрытых полостей. Используются для обработки труднодоступных элементов техники, куда можно проникнуть только через технологические отверстия малого диаметра – соответственно, обмазочная изоляция невозможна. Маловязкие жидкости, имеющие очень высокую текучесть, обволакивают детали и вытесняют с их поверхности влагу, образуют полувысыхающую стойкую пленку.

Аэрозольные составы. Принцип их действия тот же, что и у обмазочной гидроизоляции, различие лишь в способе нанесения. Почти всегда составы содержат ингибиторы коррозии.

Таким образом, обработка днища автомобиля от коррозии – места, больше всего подверженного ржавлению – и других элементов машины возможна любым из перечисленных типов средств, в зависимости от условий эксплуатации и назначения/расположения защищаемой детали.

Заключение

Напоследок хочется еще раз напомнить: гораздо дешевле и проще (в том числе по временным затратам) выходит предварительная защита конструкций и механизмов от коррозии различного типа, чем последующий ремонт и замена поврежденных деталей.