Что такое электрохимическая коррозия

Электрохимическая коррозия: описание процесса, объекты разрушения, методы борьбы

Тысячелетия развития цивилизации были бы невозможны без металла, из которого изготавливались как наконечники стрел и копий доисторического периода, так и сложнейшие машины современности.

Целые эпохи носят «металлические» названия: бронзовый, медный, железный. Металлургические комбинаты работают круглосуточно для обеспечения промышленности необходимым количеством металлических заготовок.

Машиностроительные предприятия изготавливают из них огромный ассортимент изделий от труб, рельсов и листов, до иголок и булавок.

Коррозия металлов, особенно ее основная разновидность — электрохимическая, всегда создавала трудности эксплуатации любых металлических изделий, безвременно разрушая их. Простейшие орудия труда (нож, топор, плуг) быстро приходили в негодность во влажной среде. Потребовались многочисленные и длительные исследования химических процессов разрушения, прежде чем были найдены технические решения, приостанавливающие коррозию металлов.

Описание процесса

Электрохимическая коррозия — это процесс, который протекает при обязательном присутствии:

электролита;
металлов с низким и высоким окислительно-восстановительными потенциалами (электродные потенциалы).

Электролит образуют вода, конденсат, любые природные осадки. Наличие двух видов металла практически не бывает всегда, и обусловлено двумя факторами:

Неоднородностью изделия, то есть наличием инородных включений.
Непосредственным касанием изделий из различных металлов.

В электролите неоднородные металлы образуют короткозамкнутый гальванический элемент, называемый коррозионным. Такое сочетание приводит к растворению металла с более низким электродным потенциалом, что и называют электрохимической коррозией. Скорость этого процесса сильно зависит от наличия солей в растворе и его температуры.

Основные объекты коррозии

Неоднородные металлические участки хаотично расположены на поверхности изделия и зависят от технологии и качества их изготовления, поэтому коррозионные разрушения чаще носят локальный характер. Кроме этого, локальность корродирования зависит от неоднородности:

защитных оксидных пленок;
электролита;
влияния внешних факторов (нагрева, облучения);
внутренних напряжений, вызывающих неравномерную деформацию.

Сварные и заклепочные соединения являются яркими представителями контакта инородных металлов, подвергающихся активной электрохимической коррозии. Сварка и заклепка — самые распространенные технологии в конструкции неразъемных соединений во всех ведущих отраслях промышленности и крупных трубопроводных системах:

машиностроение;
судостроение;
нефтепроводы;
газопроводы;
водопроводы.

Наиболее значительные разрушения сварных швов и заклепочных соединений возникают в морской воде, присутствие соли в которой, значительно ускоряет процесс коррозии.

Катастрофическая ситуация сложилась в 1967 году с рудовозом «Анатина», когда морская вода от высоких штормовых волн попала в трюмы корабля. Медные конструкции во внутренней отделке трюмов и стальной корпус способствовали созданию коррозионного элемента в электролите из морской воды. Скоротечная электрохимическая коррозия вызвала размягчение корпуса судна и создание аварийной ситуации, вплоть до эвакуации команды.

Положительный эффект от электрохимической коррозии встречается очень редко. Например, при монтаже новых труб в системах горячего отопления жилых домов. Резьбовые соединения муфт начинают течь при первичном пуске до тех пор, пока продукты коррозии, состоящие из гидратированного железа, не заполнят микропоры в резьбе.

Вне зависимости от вида коррозии, химической или электрохимической, ее последствия одинаковые — разрушение изделий огромной стоимости. Причем помимо прямых потерь от пришедших в негодность материалов, существуют косвенные потери, связанные с утечками продуктов, простоями при замене негодных материалов и деталей, нарушении регламентов технологических процессов.

Многочисленные исследования и развитие технического прогресса привели к созданию целой системы методов и средств в борьбе с коррозией. Можно отметить три основных направления в защите от коррозии:

Конструктивные решения.
Активные методы.
Пассивные методы.

Конструктивные решения состоят в выборе материалов, которые минимально поддаются коррозии по своим физическим свойствам:

нержавеющие стали;
легированные стали;
цветные металлы.

Активные методы борьбы подсказала сама электрохимическая коррозия. Постоянное напряжение прикладывают к защищаемой металлической конструкции так, чтобы повысить его электродный потенциал и замедлить процесс электрохимического растворения. Второй вариант активной защиты — жертвенный анод, который имеет низкий электродный потенциал, вследствие чего разрушается вместо защищаемого объекта.

Пассивные методы состоят в нанесении защитных покрытий. Технический прогресс в этой области начал развиваться с нанесения простейших лакокрасочных покрытий, предотвращающих попадания кислорода, влаги и конденсата на поверхность металлов. Затем появились гальванические покрытия на основе:

цинка — цинкование;
хрома — хромирование;
никеля — никелирование.

Оцинкованное железо, никелированные и хромированные столовые приборы, консервные банки с продуктами служат многие годы, не поддаваясь электрохимической коррозии, сохраняя красивый внешний вид, предохраняя порчу продуктов.

Технический прогресс в развитии методов борьбы с коррозией

Так как коррозионные потери металла составляют астрономическую сумму, технический прогресс продолжает предлагать новые методы борьбы с ней, по мере развития научных исследований и совершенствования аппаратного обеспечения. К ним относятся:

газотермическое напыление, образующее сверхтонкие защитные покрытия;
термодиффузионные покрытия, создающие прочную поверхностную защиту;
кадмирование, обеспечивающее защиту стали в морской воде.

Рост промышленного производства происходит с постоянным увеличением выпуска металлических изделий. Электрохимическая коррозия, вне зависимости от исторической эпохи, представляет постоянную угрозу огромному объему конструкций и ответственных сооружений. Поэтому создание новых методов и средств борьбы — одна из задач исследований технического прогресса.

Источник: https://tokar.guru/metally/elektrohimicheskaya-korroziya-opisanie-processa-i-metody-borby.html

Коррозия металлов, электрохимическая коррозия. Ржавчина

Окисление железа. Ржавчина

Ржавчина — это сложное вещество, образованное при химической реакции воды и железа. Уже при влажности воздуха 50% поверхность железа покрывается слоем воды толщиной в 15 молекул. Коррозия усиливается в присутствии ионов хлора Cl-, которые способствуют растворению ржавчины и переходу её в раствор в виде химического соединения [Fe(H2O)2Cl4].

В качестве ингибиторов коррозии (веществ, замедляющиех корродирование металла), используют раствор NaNO2, глицерин, амины (бутил-амин) и их соли. Белый осадок Fe(OH)2 гидроксида железа II, присутствующее в растворе ржавичны, на воздухе быстро окисляется, превращаясь в жёлто-коричневый гидроксид железа(III).

В отличие от Fe(OH)2, новый гидроксид железа (III) Fe(OH)3, который являетсфя амфотерным, хотя его кислотные свойства выражены намного слабее основных; он растворяется только в концентрированных щелочах при нагревании:

Fe(OH)3+3КОН→ K3[Fe(OH)6].

При окислении железа промежуточным продуктом реакции является грязно-зелёный осадок гидроксида, содержащего Fe (II) и Fe (III).

Интересным, но неприятным свойством ржавчины является то, что она занимает намного больший объём, чем занимало железо. Это может вызвать катастрофические последствия: хотя с виду ржавчина кажется рыхлой и мягкой, при её росте развиваются гигантские усилия. Когда в Лондоне по проекту Кристофера Рена в 1675—1710 гг.

строили грандиозный собор Святого Павла, каменные блоки колокольни для прочности соединили железными скобами, которые были уложены в желобки, выдолбленные в камне. За сотни лет скобы проржавели, увеличились в объёме и стали поднимать каменную кладку, отчего колокольню перекосило.

Инженеры подсчитали: давление, развиваемое ржавчиной, настолько велико, что приподняло бы даже двухкилометровый слой камней! Пришлось разобрать кладку и вставить в желобки новые скобы из нержавеющей стали.

Скорость окисления железа (появление ржавчины) очень сильно зависит от обшей поверхности соприкосновения металла и воздуха. Так, обычный гвоздь, даже если он сильно нагрет, не скоро превращается в окалину.

Мелкие опилки при сильном нагреве быстро сгорают, а при внесении в пламя — вспыхивают в виде искр. Химическим способом — восстановлением оксидов железа водородом — можно получить ещё более мелкий порошок железа; его называют пирофорным. Он вспыхивает на воздухе уже при обычной температуре.

Пирофорными могут быть и многие другие металлы в мелкораздробленном состоянии, а также оксид FeO.

Коррозия металлов

Коррозия металлов — (от латинского corrodere — грызть) процессы, происходящие в результате химического воздействия окружающей среды, в результате которых происходит их разрушение.

От этого процесса отличается другой процесс — эрозия металлов, представляющий собой разрушение их поверхности под механическим воздействием среды.

Коррозия металлов означает разъедание, — начинается также на их поверхности. Происходит химическое взаимодействие с окружающей средой.

Это процесс является самопроизвольным, а также является следствием окислительно-восстановительных реакций с компонентами окружающей среды.

В результате разрушения металла образуются продукты его окисления, а именно: оксиды, гидроксиды, иногда просто происходит его растворение в среде до ионного состояния. Такое превращение сопровождается существенным изменением свойств.

Известны различные виды коррозии металлов. Одним из основных её видов является химическая, которую иногда ещё называют газовой коррозия, так как иногда она происходит под воздействием газообразных компонентов из окружающей среды при высоких температурах.

Химическая коррозия может происходить и под воздействием некоторых агрессивных жидкостей. Основным этого процесса является то, что она происходит без возникновения в системе электрического тока.

Ей подвергаются детали и узлы машин, работающих в атмосфере кислорода при высоких температурах, например турбинные двигатели, ракетные двигатели и некоторые другие, а также подвергаются детали узлы оборудования химического производства.

Другим распространённым видом разрушения металлов яввляется электрохимическая коррозия — поверхностное разрушение в среде электролита с возникновением в системе электрического тока. Электрохимическая коррозия — разрушение в атмосфере, на почве, водоёмах, грунтах.

Характер разрушения поверхности металла может быть различным и зависит от свойств этого металла и условиях протекания процесса. Теперь остановимся подробнее на электрохимической коррозии.

Виды коррозии

Виды коррозии: равномерная неравномерная избирательная пятнами точечная растрескивающая межкристаллитная

К основным видам наблюдаемой коррозии относятся:

Электрохимическая коррозия протекает интенсивнее, если в катод вкраплён металл, менее активный, чем корродирующий. Например, если корродирует сталь (а сталь — это сплав железа и углерода в котором частично образуется карбид железа) роль таких участков играет карбид железа (FeC).

Атмосферная коррозия

— протекает во влажном воздухе при обычной температуре. Поверхность металла покрывается плёнкой влаги, содержащей растворённый кислород. Интенсивность разрушения металла возрастает с ростом влажности воздуха, а также содержанием в нём газообразных оксидов углерода, серы, при наличии в металле шероховатостей, трещин облегчающих конденсацию влаги.

Почвенная коррозия

— её подвержены трубопроводы, кабели, подземные сооружения. В этом случае металлы соприкасаются с влагой почвы, содержащей растворённый кислород. Во влажной почве, с повышенной кислотностью трубопроводы разрушаются в течение полугода после их укладки (конечно, если не принять меры по их защите).

Электрическая коррозия

— происходит под действием блуждающих токов, возникающих от посторонних источников (линии электропередач,электрические железные дороги, различные электроустановки, работающие на постоянном электрическом токе).

Блуждающие токи вызывают разрушение газопроводов, нефтепроводов,электрокабелей, различных сооружений. Под действием электрического тока на находящихся на земле металлических предметах появляются участки входа и выхода электронов — катоды и аноды.

На анодных участках наблюдается наиболее интенсивное разрушение.

Электрохимическая коррозия

— наиболее распространённый видом разрушения металлов. Примером электрохимической коррозии является, например, разрушение деталей машин, приборов и различных металлических конструкций в почвенных, грунтовых, речных и морских водах, в атмосфере, под пленками влаги, в технических растворах, под действием смазочно-охлаждающих жидкостей и т.д.

Как уже было отмечено, электрохимическая коррозия протекает на поверхности металлов под действием электрических токов, то есть происходят окислительно-восстановительные химические реакции, характеризующиеся отдачей электронов и их переносом, так как образуются катодные и анодные участки.

Образованию катодов и анодов способствуют химическая неоднородность металлов (примеси и включения), наличие участков остаточной деформации, неоднородность покрывающих металл защитных плёнок и т.д. Наиболее часто в образовании данного вида разрушения металла участвуют не один фактор, а несколько.

Когда метал начинает корродировать, он превращается в многоэлектронный гальванический элемент.

Например, рассмотрим что происходит, если медь Cu контактирует с железом Fe в среде электролита. Такая система представляет собой гальванический элемент, где железо — анод («+»), а медь — катод. Железо отдает электроны меди и переходит в раствор в виде ионов. Ионы водорода движутся к меди, где разряжаются. Катод постепенно становится более отрицательным, в конце-концов становится равным потенциалу анода и коррозия замедляется.

ЭТО ИНТЕРЕСНО: Что такое клепка металла

Как раз на эту тему можно провести опыт в домашних условиях. Нам потребуется три стакана с раствором поваренной соли (пищевая соль), 3 железных гвоздя, кусочек цинка и медная проволока (без изоляции). Итак, приступим. Первый гвоздь опустите в стакан с раствором соли. Ко второму гвоздю прикрутите медную проволоку, а к третьему — кусочек цинка. Затем опустите каждый гвоздь в свой стакан с раствором соли (их было 3) и оставьте их на 2-3 суток.

Что происходит: все наши гвозди будут иметь следы ржавчины (коррозии). В самом худшем состоянии будет тот гвоздь, который находился в растворе вместе с медной проволокой, а меньше всего корродировал тот, который привязан к цинку! Объяснение: все металлы обладают разной способностью отдавать электроны. Сравнить их в этой способности можно, ознакомившись с рядом напряжений металлов:

Li← K← Rb← Cs← Ba← Ca← Na← Mg← Al← Mn← Cr← Zn← Fe← Cd← Co← Ni← Sn← Pb← H2← Cu← Ag← Hg← Pt← Au

Те металлы, которые в ряду напряжений находятся левее (например Zn — цинк находится левее Fe — железа), легче отдают свои электроны, чем металл справа (например Cu — медь правее Fe — железа). А значит, как только оба металла попадают в электролит (проводник тока- раствор соли), то сразу образуют гальваническую пару. Более активный металл (стоящий левее) заряжается положительно, а менее активный — отрицательно.

Вернёмся к нашему опыту: тоже самое произошло и в наших стаканах с растворами. Железо (Fe) стоит левее, чем медь (Cu), поэтому оно заряжается положительно, при этом быстро окисляясь. В стакане с цинком — цинк (Zn) — более активный, чем железо. Поэтому, пока весь цинк не поржавеет, железо не разрушится (чем часто пользуются в технических целях).

Источник: https://www.kristallikov.net/page25.html

Как предотвратить электрохимическую коррозию

Коррозия — процесс разрушения металла под воздействием влаги, агрессивных веществ, с которым контактирует покрытие или изделие в процессе эксплуатации. Это явление распространено, его можно увидеть дома, на улице и на работе. Когда металл оказывается в щелочной, кислой среде начинается окисление, которое со временем преобразуется в ржавчину. Другими словами, происходит химическая коррозия.

Сегодня поговорим о другом типе коррозии, которая образуется из-за «блуждающих токов». Именно она появляется на кранах, полотенцесушителях и прочем сантехническом оборудовании. Разрушение металла «блуждающими токами» называют электрохимической коррозией.

Этому коррозийному процессу подвержены многие металлы, включая надёжную и долговечную нержавеющую сталь. Под воздействием электромеханического влияния изделие быстро теряет привлекательность, происходит разрушение швов, соединений, стенок металла. В результате возникает угроза аварийных ситуаций, вплоть до серьезных протечек, грозящих соседям снизу затоплением и порчей имущества.

Как определить электрохимическую коррозию

Рассмотрим пример образования признаков электрохимкоррозии на полотенцесушителе.

Оборудование производят из всевозможного сырья. Лучшим вариантом считаются модели из нержавейки, так как эксплуатационный период такого изделия гораздо продолжительней, нежели срок использования аналогов из других металлов. Однако, нержавеющая сталь не всегда способна справиться с агрессивным воздействием электрохимической коррозии.

На начальный процесс разрушения указывают практически незаметные пятна ржавчины, которая образуется на поверхности изделия, далее они добавляют в размерах, а значит — процесс прогрессирует и становится глубже.

Если очистить ржавчину грубым абразивом, то под ней прячется черная точка, говорящая об активном развитии разрушения. Так, ржавчина «поедает» металл снаружи и изнутри, создавая небольшое отверстие. В подобных случаях повреждениям подвергаются все изделие, включая фитинги. Коррозия, как правило, начинает развиваться на слабых участках, которыми являются сварные швы.

Если ржавчина обнаружена на изделии, изготовленном из стали высокого класса, то наверняка проблема заключается в наличии в воде электричества.

Электрохимкоррозия работает при поддержке «помощников», например, хлора, который используется предприятиями для обеззараживания воды, окислителя кислорода, солей кальция, магния и прочие вещества. Ржавчина активно распространяется под воздействием горячей воды — если жидкость внутри трубы нагревается свыше 70°С, разрушающее действие ускоряется.

Почему появляется коррозия?

Чтобы понимать всю схему появления ржавчины на сантехническом оборудовании, стоит знать, откуда в воде появляется электричество.

Среди причин:

Если дом относится к старым постройкам, в нем может быть нереализованным качественное заземление, которое обязательно, если в квартире установлено множество бытовых приборов и современная сантехника, например, ванна с гидромассажем, водонагреватели и пр.
Заземление обеспечивает безопасность использования техники.

При эксплуатации оборудования, которое имеет те или иные дефекты, происходит утечка токов, которые отправляются в стояки и взаимодействуют с водой.

Таким образом появляются точечные «пробои», которые провоцируют образование ржавчины.

Если заземление выполнено в соответствии с нормативами, подобные неприятности не появятся.
Если в доме проживают любители сэкономить на оплате коммунальных счетов за электроэнергию, появляется проблема электрохимической коррозии. Так, недобросовестные жильцы используют стояк как нулевой провод или же применяют специальные приборы, чтобы «скрутить» показатели счетчика электроэнергии. В результате этих и других манипуляций высоки риски образования коррозийных процессов. Также ситуация небезопасна для жизни — при прикосновении к трубе существует риск удара током.
Разница потенциалов между металлами провоцирует образование неприятности. Токи возникают, если два разных металла плотно контактируют друг с другом. Если проектирование дома выполнено с соблюдением норм и стандартов, подобной проблемы возникнуть не должно, ведь токопроводящие компоненты подвергаются заземлению. Защитные меры способствуют уравниванию потенциалов.
Сегодня широко распространены новые материалы, используемые для изготовления труб и сантехнического оборудования: металлопластик, полиэтилен и пр. Вместе с этим появились и новые проблемы. Так, если при замене части трубы применяется пластиковый аналог, может образоваться разница потенциалов, способствующая появлению «блуждающих токов». Несмотря на то, что пластик относится к группе диэлектриков, он находится в водной среде, которая становится проводником — появление ржавчины в этом случае практически неизбежно.
Образованию токов подвержены не только стояки, но и коммуникации, находящиеся под землей. Блуждающее электричество, находящееся в них, может попасть и в квартиру. На подземные системы оказывают воздействие электрический транспорт (трамвай, троллейбус, поезда метро). Появляются токи утечки, а устранить проблему смогут только эксплуатирующие компании, обязанные проводить тщательные проверки.
Проблемы нередко возникают, если невдалеке от труб, отвечающих за подачу воды и отопление, присутствует электропроводка с некачественной изоляцией. Повреждения провоцируют появление токов, которые блуждают по трубам водоснабжения.
Среди причин коррозии — статическое электричество, накапливающееся на металле при контакте с водой.

Произвести контроль над соответствием рекомендованных норм и соблюдением правил монтажа и использования оборудования в высотном доме не представляется возможным. Зачастую подобные работы выполняют мастера без опыта или с его минимальным наличием.

Как следствие — аварийные ситуации и неприятные последствия для жильцов дома. Если полотенцесушитель подвергается коррозии, вы можете не иметь к этому отношения, а также не приостановите процесс из-за разрушения инженерного оборудования по причинам, независящим от вас.

Существует несколько мер, которые помогут предотвратить разрушение металла:

Приобретая полотенцесушитель, откажитесь от его установки. Работу стоит доверить опытным мастерам, которые имеют допуск к проведению подобных мероприятий.
Конструкции в обязательном порядке нуждается в заземлении, что особенно актуально для тех, кто врезал пластиковые трубы, расположенные между общим стояком и полотенцесушителем.

Для заземления оборудования можно предпринять несколько вариантов:

Если стояк и его элементы изготовлены из металла, необходимо соединить стояк, например, с помощью хомута и медного провода, сечение которого не меньше 4 мм2. Затем от стояка горячего водоснабжения подключаются проводом к PE-шине и электрическому щиту, находящемуся на этаже. Для обеспечения полной безопасности при эксплуатации полотенцесушителя проводят заземления других токопроводящих объектов, включая ванны, изготовленные из нержавеющей стали и чугуна.
Когда стояк и его компоненты изготовлены из полимеров, необходимо установить металлическую вставку, отвечающую диаметру трубы. Деталь вставляют между соединением полотенцесушителя и шаровым краном. На вставку монтируют зажим заземления. Используя провод из меди, подключаются к электрощиту.
В случае, когда стояк состоит из пластиковых и металлических элементов, устанавливают вставку из металла между монтируемым оборудованием и шаровым краном.
На нее крепят зажим и посредством медного кабеля подключаются к щиту.
Еще одно решение задачи — установка системы для уравнивания потенциалов. Монтаж выполняют непосредственно в ванной. Такой шаг позволит избежать коррозии, а также минимизирует риски, связанные с ударом тока. Если за систему водоснабжения отвечают трубы из полимеров, то к ближайшему электрощиту также выполняются подключение заземляющих повод.
В продаже представлено множество моделей полотенцесушителей.

Эксперты рекомендуют не приобретать слишком дешевые конструкции. Для безопасной и длительной эксплуатации стоит обратить внимание на оборудование, снабженное защитой от «блуждающих токов». Полотенцесушители работают на базе полимера, которым обрабатывают внутреннюю часть трубы. Он ликвидирует контакт воды с металлом.
Полимер полностью безопасен, так как не содержит вредных веществ, способных навредить человеку. Он не боится чрезмерно высокой температуры, не подвержен разрушению.

Стоимость подобной продукции немногим выше стандартных изделий, при этом срок службы превышает период работы аналогов в несколько раз.
Электрическая коррозия устраняется также заменой оборудования на электрическое. В этом случае нагрев полотенцесушителя начинается при подключении устройства к розетке. Как правило, на корпусе присутствует кнопка, позволяющая включать или отключать его. Это хорошее решение для многих людей, ищущих безопасный и долговечный вариант.

Прибор функционирует автономно, не зависит от работоспособности системы водоснабжения, а значит — вы сможет прогреть помещение и высушить вещи даже в том случае, если горячей воды в кране нет. Минус прибора — потребление электроэнергии, за которую придется платить.

Важно! Если выбор пал на электрическое оборудование, следует знать, что оно имеет невысокую мощность, поэтому может работать от стационарного источника питания — розетки.

Однако, учитывайте, что прибор работает в ванной, где преобладает высокая влажность, а значит его подключение должно проводиться через УЗО и автомат.

Мы попытались рассказать все самое важное об электрохимической коррозии и методах ее предотвращения/устранения. Вероятно, вы не столкнетесь с подобной проблемой, но, если она уже обнаружена, лучше сразу заявить о неприятности инженеру управляющей компании.

Специалист должен рассказать, какие меры стоит предпринять, какое оборудование станет оптимальным вариантом для вашей ванной комнаты. После установки инженер выполнит проверку полотенцесушителя на предмет герметичности, а также подпишет акт ввода прибора в эксплуатации.

Монтаж полотенцесушителя желательно поручить опытному мастеру, ведь от корректности установки во многом зависит долговечность прибора, а также безопасность и комфорт пользователей.

Источник: https://sanline.by/articles/jelektrohimicheskaja-korrozija

Причины электрохимической коррозии и способы защиты металла

Электрохимическая коррозия металлов – одна из насущных проблем человечества с того момента, как в производстве различных, необходимых человеку предметов, стали использоваться изделия из металла. Проблема защиты металлов от коррозии всегда стояла остро, потому что под действием разрушительных процессов окисления предметы теряли функциональность, деформировались и приходили в негодность, и нужно было искать способы их защиты.

Когда химия выделилась в отдельную науку, а использование металлов стало приобретать широкое промышленное значение, человечество начало исследовать эти процессы и искать способы борьбы с разрушениями от внешних воздействий.

Что такое коррозия

Процесс разрушения верхнего слоя металлического материала под влиянием внешних воздействий называется коррозией в широком смысле.

Термин коррозия в данном случае – только характеристика того, что металлическая поверхность вступает в химическую реакцию и теряет под её влиянием свои изначальные свойства.

4 основных признака, по которым можно определить, что этот процесс существует:

процесс, развивающийся на поверхности, и со временем проникающий внутрь металлического изделия;
реакция возникает самопроизвольно от того, что нарушается устойчивость термодинамического баланса между окружающей средой и системой атомов в сплаве или монолите;
химия воспринимает этот процесс не просто, как реакцию разрушения, но как реакцию восстановления и окисления: при вступлении в реакцию одни атомы замещают другие;
свойства и особенности метала при такой реакции претерпевают значительные изменения, или утрачиваются там, где она происходит.

Коррозия металлов

Коррозия – разрушение поверхности сталей и сплавов под воздействием различных физико-химических факторов – наносит огромный ущерб деталям и металлоконструкциям. Ежегодно этот невидимый враг «съедает» около 13 млн. т металла. Для сравнения – металлургическая промышленность стран Евросоюза в прошлом, 2014 году произвела всего на 0,5 млн. тонн больше. И это только – прямые потери. А длительная эксплуатация стальных изделий без их эффективной защиты от коррозии вообще невозможна.

Что такое коррозия и её разновидности

Основной причиной интенсивного окисления поверхности металлов (что и является основной причиной коррозии) являются:

Повышенная влажность окружающей среды.
Наличие блуждающих токов.
Неблагоприятный состав атмосферы.

Соответственно этому различают химическую, трибохимическую и электрохимическую природу коррозии. Именно они в совокупности своего влияния и разрушают основную массу металла.

Химическая коррозия

Такой вид коррозии обусловлен активным окислением поверхности металла во влажной среде. Безусловным лидером тут является сталь (исключая нержавеющую). Железо, являясь основным компонентом стали, при взаимодействии с кислородом образует три вида окислов: FeO, Fe2O3 и Fe3O4.

Основная неприятность заключается в том, что определённому диапазону внешних температур соответствует свой окисел, поэтому практическая защита стали от коррозии наблюдается только при температурах выше 10000С, когда толстая плёнка высокотемпературного оксида FeO сама начинает предохранять металл от последующего образования ржавчины.

Это процесс называется воронением, и активно применяется в технике для защиты поверхности стальных изделий. Но это – частный случай, и таким способом активно защищать металл от коррозии в большинстве случаев невозможно.

Химическая коррозия активизируется при повышенных температурах. Склонность металлов к химическому окислению определяется значением их кислородного потенциала – способности к участию в окислительно-восстановительных реакциях. Сталь – ещё не самый худший вариант: интенсивнее её окисляются, в частности, свинец, кобальт, никель.

Электрохимическая коррозия

Эта разновидность коррозии более коварна: разрушение металла в данном случае происходит при совокупном влиянии воды и почвы на стальную поверхность (например, подземных трубопроводов).

Влажный грунт, являясь слабощёлочной средой, способствует образованию и перемещению в почве блуждающих электрических токов. Они являются следствием ионизации частиц металла в кислородсодержащей среде, и инициирует перенос катионов металла с поверхности вовне.

Борьба с такой коррозией усложняется труднодоступностью диагностирования состояния грунта в месте прокладки стальной коммуникации.

Электрохимическая коррозия возникает при окислении контактных устройств линий электропередач при увеличении зазоров между элементами электрической цепи. Помимо их разрушения, в данном случае резко увеличивается энергопотребление устройств.

Трибохимическая коррозия

Данному виду подвержены металлообрабатывающие инструменты, которые работают в режимах повышенных температур и давлений. Антикоррозионное покрытие резцов, пуансонов, фильер и пр. невозможно, поскольку от детали требуется высокая поверхностная твёрдость.

Между тем, при скоростном резании, холодном прессовании и других энергоёмких процессах обработки металлов начинают происходить механохимические реакции, интенсивность которых возрастает с увеличением температуры на контактной поверхности «инструмент-заготовка».

Образующаяся при этом окись железа Fe2O3 отличается повышенной твёрдостью, и поэтому начинает интенсивно разрушать поверхность инструмента.

Методы борьбы с коррозией

Выбор подходящего способа защиты поверхности от образования ржавчины определяется условиями, в которых работает данная деталь или конструкция. Наиболее эффективны следующие методы:

Нанесение поверхностных атмосферостойких покрытий;
Поверхностная металлизация;
Легирование металла элементами, обладающими большей стойкостью к участию в окислительно-восстановительных реакциях;
Изменение химического состава окружающей среды.

Механические поверхностные покрытия

Поверхностная защита металла может быть выполнена его окрашиванием либо нанесением поверхностных плёнок, по своему составу нейтральных к воздействию кислорода. В быту, а также при обработке сравнительно больших площадей (главным образом, подземных трубопроводов) применяется окраска.

Среди наиболее стойких красок – эмали и краски, содержащие алюминий.

В первом случае эффект достигается перекрытием доступа кислороду к стальной поверхности, а во втором – нанесением алюминия на поверхность, который, являясь химически инертным металлом, предохраняет сталь от коррозионного разрушения.

Положительными особенностями данного способа защиты являются лёгкость его реализации и сравнительно небольшие финансовые затраты, поскольку процесс достаточно просто механизируется. Вместе с тем долговечность такого способа защиты невелика, поскольку, не обладая большой степенью сродства с основным металлом, такие покрытия через некоторое время начинают механически разрушаться.

Химические поверхностные покрытия

Коррозионная защита в данном случае происходит вследствие образования на поверхности обрабатываемого металла химической плёнки, состоящей из компонентов, стойких к воздействию кислорода, давлений, температур и влажности. Например, углеродистые стали обрабатывают фосфатированием.

Процесс может выполняться как в холодном, так и в горячем состоянии, и заключается в формировании на поверхности металла слоя из фосфатных солей марганца и цинка. Аналогом фосфатированию выступает оксалатирование – процесс обработки металла солями щавелевой кислоты.

Применением именно таких технологий повышают стойкость металлов от трибохимической коррозии.

Недостатком данных методов является трудоёмкость и сложность их применения, требующая наличия специального оборудования. Кроме того, конечная поверхность изменяет свой цвет, что не всегда приемлемо по эстетическим соображениям.

Легирование и металлизация

В отличие от предыдущих способов, здесь конечным результатом является образование слоя металла, химически инертного к воздействию кислорода. К числу таких металлов относятся те, которые на линии кислородной активности находятся возможно дальше от водорода. По мере возрастания эффективности этот ряд выглядит так: хром→медь→цинк→серебро→алюминий→платина.

Различие в технологиях получения таких антикоррозионных слоёв состоит в способе их нанесения.

При металлизации на поверхность направляется ионизированный дуговой поток мелкодисперсного напыляемого металла, а легирование реализуется в процессе выплавки металла, как следствие протекания металлургических реакций между основным металлом и вводимыми легирующими добавками.

Изменение состава окружающей среды

В некоторых случаях существенного снижения коррозии удаётся добиться изменением состава атмосферы, в которой работает защищаемая металлоконструкция. Это может быть вакуумирование (для сравнительно небольших объектов), или работа в среде инертных газов (аргон, неон, ксенон).

Данный метод весьма эффективен, однако требует дополнительного оборудования — защитных камер, костюмов для обслуживающего персонала и т.д.

Используется он главным образом, в научно-исследовательских лабораториях и опытных производствах, где специально поддерживается необходимый микроклимат.

Кто нам мешает, тот нам поможет

В завершение укажем и на довольно необычный способ коррозионной защиты: с помощью самих окислов железа, точнее, одного из них — закиси-окиси Fe3O4. Данное вещество образуется при температурах 2505000С и по своим механическим свойствам представляет собой высоковязкую технологическую смазку.

Присутствуя на поверхности заготовки, Fe3O4 перекрывает доступ кислороду воздуха при полугорячей деформации металлов и сплавов, и тем самым блокирует процесс зарождения трибохимической коррозии. Это явление используется при скоростной высадке труднодеформируемых металлов и сплавов.

Эффективность данного способа обусловлена тем, что при каждом технологическом цикле контактные поверхности обновляются, а потому стабильность процесса регулируется автоматически.⁠

Оставляете заявку на сайте или по телефону

Оцениваем запрос и тех. документацию

Осматриваем объект

Подготавливаем КП

Сдаем работу заказчику

Выполняем работы

Разрабатываем рабочую документацию

Заключаем договор

Наши преимущества

Подготовленный персонал, находящийся постоянно в штате

Наличие богатого технического оснащения

Гарантийное и послегарантийное обслуживание

Самый большой спектр услуг в России

Большой опыт работы на разнотипных объектах

Источник: https://blastingservice.ru/services/udalenie-kraski/korroziya-metallov/

Электрохимическая коррозия: способы и устройства защиты трубопроводов или автомобиля от химической ржавчины, ее виды и примеры

Коррозией называют процесс самопроизвольного разрушения поверхности материалов вследствие взаимодействия с окружающей средой. Ее причиной является термодинамическая неустойчивость химических элементов к определенным веществам.

Формально коррозии подвержены полимеры, дерево, керамика, резина, но к ним чаще применяют термин «старение». Наиболее серьезный ущерб наносит ржавление металлов, для защиты которых разрабатываются высокотехнологичные контрмеры. Но об этом мы поговорим позже. Учеными различается коррозия металлов химическая и электрохимическая.

Химическая коррозия

Она возникает обычно при воздействии на металлическую структуру сухих газов, жидкостей или растворов, не проводящих электрический ток. Суть этого типа коррозии – прямое взаимодействие металла с агрессивной средой.

Элементы химически корродируют во время термической обработки или в результате длительной эксплуатации при достаточно высоких температурах. Это касается лопаток газовых турбин, арматуры плавильных печей, деталей двигателей внутреннего сгорания и так далее.

В результате на поверхности образуются определенные соединения: оксиды, нитриды, сульфиды.

Электрохимическая коррозия: примеры

Ее разделяют на:

Атмосферную, которая возникает при наличии на поверхности металла жидкостной пленки, в которой газы, содержащиеся в атмосфере (например, О2, СО2, SO2), способны растворяться с образованием электролитных систем.
Жидкостную, которая протекает в токопроводящей жидкой среде.
Грунтовую, что протекает под воздействием грунтовых вод.

Причины

Поскольку обычно любой металл, который используется для промышленных нужд, не является идеально чистым и содержит включения различного характера, то электрохимическая коррозия металлов возникает вследствие образования на поверхности железа большого количества короткозамкнутых локальных гальванических элементов.
Появление их может быть связано не только с наличием различных (особенно металлических) примесей (контактная коррозия), но и с неоднородностью поверхности, дефектами кристаллической решетки, механическими повреждениями и тому подобное.

Механизм взаимодействия

Процесс электрохимической коррозии зависит от химического состава материалов и особенностей внешней среды.

Если так называемый технический металл покрыт влажной пленкой, то в каждом из указанных гальванических микроэлементов, которые образуются на поверхности, протекают две независимые реакции.

Более активный компонент коррозионной пары отдает электроны (к примеру, цинк в паре Zn-Fe) и переходит в жидкую среду в качестве гидратированных ионов (то есть корродирует) по следующей реакции (анодный процесс):

М + nH2O = Mz+* nH2O + ze.
Эта часть поверхности является отрицательным полюсом локального микроэлемента, где металл электрохимически растворяется.
На менее активном участке поверхности, которая является положительным полюсом микроэлемента (железо в паре Zn-Fe), электроны связываются за счет протекания реакции восстановления (катодный процесс) по схеме:
Ox + ze = Red.

Таким образом, наличие окислителей в водяной пленке, которые способны связывать электроны, обеспечивает возможность дальнейшего хода анодного процесса. Соответственно, электрохимическая коррозия может развиваться только при условии одновременного протекания как анодного, так и катодного процессов. Вследствие торможения одного из них скорость окисления уменьшается.

Процесс поляризации

Оба вышеуказанных процесса вызывают поляризацию соответствующих полюсов (электродов) микроэлемента. Какие здесь есть особенности? Обычно электрохимическая коррозия металлов более существенно замедляется поляризацией катода. Поэтому она будет усиливаться под влиянием факторов, которые предотвращают эту реакцию и сопровождаются так называемой деполяризацией положительного электрода.

Во многих коррозионных процессах катодная деполяризация осуществляется разрядом ионов водорода либо восстановлением молекул воды и соответствует формулам:

В кислой среде: 2Н+ + 2е = Н2.
В щелочной: 2Н2О + 2е = Н2 + 2ОН–.

Диапазон потенциалов

Потенциал, который соответствует этим процессам, в зависимости от природы агрессивной среды, может изменяться от -0,83 до 0 В. Для нейтрального водного раствора при температурах, близких к стандартной, он равен примерно -0,41 В.

Следовательно, ионы водорода, содержащиеся в воде и в нейтральных водных системах, могут окислять только металлы с потенциалом, меньшим, чем -0,41 В (расположенные в ряду напряжений до кадмия).

Учитывая то, что некоторые из элементов защищены оксидной пленкой, число металлов, подверженных окислению в нейтральных средах ионами водорода, незначительное.

Если влажная пленка содержит растворенный кислород воздуха, то он способен, в зависимости от характера среды, связывать электроны эффектом кислородной деполяризации. В этом случае схема электрохимической коррозии выглядит следующим образом:

О2 + 4е + 2Н2О = 4ОН–
О2 + 4е + 4Н+ = 2Н2О.

Потенциалы указанных электродных реакций при температурах, близких к стандартной, изменяются от 0,4 В (щелочная среда) до 1,23 В (кислая среда). В нейтральных средах потенциал процесса восстановления кислорода при указанных условиях соответствует значению 0,8 В. Значит, растворенный кислород способен окислять металлы с потенциалом меньше 0,8 В (расположенные в ряду напряжений до серебра).

Важнейшие окислители

Виды электрохимической коррозии характеризуются окислительными элементами, важнейшими из которых являются ионы водорода и кислород.

При этом пленка, содержащая растворенный кислород, в коррозионном отношении значительно опаснее, чем влага, где кислорода нет, и которая способна окислять металлы исключительно ионами водорода, так как в последнем случае количество видов материалов, способных корродировать, значительно меньше.

Например, в стали и в чугуне присутствуют примеси углерода преимущественно в виде карбида железа Fe3C. В этом случае механизм электрохимической коррозии с водородной деполяризацией для указанных металлов выглядит следующим образом:

(-) Fe — 2e + nH2O = Fe2+· nH2O (может образовываться ржавчина);
(+) 2Н+ + 2е = Н2 (в подкисленной среде);
(+) 2Н2О + 2е = Н2 + 2ОН– (в нейтральной и щелочной среде).

Механизм коррозии железа, в котором содержатся примеси меди, в случае кислородной деполяризации катода описывается уравнениями:

(-) Fe — 2e + nH2O = Fe2+·nH2O;
(+) 0,5О2 + Н2О + 2е = 2ОН– (в подкисленной среде);
(+) 0,5О2 + 2Н+ + 2е = Н2О (в нейтральной и щелочной среде).

Электрохимическая коррозия протекает с разной скоростью. Этот показатель зависит от:

разности потенциалов между полюсами гальванического микроэлемента;
состава и свойств электролитной среды (рН, наличие ингибиторов и стимуляторов коррозии);
концентрации (интенсивности подачи) окислителя;
температуры.

Методы защиты

Электрохимическая защита металлов от коррозии достигается следующими способами:

Созданием антикоррозионных сплавов (легированием).
Увеличением чистоты индивидуального металла.
Нанесением на поверхность различных защитных покрытий.

Эти покрытия в свою очередь бывают:

Неметаллическими (краски, лаки, смазочные материалы, эмали).
Металлическими (анодные и катодные покрытия).
Образованными специальной обработкой поверхностей (пассивация железа в концентрированных серной или азотной кислотах; железа, никеля, кобальта, магния в растворах щелочей; образование оксидной пленки, например, на алюминии).

Металлическое защитное покрытие

Наиболее интересной и перспективной является электрохимическая защита от коррозии другим видом металла. По характеру защитного воздействия металлизированные покрытия подразделяют на анодные и катодные. Остановимся на этом моменте более подробно.

Анодным называется покрытие, образованное более активным (менее благородным) металлом, чем тот, что защищают. То есть осуществляется защита элементом, который стоит в ряду напряжений до основного материала (например, покрытие железа цинком или кадмием).

При местных разрушениях защитного слоя корродировать будет менее благородный металл-покрытие. В зоне царапин и трещин образовывается локальный гальванический элемент, катодом в котором является ограждаемый металл, а анодом – покрытие, которое окисляется. Целостность такой защитной пленки значения не имеет.

Однако чем она толще, тем медленнее будет развиваться электрохимическая коррозия, дольше будет длиться полезный эффект.

Катодным называется покрытие металлом с большим потенциалом, который в ряду напряжений стоит после защищаемого материала (например, напыление низколегированных сталей медью, оловом, никелем, серебром). Покрытие должно быть сплошным, так как при его повреждении образовываются локальные гальванические элементы, в которых основной металл будет анодом, а защитный слой – катодом.

Как уберечь металл от окисления

Электрохимическая защита от коррозии подразделяется на два типа: протекторную и катодную. Протекторная аналогична анодному покрытию. К материалу, который нужно защитить, присоединяют большую пластину более активного сплава.

Образуется гальванический элемент, основной металл в котором служит катодом, а протектор – анодом (он корродирует). Обычно для этого типа защиты применяют цинк, алюминий или сплавы на основе магния.

Протектор постепенно растворяется, поэтому его нужно периодически заменять.

Много неприятностей в коммунальном хозяйстве и в промышленности в целом доставляет электрохимическая коррозия трубопроводов. В борьбе с ней наиболее подходит метод катодной поляризации.

Для этого металлическая конструкция, которая защищается от разрушительных процессов окисления, подключается к отрицательному полюсу какого-либо внешнего источника постоянного тока (она после этого становится катодом, при этом возрастает скорость выделения водорода, а скорость коррозии снижается), а к положительному полюсу присоединяют малоценный металл.

Источник: https://xn----8sbna6aihebzq3cl.xn--p1ai/sposoby-borby-s-korroziej/metody-zashhity-ot-elektrohimicheskoj-korrozii.html

Электрохимическая коррозия металлов примеры

Электрохимическая коррозия металлов. Что это такое, точно знают далеко не все, хотя печальные последствия её проявления, встречаются в нашей обыденной жизни, практически на каждом шагу.

Мы привычно называем её ржавчиной, не особенно вникая в суть процесса. Теоретические формулировки, объясняющие механизм возникновения и действия электрохимической коррозии, по причине невидимости протекающих процессов, остаются за гранью нашего восприятия реальности.

Конечно, к этому явлению (и не только), можно относится и так, воспринимая корродирование (разрушение металла), как неизбежность, но можно поступить и по-другому, понять суть происходящего и если не изменить то хотя бы предсказать конечный результат.

Почему железо ржавеет

Всем известно, что металл (железо и не только) во влажной среде ржавеет т. е. слой за слоем разрушается, постепенно истончается и в конечном итоге превращается в бесполезный продут окисления, буренький порошок Fe2O3.

Покажу это на примере стали. В её составе есть кристаллиты феррита (железа) и цементита (карбида железа). Потенциал феррита меньше потенциала кристаллитов цементита, поэтому в этой связке железо будет анодом, а карбид железа катодом. Образующиеся в результате электрохимической коррозии ионы соединяются в нерастворимый гидроксид Fe(OH)2, который при высыхании становится обыкновенной ржавчиной.

Выражаясь околонаучным языком, речь идёт об окислительно-восстановительном процессе, при котором на поверхности металла самопроизвольно, за счёт разности потенциалов образуется участки, точки гальванических пар, в которых положительно заряженные участки, аноды отдают свои электроны катодам, отрицательно заряженным участкам, на которых происходит обратный процесс, восстановление.

Это, общее описание механизма возникновения и протекания электрохимической коррозии, на самом деле, в зависимости от окружающих условий, процесс корродирования в каждом конкретном случае имеет свои особенности. Приведу типичные примеры.

Коррозия при неравномерной аэрации поверхности металла

Если на углеродистый сплав железа нанести каплю обыкновенной питьевой воды то через некоторое время по краям капли явственно проступит видимый кружочек ржавчины, а металл который находится под каплей останется чистым, но пройдёт ещё какое-то время и на том металле, который под каплей, станут видны небольшие язвочки.

Исходя из этих наблюдений можно сделать вывод, что катодный участок восстановления находится на периферии капли, потому что в этом месте более доступен приток воздуха (кислорода), а анод расположен в центре капли, где кислорода меньше.

Как ржавеет забитый в стену гвоздь

Именно поэтому забитый в стену гвоздь под воздействием коррозии истончится прежде всего в стене, там, где доступ воздуха затруднён, но и это утверждение не совсем верно. Вначале разрушается тот участок металла, который находится как бы в пограничном состоянии, уже не на поверхности, но и не слишком глубоко в стене.

Объясняется это тем, что в первую очередь мигрируют электроны расположенные в непосредственной близости от катода. До кристаллов металла, находящегося глубоко в стене просто не успевает дойти очередь.

Коррозия при непосредственном контакте различных металлов

Если две пластины из различных металлов наложить друг на друга и достаточно плотно прижать, а для ускорения процесса поместить их во влажную среду то спустя некоторое время, можно заметить, что одна из пластин начала корродировать, т. е. она оказалась анодом и начала разрушаться.

Какая именно из пластин окажется анодом, зависит от потенциала металла. Например, в паре медь железо, анодом окажется железо, потому что потенциал железа (–0,44) меньше потенциала меди (+0,34).

Кстати, невольно спровоцировать возникновение коррозии можно наложив пластину на пластину, даже из одного и то же металла. Правда, в это случае, будут задейственными совсем другие процессы. В зависимости от конкретных обстоятельств, это может быть, щелевая или межкристаллитная коррозия, но результат (разрушение) будет тот же.

Коррозия под воздействием блуждающих токов

Вот пример такой коррозии, яркий и с точки зрения электрика, даже отчасти драматический, функционирование системы заземления по системе ТТ. Хотя в этом случае преднамеренно создаются благоприятные условия для стекания заряда на землю, по сути, это ничего не меняет. Место ввода всегда катод, место выхода, анод т. е. этот тот участок металла, который разрушается наиболее интенсивно.

Судите сами, 1 А ежедневно стекающего тока за год съедает около 10% массы конструкции заземления контактирующей с землёй.

У коррозии под воздействием блуждающих токов есть одна отличительная черта, которая выделяет её из всех коррозионных процессов. Объёмность и интенсивность разрушения. Процессы протекают настолько масштабно и бурно, что для устранения их последствий понадобится немало времени и материальных вложений.

Влияние воды на образование ржавчины

Хотя атомы молекулы воды и не участвуют в ионном обмене отдельных участков металла, но её присутствие в том или ином виде, является обязательным условием для возникновения электрохимической коррозии. Ведь даже химически чистая вода, пусть слабый, но электролит, среда, проводящая электрический ток.

При какой относительной влажности воздуха начинается процесс коррозии

Критичной считается относительная влажность воздуха от 75%, но это вовсе не значит что при меньшей влажности протекание корродирования невозможно, а только то, что при такой влажности воздуха толщина жидкостной пленки на металле достигает оптимального размера для возникновения и протекания электрохимической коррозии.

Источник: https://masterkvartira.ru/jelektrohimicheskaja-korrozija-metallov-primery.html

Электрохимическая коррозия и защита от нее :

Учеными различается коррозия металлов химическая и электрохимическая.

Обработка агрессивной среды

Этот метод является эффективным, когда электрохимическая коррозия железа протекает в небольшом объеме токопроводящей жидкости. Справиться с разрушительными процессами в этом случае можно двумя способами:

Удалением из жидкости кислорода (деаэрация) в результате продувки инертным газом.
Введением в среду ингибиторов – так называемых замедлителей коррозии. Например, в случае если поверхность разрушается в результате окисления кислородом, добавляют органические вещества, молекулы которых содержат определенные аминокислоты (имино-, тио- и другие группы). Они хорошо адсорбируются на поверхности металла и существенно снижают скорость электрохимических реакций, приводящих к разрушениям поверхностного контактного слоя.

Вывод

Безусловно, коррозия химическая и электрохимическая приносит значительный ущерб и в промышленности, и в быту. Если бы металл не корродировал, срок службы многих предметов, деталей, агрегатов, механизмов значительно увеличился бы.

Сейчас ученые активно разрабатывают альтернативные материалы, способные заменить металл, не уступающие по эксплуатационным характеристикам, однако полностью отказаться от его применения в ближайшей перспективе, наверное, невозможно.

В этом случае на передний план выходят передовые методы защиты металлических поверхностей от коррозии.

Источник: https://www.syl.ru/article/174339/new_elektrohimicheskaya-korroziya-i-zaschita-ot-nee