Способы защиты металла от коррозии и появления ржавчины

Для
защиты металлов от коррозии применяются
различные способы, которые условно
можно разделить на следующие основные
направления: легирование металлов;
защитные покрытия (металлические,
неметаллические); электрохимическая
защита; изменение свойств коррозионной
среды; рациональное конструирование
изделий.

Легирование
металлов.

Это эффективный метод повышения
коррозионной стойкости металлов. При
легировании в состав сплава или металла
вводят легирующие элементы (хром, никель,
молибден и др.), вызывающие пассивность
металла. Пассивацией

называют процесс перехода металла или
сплава в состояние его повышенной
коррозионной устойчивости, вызванное
торможением анодного процесса. Пассивное
состояние металла объясняется образованием
на его поверхности совершенной по
структуре оксидной пленки (оксидная
пленка обладает защитными свойствами
при условии максимального сходства
кристаллических решеток металла и
образующегося оксида)
.

Широкое
применение нашло легирование для защиты
от газовой коррозии. Легированию
подвергаются железо, алюминий, медь,
магний, цинк, а также сплавы на их основе.
В результате чего получаются сплавы с
более высокой коррозионной стойкостью,
чем сами металлы. Эти сплавы обладают
одновременно жаростойкостью
и жаропрочностью.

Жаростойкость
– стойкость по отношению к газовой
коррозии при высоких температурах.
Жаропрочность
– свойства конструкционного материала
сохранять высокую механическую прочность
при значительном повышении температуры.
Жаростойкость обычно обеспечивается
легированием металлов и сплавов,
например, стали хромом, алюминием и
кремнием. Эти элементы при высоких
температурах окисляются энергичнее,
чем железо, и образуют при этом плотные
защитные пленки оксидов, например Al2O3
и Cr2O3
.

Легирование
также используется с целью снижения
скорости электрохимической коррозии,
особенно коррозии с выделением водорода.
К коррозионностойким сплавам, например,
относятся нержавеющие стали, в которых
легирующими компонентами служат хром,
никель и другие металлы.

Защитные
покрытия.
Слои,
искусственно создаваемые на поверхности
металлических изделий для защиты их
коррозии, называются защитными
покрытиями.

Нанесение защитных покрытий – самый
распространенный метод борьбы с
коррозией. Защитные покрытия не только
предохраняют изделия от коррозии, но и
придают поверхностям ряд ценных
физико-химических свойств (износостойкость,
электрическую проводимость и др.)
. Они
подразделяются на металлические и
неметаллические. Общими требованиями
для всех видов защитных покрытий являются
высокая адгезионная способность,
сплошность и стойкость в агрессивной
среде
.

Металлические
покрытия.

Металлические покрытия занимают особое
положение, так как их действие имеет
двойственный характер. До тех пор, пока
целостность слоя покрытия не нарушена,
его защитное действие сводится к изоляции
поверхности защищаемого металла от
окружающей среды
. Это не отличается от
действия любого механического защитного
слоя (окраска, оксидная пленка и т.д.).
Металлические покрытия должны быть
непроницаемы для коррозионных агентов.

При
повреждении покрытия (или наличии пор)
образуется гальванический элемент.
Характер коррозионного разрушения
основного металла определяется
электрохимическими характеристиками
обоих металлов. Защитные антикоррозионные
покрытия могут быть катодными
и анодными.
К катодным
покрытиям
относятся
покрытия, потенциалы которых в данной
среде имеют более положительное значение,
чем потенциал основного металла. Анодные
покрытия

имеют наиболее отрицательный потенциал,
чем потенциал основного металла.

Так,
например, по отношению к железу никелевое
покрытие является катодным, а цинковое
– анодным (рис. 2.).

При
повреждении никелевого покрытия (рис.
2,а) на анодных участках происходит
процесс окисления железа вследствие
возникновения микрокоррозионных
гальванических элементов. На катодных
участках — восстановление водорода.
Следовательно, катодные покрытия могут
защищать металл от коррозии лишь при
отсутствии пор и повреждения покрытия.

Местное
повреждение защитного цинкового слоя
ведет к дальнейшему его разрушению, при
этом поверхность железа защищена от
коррозии. На анодных участках происходит
процесс окисления цинка
. На катодных
участках — восстановление водорода
(рис
. 2,б).

Электродные
потенциалы металлов зависят от состава
растворов, поэтому при изменении состава
раствора может меняться и характер
покрытия.

Для
получения металлических защитных
покрытий применяются различные способы:
электрохимический(гальванические
покрытия);погружение в расплавленный
металл
(горячее цинкование, лужение);металлизация(нанесение расплавленного
металла на защищаемую поверхность с
помощью струи сжатого воздуха);химический(получение металлических покрытий с
помощью восстановителей, например
гидразина).

Рис.
2. Коррозия железа в кислотном растворе
с катодным (а) и анодным (б) покрытиями:
1 – основной металл; 2 – покрытие; 3 –
раствор электролита.

Материалами
для металлических защитных покрытий
могут быть как чистые металлы (цинк,
кадмий, алюминий, никель, медь, хром,
серебро и др.), так и их сплавы (бронза,
латунь и др.).

Неметаллические
защитные покрытия.

Они могут быть как неорганическими, так
и органическими. Защитное действие этих
покрытий сводится в основном к изоляции
металла от окружающей среды.

В
качестве неорганических покрытий
применяют неорганические эмали, оксиды
металлов, соединение хрома, фосфора и
др. К органическим относятся лакокрасочные
покрытия, покрытия смолами, пластмассами,
полимерными пленками, резиной.

Неорганические
эмали

по своему составу являются силикатами,
т.е. соединениями кремния. К основным
недостаткам таких покрытий относятся
хрупкость и растрескивание при тепловых
и механических ударах.

Лакокрасочные
покрытия

наиболее распространены. Лакокрасочное
покрытие должно быть сплошным, газо -и
водонепроницаемым, химически стойким,
эластичным, обладать высоким сцеплением
с материалом, механической прочностью
и твердостью
.

Химические
способы

очень разнообразны. К ним относится,
например, обработка поверхности металла
веществами, вступающими с ним в химическую
реакцию и образующими на его поверхности
пленку устойчивого химического
соединения, в формировании которой
принимает участие сам защищаемый
металл
. К числу таких способов относится
оксидирование,
фосфатирование,
сульфи-дирование
и
др.

Оксидирование

— процесс образования оксидных пленок
на поверхности металлических изделий.

Современный
метод оксидирования – химическая и
электрохимическая обработка деталей
в щелочных растворах.

Для
железа и его сплавов наиболее часто
используется щелочное оксидирование
в растворе, содержащем NaOH, NaNO3,
NaNO2
при температуре 135-140ОС.
Оксидирование черных металлов называется
воронением.

На
анодных участках происходит процесс
окисления:

Fe


Fe2+
+ 2

На
катодных участках происходит процесс
восстановления:

2
Н2О
+ О2
+ 4

4ОН-

На
поверхности металла в результате работы
микрогальванических элементов
образуется Fe(OH)2,
который затем окисляется в Fe3O4.
Оксидная пленка на малоуглеродистой
стали имеет глубокий черный цвет, а на
высокоуглеродистой стали – черный с
сероватым оттенком.

Fe2+
+ 2OH-Fe(OH)2;

12
Fe(OH)2
+
NaNO34Fe3O4
+ NaOH + 10 H2O
+ NH3

Противокоррозионные
свойства поверхностной пленки оксидов
невысоки, поэтому область применения
этого метода ограничена. Основное
назначение – декоративная отделка.
Воронение используется в том случае,
когда необходимо сохранить исходные
размеры, так как оксидная пленка
составляет всего 1,0 – 1,5 микрона.

Фосфатирование
— метод получения фосфатных пленок на
изделиях из цветных и черных металлов.
Для фосфатирования металлическое
изделие погружают в растворы фосфорной
кислоты и ее кислых солей (H3PO4
+ Mn(H2PO4)2)
при температуре 96-98 оС.

На
поверхности металла в результате работы
микрогальванических элементов
образуется фосфатная пленка, которая
имеют сложный химический состав и
содержит малорастворимые гидраты двух-
и трех замещенных фосфатов марганца и
железа: MnHPO4
,
Mn3(PO4)2
, FeHPO4
,
Fe3(PO4)2

n
H2O.

На
анодных участках происходит процесс
окисления:

Fe


Fe2+
+ 2

На
катодных участках происходит процесс
восстановления водорода:

2Н++
2

Н2(рН
< 7)

При
взаимодействии ионов Fe2+
с
анионами ортофосфорной кислоты и ее
кислых солей образуются фосфатные
пленки:

Fe2+
+ H2PO-4FeHPO4
+ H+

3Fe2+
+ 2 PO43-Fe3(PO4)2

Образующаяся
фосфатная пленка химически связана с
металлом и состоит из сросшихся между
собой кристаллов, разделенных порами
ультрамикроскопических размеров.
Фосфатные пленки обладают хорошей
адгезией, имеют развитую шероховатую
поверхность. Они являются хорошим
грунтом для нанесения лакокрасочных
покрытий и пропитывающих смазок.
Фосфатные покрытия применяются в
основном для защиты металлов от коррозии
в закрытых помещениях, а также как метод
подготовки поверхности к последующей
окраске или покрытию лаком. Недостатком
фосфатных пленок является низкая
прочность и эластичность, высокая
хрупкость.

Анодирование

это процесс образования оксидных пленок
на поверхности металла и прежде всего
алюминия. В обычных условиях на
поверхности алюминия присутствует
тонкая оксидная пленка оксидов Al2O3
или
Al2O3

nH2O,
которая не может защитить его от коррозии.
Под воздействием окружающей среды
алюминий покрывается слоем продуктов
коррозии
. Процесс искусственного
образования оксидных пленок может быть
осуществлен химическим и электрохимическим
способами
. При электрохимическом
оксидировании алюминия алюминиевое
изделие играет роль анода электролизера.
Электролитом служит раствор серной,
ортофосфорной, хромовой, борной или
щавелевой кислот, катодом может быть
металл, не взаимодействующий с раствором
электролита, например нержавеющая
сталь. На катоде выделяется водород,
на аноде происходит образование оксида
алюминия
. Суммарный процесс на аноде
можно представить следующим уравнением:

2
Al
+ 3 H2O


Al2O3
+ 6 H+

+ 6

Интенсивное развитие производства стали, как правило, предполагает поиск новых средств и способов, которые позволяли бы предотвращать разрушение изделий из металла. Создание инновационных методик, связанных с защитой от коррозии, — это постоянный процесс. Изделия, сделанные практически из любого металла, могут терять свою работоспособность из-за воздействия химических и физических факторов извне. Последствия этого можно увидеть в виде ржавчины.

Разновидности коррозии

Перед тем как защитить металл от ржавчины, следует узнать о существующих видах. Способ обеспечения антикоррозийной защиты находится в прямой зависимости от условий применения деталей. Потому принято выделять следующие типы:

  • коррозия, которая связана с явлениями атмосферного характера;
  • разрушение структуры металла в воде из-за наличия в ней солей и бактерий;
  • деструктивные процессы, происходящие в грунте (почвенная коррозия).

Способы антикоррозионной защиты при этом должны подбираться в индивидуальном порядке, руководствуясь тем, в каких условиях будет эксплуатироваться изделие из металла.

Что касается типов поражения конструкций, то они могут быть следующими:

  • ржавчина находится на всей поверхности изделия отдельными участками или сплошным покрытием;
  • имеет вид пятен и проникает вглубь элемента;
  • разрушает молекулы металла, приводя к трещинам;
  • масштабное ржавление, при котором разрушается не только поверхность, но и более глубокие слои.

Типы разрушения бывают и комбинированными. В некоторых ситуациях их очень сложно определить на глаз, особенно при точечном ржавлении.

Принято выделять химическую коррозию. При контакте с нефтяными продуктами, спиртами и иными агрессивными веществам происходит особая реакция, которая сопровождается высокой температурой и выделениями газа.

При электрохимической коррозии поверхность металлического сплава соприкасается с водой (электролитом). При этом осуществляется диффузия материала. Электролит обуславливает появление электротока, а электроны металла замещаются и приходят в движение, в результате чего возникает ржавчина.

Обеспечение защиты от коррозии и выплавка стальных изделий — две взаимосвязанные вещи. Коррозия причиняет существенный ущерб постройкам хозяйственного или промышленного назначения. Кроме того, этот процесс может привести к катастрофе, если говорить, например, об опорах электропередач, мостах, заграждениях и т. д.

Защита от коррозии в промышленности и быту

Необходимо обеспечить металлу надежную защиту от коррозии. Все условия, когда требуется защита металлов от коррозии, кратко можно поделить на промышленные и бытовые.

В промышленности существует несколько вариантов антикоррозийной защиты:

  1. Пассивация. В процессе производства в сталь добавляются другие металлические сплавы (молибден, никель, ниобий). Эти материалы характеризуются отличными эксплуатационными свойствами и высокой стойкостью к агрессивным воздействиям. Эти разновидности стали принято называть легированными.
  2. Нанесение на поверхность стали каких-то других металлов. При этом на изделии образуется защитное покрытие. Зачастую для данной цели применяется алюминий, кобальт и хром.
  3. Применение специальных протекторов и анодов. При контакте детали с водой происходит разрушение протектора, который образует защитное покрытие. Такая методика часто используется в производстве деталей для морских буровых установок и судов.

Промышленные способы обеспечения антикоррозийной защиты очень разнообразны. К ним относится и покрытие специальной стекловолоконной эмалью, и химическая защита, и многие другие.

Антикоррозийная защита материала в домашних условиях подразумевает применение ЛКМ-покрытий и химических средств. Свойства защитного плана обеспечивают сочетанием разных элементов: смол на основе силикона, ингибиторов, полимеров, металлической стружки и пудры.

Следует отметить, что перед окрашиванием детали, ее нужно обработать специальным преобразователем коррозии или грунтовкой, иначе ее эксплуатационные свойства будут быстро уменьшаться.

Сегодня в продаже встречается несколько разновидностей преобразователей ржавчины:

  1. Средства-грунтовки. Характеризуются высокой адгезией с металлическими поверхностями, способствуют выравниванию покрытия перед покраской. Во многих грунтовках содержатся ингибиторы, тормозящие коррозийные процессы. Кроме того, заблаговременное нанесение слоя грунтовки позволяет сэкономить на окрашивании.
  2. Химические препараты. Преобразуют окись железа в более безопасные вещества, которым не страшна коррозия. Такие средства называются стабилизаторами.
  3. Составы, преобразующие ржавчину в обычные соли.
  4. Масла и смолы, уплотняющие и связывающие ржавчину, обеспечивая ее нейтрализацию.

Специалисты советуют подбирать краску и грунтовку какого-то одного производителя, чтобы их химический состав не имел особых отличий.

Краски для покрытия металлических изделий

Краски, предназначенные для обработки металлических поверхностей, бывают обычными и термостойкими. В большинстве случаев применяются три типа составов: эпоксидные, акриловые и алкидные. Есть и специальные краски антикоррозийного типа, которые обладают следующими достоинствами:

  • эффективно защищают покрытие от атмосферных воздействий и перепадов температур;
  • с легкостью наносятся валиком, кисточкой или распылителем;
  • многие из них являются быстросохнущими;
  • обладают широким выбором расцветок;
  • отличаются долговечностью.

Что касается самых недорогих и доступных средств, то тут следует обратить внимание на обыкновенную серебрянку. В составе этого покрытия есть алюминиевая пудра, образующая защитную пленку на обработанном им изделии.

Этапы работ по борьбе с коррозией в быту

Методы борьбы с коррозией металлов предполагают определенную последовательность. Следует перечислить основные этапы этой работы:

  1. Перед тем как наносить преобразователь или грунтовую смесь, поверхность необходимо полностью очистить от маслянистых пятен, следов коррозии и различного рода загрязнений. Для этих мер можно воспользоваться болгаркой или щетками с металлическим ворсом.
  2. После этого можно приступать к нанесению слоя грунтовки, которая затем должна впитаться и как следует просохнуть.
  3. Далее на поверхность наносится пара слоев. Перед тем как наносить второй слой, нужно дождаться полного высыхания первого. В процессе работы обязательно нужно пользоваться защитными очками, перчатками и специальным респиратором, так как все применяемые вещества и составы являются токсичными.

Антикоррозийная защита металлических сплавов — очень непростой процесс. В промышленности он начинается на стадии расплавления стали. Производители ЛКМ-покрытий занимаются совершенствованием своей продукции, увеличивая ее долговечность и стойкость.

Содержание

Металлические изделия окружают нас в повседневной жизни. Однако металл активно взаимодействует с окружающей средой и со временем покрывается слоем ржавчины. Этот процесс называется коррозия.

Ученые считают, что от коррозии ежегодно приходит в полную негодность около 10% от общего количества производимого металла, что в цифрах равняется годовому объему продукции крупного металлургического комбината.

Как и почему возникает ржавчина?

Для незащищенного металла практически все среды, в которых он находится, являются агрессивными. Поэтому его поверхность подвергается химическим реакциям. В результате этих реакций появляется ржавчина, и металл теряет как внешний вид, так и прочностные характеристики.

Металл прослужит дольше. Воронение | Metal. Broom

Каксделать#Металл#Коррозия#Масло Простой и надёжный способ защиты металла от коррозии. +++++++++++++++++++++++++++++++++…

Типичный пример ржавления металла мы видим в повседневной жизни. Ржавчиной покрываются металлические лестницы, перила балконных и мостовых ограждений, металлические заборы. Также, коррозии подвергаются и металлы, которые работают в условиях высоких температур – арматура плавильных печей, детали двигателей, лопасти турбин.

Не менее подвержены коррозии металлы, соприкасающиеся с жидкостями — спиртом, водой, нефтью, мазутом.

Электрохимическая коррозия металла в воде наступает вследствие реакции с растворенным в ней кислородом.

Из всего вышесказанного возникает вопрос, а чем покрыть металл от коррозии и тем самым продлить срок его эксплуатации?

Защита от ржавчины.

Защитить металл от коррозии можно. Для этого любое металлическое изделие следует покрыть защитной пленкой, которая будет различаться от структуры и химического состава металла. Существует много способов защиты металла от коррозии.

В быту есть понятие «изделие из нержавейки». Это значит, что используется легированная сталь. Как покрасить лакированную мебель в белый цвет в домашних условиях?

Долгое время нечувствительными к атмосферной коррозии могут оставаться легированные стали с добавлением хрома, меди, которые используют в строительстве. Чем меньше содержание примесей в стали и выше ее однородность, тем менее она подвержена коррозии.

Защитные покрытия, наносимые промышленным способом.

Защитное покрытие выполняется чаще всего в виде пленки (металлической, оксидной, лакокрасочной).

Для создания металлической защитной пленки используют метод гальванизации, нанесения металлов горячим способом или металлизации. Для этого металлическое изделие погружается в емкость с расплавленным защитным материалом (олово, свинец, цинк) с такой температурой, при которой защищаемый металл не плавится. Преимуществом метода металлизации является возможность покрыть защитным слоем уже готовые собранные изделия.

Защитное покрытие также наносят методом диффузии в основной металл другого — алюминия (алитирование или алюминирование), кремния (силицирование), хрома (хромирование), а также создания биметалла способом плакирования.

Еще один способ защиты от коррозии — оксидирование. Поскольку на металле присутствует естественная оксидная пленка, ее делают более прочной, обрабатывая окислителем (растворами кислот или их солей). Одним из видов нанесения такой пленки горячим способом является «воронение» стали.

Также горячим способом выполняется фосфатирование металла (погружение в горячий раствор кислых фосфатов железа или марганца).

Сантехнические изделия (ванны, раковины) покрываются защитным лакокрасочным слоем (эмалируются) в промышленных условиях при очень высоких температурах (до 800°С).

Для защиты металлов во время транспортировки или для хранения металлических конструкций на складах используют жидкие масла или ингибиторы.

Защитные покрытия, применяемые в быту.

Как уже упоминалось ранее, антикоррозионной защиты требуют и обычные металлические изделия, окружающие нас в повседневном быту. В каждой квартире, а тем более в частном доме, имеется большое количество металлических деталей – балконные ограждения, заборы, решетки, гаражи, садовая техника, радиаторы, трубы холодной и горячей воды, садовые скамейки, которые покрываются со временем ржавчиной.

Доступным способом их защиты является нанесение вручную антикоррозионного покрытия в виде грунтовки или краски по ржавчине. Эти покрытия имеют специальный состав, содержащий ингибиторы и различные добавки, что позволяет наносить их непосредственно на слой ржавчины, предварительно не зачищая металл.

В состав грунтовки, например, входит преобразователь ржавчины и антикоррозионный грунт. Это очень эффективное средство, которое часто используют как самостоятельное покрытие. Такой грунт надежно будет защищать покрытую поверхность от различных атмосферных проявлений (град, снег, дождь, солнце).

Антикоррозионная краска отличается от грунта тем, что в ее состав дополнительно включен такой компонент как износостойкая эмаль, что обеспечивает очень быстрое высыхание краски на воздухе. Ее достоинство в том, что она наносится на любую поверхность (с остатками предыдущей краски, покрытую ржавчиной) из стали, чугуна, железа или железобетона. Нанесение слоя такой краски продлевает, как минимум вдвое, срок службы металлических изделий.

Из всего вышесказанного видно, что существует много различных способов, чем покрыть металл от коррозии. И в зависимости от вида покрываемого металла не составит труда выбрать нужный и эффективный, который защитит металл от ржавчины.

Дополнительная информация:

Антикоррозийная защита материала в домашних условиях подразумевает применение ЛКМ-покрытий и химических средств. Свойства защитного плана обеспечивают сочетанием разных элементов: смол на основе силикона, ингибиторов, полимеров, металлической стружки и пудры.

Коррозия представляет собой процесс, сопровождающийся разрушением поверхностных слоев конструкций из стали и чугуна, возникающий в результате электрохимического и химического воздействия. Негативным следствием этого становится серьезная порча металла, его разъедание, что не позволяет использовать его по назначению.

В каждом доме, среди домашней утвари, предметов интерьера имеются материалы, инструменты или детали, сделанные из металла. Они практичны, износостойки, но рано или поздно подвергаются коррозии. Как предотвратить этот процесс?

Чем обработать металл, чтобы он не ржавел?

Пленки образуются из лакокрасочных материалов, пластмассы и смолы. Лакокрасочные покрытия недороги и удобны в нанесении. Ими покрывают изделие в несколько слоев.

Термическое воронение стали в домашних условиях? Под краску наносят слой грунта, улучшающего сцепление с поверхностью и позволяющего экономить более дорогую краску. Служат такие покрытия от 5 до 10 лет.

В качестве грунта иногда применяют смесь фосфатов марганца и железа.

Для эффективной защиты от коррозии, необходимо обеспечить взаимодействие двух металлов: железа и цинка. Лишь в этом случае (да и то с ограничениями) возникает электрохимический контакт пары металлов, в котором в первую очередь разрушению (коррозии) подвергается цинк, тем самым предохраняя железо (протекторное действие). Так называемые цинкнаполненные краски представляют собой лишь обычную краску, в которую добавлена цинковая пудра.

Такое покрытие не обеспечит электрохимического взаимодействия железа и цинка, потому как сама краска является диэлектриком.

Следы легкого окисления, неглубокий налет коррозии, воронение и пр. следы химического окрашивания металла (намеренноно и непреднамеренного) легко и бысто удаляет автополироль. Берите наименее абразивную и не жадничайте — импортную (США, германия и пр.) Небольшой баночки (например, на основе масла Карнаубы) хватит на очень продолжительное время, а если есть машина то остатки тем более не пропадут. (Александр Марьянко)

Коррозионное разрушение – это явление, которое видел каждый. Чем быстро снять краску с дерева в домашних условиях? Образование ржавчины на металлической поверхности лишь один из признаков.

Коррозионный процесс вызывает разъедание материала под воздействием факторов окружающей среды. Как правило, речь идет о влаге. Вода окисляет металл, провоцируя его последующее разрушение.

Не, просто воронение слабо защищает от ржавчины. Консервационная смазка, оружейная — это да.
Из практического опыта — у меня воздушка (несмазанная, ну так получилось, вовремя не законсервировал) провалялась в гараже месяца 2 без дела, и за это время вороненый ствол успел покрыться мелкими «цяточками» ржавчины
. Так что смазка — обязательно!

Процесс коррозии имеет четыре главных элемента: это катод (электрод с катодной реакцией), атод (электрод с анодной реакцией), металл (проводник электронов) и проводник ионов (жидкость, проводящая электрический ток). Катод и анод соприкасаются с проводниками ионов, в которых далее возникает электродное напряжение. При соприкосновении электродов (катод и анод) возникает коррозийная реакция из-за разности электродных потенциалов. В результате образуется коррозийная пара, в которой анод начинает разъедать металл.

Таким образом, все меры по защите металла направлены на то, чтобы исключить образование коррозийных пар или же замедлить их развитие.