1. Убедитесь, что металл, с которым вы работаете, ржавеет. Ржавеют только металлы, содержащие железо, а некоторые сплавы железа ржавеют медленно или вовсе не ржавеют. Нержавеющую сталь, сплав железа и хрома очень трудно заржавить. Чугун или кованое железо ржавеют лучше.
2. Налейте немного хлористоводородной кислоты в пластиковую бутылку. Раствор хлороводородной кислоты в низких концентрациях широкодоступен в хозяйственных магазинах и обычно называется соляной кислотой. Осторожно налейте около 60 мл кислоты в прочный пластиковый флакон. При этом необходимо использовать резиновые перчатки и защитные очки.
3. Растворите небольшое количество меди в соляной кислоте. Растворив медь в кислоте, вы получите раствор, который ускорит процесс ржавления. Легче всего растворить медь в кислоте, свернув короткий отрезок медного провода в катушку и погрузив его в кислоту на период около одной недели.
Когда вы погрузили медь в кислоту, не закрывайте бутылку плотно. Газы, выделяемые в ходе химической реакции, создают давление внутри бутылки. Кроме того, убедитесь, что четко обозначили бутылку и храните ее в недоступном для детей и домашних животных месте.
Также можно использовать медные монеты. Убедитесь, что монета содержит медь в достаточном количестве. Например, монеты США, выпущенные после 1982 года, содержат только 2,5 процента меди. Однако, пенни, сделанные до 1982 года, состоят из меди на 95 процентов.
4. Разведите раствор кислоты и меди с водой. После того, как немного меди растворилось в кислоте, используя защитные перчатки, осторожно удалите медь из раствора. Когда вы достали медь из раствора, можете ее выбросить. Разведите кислоту с водой в соотношении примерно 1 часть кислоты к 50 частям воды. Если вы использовали 60 мл соляной кислоты, вы должны разбавить ее с 3,8 л воды.
5. Тщательно очистите сталь или железо. Раствор кислоты и меди лучше работает, если металл будет очень чистым. Существуют доступные на рынке продукты, предназначенные для очистки метала от окалины или коррозии, однако, как правило, вполне достаточно вымыть металл водой с мылом.
6. Нанесите раствор кислоты. Нанесите тонкий слой раствора на поверхность металла и дайте ему высохнуть на воздухе. Кислоту можно наносить распылителем или кистью для краски, однако она быстро разъест любые металлические части распылителя. Используйте защитные перчатки и защитные очки при применении раствора кислоты и работайте в хорошо проветриваемом помещении, предпочтительно на открытом воздухе.
7. Дайте металлу заржаветь. В течение часа вы должны увидеть на металле заметную ржавчину. Не нужно вытирать или смывать раствор кислоты, он выветрится естественным путем. Если вы хотите получить более толстый слой ржавчины, нанесите раствор кислоты еще один раз.
8. Готово.
Метод 2 из 4: Уксус и отбеливатель
1. Убедитесь, что ваш металл непокрыт грунтовкой или герметиком. Этот метод лучше всего работает для оловянных или железных изделий. После того как вы осмотрели изделие, смешайте в большой пластиковый емкости одну часть уксуса с двумя частями хлорной извести. Количество ингредиентов, которые вы используете, зависит от размера предмета, который вы собираетесь заржавить.
2. Поместите металл в емкость. Убедитесь, что он полностью погружен, если не хотите чтобы заржавела только часть металла. Держите его в растворе около тридцати минут. За это время на металле должен появиться потрескавшийся слой ржавчины.
3. Высушите предмет с помощью бумажного полотенца. Можно воспользоваться и обычным полотенцем, если не боитесь его окрасить. Кстати, если использовать для вытирания бумажные полотенца, то в конце получатся очень симпатичные полотенца с ржавым оттенком. Утилизируйте раствор уксуса и отбеливателя, вылив его в слив.
4. Дождитесь, пока предмет полностью высохнет, прежде чем делать с ним что-либо. Убедитесь, что метал полностью сухой, перед тем, как дотрагиваться до него, чтобы не подвергать вашу кожу контакту с большим количеством хлорки. Когда предмет высохнет, сотрите ржавчину до необходимой степени. Некоторые люди предпочитают толстый слой ржавчины, в то время как другим нравится легкая коррозия на металле.
5. Используйте грунтовку в аэрозоле, чтобы закрепить ржавчину на предмете. Обычно для этого хорошо подходит матовый спрей герметик. Вы можете приобрести такие спреи в местном хозяйственном магазине.
Метод 3 из 4: Перекись и соль
1. Выберите для работы хорошо проветриваемое помещение. Использование перекиси может быть опасным, если слишком много ее вдыхать. Выберите металл. Этот метод подойдет как для железа, так и для олова.
2. Налейте перекись в бутылку с распылителем. С помощью распылителя намного проще нанести перекись на металл. Опрыскайте металл значительным количеством пероксида. Применение большего количества перекиси ускорит процесс ржавления.
3. Посыпьте металл солью. Нужно делать это в то время, когда перекись еще влажная. Процесс ржавления начнется почти сразу же и будет легко заметен. Вы можете использовать больше или меньше соли, в зависимости от того, насколько толстый слой ржавчины хотите получить.
4. Дайте металлу высохнуть на свежем воздухе. В отличие от использования раствора отбеливателя и уксуса, металл должен высохнуть естественным образом на воздухе. Если вы протрете соль, когда перекись еще влажная, то нарушите процесс ржавления, и ржавчина образует неравномерные пятна на металле. После высыхания сотрите соль и полюбуйтесь вашей работой.
5. Экспериментируйте с этим методом. Только что вы прочитали основы того, как использовать перекись и соль, чтобы заржавить металл, однако при использовании этого метода нет предела совершенству. Сотрите соль, а затем снова распылите перекись на металл. Пробуйте наносить разное количество соли или окунуть металл в воду, как только он высохнет. Вода придаст ржавчине более гладкую структуру.
Метод 4 из 4: Уксус и перекись
1 Защитите рабочую поверхность, если это необходимо.
2 Разложите металлические предметы.
3 Распылите перекись водорода на металл.
4 Сразу же распылите белый уксус на металлические предметы.
5 Дайте металлу заржаветь до конца дня.
Предупреждения
При работе с соляной кислотой, отбеливателем или перекисью всегда соблюдайте осторожность. Даже в низких концентрациях эти химические вещества могут вызвать раздражение кожи или слизистой оболочки.
Что вам понадобится
Раствор кислоты и меди
Железо или его сплав
Резиновые перчатки
Защитные очки
Соляная кислота
Мерная ложка
Пластиковая бутылка
Медный провод
Канистра
Вода
Мыло
Ткань
Распылитель или кисть
Раствор отбеливателя и уксуса
Бытовой отбеливатель
Уксус
Пластиковая емкость для смешивания
Бумажные полотенца
Раствор перекиси и соли
Перекись водорода
Поваренная соль
Распылитель
Как монтажник, вы много работаете со сталью. Сталь – отличный конструкционный материал, однако обладает существенным недостатком: он ржавеет. Есть ли эффективный способ предотвратить коррозию монтажных и крепёжных материалов? Мы бы хотели объяснить вам это.
Все черные металлы, в том числе и нержавеющая сталь, подвержены коррозии. Поэтому неудивительно, что ваши металлические конструкции через определенное время начинают ржаветь, если они не обработаны соответствующим способом.
Коррозия расширяет металл и деформирует монтажные конструкции в долгосрочной перспективе. Кроме того, металлические конструкции могут даже проржаветь до появления дыр. Конечно, вы хотели бы этого избежать.
Взаимодействие воды и кислорода – это начало процесса коррозии. Кислород всегда присутствует в воздухе, поэтому здесь вы ничего не можете сделать. Однако вы можете сделать кое-что в отношении воды. Например, вы можете определить влажность помещения заранее. В помещениях с высокой влажностью материал должен иметь высокую стойкость к коррозии.
Решения, которые предотвращают коррозию, включают в себя использование крепёжных и монтажных материалов из оцинкованной стали, нержавеющей стали или покрытых порошковой краской. Кроме этого, оцинкованные металлы имеют различные уровни коррозионной стойкости. Материалы с малой толщиной цинкового покрытия применяются в сухих помещениях.
Теоретически, разница между различными уровнями коррозионной стойкости очевидна. Однако на практике различные типы покрытий используют как синонимы. Так, термин «оцинкованная сталь» не всегда означает, что материал подходит для вашей ситуации.
Для примера, оцинкованная сталь прекрасно подходит для применения внутри помещений. Но на открытом воздухе такой металл будет быстро ржаветь. Поэтому вам, как монтажнику, важно правильно оценить среду, в которой будет установлена конструкция. Вы должны учитывать не только окружающий воздух и условия среды, но и учесть конструкционный материал, чтобы определить класс коррозии (С1-С5). Это необходимо, чтобы определить толщину цинкового покрытия или тип покрытия для ваших условий.
Если вы хотите быть уверены, что ваши крепёжные и монтажные материалы имеют высокую коррозионную стойкость, то BIS UltraProtect® 1000 — это именно то, что вам нужно. Продукты с покрытием BIS UltraProtect® 1000 легко выдерживают испытание в соляном тумане 1000 часов по ГОСТ 9.401-91. Такие продукты идеально подходят как для конструкций, расположенных на открытом воздухе, так и внутри помещений.
Алюминиевая руда — боксит — состоит из гидроксидов алюминия, оксидов железа и кремния. Внешне она совершенно не похожа на алюминий
Фото Натальи Домриной.
Коррозия в сочетании с ошибками в конструкции привели к разрушению моста через реку Миссисипи в штате Миннесота (США) в августе 2007 года.
Даже к такому простому делу, как мытьё раковины, надо подходить с умом. Обширная питтинговая и язвенная коррозия кухонной мойки из нержавеющей стали вызвана неправильным подбором чистящих средств, которые содержат соединения хлора.
Коррозионное растрескивание нижней части корпуса стало причиной крушения самолёта «Боинг-737» компании «Элоу Эйрлайн» в апреле 1988 года.
‹
›
Давайте вспомним, откуда берётся железо или, например, алюминий. Правильно, их выплавляют из руды — железной, марганцевой, магниевой, алюминиевой и др. Металлы в рудах содержатся в основном в виде оксидов, гидроксидов, карбонатов, сульфидов, то есть в виде химических соединений с кислородом, водой, серой и пр.
В природе в металлическом, или свободном, состоянии в основном можно встретить лишь золото, платину, иногда серебро. Эти металлы устойчивы, то есть не стремятся (или слабо стремятся) образовывать химические соединения. Наверное, по этой причине они получили название благородных.
Что же до подавляющего большинства металлов, то, чтобы они находились в свободном состоянии, их надо восстановить из природных рудных соединений, то есть выплавить. Выходит, выплавляя металл, мы переводим его из устойчивого состояния в неустойчивое. Вот он и стремится вернуться в исходное состояние — окислиться. Это и есть коррозия — естественный для металлов процесс разрушения при взаимодействии с окружающей средой. Частный случай коррозии — ржавление — образование на железе гидроксида железа Fe(ОН)3. Этот процесс может протекать только в присутствии влаги (воды или водяных паров).
Но почему же тогда не рушатся в одночасье мосты, не рассыпаются мгновенно самолёты и автомобили? Да и кастрюльки со сковородками не превращаются на наших глазах в рыжий, чёрный или серый порошок. К счастью, реакции окисления металлов протекают не столь стремительно. Как и любой процесс, они идут с определённой скоростью, порою очень небольшой. Более того, есть много способов замедлить коррозию.
Плечо друга
Вы замечали, что на нержавеющей стали не бывает ржавчины, хотя её основу составляет то же самое железо, которое при окислении (в присутствии воды или водяного пара) превращается в рыжий мохнатый гидроксид. Тут есть одна хитрость: нержавеющая сталь — это сплав железа с другими металлами. Введение в металлические сплавы элементов для придания им тех или иных свойств называется легированием.
Основной легирующий элемент, который добавляют к обычной (углеродистой) стали, чтобы получить нержавеющую, — хром. Этот металл тоже стремится окислиться, что он с успехом и делает гораздо охотнее и быстрее, чем само железо. При этом на поверхности нержавеющей стали быстро образуется плёнка из оксида хрома. В отличие от рыхлой ржавчины компактный тёмный оксид хрома не даёт агрессивным ионам окружающей среды проникать к поверхности металла, то есть оксид попросту прикрывает собой металл, и процесс коррозии прекращается. Такие оксидные плёнки называются защитными. В нержавеющих сталях хрома должно быть строго определённое количество, но не менее 13%. Кроме хрома в нержавеющие стали часто добавляют никель, молибден, ниобий и титан.
Благодаря защитным плёнкам многие металлы неплохо выдерживают воздействие различных сред. Возьмём, к примеру, алюминиевую кастрюльку, в какой кипятят молоко или варят манную кашу. Обычно такая кастрюлька не блестит, подобно хрому или нержавеющей стали, и имеет слегка белёсый цвет. Дело в том, что на алюминии, как и на других металлах, на воздухе всегда образуется белёсая оксидная плёнка (оксид алюминия), которая отлично защищает металл от коррозии. Такие плёнки называются пассивными, а металлы, на которых они самопроизвольно образуются, — пассивирующимися. Если же алюминиевую кастрюльку почистить металлической щёткой, налёт исчезнет и появится металлический блеск. Но очень быстро поверхность вновь покроется плёнкой оксида алюминия и станет белёсой.
Укрощение активных
Перевести металл в пассивное состояние можно принудительным образом. Например, железо помимо незащитных гидроксида железа или же низших оксидов (закиси и закиси-окиси) при определённых условиях образует высший оксид — окись железа (Fe2О3). Этот оксид неплохо защищает металл и его сплавы при высоких температурах на воздухе, он же (одна из его форм) «ответственен», как считают специалисты, за пассивное состояние железных сплавов во многих водных средах.
Устойчивость нержавеющей стали в крепкой серной кислоте связана именно с пассивированием стали в этой весьма агрессивной среде. Если же поместить нержавейку в слабый раствор серной кислоты, сталь начнёт корродировать. Парадокс объясняется просто: крепкая серная кислота обладает сильными окислительными свойствами, благодаря чему на поверхности нержавеющей стали образуется пассивирующая плёнка, а в слабой кислоте не образуется.
В случаях, когда агрессивная среда недостаточно «окислительная», используют специальные химические добавки, помогающие образованию на поверхности металла пассивной плёнки. Такие добавки называют ингибиторами или замедлителями коррозии.
Не все металлы способны образовывать пассивные плёнки, даже принудительно. В этом случае добавление в агрессивную среду ингибитора, напротив, удерживает металл в «восстановительных» условиях, в которых его окисление подавляется (оно энергетически невыгодно).
Жертвоприношение
Искусственно поддерживать металл в «восстановительных» условиях можно и иным способом, ведь не всегда есть возможность добавить ингибитор. Возьмём, к примеру, обычное оцинкованное ведро. Оно сделано из углеродистой стали, а сверху покрыто слоем цинка. Цинк — более активный металл, чем железо, значит, он охотнее вступает в химические реакции. Поэтому цинк не просто механически изолирует стальное ведро от окружающей среды, но и «принимает огонь на себя», то есть корродирует вместо железа.
Похожим способом нередко защищают днища кораблей. Только их не покрывают сплошным слоем цинка, марганца или алюминия — это было бы очень дорого да и сложно, а прикрепляют к днищу солидный кусок более активного металла (протектора). В итоге протектор разрушается, а днище корабля остаётся целым и невредимым.
Для подземных коммуникаций «восстановительные» условия создают с помощью электрохимической защиты: накладывают на защищаемый металл отрицательный (катодный) потенциал от внешнего источника тока, так что на металле прекращается процесс окисления.
Однако зачем нужно столько разных сложных способов защиты металлов? Разве нельзя просто покрасить металл или нанести на него эмаль?
Во-первых, всё покрасить невозможно. А во-вторых… Возьмём для примера эмалированную кастрюлю или автомобиль. Если кастрюля, вырвавшись из рук, с грохотом упадёт на пол и отшибёт себе эмалированный бочок, то под отколовшейся эмалью будет зиять «чёрный глаз», края которого постепенно окрасятся в предательский рыжий цвет — скол покроется ржавчиной. Не лучшая судьба ждёт и автомобиль, если вдруг в его лаковом боку (а чаще на стыке с днищем) образуется небольшая дырочка в слое лака. Этот канал поступления к корпусу агрессивных агентов — воды, кислорода воздуха, сернистых соединений, соли — немедленно заработает, и корпус начнёт ржаветь. Вот и приходится владельцам автомобилей делать дополнительную антикоррозионную обработку.
Невидимый злодей
Так, может, проблема коррозии металлов решена? Увы, не всё так просто. Любые коррозиестойкие сплавы устойчивы только в определённых средах и условиях, для которых они разработаны. Например, большинство нержавеющих сталей отлично выдерживают кислоты, щёлочи и очень «не любят» хлориды, в которых они часто подвергаются местным видам коррозии — язвенной, точечной и межкристаллитной. Это очень коварные коррозионные разрушения. Конструкция из красивого, блестящего металла без намёка на ржавление может однажды рухнуть или рассыпаться. Всё дело в мельчайших точечных, но очень глубоких поражениях. Или же в микротрещинах, не видимых глазом на поверхности, но пронизывающих буквально всю толщу металла. Не менее опасно для многих сплавов, не подверженных общей коррозии, так называемое коррозионное растрескивание, когда внезапно конструкцию пронизывает огромная трещина. Такое случается с металлами, испытывающими длительные механические нагрузки — в самолётах и вертолётах, в различных механизмах и строительных конструкциях.
Крушение поездов, падение самолётов, разрушение мостов, выбросы газа и разливы нефти из трубопроводов — причиной подобных катастроф нередко становится коррозия. Чтобы её укротить, предстоит ещё много узнать о сложнейших природных процессах, происходящих вокруг нас.
Связаться с экспертомДоступ к экспертным сервисам
Во всех марках нержавеющей стали главными компонентами, отвечающими за коррозионную стойкость и пластичность металла, являются хром и никель. Добавление > 10 % хрома делает сталь нержавеющей, создавая на поверхности слой, содержащий большое количество оксида хрома. Этот слой образуется в результате реакции содержащегося в сплаве хрома с кислородом из атмосферного воздуха. Он придает стали свойство, которое делает ее нержавеющей. Добавление никеля обеспечивает хорошую пластичность и улучшенные свойства формовки и сварки.
Однако не все прутковые заготовки одинаковы. Содержание никеля и хрома в трубных обжимных фитингах и инструментальных кранах Swagelok из нержавеющей стали 316/316L превышает минимальные требования стандартов ASTM для прутков и поковок.
Следует учитывать, что хотя нержавеющая сталь разных марок и не подвержена сплошной коррозии, на ней может возникать местная коррозия.
сплошной коррозией; водородным охрупчиванием; межкристаллитной коррозией
Опасность коррозионного растрескивания под напряжением возрастает при высоких значениях концентрации хлоридов, температуры и растягивающих напряжений. Все марки нержавеющей стали подвержены коррозионному растрескиванию под напряжением. Мы провели испытания фитингов Swagelok для трубок под давлением на устойчивость к SCC и получили превосходные результаты.
Трубные обжимные фитинги и инструментальные краны Swagelok из нержавеющей стали 316 превышают минимальные требования стандартов ASTM.Сплавы 6-Moly (6Mo) представляют собой супераустенитную нержавеющую сталь, которая содержит не менее 6 % молибдена и имеет значение PREN (коэфф. устойчивости к точечной коррозии) не ниже 40. Сплав 6HN (UNS N08367) содержит на 6 весовых процентов больше никеля (Ni), чем сплав 254 (UNS S31254). Благодаря такому повышенному содержанию никеля сплав 6HN имеет повышенную стабильность с точки зрения формирования нежелательных интерметаллических фаз. Сплав 6HN проявил более высокую коррозионную стойкость в хлоридсодержащих средах по сравнению со сплавом 254.
сплошной коррозией; местной коррозией; коррозионным растрескиванием под напряжением
Дуплексная нержавеющая сталь имеет двухфазную микроструктуру, состоящую из зерен аустенита и феррита. Такая структура придает этим материалам сочетание привлекательных свойств, включая прочность, пластичность и коррозионную стойкость.
Сплав супердуплексной феррито-аустенитной нержавеющей стали 2507 отлично подходит для работы в высококоррозионных условиях. В ее состав входят никель, молибден, хром, азот и марганец, что обеспечивает превосходную устойчивость к сплошной, точечной и щелевой коррозии, коррозионному, а также растрескиванию под напряжением при сохранении качества свариваемости.
сплошной коррозией; местной коррозией; коррозионным растрескиванием под напряжением
Назначение сплава 825 (Incoloy® 825), в состав которого входят никель, железо, хром и молибден, состоит в том, чтобы обеспечить устойчивость к сплошной, точечной и щелевой коррозии, а также коррозионному растрескиванию под напряжением (SCC) в широком диапазоне рабочих сред.
General Corrosion; Localized Corrosion; Stress Corrosion Cracking; Sour Gas Cracking
Назначение сплава 625 (Inconel® 625), в состав которого входят никель, хром и молибден с небольшой добавкой ниобия, состоит в том, чтобы снизить риск межкристаллитной коррозии в широком спектре крайне агрессивных сред.
сплошной коррозией; местной коррозией; коррозионным растрескиванием под напряжением; Коррозия под воздействием высокосернистой среды
Сплав C-276 (Hastelloy® C-276) содержит никель, молибден и хром. Высокое содержание молибдена делает этот сплав особо устойчивым к точечной и щелевой коррозии. Он относится к немногим материалам, которые обладают устойчивостью к коррозионным воздействиям влажного газообразного хлора, гипохлорита и диоксида хлора.
Следует иметь в виду, что данный сплав НЕ рекомендуется использовать в средах с сильной окислительной способностью, таких как горячая и концентрированная азотная кислота.
сплошной коррозией; местной коррозией; коррозионным растрескиванием под напряжением; Коррозия под воздействием высокосернистой среды
Сплав 400 (Monel® 400) является медно-никелевым сплавом, который известен своей исключительной стойкостью к плавиковой кислоте, а также к коррозионному растрескиванию под напряжением и точечной коррозии в большинстве видов чистых и технических вод.
Следует иметь в виду, что стоячая морская вода по результатам экспериментов способствует возникновению щелевой и точечной коррозии у данного сплава.
сплошной коррозией; местной коррозией; коррозионным растрескиванием под напряжением; Коррозия под воздействием высокосернистой среды
Стабильная оксидная пленка с надежной адгезией защищает титановые сплавы от коррозии. Эта пленка образуется мгновенно под воздействием воздуха или влаги на поверхность. Следует избегать безводных условий в отсутствие источника кислорода, поскольку в случае повреждения защитная пленка не восстановится.
Титан успешно применяется во многих системах благодаря превосходной коррозионной стойкости в следующих средах:
Титан и его сплавы:
Ограничивающие факторы для применения титана и его сплавов:
В морских установках, в которых фитинги Swagelok из нержавеющей стали 316/316L проявили себя хорошо, а трубки из стали 316/316L подверглись щелевой коррозии в хомутах, возможно, будет экономически выгодно использовать фитинги из стали 316/316L в сочетании с трубками из более коррозионностойкого сплава. В сочетаниях компонентов из различных сплавов используются трубные обжимные фитинги Swagelok из стали 316/316L с трубками из сплавов 254, 904L, 825 или Tungum® (медный сплав UNS C69100).
Повышенное содержание хрома и никеля в стали 316/316L обеспечивает более высокую стойкость трубных обжимных фитингов Swagelok к местной коррозии. Превосходный обхват трубки обеспечивается за счет запатентованной компанией Swagelok конструкции заднего обжимного кольца и шарнирно-цангового способа обжима (hinging-colleting™), при котором достигается низкий крутящий момент и вращение гайки не передается на трубку. Процесс низкотемпературного науглероживания SAT 12, запатентованный компанией Swagelok, применяется для упрочения поверхности задних обжимных колец, что упрощает достижение превосходного обхвата трубок из вышеперечисленных сплавов.
Сочетания компонентов из различных сплавов могут стать экономически эффективным коррозионностойким решением, обеспечивающим следующие преимущества в морских установках:
Как и во всех узлах, в которых используются разные материалы, значения номинального давления для трубок и фитингов из разных сплавов определяются по материалу с самым низким значением номинального давления. Номинальные параметры давления см. в справочнике «Данные по трубкам — сочетания компонентов из различных сплавов», MS-06-117.
С помощью числового эквивалента стойкости к точечной коррозии (Pitting Resistance Equivalent Number, PREN) измеряется стойкость к местной точечной коррозии. Более высокие значения PREN показывают более высокую стойкость материала к точечной коррозии.
Связаться с экспертомДоступ к экспертным сервисам
Чтобы получить больше информации, ознакомьтесь с дополнительными полезными информационными материалами от Swagelok.
> Просмотреть и загрузить подготовленную к печати версию руководства по подбору материалов
Цель: Дать понятия о коррозии металлов, классификации коррозионных процессов и способах защиты металлов от коррозии.
Задачи
Образовательные
Развивающее
Воспитательные
Тип урока: Изучение нового материала.
Методы и приёмы
Химический эксперимент
Оборудование
I. Вводное слово учителя
31 января 1951 г. обрушился железнодорожный мост в Квебеке (Канада), введенный в эксплуатацию в 1947 г.
В 1964 г. рухнуло одно из самых высотных сооружений в мире – 400-метровая антенная мачта в Гренландии.
Из-за повреждений нефтепроводов в реки и на грунт выливается нефть.
У металлов есть и враг, который приводит к огромным безвозвратным потерям металлов, ежегодно полностью разрушается около 10% производимого железа. По данным Института физической химии РАН, каждая шестая домна в России работает впустую – весь выплавляемый металл превращается в ржавчину. А как по другому называется этот процесс? – Коррозия.
II. Изучение нового материала
Итак, тема нашего урока: “Коррозия”
Цель сегодняшнего урока познакомиться с процессами коррозии металлов, классификации коррозионных процессов и способах защиты металлов от коррозии
Слово коррозия происходит от латинского corrodere, что означает разъедать. Хотя коррозию чаще всего связывают с металлами, но ей подвергаются также камни, пластмассы и другие полимерные материалы и дерево. Например, в настоящее время мы являемся свидетелями большого беспокойства широких слоев людей в связи с тем, что от кислотных дождей катастрофически страдают памятники (здания и скульптуры), выполненные из известняка или мрамора.
Таким образом, коррозией называют самопроизвольный процесс разрушения материалов и изделий из них под химическим воздействием окружающей среды.
Ржавлением называют только коррозию железа и его сплавов. Другие металлы корродируют, но не ржавеют. Хотя корродируют практически все металлы, в повседневной жизни человек чаще всего сталкивается с коррозией железа.
В результате коррозии железо ржавеет. Этот процесс очень сложен и включает несколько стадий. Его можно описать суммарным уравнением:
4Fe + 6H2O (влага) + 3O2 (воздух) = 4Fe(OH)3
В природе, хотя и очень редко, но встречается самородное железо. Его происхождение считают метеоритным, т.е. космическим, а не земным. Поэтому первые изделия из железа (они изготавливались из самородков) ценились очень высоко – гораздо выше, чем из серебра и даже золота.
Химическая (или газовая) коррозия – это разрушение металлов в результате их химического взаимодействия с веществами окружающей среды.
Химическая коррозия часто наблюдается в процессе обработки металлов при высоких температурах. Ей подвергаются арматура печей, детали двигателей внутреннего сгорания, аппаратура химических производств и т.д. При химической коррозии происходит взаимодействие металла с газами, находящимися в составе среды. Чаще всего это кислород. Металл окисляется, и на его поверхности образуются различные соединения:
4Fe0 + 3O2 —> 2Fe+32O3
2Fe0 + 3O2 + 3SO2 —> Fe2+3(SO4)3
2Zn0 + O2 —> 2Zn+2O
Большинство металлов окисляется кислородом воздуха, образуя на поверхности оксидные пленки, Если эта пленка прочная, плотная, хорошо связана с металлом, то она защищает металл от дальнейшего разрушения. Такие защитные пленки появляются у Zn, Al, Cr, Ni, Sn, Pb, Nb и др. У железа она рыхлая, пористая, легко отделяется от поверхности металла и не способна защитить его от дальнейшего разрушения.
Однако наибольший вред приносит электрохимическая коррозия.
Электрохимическая коррозия – это разрушение металлов в среде электролита с возникновением в системе электрического тока.
Как правило, металлы и сплавы неоднородны, содержат различные примеси. При их контакте с электролитами одни участки поверхности начинают выполнять роль анода, а другие роль катода. В этом случае образуется гальванический элемент, электродами которого и являются металлы, находящиеся в растворе электролита. Возникает электрохимический процесс, т.е. наряду с химическими процессами (отдача электронов), протекают и электрические (перенос электронов от одного участка к другому).
Электрохимическая коррозия протекает в присутствии влаги. Ей подвергаются подводные части судов в морской и пресной воде, паровые котлы, металлические сооружения и конструкции под водой и в атмосфере.
Проблемная ситуация: Колосс Родосский и затонувшая яхта миллионера.
В III до нашей эры на острове Родос был построен маяк в виде огромной статуи Гелиоса. Колосс Родосский считался одним из семи чудес света, однако просуществовал всего 66 лет и рухнул во время землетрясения.
В 20 годы ХХ в. один из американских миллионеров, не жалея денег, решил построить самую шикарную яхту. Ее днище было обшито дорогим металлом (сплав 70% никеля и 30% меди), а киль и раму руля изготовили из стали. В морской воде в подводной части яхты образовался гальванический элемент с катодом из металла, а анодом из стали. Он настолько энергично работал, что яхта еще до завершения отделочных работ вышла из строя, ни разу не побывав в море. Ученые считают, что в обоих случаях причиной произошедших событий были окислительно-восстановительные процессы. Какие именно?
Ответ: Причиной была контактная коррозия. У Колосса Родосского бронзовая оболочка была смонтирована на железном каркасе. Под действием влажного, насыщенного солями средиземноморского воздуха железный каркас разрушился.
Днище яхты было обшито медно-никелевым сплавом, а рама руля, киль и другие детали изготовлены из стали. Когда яхта была спущена на воду. Возник гигантский гальванический элемент, состоящий из катода- днища, стального анода и электролита – морской воды. В результате судно затонуло, ни сделав ни одного рейса.
При возникновении гальванической пары сила возникающего электрического тока тем больше, чем дальше стоят металлы друг от друга в ряду напряжений. При этом поток электронов от более активного металла идет к менее активному металлу. Более активный металл (железо), расположенный в ряду напряжений левее, будет разрушаться (т.к. является анодом), предохраняя тем самым менее активный металл от коррозии (медь).
Коррозионные процессы весьма разнообразны, рассмотрим их протекание в различных средах электролита.
В кислотной среде атомы железа отдают электроны, которые переходят к меди и на ее поверхности соединяются с ионами водорода, выделившимися из компонентов среды. На катоде идет процесс восстановления ионов водорода с образованием газообразного водорода.
В щелочной или нейтральной среде идет восстановление кислорода, растворенного в воде с образованием OH-. Далее катионы железа и гидроксид-ионы соединяются с образованием неустойчивого гидроксида железа (II), который далее окисляется до оксида железа (III).
При использовании металлических материалов очень важен вопрос о скорости их коррозии. От чего зависит скорость коррозии?
Перед вами 5 пронумерованных стаканов.
Давайте сравним полученные результаты и объясним результаты эксперимента (демонстрация приготовленного за несколько дней опыта по коррозии).
Проблема: Почему в одних случаях коррозия усиливается, а в других замедляется? Объясните процессы, происходящие в каждом стакане.
Объяснения учеников:
Суммарное уравнение: Fe0 + 2H+ > Fe2+ + H2 0
Вывод: Катионы водорода и растворенный в воде кислород – важнейшие окислители, вызывающие электрохимическую коррозию. Скорость коррозии тем больше, чем сильнее отличаются металлы по своей активности (т.е. чем дальше друг от друга они расположены в ряду напряжений металлов).
Способы защиты от коррозии.
Проблема защиты металлов от коррозии возникла почти в самом начале их использования. Люди пытались защитить металлы от атмосферного воздействия с помощью жира, масел, а позднее и покрытием другими металлами и, прежде всего, легкоплавким оловом (лужением). В трудах древнегреческого историка Геродота (V в. до н.э.) уже имеется упоминание о применении олова для защиты железа от коррозии.
Задачей химиков было и остается выяснение сущности явлений коррозии, разработка мер, препятствующих или замедляющих ее протекание. Коррозия металлов осуществляется в соответствии с законами природы и потому ее нельзя полностью устранить, а можно лишь замедлить. Одним из наиболее распространенных способов защиты металлов от коррозии является нанесение на их поверхность защитных пленок: лака, краски, эмали.
Ребята, а что является символом Парижа? – Эйфелева башня. Она неизлечимо больна, ржавеет и разрушается, и только постоянная “терапия” помогает бороться с этим смертельным недугом: Её красили 18 раз, отчего её масса 9000 т каждый раз увеличивается на 70 т.
Широко распространенным способом защиты металлов от коррозии является покрытие их слоем других металлов. Покрывающие металлы сами корродируют с малой скоростью, так как покрываются плотной оксидной пленкой: например 3CrCl2 + 2Fe – [1000°C] —> 2FeCl3 + 3Cr
Металлические покрытия делят на две группы: коррозионностойкие и протекторные. Например, для покрытия сплавов на основе железа в первую группу входят никель, серебро, медь, свинец, хром. В электрохимическом ряду напряжений металлов они стоят правее железа. Во вторую группу входят цинк, кадмий, алюминий. По отношению к железу они более электроотрицательны, т.е. в ряду напряжений находятся левее железа.
В повседневной жизни человек чаще всего встречается с покрытиями железа цинком и оловом. Листовое железо, покрытое цинком, называют оцинкованным железом, а покрытое оловом – белой жестью. Первое в больших количествах идет на кровли домов, а из второго изготавливают консервные банки. И то и другое получают главным образом протягиванием листа железа через расплав соответствующего металла. Для большей стойкости водопроводные трубы и арматуру из стали и серого чугуна часто подвергают оцинковыванию также окунанием в расплав данного металла. Это резко повышает срок их службы в холодной воде. Интересно, что в теплой и горячей воде срок службы оцинкованных труб может быть даже меньше, чем неоцинкованных.
Пассивация металлов.
Вероятно, многие обратили внимание на то, что серную и азотную кислоты перевозят по железной дороге в стальных цистернах. Об этом свидетельствуют надписи, например “Осторожно, серная кислота”. Как это согласуется с теми знаниями, которые отражены в школьных учебниках? Все дело в том, что по железной дороге перевозят не разбавленные, а концентрированные кислоты. Зачем же перевозить воду? Разбавить кислоту можно и на месте потребления.
Оказывается, что в отличие от разбавленных концентрированная серная, так же как и концентрированная азотная кислоты, не взаимодействует с железом. Правильнее сказать, что кратковременное взаимодействие происходит, но оно быстро прекращается. Специалисты говорят, что в крепких растворах этих кислот железо пассивируется. Еще в 1836 г. знаменитый английский химик М. Фарадей высказал предположение, что причиной пассивации является образование на поверхности металла плотной оксидной пленки. В свое время на это предположение не обратили должного внимания. Лишь через 100 лет эти взгляды возродил и развил известный русский ученый В.А. Кистяковский. После него этот взгляд на пассивацию оформился в виде теории. Согласно ей при пассивации на поверхности металла образуется сплошная и плотная оксидная (реже хлоридная, сульфатная, фосфатная) пленка толщиной в несколько десятков нанометров.
Ингибиторы коррозии металлов.
Применение ингибиторов – один из эффективных способов борьбы с коррозией металлов в различных агрессивных средах (в атмосферных, в морской воде, в охлаждающих жидкостях и солевых растворах, в окислительных условиях и т.д.). Ингибиторы – это вещества, способные в малых количествах замедлять протекание химических процессов или останавливать их. Название ингибитор происходит от лат. inhibere, что означает сдерживать, останавливать. Известно, что дамасские мастера для снятия окалины и ржавчины пользовались растворами серной кислоты с добавками пивных дрожжей, муки, крахмала. Эти примеси были одними из первых ингибиторов. Они не позволяли кислоте действовать на оружейный металл, в результате чего растворялись лишь окалина и ржавчина.
Для предупреждения коррозии и защиты от нее применяются разнообразные методы.
Таким образом, металлы и сплавы можно защищать от коррозии двумя способами: изоляцией поверхности металла от среды и искусственным повышением коррозионной стойкости путем замедления процессов коррозии.
Закрепление (фронтальное обсуждение)
РЕФЛЕКСИЯ
Чтобы предотвратить глобальные катастрофы на судах, фабриках и заводах, нужно упорно изучать методы защиты от этой проблемы. И в то же время необходимо найти применение коррозии металлов. Одним из направлений может быть ее применение для разрушения конструкций в труднодоступных местах. Разрушение металлов и сплавов можно применить как один из способов борьбы с космическим мусором. Если бы железо, подобно серебру и золоту, не ржавело, то мы не существовали бы, и ни одно растение не зеленело бы на Земле. Растворённая в воде его ржавчина составляет часть пищи растений и придаёт им зеленый цвет. Та же “ржавчина” снабжает железом нашу кровь и придаёт ей красный цвет.
Атмосферная коррозия — естественный процесс распада металла под действием воздуха и влаги. Но “рыжая крыса” грызет не только лом. Она растворяет скульптуры, памятники, трубы, мосты и многое другое. А продукты этой деградации далеко не безобидны.
Ущерб, наносимый коррозией памятникам заметен всем. Уже побывали на реставрации “Рабочий и колхозница”, установленные на ВДНХ, кони Клодта с Аничкова моста, американская статуя Свободы. И на восстановление их внешнего вида тратятся огромные деньги.
Иногда разрушение не идет дальше поверхности — металл покрывается оксидной пленкой, которая предохраняет его от дальнейшего проникновения агрессора — воздуха и влаги. Так зеленеет медь, бронза. Иногда металл рассыпается как труха — так ржавеет железо.
А вот что происходит с металлами, которые используют для покрытия домов. Возьмем оцинкованную железную крышу. Потери цинка в год в сельской атмосфере оцениваются в 7-15 г на кв. м, а в городской — в 43 г на кв. м.
Сталь коррозирует еще быстрее: в сельской атмосфере теряется до 430 г на кв. м, в городской — до 600 г. Больше полкилограмма стали в год на один квадратный метр!
Время, за которое происходит коррозия, непосредственно связано с вредными примесями в атмосфере.
Особенно ускоряют ее соединения серы. Основной источник выбросов серы в атмосферу — не транспорт, как думают многие, а топливная энергетика. На втором месте идет металлургия, особенно цветная, и на третьем — нефтепереработка.
Вот наглядный пример: в середине 90-ых годов XX века, когда работа многих промышленных предприятий была приостановлена, в районе завода им. Лихачева — знаменитый ЗИЛ в Москве, коррозионные потери стали и цинка уменьшились в 5 раз по сравнению с тем, что было в 50-е годы.
По тому, с какой скоростью разрушаются металлы, можно делать выводы о чистоте воздуха. И с 50-х годов прошлого века, когда во всем мире заговорили о загрязнении атмосферы, началось активное изучение коррозии. В том числе создание коррозионных карт, с помощью которых можно будет судить об изменениях в атмосфере.
В России такие работы проводятся в Институте физической химии и электрохимии им. Фрумкина.
Атмосферная коррозия — настолько сложный процесс, что его невозможно ни смоделировать в лаборатории, ни просимулировать на компьютере. Изучением атмосферной коррозии занимаются на коррозионных станциях, где под открытым небом лежат и «ржавеют» многочисленные образцы.
Процесс наблюдения и снятия показаний автоматизировать тоже не удается. Наблюдения нужно проводить годами в одних и тех же местах. За какими-то образцами достаточно наблюдать раз в месяц, а за другими сначала надо следить каждый час, а позже достаточно раз в несколько дней.
Коррозионная станция Института физической химии и электрохимии в Подмосковье
В институте работают четыре коррозионные станции — в Москве (городская), в Подмосковье (сельская), в Мурманске (северная) и на Дальнем Востоке (приморская). Все это — разная влажность, разный температурный режим, разная загрязненность атмосферы и, следовательно, разная скорость коррозии.
Чтобы увеличить количество точек наблюдения, институт приглашает к сотрудничеству школьников. Сейчас при школе в поселке Старая Майна Ульяновской области строится коррозионная станция. По присланным из института чертежам школьники самостоятельно смонтировали стенды, и в ближайшее время туда завезут образцы. На коррозионной карте России появится еще одна точка.
Коррозии не подвергаются лишь металлы, которые встречаются в чистом — самородном виде. Например, золото, серебро, платина. Но таких очень мало.
Другие металлы под воздействием влаги возвращаются в свое природное состояние в виде химических соединений — оксидов, солей и гидроксидов, из которого человек извлек их путем сложных физико-химических манипуляций.
В результате окружающая среда загрязняется соединениями тяжелыми металлами. Они попадают в ливневую канализацию или ручей, а оттуда — в реки.
Нерастворимые в воде соединения через какое-то время оседают на дно городских рек. Если поднять грунт со дна, то это будет не плодородный ил, как в древнем Египте, а мертвая загрязненная соединениями тяжелых металлов основа. Именно поэтому бесполезно осушать водохранилища, которые активно строились в СССР в эпоху гидроэлектростанций — использовать отравленные земли уже не получится.
Но и это еще не все. Нерастворимые соединения могут вступить в химические реакции и превратиться в растворимые, которые накапливаются растениями.
Их адсорбируют и травы, и деревья, а еще активнее это делают водоросли. Ионы металлов проходят через мембрану клетки, усваиваются растениями в процессе метаболизма. На этот факт стоит обратить внимание всем, кто любит очищать организм от тяжелых металлов, поедая сухие водоросли.
Прежде чем питаться ими, следует поинтересоваться составом атмосферы в том месте, где водоросли собирали. Чтобы не оказалось, что “пылесос”, который должен чистить организм, уже забит до предела.
В глобальном масштабе, в объеме Мирового океана, разрушенные и вынесенные в окружающую среду металлы не создают опасных концентраций, не наносят такого вреда, как загрязнение пластиком.
Другое дело — локальное скопление продуктов коррозии. Раньше люди не извлекали металлы в таком количестве как сейчас, и они были рассеяны по планете. Никогда рядом не оказывалось так много металлических крыш, памятников, водопроводных труб, заборов и декоративных частей фасадов.
Собираясь в отдельной реке, отдельной гавани или отдельном роднике — тяжелые металлы могут оказать на природу и человека крайне негативное воздействие.
Возникает вопрос: так ли нам нужна еще одна скульптура? И, может быть, пора перестать экономить на антикоррозионных покрытиях?
Алюминиевый профиль завоевал мировой рынок материалов относительно недавно (имеется в виду относительно таких металлов как сталь, медь, железо) и на сегодняшний день занимает лидирующие позиции среди наиболее востребованных материалов в промышленности. Одной из главных причин популярности алюминия являются его уникальные физико-химические свойства, а именно: устойчивость к коррозии, пластичность, малый вес, теплопроводность, прочность, длительный срок эксплуатации. Но, как и любой другой металл, алюминий подвергается коррозии, одним из проявлений которой является ржавчина. В отличие от стали, на которой коррозия оставляет характерные следы, алюминий ржавеет иначе.
Если сплавы железа ржавеют относительно быстро, то при нормальных условиях алюминиевый профиль практически не разрушается. На его поверхности появляется защитная пленка из оксида алюминия. Она имеет тонкий слой примерно 5−10 мм, но обладает высокой прочностью. Этот слой не позволяет влаге, воздуху разрушать структуру металла.
Как только нарушается целостность оксидной пленки, металл коррозирует. Причинами повреждения защитного слоя может являться взаимодействие с кислотами, растворителями и щелочами, механическое воздействие (например, силы трения). В промышленных районах и в городской среде оксидная пленка нарушается за счет продуктов распада топлива, взаимодействия с серой и с окислами углерода.
Интенсивно растворяют пассирующий слой такие элементы, как фтор, хлор, натрий, и соединения брома. Строительные растворы с добавлением цемента также приводят к быстрой порче металла. Морская вода также вызывает интенсивное разрушение чистого алюминия, поэтому на практике используют сплав с медью и марганцем, получивший название дюралюминия.
Атакует металлические предметы, а также появляется на автомобильное шасси. Речь идет о ржавчине - коричневом налете, которым, наверное, каждый Он нас встретил. Согласно химическому определению, ржавчина - это слой оксидов, гидроксидов, а также солей железа. соли магния или кальция. Это не вещество с постоянным химическим составом, динамический процесс, который невозможно остановить полностью.
Ржавчина возникает в результате ржавления. это тип коррозии, то есть процесс с участием на разрушение металлической поверхности под воздействием внешних факторов (атмосферные осадки, атмосфера).Стальные предметы в основном сделаны из железа. Именно это железо вступает в реакцию с атмосферными агентами, что приводит к его окислению. В в результате образуются слои на контакте поверхности металла с воздухом или водой оксиды и гидроксиды железа (ржавчина). Из-за коррозионного фактора есть два типа коррозии: коррозия химическая и электрохимическая коррозия. Химическая коррозия развивается при воздействие воздуха. Когда атмосферный кислород соединяется с металлом, он вызывает его окисление, приводящее к образованию упомянутых слоев оксида металла.Коррозия химические атаки - чаще всего вся поверхность, контактирующая с воздухом. тем не мение это не всегда вредный процесс. Когда оксидный слой прочно связан с поверхность металла защищает металл от дальнейшего окисления. Феномен образование такого защитного слоя называется пассивацией. Второй тип - коррозия. электрохимический, имеет место, когда коррозионным фактором является вода. Стали, помимо железа он также содержит углерод в виде графита или карбид железа Fe 3 C.При контакте с водой (т.е. электролитом) два компоненты стали, железа и углерода принимают разные потенциалы электрохимический (электрохимический потенциал определяет склонность к окислению). Они возникают таким образом микроэлементы. Ячейка всегда состоит из анода и катода. Анод представляет собой электрод из вещества с более низким потенциалом, а катод из материала с более низким потенциалом. более высокий потенциал в системе. Процесс окисления происходит на аноде, и катод - редукционный. В образующемся микроэлементе из железа и углерода железо это всегда отрицательный полюс, т.е. он действует как анод.Графит и карбид железо имеет более высокий потенциал, чем железо, и поэтому действует как катод. Коррозия он начинается в системе спонтанно. Железо окисляется до ионов на аноде. железо Fe 2+. . Ионы железа Fe 2+ проводят через серию реакций с образованием гидратированного оксида железа (III), основного компонента ржавчины:
Fe → Fe 2+ + 2 e -
Fe 2+ + 2OH - → Fe (OH) 2 ↓
4Fe (OH) 2 + O 2 → 2Fe 2 O 3 ⋅H 2 O + 2H 2 O
Как ты можешь защитить стальные элементы от коррозии? Самый распространенный способ защиты от коррозии заключается в нанесении защитных покрытий на металлические поверхности.Покрытия (эмали, лаковые покрытия) плотно закрывают и изолируют объект. от воздействий окружающей среды. Это так называемые пассивные покрытия. Помимо них выделяется также покрытия активные, которые защищают объект от коррозии, даже если они не полностью герметичный. Они сделаны из менее благородных металлов (цинк, алюминий). Металлическая оболочка окисляется, защищая железо.
.Популярность алюминия вызывает множество вопросов по поводу этого металла. Иногда они превращаются в мифы, которые, будучи распространены, искажают истинное представление о свойствах сплава. Коррозия - одна из самых обсуждаемых проблем, поэтому сегодня мы ответим на вопрос, будет ли алюминий ржаветь.
Алюминий имеет очень хорошую коррозионную стойкость!
По сравнению с другими металлами алюминий обладает очень хорошими антикоррозийными свойствами.В частности, неочищенный алюминий при контакте с воздухом образует защитную версию оксида алюминия, которая защищает металл от внешних факторов. Если вы хотите разместить алюминиевую конструкцию на открытом воздухе, можете быть уверены в долговечности своей работы. Если среда, в которой вы собираетесь использовать универсальные возможности алюминия, содержит большое количество серы или соли, в конструкции могут появиться небольшие язвы, однако сохраняйте спокойствие, поскольку они безопасны для всей металлической конструкции.
Ржавеет ли алюминий? Да, но только в определенных ситуациях!
Конечно, при обсуждении вопроса о том, будет ли алюминий ржаветь, необходимо четко указать, что бывают ситуации, когда алюминий более склонен к точечной коррозии и поверхностной коррозии. К счастью, таких корпусов немного, и они безопасны для конструкции сплава.
Всем известно, что одна из самых больших угроз для большинства металлов - продолжительный контакт с водой.В случае алюминия вода лишь частично способствует общей структурной устойчивости, поскольку сама вода практически безвредна для чистого алюминия. Только химические соединения в нем, в основном хлор и соль, могут вызвать коррозию. Однако в основном это поверхностная ржавчина, которая проявляется в виде точечной коррозии.
Интересным вопросом является также сотрудничество алюминия со строительными материалами. Здесь выясняется, что глина при контакте с раствором или бетоном может подвергаться коррозии, что приводит к образованию пятен, которые принимают вид точечной коррозии.Однако есть способ предотвратить ржавление этого уникального сплава. Достаточно окрасить алюминий подходящим лаком, защищающим от щелочных веществ.
Есть много примеров появления точечной коррозии на алюминиевой поверхности, но две обсуждаемые ситуации являются одними из самых распространенных.
Как защитить алюминий от коррозии?
Теперь вы знаете, ржавеет ли алюминий, и знаете, где может возникнуть коррозия.Однако есть способы защитить алюминий от воздействия коррозии. Проще всего создать конструкцию таким образом, чтобы свести к минимуму возможность появления щелей, в которых может скапливаться вода.
Еще одна очень хорошая идея - использовать катодную защиту. Это также эффективный и относительно простой способ защиты алюминия от коррозии. Достаточно подключить к конкретному элементу внешний анод. Тогда происходит восстановление деполяризатора, а не окисление металла.
.Итак, начнем с самого начала, не так ли? Для записи ? давайте определимся, что такое коррозия:
Коррозия - это разрушение металла (не только) под действием физико-химического воздействия окружающей среды.
Но почему металл корродирует? Что ж, сталь состоит не только из железа, но и из углерода на 0,2 процента.Углерод в стали находится в форме графита или карбида железа (Fe3C). Таким образом, химический состав, например, стального листа неоднороден. Также на поверхности стального листа есть места с большим или меньшим содержанием углерода. Такие дифференцированные поверхности, контактирующие с электролитом, то есть растворенными химическими веществами во влаге воздуха, предполагают разные электрические потенциалы. В результате образуются микроэлементы, в которых железо является анодом, т.е. оно корродирует, то есть окисляется и переходит в раствор.
Химическая сторона выглядит следующим образом:
Fe? Fe2 + + 2e-.
На поверхностях с повышенным содержанием графита или карбида железа происходит восстановление растворенного в воде кислорода до ионов ОН -.
Химически это можно записать следующей формулой:
1/2 O2 + h3O + 2e-? 2OH-.
Итак, на поверхности, например на стальном листе, протекают химические реакции по следующей формуле:
Fe + 1/2 O2 + h3O? Fe (OH) 2.
Под воздействием кислорода и воды железо образует гидроксид железа, который затем окисляется до гидратированного оксида железа, то есть ржавчины.
4Fe (OH) 2 + O2? 2Fe2O3 x h3O + 2h3O
Ах да, но листы кузова автомобиля защищены от коррозии. Таким образом, описанные выше явления произойти не должны. А так через какое-то время они разъедут. Почему? Каждое защитное покрытие: грунтовка, лак или ПВХ - это пористые покрытия. Размер образующихся пор зависит от количества растворителя, испарившегося при сушке, и от размера его частиц.Чем ниже качество растворителя, тем крупнее его частицы и крупнее поры нанесенного покрытия. Органические компоненты каждого защитного покрытия постоянно разрушаются под действием кислорода воздуха и солнечного излучения. Поэтому существующие в защитном покрытии поры углубляются и расширяются. Это вызывает диффузию влаги в защитное покрытие, активируя существующие местные коррозионные микроячейки. В этой поглощенной влаге растворяются все коррозионные загрязнения, присутствующие в воздухе: оксиды серы, угольная пыль, хлорид натрия и т. Д.Это явление называется внутренняя коррозия. Другой тип коррозии, наиболее распространенный в автомобильной промышленности, - это электрохимическая коррозия, то есть разрушение в результате химических реакций в среде электролита: вода, влага, соленая вода, солевые растворы и т. Д. Ее модельным примером является щелевая коррозия, которая развивается в зазорах. и стыковые листы: намотанные, сварные или сварные. Это своего рода питтинговая коррозия, которая является результатом действия многих коррозионных ячеек: активных и пассивных.В замкнутом пространстве есть заблокированный электролит (1). Из-за различия концентраций компонентов: ионов водорода, кислорода или хлорида в зазоре и снаружи образуется коррозионная ячейка. В том месте, где не хватает кислорода, потому что он был связан, создается анодная область, а во внешнем месте, где есть доступ кислорода, создается катодная область. Вначале во всем космосе развивается коррозия? восстановление кислорода. Затем содержание кислорода в зонах дифференцируется и образуется спора щелевой коррозии.В трещинах повышается кислотность и концентрация ионов, среда становится более агрессивной. Это подкисление растворяет пассивный (защитный) слой, и раствор достигает металлической поверхности. Это автокаталитический процесс, то есть он все время движется сам собой. Другим примером может быть гальваническая коррозия, например, на краях отверстий вклеенного стекла (2). Если для приклеивания окон использовался клей с низким сопротивлением (высокой проводимостью), который, с одной стороны, контактирует с антенной или нагревательными клеммными колодками, чаще всего из сплавов серебра, а с другой стороны, с корпусом, выполненным из стали или алюминия, то при наличии влаги в воздухе создаются благоприятные условия для образования гальванических элементов.Из двух электродов такого гальванического элемента: катод - серебряные полоски и анод - стальной или алюминиевый, один «съеден». через второй. Этот электрод? есть металл с более низким электрическим потенциалом, в данном случае сталь или алюминий. На самом деле там, где есть металл, воздух и влага, всегда будет коррозия. Новый автомобиль начинает подвергаться коррозии, как только выходит с завода. Скорость коррозии зависит только от времени, качества антикоррозийной защиты и условий эксплуатации.Коррозия настолько распространена, что мы не знаем о ее последствиях. Только представьте, что во всем мире коррозия каждую секунду разрушает около 5 тонн стали. Образующиеся продукты коррозии, то есть ржавчина в присутствии влаги, становятся катодом по отношению к металлу, и процесс разрушения продолжается непрерывно. Как показали испытания, проведенные в 2000 году компаниями Auto Bild и TUV, очаги коррозии были видны уже в новых автомобилях с замкнутыми профилями.
И вы должны это помнить! Автомобиль будет разъедать изнутри и снаружи, а не наоборот.
Почему? Давайте ненадолго рассмотрим это явление. В закрытых профилях вентилируются не все места. Есть такие укромные уголки и закоулки, что даже в жаркие летние дни в них еще сыро. В закрытых профилях есть воздух, и как воздух, так и влага. Наш польский воздух чрезвычайно загрязнен различными химическими элементами, которые растворяются в этой влаге, образуя различные химические соединения.И они всегда найдут микротрещины в любой защите от коррозии и доберутся до чистой металлической поверхности. Худший период для развития коррозии - зима из-за большого содержания в воздухе солевых соединений. Но и летом, когда после жаркого дня наступает ночь чуть прохладнее, и на машине, а также в закрытых профилях появляется утренняя роса. При повышении температуры влага испаряется, увеличивая концентрацию образующихся химических соединений, которые с каждым днем становятся все более агрессивными.
Рис. 1
Хозяин этого не видит и даже не думает об уходе. Если есть какие-либо повреждения лакокрасочного покрытия, автовладелец быстро идет в СТО и просит антикоррозийную защиту, потому что машина ржавеет и выглядит некрасиво. Когда то же самое происходит с шасси, он узнает об этом только при ежегодном механическом осмотре. Но это уже не так больно, потому что вы этого не видите. С другой стороны, что происходит в закрытых профилях, никто не знает и не видит.И там день за днем происходит медленный, но очень эффективный процесс коррозии, и только через несколько лет коррозия проявляется снаружи. Тот факт, что автомобиль меняет владельца, не означает, что проблема коррозии исчезла. Новый владелец при покупке подержанного автомобиля учитывает возможные точки коррозии и становится менее чувствительным к ее симптомам.
Рис. 2
Проблема коррозии существует, и поэтому существует так много все новых и новых антикоррозионных препаратов. Меняются также технологии подавления коррозии и удаления очагов коррозии.Однако затем мы перейдем к удалению очагов коррозии, познакомимся с антикоррозийными процессами, применяемыми при производстве кузовных листов, а затем и защиты уже изготовленных кузовов.
Рис. 3
Стальные листы, из которых изготовлены элементы кузова автомобиля, покрыты тонким слоем цинкового покрытия, нанесенного электролитическим методом, толщиной около 20 мкм. Листы оцинкованы с обеих сторон, но есть и листы, оцинкованные с одной стороны. Следующее антикоррозионное покрытие - это фосфатное покрытие, которое можно наносить на необработанный стальной лист или поверх цинкового покрытия.После замачивания кузова в водном растворе фосфата на поверхности металла образуется тонкий слой нерастворимого фосфата толщиной от 1 до 20 мкм. Однако из-за высокой пористости его антикоррозионная защита невысока, но это очень хорошая основа для лакокрасочных покрытий. Что ж, сочетание лакокрасочного покрытия с неметаллическим фосфатным покрытием сильнее, чем с чистой металлической поверхностью, благодаря прочной связи кристаллов фосфата с органическими смолами. Само фосфатное покрытие не обеспечивает защиты от коррозии, но в сочетании с лакокрасочным покрытием создает систему с очень хорошими антикоррозийными свойствами.Следовательно, качество фосфатного покрытия также имеет большое влияние на защиту от коррозии листов кузова. Только поверх фосфатного покрытия наносится катофорезная грунтовка и другие лаковые покрытия. После окраски кузова восковая масса вводится в замкнутые профили под высоким давлением и высокой температурой. Как это выглядит в мастерской? Немного другое, потому что есть дополнительная операция по удалению очагов коррозии и используются препараты, которые можно наносить при комнатной температуре.
Наиболее эффективным способом удаления очагов ржавчины и коррозии является удаление слоя корродированного материала (3) с некоторым избытком. Затем чистую, не подверженную коррозии поверхность следует защитить соответствующими антикоррозийными слоями. Очень эффективный метод, но возможен только при использовании толстостенных компонентов. Учитывая относительно тонкостенные листы кузова автомобилей, этот метод использовать нельзя. В этом случае остается только метод применения химикатов, которые не удаляют очаги коррозии, но существенно замедляют процесс коррозии в уже образовавшихся очагах.Эти препараты превращают ржавчину (оксид железа) в стабильное соединение с помощью органических комплексообразующих добавок. Препарат белого цвета (4). При реакции с ржавчиной он становится зеленым (5), а затем черным (6).
Рис. 4
Рис. 5
Рис. 6
Рис. 7
Рис. 8
Примечание: Несмотря на быстрое высыхание препарата на поверхности, уже через 1 час полное завершение химических реакций происходит не менее чем через 16 часов. Поэтому любые лаковые покрытия можно наносить только по истечении этого времени.
Конечно, эффективность препарата зависит от качества удаления рыхлой ржавчины, глубины коррозионных ямок, количества нанесенных слоев и качества используемого препарата. Эти препараты не содержат фосфорной кислоты и поэтому реагируют только с продуктами коррозии, то есть с ржавчиной. Они не вступают в реакцию с чистым металлом. После нанесения на места видимых очагов коррозии излишки препарата удалить, а после полного высыхания поверхность очистить от остатков высохшего, непрореагировавшего препарата.Другие методы удаления очагов коррозии, которые можно использовать в автомобильной промышленности, включают пескоструйную очистку и чистку щеткой (7). Производительность пескоструйной обработки зависит от размера зерна песка, а чистка щеткой используется только для удаления рыхлой ржавчины. Только на подготовленную таким образом чистую металлическую поверхность стального листа наносится реактивно-адгезионная грунтовка. Чаще всего это поливиниловые препараты с добавлением фосфорной кислоты. Они вытесняют воздух с влагой с поверхности металла и дают фосфатное покрытие.
Табл.1
Реактивная грунтовка заменяет заводские фосфатные ванны. Создает первый контактный слой, обеспечивающий очень хорошую адгезию. Однако реактивная грунтовка, как и фосфатные покрытия, должна быть покрыта антикоррозийной грунтовкой. Пример перечня пар препаратов отдельных лакокрасочных компаний представлен в прилагаемой таблице. Однако на кузове автомобиля есть места, где невозможно использовать вышеупомянутые методы для удаления очагов коррозии и повторной защиты поверхности листа от коррозии.Это, конечно, закрытые профили. Единственный способ остановить протекающие там процессы коррозии - использовать восковые препараты. Но не обычные, а те, которые содержат ингибиторы коррозии, то есть добавки, замедляющие процессы коррозии. И здесь я процитирую уже упоминавшееся исследование Auto Bild и TUV, которое показало, насколько защита от коррозии зависит от качества используемых препаратов. Испытания проводились на металлических банках, размещенных на лугу, чтобы они могли подвергаться воздействию погодных условий.В каждом лесу был инициирован процесс коррозии, а затем очаги коррозии были покрыты восковым составом известных на рынке компаний. После 3 лет экспериментов выяснилось, что некоторые банки невозможно снять со стоек, потому что они полностью заржавели. Но были и такие, в которых начатый ранее процесс коррозии не развивался, банки можно было снимать со стендов и можно было внимательно изучить, насколько эффективен тот или иной препарат. На рисунке 8 я представляю свойство ползучести одной из препаратов, которая была помещена на одно из ведущих мест.Эта особенность очень важна, потому что в закрытых профилях невозможно ввести заготовку во все щели стыкуемых листов. Но достаточно, чтобы препарат распылялся только по краю стыкуемых листов, он глубоко проникнет в щель, заполнив ее полностью. Во время этого явления из зазора автоматически вытесняется влага. А если нет влаги и воздуха, нет и коррозии? по крайней мере, какое-то время. Коррозию нельзя предотвратить, и коррозию нельзя исправить.То, что подверглось коррозии или окислению, не подлежит восстановлению. Можно только остановить процесс коррозии. В некоторых случаях это так похоже на настоящий ремонт коррозии.
Веслав Вельголаски
О том, как бороться с ржавчиной, написаны тысячи текстов. Между тем, сегодня я хочу написать несколько слов о ... как ржаветь. Вопреки тому, что может показаться, это непростой процесс, потому что все, что мы выращиваем, требует ухода, обслуживания и соблюдения правил здоровья и безопасности.
Чтобы вызвать эффект ржавчины, мне понадобится уксус (доступен в любом продуктовом магазине), соль 
(также легко доступный продукт) и перекись водорода (h3O2, пергидрол, перекись водорода).Купить 3% раствор можно в аптеке. Этого явно недостаточно. и поэтому я использую 35-процентный раствор.
Поищите в сети, вы ее найдете. Помните, что перекись водорода в такой концентрации ОПАСНА, поэтому будьте осторожны и осторожны при ее использовании.
Мне, конечно же, понадобится металл. В этом эксперименте я использую формы из так называемого черная сталь (Мы не используем стальной оцинкованный лист).
На самом деле все очень просто.Прежде всего я наливаю в распылитель 100 мл перекиси водорода (h3O2). Затем добавляю чайную ложку соли и жду, пока соль растворится.
Чтобы металл ржавел быстро и эффективно, его необходимо очистить и обезжирить. В Rust должны быть комфортные условия труда !!! Поэтому я использую ткань и ацетон. Благодаря этому поверхность моей стали в кратчайшие сроки становится чистой и сухой. Ацетон быстро испаряется. 
Эта часть состоит из двух шагов.В первом случае я тщательно сбрызнул стальной образец уксусом.
И оставьте на несколько часов, пока металлическая поверхность полностью не высохнет и не испарится уксус. На поверхности стали появится ржавый налет. Это моя ржавчина! Если я обнаружу, что потускнения недостаточно, я могу снова сбрызнуть все это уксусом. И пожалуйста, на фото эффект от 12 часов работы уксусом. 
Теперь я могу начать собственно процесс производства ржавчины. ВАЖНЫЙ!!! Надеть защитную одежду: очки, перчатки на руки и фартук.Пергидроль в такой концентрации вызывает коррозию!
Я равномерно опрыскиваю образец смесью пергидрола и соли.
А я смотрю. Эта химическая реакция действительно впечатляет!
Вроде бы вода кипела, но простыня была комнатной температуры!
После дня выдержки в погребе на стальной поверхности образовалась такая красивая структура: 
Подведение итогов - как быстро получить эффект ржавчины? Что ж, достаточно внимательно следовать данным мною инструкциям.Эффект кирпича!
ЗДЕСЬ Я покажу, как можно использовать эффект ржавчины на стали на практике.
Артур
шт.
Я также приглашаю вас в наши профили в Instagram и на Pinterest, где я часто размещаю на сайте студии фотографии, которые не использовал.
Аналогично:
Как получить эффект ржавчины
.Рисование по дереву - как использовать эффект ржавчины
Коррозия - одна из основных проблем компаний, производящих стальные детали. Достаточно одного контакта с коррозионным веществом, и на металлической поверхности может появиться ржавчина. Несмотря на то, что это процесс, известный практически каждому, контролировать его очень сложно ... Что такое коррозия и как ее предотвратить? Узнайте в сегодняшней статье!
Коррозия - это естественный процесс, поражающий почти все металлы.Его можно разделить на два типа, которые более подробно описаны в таблице ниже. На каждый тип коррозии влияют разные факторы, поэтому стоит проверить, почему детали могут заржаветь.
Степень ржавчины и скорость ее развития зависят в основном от внешних факторов. В их числе:
• Влажность - коррозия во влажной среде развивается намного быстрее, чем в сухом климате.
• Соль - поглощает влагу из атмосферы и быстро втравливается в металл.
• Экстремальные температуры - это касается как сильных морозов, так и жаркой погоды.
• Влага на поверхности - Предметы, стоящие в местах скопления влаги (например, высокая трава), будут подвергаться коррозии намного быстрее.
• Твердые частицы в воздухе - могут оседать на поверхности и разрушать защитные слои.
Помимо вышеупомянутых причин, человек оказывает большое влияние на коррозию стали. Как позаботиться об элементах из металла - решать нам. Наиболее частые ошибки : слишком позднее и неточное нанесение защитных покрытий, неправильная очистка стали и контакт нержавеющей стали с черной сталью.
Есть несколько эффективных методов предотвращения коррозии. Одним из наиболее часто используемых является очистка стали и нанесение защитного слоя. Важно, чтобы на обработанной поверхности не было ржавчины, грязи, пыли и других отложений, так как это снижает адгезию основания.Перед нанесением краски или грунтовки стоит материал матировать и присыпать. Тщательное покрытие стали краской или защитным покрытием должно значительно продлить срок службы металла и эффективно бороться с ржавчиной на долгие годы!
В нашем сервисном центре мы занимаемся профессиональной абразивоструйной очисткой. Для этого мы используем самые качественные абразивные материалы и дробеструйные машины. В результате детали очищаются тщательно и равномерно. В Alumetal-Technik мы также предлагаем порошковые покрытия.Оказание услуг в одном месте означает, что между уборкой и покраской не будет долгих перерывов. Металл со временем не заржавеет, что сильно скажется на сроке его службы.
Если вас интересует очистка элементов, покрытых ржавчиной, свяжитесь с нами - просто нажмите здесь, чтобы перейти к форме!
.Электрохимическая коррозия - это результат действия локальных гальванических элементов, образующихся на поверхности металла при контакте с влагой, которая действует как электролит.Ячейки, вызывающие локальную коррозию, чаще всего представляют собой ячейки, образующиеся в результате:
Помимо железа, сталь также содержит 0,1 - 0,2% углерода в виде графита или карбида железа (цементита) Fe 3 C. Следовательно, на ее поверхности имеются участки различного химического состава, контактирующие с электролитом. предполагают разные потенциалы. Таким образом образуются микроэлементы, в которых железо всегда является отрицательным полюсом, то есть анодом. Графит и карбид железа имеют более высокие потенциалы, чем железо, и поэтому действуют как катоды.- \ rightarrow Fe (OH) _2 ↓ \)
\ (4 Fe (OH) _2 + O_2 \ rightarrow 2 Fe_2O_3 · H_2O + 2 H_2O \)
Следует помнить, что эти покрытия выполняют свою роль до тех пор, пока они не повреждаются.Даже незначительное повреждение покрытия вызывает не только отсутствие защиты от коррозии, но даже ее значительное ускорение.
- активные покрытия, в отличие от пассивных, защищают объект от коррозии даже тогда, когда они не полностью герметичны. Они сделаны из менее благородных металлов, то есть из тех, которые расположены слева от железа в ряду напряжений - чаще всего из цинка, алюминия или кадмия. Образование коррозионной ячейки в этом случае приведет к тому, что металл покрытия станет отрицательным электродом, и он будет окисляться.Продукты окисления образуют слой на поверхности металла, препятствуя его коррозии. Примером может служить оцинкованный лист, из которого изготавливают ковши, желоба, кровельные покрытия и т. Д.
Так называемые протекторы из активных металлов, например цинка или магния, которые при сварке составляют отрицательный полюс образующегося звена и разрушаются. При износе протекторы заменяются новыми. Таким образом защищены такие объекты, как корпуса судов, подземные резервуары, трубопроводы и т. Д.
| 1. Неметаллические покрытия. защитный. Назначение неметаллических покрытий - изоляция металлические поверхности от доступа кислорода и влаги. Стальные конструкции (например, мосты) окрашиваются красками. масло и лаки, а иногда накладывает мин, дым или асфальт.Посуда из листовой стали и крышка из чугуна с эмалями. Инструменты и забота друг о друге поклоняются технику можно защитить только покрытием смазка. Эффективный, но дорогостоящий метод - нанесение покрытия на изделия. металлические тонкие оксидно-оксидные слои. Немного металлы, в том числе алюминий, самопроизвольно совпадают с плотный слой оксида для защиты металла в воздухе от дальнейшей коррозии.
| |
| 2.Металлические защитные покрытия z металлы со стандартным потенциалом ниже, чем у железа. Погружением в жидкий металл, распылением или электролитическое осаждение достигается на поверхности защитная, изолирующая металл от воздействия влаги и воздуха. Покрытия из твердых металлов в электрохимический ряд до железа (цинк, хром) они также выполняют роль анода в ячейке и даже при механических повреждениях покрытия делать раствор будет пропускать не железо, а металл образуя оболочку.Цинковая коррозия очень сильно медленно из-за образования поверхностного слоя труднорастворимые соединения. По этой причине оцинкованные листы используются для покрытия крыш, производство водостоков, ведер и др.
| |
| 3. Металлические защитные покрытия z металлы с более высоким стандартным потенциалом, чем железо. Выполнение медного, оловянного или никелевого покрытия он чисто механический, и оболочка выполняет свою работу только если он полностью запломбирован.С ее момента повреждения, процесс коррозии становится более интенсивным ничего без оболочки. Покрытие катодное, а железо анодное. растворение: Fe - 2e - => Fe 2+ аналогично микроэлементам на стальной поверхности. Поэтому эти жестяные банки из листового металла консервированная, очень быстро ржавеет.
| |
| 4. Катодная защита. Элементы конструкции, подверженные коррозии, сочетаются с отрицательными полюс источника постоянного тока напряжением 1 - 2 В.Положительный полюс совмещен с графитовым вопросом примыкает к строению. Потому что электроны принесенный из источника питания нейтрализует возникающие ионы, процесс: Fe - 2e - => Fe 2+ не происходит.
| |
| 5. Жертвенная защита. Вниз защищаемого трубопровода или корпуса корабля закреплен си так называемый протекторы - блоки из металла ниже железо с нормальным потенциалом (например,из магния, цинка). Протектор является анодом компактного элемента и потребляет сам себя. si, переходя в раствор (грунтовые воды или море). Защитные элементы должны присутствовать время от времени. обменялись.
| |
| 6. Добавление ингибиторов. В паровые котлы (например, центральное отопление) i охлаждающие установки (например, автомобиль) жидкость замкнутая цепь - это окружающая среда благоприятствует коррозии.Добавление небольших сумм вещества, которые сильно адсорбируются на поверхности металл и блокирующие ионы водорода много агрессивных процессов.
| Примеры ингибиторов:
Действие ингибиторов объясняется образованием труднорастворимые барьерные пленки местами катод или анод. |
