Антикоррозионная защита металла

• Виды антикоррозионной защиты
• Химическая
• Электрохимическая
• Типы поражения металла
• Сплошная
• Местная
• Точечная
• Межкристаллическая
• Способы защиты металла от коррозии
• Защитные покрытия
• Создание сплавов, стойких к коррозии
• Изменение состава воды
• Электрохимическая защита
• Защита с помощью лакокрасочных материалов

Коррозия представляет собой естественный процесс, в результате которого металлы или их сплавы разрушаются под действием влаги, активного кислорода, химически активных веществ, микроорганизмов. Антикоррозионная защита — это комплекс профилактических мероприятий, направленных на противодействие коррозионному износу, на защиту металлоконструкций от негативного воздействия агрессивных факторов окружающей среды. 

Виды антикоррозионной защиты

Антикоррозионная защита металлических конструкций является обязательным условием их длительной эксплуатации.

Самым надежным способом защиты металлических изделий долгое время считали окрашивание металлических поверхностей. Сегодня широко применяются и другие методы предупреждения коррозионного разрушения. Чем именно и как будет организована защита металла от коррозии зависит от состава сплава, особенностей самой конструкции, условий эксплуатации объекта.

Химическая

Одним из основных способов химической антикоррозионной защиты является использование ингибиторов коррозии. Эти химические соединения, добавляемые в среду, замедляют или полностью предотвращают коррозионные процессы, надежно защищая металл от коррозии.

В зависимости от механизма действия, природы защищаемого материала, ингибиторы могут быть:

• анодными, 
• катодными, 
• смешанными.

Анодные ингибиторы образуют защитный слой на анодных участках, что приводит к уменьшению скорости анодного растворения. Катодные ингибиторы, напротив, снижают скорость катодных реакций, таких как восстановление кислорода или ионов водорода. Смешанные ингибиторы работают по обоим принципам, обеспечивая наиболее надежную защиту.

Помимо ингибиторов, существует ряд других методов химического характера:

• пассивация, 
• фосфатирование,
• хроматирование. 

Процесс пассивации заключается в получении на поверхности тонкого оксидного слоя, который препятствует дальнейшему окислению. Фосфатирование или хроматирование применяют для формирования защитных покрытий, что также эффективно предотвращает коррозию.

Электрохимическая

Среди основных методов электрохимической антикоррозионной защиты можно выделить катодную и анодную, которые используются в зависимости от условий эксплуатации, требований к долговечности оборудования:

1. Катодная.

Заключается в снабжении защищаемой конструкции (катода) внешним источником тока, который изменяет потенциал сырья до значений, при которых коррозионные процессы существенно замедляются. При этом возможно использование гальванического метода или применение внешнего источника тока. 

Гальванический метод подразумевает установку металлических жертвенных анодов с более отрицательным потенциалом. Для этого можно использовать магний, цинк или алюминий. Эти аноды подвергаются ржавлению вместо защищаемой конструкции, тем самым предотвращая ее разрушение.

2. Анодная.

Состоит в поддержании заданного потенциала металлической конструкции посредством применения специальных источников постоянного тока и контролирующих устройств. Эта методика используется для предохранения железа, а также его сплавов от равномерной коррозии в агрессивных средах, так как позволяет значительно снизить скорость анодных процессов на поверхности.

В некоторых случаях применяется комбинированная антикоррозионная защита, где катодный и анодный метод используются совместно для достижения лучшего эффекта. 

Типы поражения металла

Коррозия металла — это необратимые разрушения под воздействием негативных факторов окружающей среды. Ржавление происходит по-разному и зависит от состав сплава, его структуры, условий эксплуатации, внешней среды. 

Основные типы коррозии:

• сплошная,
• местная,
• точечная,
• межкристаллическая.

Каждому типу поражения соответствуют определенные методы защиты и профилактики. 

Сплошная

Этот тип разрушения происходит равномерно по всей поверхности конструкции. 

Характерен для металлических изделий, которые подвергаются воздействию агрессивных сред — кислоты, щелочи или соли. 

При сплошном типе коррозионного поражения постепенно истончаются все стальные элементы, теряя свои механические свойства, что приводит к полному разрушению металлоконструкции. 

Местная

Представляет собой коррозионное разрушение, сконцентрированное на определенных участках поверхности. 

Этот вид может развиваться в местах с нарушенной защитной пленкой или в зонах с особенно высокой концентрацией коррозионно активных веществ. 

Местная коррозия особенно опасна, так как может привести к сквозным дефектам в очень короткие сроки, даже если большая часть остается при этом практически неповрежденной.

Точечная

Это специфическая форма местной коррозии, характеризующаяся образованием мелких, но глубоких точечных повреждений на поверхности металла. 

Эти точки («питтинги») могут проникать глубоко внутрь материала, создавая микроскопические «воронки». Точечная коррозия часто остается незаметной до тех пор, пока не произойдет серьезное разрушение, что делает ее особо опасной для конструкций, работающих под нагрузкой.

Межкристаллическая 

Это процесс разрушения, происходящий вдоль границ зерен кристаллов. 

Металлический сплав состоит из множества мелких кристаллов (зерен), соединенных между собой. Под воздействием агрессивных сред коррозионные процессы начинают распространяться вдоль этих межкристаллических границ, что приводит к ослаблению связей между зернами, а значит — к потере прочности. Межкристаллическая коррозия особенно опасна для нержавеющих сталей, а также алюминиевых сплавов, которые больше всего подвержены этому виду разрушения в условиях высоких температур.

Способы защиты металла от коррозии

Существуют различные способы защиты от ржавчины, которые можно разделить на несколько основных категорий:

• конструкционные, 
• химические, 
• электрохимические,
• специальные покрытия.

Защитные покрытия

Цель нанесения защитных покрытий — надежная изоляция материала от агрессивных факторов внешней среды (влаги, кислорода, химических соединений). 

Специально разработанные покрытия можно разделить на две группы: органические или неорганические.

Каждый тип имеет особенности состава и применения.

Органические покрытия — это различные виды красок, лаков и эмалей, которые наносятся на металлическую поверхность методом распыления, кистью или погружением. Эти покрытия создают барьерный слой, препятствующий проникновению влаги и кислорода к сплаву. Современные лакокрасочные материалы также могут содержать ингибиторы, которые дополнительно защищают металл, блокируя активные зоны ионного обмена.

Все большее распространение получают пластмассовые и полимерные покрытия, которые отличаются высокими эксплуатационными свойствами, а также возможностью применения в самых разных по сложности условиях. 

Такие материалы обладают высокой стойкостью к воздействию агрессивных химических веществ, ультрафиолетового излучения, механическим повреждениям. 

К группе неорганических покрытий относится металлизация, оксидные и керамические варианты. Наиболее известным методом металлизации является гальваническое покрытие цинком, медью, никелем или хромом. Такая обработка металла позволяет создать устойчивый к появлению ржавчины слой непосредственно на поверхности, улучшая защитные свойства материала. Оксидные покрытия, такие как анодное оксидирование алюминия, создают плотный слой оксида на поверхности, препятствующего дальнейшему окислению.

Керамические покрытия предлагают высокую степень защищенности благодаря своей химической инертности, а также высокой тепло- и износостойкости. 

Создание сплавов, стойких к коррозии

Дополнительная обработка металла не является обязательной, если речь идет  о специальных сплавах, обладающих высокой коррозионной стойкостью.

Основные способы повышения стойкости к коррозии включают легирование базового сплава элементами, которые образуют защитные окисные пленки на поверхности, использование металлов с пассивирующими свойствами, а также создание многослойных структур, где внешние слои служат защитным барьером для внутренних.

Одним из наиболее популярных сплавов, стойких к коррозии, является нержавеющая сталь. Также широко используют алюминиевые сплавы, которые сами по себе обладает способностью образовывать на своей поверхности плотную оксидную пленку, препятствующую проникновению коррозионных веществ. 

Легирование алюминия медью, магнием, марганцем и другими элементами позволяет значительно улучшить его механические свойства и одновременно сохранить коррозионную стойкость.

Изменение состава воды

Основной причиной ржавления водопроводных и других металлических систем является присутствие растворенных в воде агрессивных веществ, таких как кислород, диоксид углерода, сульфаты, хлориды и другие ионы, которые взаимодействуют с поверхностью, образуя коррозионные продукты. Изменение состава воды позволяет минимизировать или устранить воздействие этих вредных компонентов.

Существует несколько основных подходов к изменению состава воды:

• Дегазация воды — удаление растворенных газов, таких как кислород и диоксид углерода, существенно снижает вероятность коррозии. 

• Умягчение воды — удаление ионов кальция и магния, которые могут формировать накипь, другие твердые отложения на поверхности, усиливая коррозионный процесс.

• Регулирование pH — поддержание определенного уровня кислотности воды оказывает существенное влияние на коррозионные процессы. 

• Использование ингибиторов коррозии для образования защитной плёнки на поверхности, тем самым предотвращая прямой контакт с агрессивными средами.

• Обеззараживание воды. Биокоррозия, возникающая под воздействием микроорганизмов, также может быть существенной проблемой для металлических систем. Использование биоцидов или других методов обеззараживания помогает уничтожить или контролировать рост бактерий, грибков, водорослей, которые способствуют коррозии.

Выбор конкретного метода или их комбинации определяется особенностями работы системы, типом используемого сплава и конкретными условиями окружающей среды. 

Электрохимическая защита

Это один из наиболее эффективных методов предупреждения и предотвращения коррозии металлических конструкций. Основное ее преимущество заключается в том, что она обеспечивает долговременную защиту за счет электрохимических процессов, которые препятствуют окислению.

Принцип действия электрохимического метода основан на создании разницы потенциалов между защищаемым металлом и защитным анодом. 

Существует два основных типа электрохимической защиты:

1. Катодная.

Предполагает подключение защищаемого сплава к отрицательной клемме источника питания, что приводит к превращению его в катод. Защитный анод, который обладает более высоким потенциалом, коррозирует вместо основного металла. Часто используется магниевый, цинковый или алюминиевый анод, так как эти материалы обладают более низким электродным потенциалом по сравнению с железом. Метод активно применяется для защиты подземных, подводных трубопроводов, резервуаров, других металлических конструкций, находящихся в агрессивной среде.

2. Анодная.

Предполагает подключение защищаемого элемента к положительной клемме источника питания, превращая его в анод. В этом случае металл покрывается тонким слоем оксидной пленки, которая препятствует доступу агрессивных сред к его поверхности, снижая скорость коррозии. 

Выбор метода зависит от условий эксплуатации металлической конструкции, типа среды, экономической целесообразности. Важно учитывать характеристики используемых материалов, особенности их взаимодействия с агрессивной средой, требования к износостойкости, долговечности.

Защита с помощью лакокрасочных материалов

Обработка металла лакокрасочными материалами позволяет значительно продлить срок службы металлоизделий, улучшая их внешний вид, предотвращая потерю механической прочности.

Антикоррозионная обработка металла может быть проведена:

• грунтовкой, 
• эмалью, 
• лаком, 
• специальным составом. 

Проще всего обработать поверхности, используя готовые системы — лакокрасочные продукты «3 в 1», в которых совмещены грунт и эмаль.

Соблюдение технологических норм, рекомендаций производителя лакокрасочных материалов является залогом долговечности, износостойкости, надежности антикоррозийного покрытия. Важно учитывать условия эксплуатации металлических изделий, такие как влажность, температура, механические нагрузки и воздействие агрессивных химических веществ.