Corrosie van de metal bevat veel meer dan de naam van een populaire rockband. Corrosie vernietigt onherroepelijk het metaal en verandert het in stof: van al het ijzer dat in de wereld wordt geproduceerd, zal 10% in hetzelfde jaar volledig instorten. De situatie met Russisch metaal ziet er ongeveer zo uit – al het metaal dat in een jaar in elke zesde hoogoven in ons land wordt gesmolten, wordt voor het einde van het jaar roestig stof.
De uitdrukking “kost een aardige cent” met betrekking tot metaalcorrosie is meer dan waar – de jaarlijkse schade veroorzaakt door corrosie is minstens 4% van het jaarinkomen van elk ontwikkeld land, en in Rusland wordt de schade berekend in tien cijfers. Dus wat veroorzaakt corrosieve processen in metalen en hoe ermee om te gaan?
Wat is metaalcorrosie
Vernietiging van metalen als gevolg van elektrochemische (oplossen in een vochthoudend lucht- of watermedium – elektrolyt) of chemische (vorming van metaalverbindingen met chemische agentia van hoge agressie) interactie met de externe omgeving. Een corrosieproces in metalen kan zich alleen in sommige delen van het oppervlak ontwikkelen (lokale corrosie), het hele oppervlak bedekken (uniforme corrosie) of het metaal langs korrelgrenzen vernietigen (interkristallijne corrosie).
Metaal wordt onder invloed van zuurstof en water een los lichtbruin poeder, beter bekend als roest (Fe2O3H.2OVER).
Chemische corrosie
Dit proces vindt plaats in omgevingen die geen geleiders zijn van elektrische stroom (droge gassen, organische vloeistoffen – olieproducten, alcoholen, enz.), En de intensiteit van corrosie neemt toe met toenemende temperatuur – als resultaat vormt zich een oxidefilm op het metaaloppervlak.
Alle metalen zijn onderhevig aan chemische corrosie – zowel ferro als non-ferro. Actieve non-ferro metalen (bijvoorbeeld aluminium) onder invloed van corrosie zijn bedekt met een oxidefilm die diepe oxidatie voorkomt en het metaal beschermt. En zo’n laagactief metaal, zoals koper, krijgt onder invloed van vocht in de lucht een groenachtige bloei – patina. Bovendien beschermt de oxidefilm het metaal niet in alle gevallen tegen corrosie – alleen als de kristalchemische structuur van de gevormde film consistent is met de structuur van het metaal, anders doet de film niets..
Legeringen zijn vatbaar voor een ander type corrosie: sommige elementen van de legeringen worden niet geoxideerd, maar worden gereduceerd (bijvoorbeeld een combinatie van hoge temperatuur en druk in staal is de reductie van carbiden met waterstof), terwijl legeringen de noodzakelijke eigenschappen volledig verliezen.
Elektrochemische corrosie
Het proces van elektrochemische corrosie vereist niet de verplichte onderdompeling van het metaal in de elektrolyt – een voldoende dunne elektrolytische film op het oppervlak (vaak impregneren elektrolytische oplossingen de omgeving rond het metaal (beton, grond, enz.)). De meest voorkomende oorzaak van elektrochemische corrosie is het wijdverbreide gebruik van huishoudelijke en industriële zouten (natrium- en kaliumchloriden) om in de winter ijs en sneeuw op wegen te verwijderen – vooral auto’s en ondergrondse nutsbedrijven worden getroffen (volgens statistieken zijn jaarlijkse verliezen in de Verenigde Staten door het gebruik van zout in de winter $ 2,5 miljard).
Het volgende gebeurt: metalen (legeringen) verliezen een deel van hun atomen (ze komen in de elektrolytische oplossing terecht in de vorm van ionen), elektronen die de verloren atomen vervangen, laden het metaal op met een negatieve lading, terwijl de elektrolyt een positieve lading heeft. Er wordt een galvanisch paar gevormd: het metaal wordt vernietigd, geleidelijk worden al zijn deeltjes onderdeel van de oplossing. Elektrochemische corrosie kan worden veroorzaakt door zwerfstromen die ontstaan door het weglekken van een deel van de stroom van het elektrische circuit naar waterige oplossingen of naar de bodem en van daaruit naar een metalen structuur. Op die plaatsen waar zwerfstromen metalen constructies achterlaten in water of bodem, wordt metaal vernietigd. Het is vooral gebruikelijk dat zwerfstromen optreden op plaatsen waar elektrisch vervoer over de grond (bijvoorbeeld trams en treinlocomotieven aangedreven door elektrische tractie) beweegt. In slechts een jaar kunnen zwervende stromingen van 1A ijzer oplossen – 9,1 kg, zink – 10,7 kg, lood – 33,4 kg.
Andere oorzaken van metaalcorrosie
De ontwikkeling van corrosieve processen wordt vergemakkelijkt door straling, afvalproducten van micro-organismen en bacteriën. Corrosie veroorzaakt door mariene micro-organismen beschadigt de bodems van schepen, en corrosieve processen veroorzaakt door bacteriën hebben zelfs hun eigen naam: biocorrosie.
De combinatie van de effecten van mechanische spanningen en de externe omgeving versnelt de corrosie van metalen vele malen sneller – hun thermische stabiliteit neemt af, oxidefilms aan het oppervlak worden beschadigd en op die plaatsen waar inhomogeniteiten en scheuren optreden, wordt elektrochemische corrosie geactiveerd.
Maatregelen om metalen tegen corrosie te beschermen
Een onvermijdelijk gevolg van technologische vooruitgang is de vervuiling van ons milieu – een proces dat de corrosie van metalen versnelt, aangezien de externe omgeving er steeds agressiever voor wordt. Er is geen manier om de corrosieve vernietiging van metalen volledig te elimineren, het enige dat kan worden gedaan, is dit proces zo veel mogelijk te vertragen.
Om de vernietiging van metalen tot een minimum te beperken, kunt u het volgende doen: de agressie van de omgeving rondom het metaalproduct verminderen; de weerstand van metaal tegen corrosie verhogen; sluit de interactie tussen het metaal en stoffen uit de externe omgeving uit en toont agressie.
Duizenden jaren lang heeft de mensheid vele manieren geprobeerd om metalen producten te beschermen tegen chemische corrosie, waarvan sommige tot op de dag van vandaag worden gebruikt: coating met vet of olie, andere metalen die in mindere mate corroderen (de oudste methode, die meer dan 2000 jaar oud is – vertinnen (coating) blik)).
Anticorrosiebescherming met niet-metalen coatings
Niet-metalen coatings – verven (alkyd, olie en email), vernissen (synthetisch, bitumineus en teer) en polymeren vormen een beschermende film op het oppervlak van metalen, waarbij (met zijn integriteit) contact met de externe omgeving en vocht wordt uitgesloten.
Het gebruik van verven en vernissen is gunstig doordat deze beschermende coatings direct op de montage- en bouwplaats kunnen worden aangebracht. Methoden voor het aanbrengen van verven en vernissen zijn eenvoudig en vatbaar voor mechanisatie, beschadigde coatings kunnen “ter plaatse” worden hersteld – tijdens bedrijf hebben deze materialen relatief lage kosten en is hun verbruik per oppervlakte-eenheid laag. Hun doeltreffendheid hangt echter af van de naleving van verschillende voorwaarden: naleving van de klimatologische omstandigheden waarin de metalen structuur zal worden gebruikt; de noodzaak om uitsluitend hoogwaardige verven en vernissen te gebruiken; strikte naleving van de technologie van toepassing op metalen oppervlakken. Het is het beste om verven en vernissen in meerdere lagen aan te brengen – hun hoeveelheid biedt de beste bescherming tegen weersinvloeden op het metalen oppervlak.
Polymeren zoals epoxyharsen en polystyreen, polyvinylchloride en polyethyleen kunnen dienen als beschermende coatings tegen corrosie. Bij bouwwerkzaamheden worden ingebedde delen van gewapend beton bekleed met coatings van een mengsel van cement en perchloorvinyl, cement en polystyreen.
Bescherming van ijzer tegen corrosie door coatings van andere metalen
Er zijn twee soorten metaalremmende coatings: loopvlak (zink-, aluminium- en cadmiumcoatings) en corrosiebestendig (zilver-, koper-, nikkel-, chroom- en loodcoatings). Remmers worden chemisch toegepast: de eerste groep metalen heeft een hoge elektronegativiteit met betrekking tot ijzer, de tweede – een hoge elektropositiviteit. De meest voorkomende in ons dagelijks leven zijn metalen coatings van ijzer met tin (blik, er worden blikjes van gemaakt) en zink (gegalvaniseerd ijzer – dakbedekking), verkregen door plaatijzer door de smelt van een van deze metalen te trekken..
Vaak zijn gietijzeren en stalen fittingen, evenals waterleidingen, gegalvaniseerd – deze bewerking verhoogt hun weerstand tegen corrosie aanzienlijk, maar alleen in koud water (wanneer warm water wordt geleverd, slijten gegalvaniseerde buizen sneller dan niet-gegalvaniseerde). Ondanks de effectiviteit van verzinken, biedt het geen ideale bescherming – de zinklaag bevat vaak scheuren, waarvan het elimineren een voorlopige vernikkeling van de metalen oppervlakken vereist (vernikkelen). Zinkcoatings laten het niet toe om verf en lak aan te brengen – er is geen stabiele coating.
De beste oplossing voor corrosiebescherming is een aluminium coating. Dit metaal heeft een lager soortelijk gewicht, waardoor het minder wordt verbruikt, gealuminiseerde oppervlakken kunnen worden geverfd en de laklaag stabiel blijft. Bovendien is de aluminium coating in vergelijking met de verzinkte coating beter bestand tegen agressieve omgevingen. Aluminium wordt niet veel gebruikt vanwege de complexiteit van het aanbrengen van deze coating op een metalen plaat – aluminium in gesmolten toestand vertoont een hoge agressie voor andere metalen (om deze reden kan de aluminiumsmelt niet in een staalbad worden bewaard). Misschien zal dit probleem in de zeer nabije toekomst volledig worden opgelost – de oorspronkelijke methode om aluminisering uit te voeren werd gevonden door Russische wetenschappers. De essentie van de ontwikkeling is niet om de staalplaat onder te dompelen in de aluminiumsmelt, maar om het vloeibare aluminium op de staalplaat te brengen.
Verhogen van corrosiebestendigheid door toevoeging van legeringsadditieven aan staallegeringen
De introductie van chroom, titanium, mangaan, nikkel en koper in de staallegering maakt het mogelijk gelegeerd staal te verkrijgen met hoge anticorrosie-eigenschappen. Het hoge chroomgehalte geeft de staallegering een bijzondere weerstand, waardoor zich een oxidefilm met hoge dichtheid vormt op het oppervlak van de constructies. De introductie van koper in de samenstelling van laaggelegeerd en koolstofstaal (van 0,2% tot 0,5%) maakt het mogelijk om hun corrosiebestendigheid met 1,5-2 keer te verhogen. Legeringsadditieven worden in de staalsamenstelling geïntroduceerd in overeenstemming met de Tamman-regel: hoge corrosiebestendigheid wordt bereikt wanneer er één legeringsmetaalatoom is voor elke acht ijzeratomen.
Anticorrosiemaatregelen
Om het te verminderen, is het noodzakelijk om de corrosieve activiteit van het medium te verminderen door niet-metallische remmers in te voeren en om het aantal componenten dat een elektrochemische reactie kan initiëren te verminderen. Deze methode vermindert de zuurgraad van bodems en waterige oplossingen die in contact komen met metalen. Om de corrosie van ijzer (zijn legeringen) te verminderen, evenals messing, koper, lood en zink, moeten kooldioxide en zuurstof uit waterige oplossingen worden verwijderd. In de elektriciteitsindustrie worden chloriden uit water verwijderd die plaatselijke corrosie kunnen aantasten. Door de grond te verkalken kan de zuurgraad afnemen.
Bescherming tegen zwerfstromen
Het is mogelijk om de elektrocorrosie van ondergrondse nutsvoorzieningen en ondergrondse metalen constructies te verminderen als verschillende regels in acht worden genomen:
- het gedeelte van de constructie dat als bron van zwerfstroom dient, moet met een metalen geleider zijn verbonden met de rail van de tram;
- routes van verwarmingsnetwerken moeten zo ver mogelijk van de spoorwegen liggen waarlangs elektrisch vervoer rijdt, om het aantal kruispunten ervan tot een minimum te beperken;
- het gebruik van isolerende buissteunen om de overgangsweerstand tussen de bodem en buisleidingen te vergroten;
- bij de ingangen van objecten (mogelijke bronnen van zwerfstromen), is het noodzakelijk om isolerende flenzen te installeren;
- installeer geleidende longitudinale jumpers op flensfittingen en stopbusuitbreidingsverbindingen – om de longitudinale elektrische geleidbaarheid op het beschermde gedeelte van pijpleidingen te vergroten;
- om de potentialen van parallelle pijpleidingen gelijk te maken, is het noodzakelijk om transversale elektrische jumpers in aangrenzende secties te installeren.
De bescherming van geïsoleerde metalen voorwerpen en kleine staalconstructies wordt bereikt met een beschermer die als anode werkt. Het materiaal voor de beschermer is een van de actieve metalen (zink, magnesium, aluminium en hun legeringen) – het neemt de meeste elektrochemische corrosie op, bezwijkt en behoudt de hoofdstructuur. Een magnesiumanode beschermt bijvoorbeeld 8 km pijpleiding.
Wat zijn enkele van de belangrijkste oorzaken van metaalcorrosie en welke methoden zijn effectief gebleken om metalen te beschermen tegen corrosie?
Enkele van de belangrijkste oorzaken van metaalcorrosie zijn blootstelling aan vocht, zout, zuren en andere chemische stoffen, evenals mechanische slijtage zoals krassen en schuren. Om metalen te beschermen tegen corrosie zijn er verschillende effectieve methoden ontwikkeld. Een veelgebruikte methode is het aanbrengen van een beschermende coating, zoals verf, lak of een speciale corrosiewerende primer. Daarnaast kunnen metalen ook worden beschermd door ze te galvaniseren, waarbij een laagje zink wordt aangebracht om het metaal te beschermen tegen corrosie. Andere methoden omvatten het gebruik van opofferingsanoden, kathodische bescherming en het regelmatig reinigen en onderhouden van metalen oppervlakken. Deze methoden hebben zich effectief bewezen in het voorkomen van metaalcorrosie en het verlengen van de levensduur van metalen constructies.
Wat zijn de belangrijkste oorzaken van metaalcorrosie en welke methoden kunnen worden gebruikt om het metaal te beschermen?