Словосполучення «корозія металу» містить в собі набагато більше, ніж назва популярної рок-групи. Корозія безповоротно руйнує метал, перетворюючи його на труху: зі всього, виготовленого в світі заліза, 10% повністю руйнуватиметься в цей же рік. Ситуація з вітчизняним металом виглядає приблизно так - весь метал, виплавлений за рік в кожній шостій доменній печі нашої країни, стає іржавою трухою ще до кінця року.
Вираз «обходиться в копієчку» відносно корозії металу більш ніж вірно - щорічний збиток, що приносить корозія, складає не менше 4% річного доходу будь-якої розвиненої країни. Так що ж викликає корозійні процеси металів і як з ними боротися?
Руйнування металів в результаті електрохімічної (розчинення у вологому повітряному або водному середовищі - електроліті) або хімічної (утворення з'єднань металів з хімічними агентами високої агресії) взаємодії із зовнішнім середовищем. Корозійний процес в металах може розвинутися лише в деяких ділянках поверхні (місцева корозія), охопити всю поверхню (рівномірна корозія), або ж руйнувати метал по кордонах зерен (міжкристалічна корозія).
Метал під впливом кисню і води стає рихлим світло-коричневим порошком, більше відомим як іржа (Fе2O3·H2О).
Цей процес відбувається в середовищах, що не є провідниками електричного струму (сухі гази, органічні рідини - нафтопродукти, спирти і ін.), причому інтенсивність корозії зростає з підвищенням температури - в результаті на поверхні металів утворюється оксидна плівка.
До хімічної корозії схильні абсолютно всі метали - і чорні, і кольорові. Активні кольорові метали (наприклад - алюміній) під впливом корозії покриваються оксидною плівкою, що перешкоджає глибокому окисленню і що захищає метал. А такий мало активний метал, як мідь, під впливом вологи повітря набуває зеленуватого нальоту - патини. Причому оксидна плівка захищає метал від корозії не у всіх випадках - лише якщо кристалохімічна структура плівки, що утворилася, подібна будові металу, інакше - плівка нічим не допоможе.
Сплави схильні до іншого типа корозії: деякі елементи сплавів не окислюються, а відновлюються (наприклад, в поєднанні високої температури і тиску в сталях відбувається відновлення воднем карбідів), при цьому сплави повністю втрачають необхідні характеристики.
Процес електрохімічної корозії не потребує обов'язкового занурення металу в електроліт - досить тонкої електролітичної плівки на його поверхні (часто електролітичні розчини просочують середовище, що оточує метал (бетон, грунт і так далі)). Найбільш поширеною причиною електрохімічної корозії є повсюдне вживання побутової і технічної солей (хлориди натрію і калія) для усунення льоду і снігу на дорогах в зимовий період - особливо страждають автомашини і підземні комунікації (за статистикою, щорічні втрати в США від використання солей в зимовий період складають 2,5 млрд. доларів).
Відбувається наступне: метали (сплави) втрачають частину атомів (вони переходять в електролітичний розчин у вигляді іонів), електрони, що заміщають втрачені атоми, заряджають метал негативним зарядом, тоді як електроліт має позитивний заряд. Утворюється гальванічна пара: метал руйнується, поступово всі його частки стають частиною розчину. Електрохімічну корозію можуть викликати блукаючі струми, що виникають при витоку з електричного ланцюга частини струму у водні розчини або в грунт і звідти, - в конструкції з металу. У тих місцях, де блукаючі струми виходять з металоконструкцій назад у воду або в грунт, відбувається руйнування металів. Особливо часто блукаючі струми виникають в місцях руху наземного електротранспорту (наприклад, трамваїв і ж/д локомотивів на електричній тязі). Всього за рік блукаючі струми силою в 1А здатні розчинити заліза - 9,1 кг, цинку - 10,7 кг, свинцю - 33,4 кг
Розвитку корозійних процесів сприяють радіація, продукти життєдіяльності мікроорганізмів і бактерій. Корозія, що викликається морськими мікроорганізмами, завдає збитку днищам морських судів, а корозійні процеси, викликані бактеріями, навіть мають власну назву - біокоррозія.
Сукупність дії механічної напруги і зовнішнього середовища багато разів прискорює корозію металів - знижується їх термостійкість, ушкоджуються поверхневі оксидні плівки, а в тих місцях, де з'являються неоднорідності і тріщини, активується електрохімічна корозія.
Неминучими наслідками технічного прогресу є забруднення нашого місця існування - процес, прискорюючий корозію металів, оскільки зовнішнє довкілля проявляє до них все більшу агресію. Яких-небудь способів повністю виключити корозійне руйнування металів не існує, все, що можна зробити, це максимально уповільнити цей процес.
Для мінімізації руйнування металів можна зробити наступне: понизити агресію середовища, що оточує металевий виріб; підвищити стійкість металу до корозії; виключити взаємодію між металом і речовинами із зовнішнього середовища, що проявляють агресію.
Людством за тисячі років випробувано багато способів захисту металевих виробів від хімічної корозії, деякі з них застосовуються до цього дня: покриття жиром або маслом, іншими металами, що зменшують корозію (самий древній метод, якому вже більше 2 тис. років, - лудіння (покриття оловом)).
Неметалічні покриття - фарби (алкід, масляні і емалі), лаки (синтетичні, бітумні і дьогтеві) і полімери утворюють захисну плівку на поверхні металів, що виключає (при своїй цілісності) контакт із зовнішнім середовищем і вологою.
Використання фарб і лаків вигідно тим, що наносити ці захисні покриття можна безпосередньо на монтажному і будівельному майданчику. Методи нанесення лакофарбних матеріалів прості і піддаються механізації, відновити пошкоджені покриття можна «на місці» - під час експлуатації, ці матеріали мають порівняно низьку вартість і їх витрату на одиницю площі невеликі. Проте їх ефективність залежить від дотримання декількох умов: відповідність кліматичним умовам, в яких експлуатуватиметься металева конструкція; необхідність використання виключно якісних лакофарбних матеріалів; неухильне дотримання технології нанесення на металеві поверхні. Лакофарбні матеріали краще всього наносити декількома шарами - їх кількість забезпечить кращий захист від атмосферної дії на металеву поверхню.
В ролі захисних покриттів від корозії можуть виступати полімери - епоксидні смоли і полістирол, полівінілхлорид і поліетилен. У будівельних роботах заставні деталі із залізобетону покриваються обмазками з суміші цементу і перхлорвініла, цементу і полістиролу.
Існує два типи металевих покриттів-інгібіторів - протекторні (покриття цинком, алюмінієм і кадмієм) і корозійностійкі (покриття сріблом, міддю, нікелем, хромом і свинцем). Інгібітори наносяться хімічним способом: перша група металів має велику електронегативність по відношенню до заліза, друга - велику електропозитивність. Найбільшого поширення в нашому ужитку набули металеві покриття заліза оловом (біла жерсть, з неї виготовляють консервні банки) і цинком (оцинковане залізо - покрівельне покриття), отримувані шляхом протягання листового заліза через розплав один з цих металів.
Часто цинкуванню піддаються чавунна і сталева арматура, а також водопровідні труби - ця операція істотно підвищує їх стійкість до корозії, але лише в холодній воді (при проходженні гарячої води оцинковані труби зношуються швидше неоцинкованих). Не дивлячись на ефективність цинкування, воно не дає ідеального захисту - цинкове покриття часто містить тріщини, для усунення яких потрібне попереднє нікелювання металевих поверхонь (покриття нікелем). Цинкові покриття не дозволяють наносити на них лакофарбні матеріали - немає стійкого покриття.
Краще рішення для антикорозійного захисту - алюмінієве покриття. Цей метал має меншу питому вагу, а значить - менше витрачається, алюмінійовані поверхні можна забарвлювати і шар лакофарбного покриття буде стійкий. Крім того, алюмінієве покриття в порівнянні з оцинкованим покриттям володіє більшою стійкістю в агресивних середовищах. Алюмініювання слабо поширене із-за складності нанесення цього покриття на металевий аркуш - алюміній в розплавленому стані проявляє високу агресію до інших металів (з цієї причини розплав алюмінію не можна містити в сталевій ванні). Можливо, ця проблема буде повністю вирішена в самий найближчий час - оригінальний спосіб виконання алюмініювання знайдений російськими ученими. Суть розробки полягає в тому, аби не занурювати сталевий аркуш в розплав алюмінію, а підняти рідкий алюміній до сталевого аркуша.
Введення в сталевий сплав хрому, титану, марганцю, нікелю і міді дозволяє отримати леговану сталь з високими антикорозійними властивостями. Особливу стійкість сталевому сплаву додає велика частка хрому, завдяки якому на поверхні конструкцій утворюється оксидна плівка великої щільності. Введення до складу низьколегованих і вуглецевих сталей міді (від 0,2% до 0,5%) дозволяє підвищити їх корозійну стійкість в 1,5-2 рази. Легуючі добавки вводяться до складу сталі з дотриманням правила Таммана: висока корозійна стійкість досягається, коли на вісім атомів заліза доводиться один атом легуючого металу.
Для її зниження необхідно знизити корозійну активність середовища за допомогою введення неметалічних інгібіторів і зменшити кількість компонентів, здатних почати електрохімічну реакцію. В такий спосіб буде пониження кислотності грунтів і водних розчинів, що контактують з металами. Для зниження корозії заліза (його сплавів), а також латуні, міді, свинцю і цинку з водних розчинів необхідно видалити діоксид вуглецю і кисень. У електроенергетичній галузі проводиться видалення з води хлоридів, здатних вплинути на локальну корозію. За допомогою вапнування грунту можна понизити її кислотність.
Понизити електрокорозію підземних комунікацій і заглиблених металоконструкцій можливо при дотриманні декількох правил:
Захист металевих об'єктів, забезпечених ізоляцією, а також сталевих конструкцій невеликого розміру виконується за допомогою протектора, що виконує функцію анода. Матеріалом для протектора служить один з активних металів (цинк, магній, алюміній і їх сплави) - він переймає на себе велику частину електрохімічної корозії, руйнуючись і зберігаючи головну конструкцію. Один анод з магнію, наприклад, забезпечує захист 8 км. трубопроводу.
14.02.2011
