Коррозия

Коррозией называют естественный химический процесс, который может воздействовать на различные материалы, подвергая их разрушению. В мире инженерии, строительства и повседневной жизни коррозия играет роль невидимого врага, способного нанести серьезный ущерб металлическим конструкциям, трубам, транспортным средствам и даже бытовой технике. В статье рассмотрим что такое коррозия, как она начинает действовать, причины ее появления и следующие за этим методы борьбы.

Что собой представляет коррозия?

Коррозия - это распространённый сложный процесс химического или электрохимического характера, который подразумевает разрушение материала под влиянием различных состояний окружающей среды. Обычно этот термин ассоциируется с металлическими материалами, такими как железо и его сплавы, но коррозия также может воздействовать на другие материалы, такие как бетон, стекло, пластик и даже полимеры. Любое такое разрушение в химии называется коррозия, а простым языком “ржавчина”.

Процесс коррозионного образования чаще всего связан с окислительными реакциями, в результате которых происходит разрушение металла или металлических поверхностей, а также смежных с металлом материалов. Наиболее известный пример коррозии - окисления металла, которая возникает при взаимодействии железных сплавов с влагой и кислородом. Этот процесс приводит к образованию оксидов металла, которые обычно имеют характерный красно-коричневый оттенок.

Коррозия может быть вызвана разнообразными воздействиями на изделие окружающей среды и веществ. Например, металлические структуры, расположенные в близости к прибрежным зонам или под воздействием соленой влаги, представляют более высокий риск образования. Она является серьезной проблемой в различных отраслях, включая строительство, автомобильную промышленность, металлургию и даже бытовую технику, поэтому эффективные методы предотвращения и борьбы с ней имеют важное значение для обеспечения долговечности материалов и сооружений.

Почему образуется коррозия?

Коррозия появляется вследствие химических или электрохимических взаимодействий металлов со средой. Данный процесс является естественным следствием стремления металлов к термодинамической устойчивости, возвращаясь к своему первоначальному состоянию в виде минералов. Вот несколько основных причин, по которым образуется коррозия:

1. Окисление. Процесс заключается в передаче электронов от металла к кислороду, что приводит к появлению оксидов металла. Например, железо подвергается окислению, образуя ржавчину (оксид железа). 
2. Трение или разрушение на всю поверхность. Когда металлические поверхности подвергаются трению, возникают микроскопические повреждения, что может привести к нарушению защитного слоя материала. Этот процесс создает условия для более интенсивного воздействия окислительных сред и ускоренного разрушения металлических компонентов.
3. Влага. Влажность является неотъемлемым компонентом процесса коррозионного изменения. Повышенная влажность способствуют активации процессов, особенно если вода содержит растворенные соли. Поэтому некоторые изделия рекомендуется содержать в сухих точках, с хорошей вентиляцией без источника влаги.
4. Химические вещества: кислоты и щелочи, остаточные пятна жира. Наличие агрессивных химических составов в окружающей среде, таких как кислоты, щелочи, соли и другие соединения, может ускорить изменения.
5. Электролитическая среда. Некоторые среды могут служить электролитами, что усиливает коррозию. Электролитическая среда позволяет электронам свободно перемещаться между металлическими частицами, ускоряя процессы окисления.
6. Разностные потенциалы. Если на металлической поверхности есть места с разными потенциалами, это может создать условия для образования анодов и катодов, что способствует коррозии. Это часто случается в местах с повышенной влажностью или на поверхности с повреждениями.
7. Микробиологическая коррозия. Некоторые виды бактерий и микроорганизмов могут вызывать коррозию, питаясь металлами или производя агрессивные химические соединения.
8. Резкий перепад температуры. Это может повлечь за собой коррозионные пятна и нарушение покрытия, если изделие было обработано.
9. Некачественная механическая обработка. Если металлические изделия подвергаются некачественной механической обработке, это может привести к формированию микротрещин и дефектов на поверхности. Такие дефекты служат местами концентрации жидкости, агрессивных составов и кислород. Неравномерные области на поверхности могут также способствовать образованию анодов и катодов, усиливая электрические и химические реакции. Это делает материал более уязвимым к разрушительным воздействиям внешней среды.

Знание этих тонкостей позволяет разрабатывать эффективные варианты предотвращения коррозии, такие как применение защитных покрытий, использование антикоррозийных материалов, регулярное техобслуживание и контроль среды. 

Признаки коррозии

Признаки коррозии могут проявляться в различных видах, что зависит от типа материала и условий среды. Вот несколько основных признаков коррозии:

1. Образование оксидированных слоев. Для металлических материалов, особенно железа и стали, характерен процесс образования ржавчины. Это проявляется в виде красно-коричневых отложений на поверхности металла.
2. Потеря блеска и изменение цвета. Может привести к изменению внешнего вида материала. Металлические поверхности могут потерять свой блеск и становиться матовыми, а цвет может измениться в зависимости от типа оксидов, образующихся на поверхности.
3. Образование пузырьков, трещин и выступов. Может вызывать образование пузырьков газа или выступов на поверхности материала. Газовые токи особенно заметны в случае погружения металла в воду или другие жидкости. В результате погружения газовой формы частицы всегда выходят из металла.
4. Утолщение и деформация. На металлических поверхностях могут появляться утолщения и деформации из-за накопления коррозионных отложений, что может влиять на механические свойства материала.
5. Повреждения краски или покрытий. Если металл покрыт защитным слоем, может привести к отслоению краски или других защитных покрытий. Это может быть первым признаком проблемы, так как обнаженная металлическая поверхность становится более уязвимой.
6. Коррозионные осечки и язвы, появление окалины. На металлических поверхностях могут образовываться язвы и осечки, представляющие собой участки повышенной коррозии металла. Эти области могут быть особенно подвержены дальнейшему разрушению.
7. Потеря механической прочности. Коррозия может существенно снижать механическую прочность материала, делая его менее устойчивым к механическим воздействиям.

При обнаружении этих признаков необходимо принимать меры по предотвращению и лечению коррозии, такие как регулярное обслуживание, использование защитных пленок, растворов. Помните, что в результате возникновения коррозии разрушается со временем даже самые крупные изделия металла. При благоприятных для процесса обстоятельствах ржавчина может разъесть металл в считанные месяцы и даже недели, не говоря уже о том, что за несколько лет ничего от массы не останется. Время зависит от типа металла, работы с ним, количества и т.д.

Классификация

Основными видами коррозионных образований являются химическая или электрохимическая. Химический вариант - 

это процесс деструктуризация материала под влиянием химических реакций. В основе этого вида лежат химические взаимодействия между металлическими поверхностями и агрессивной средой. Процессы окисления и образования соединений металла с элементами среды, такими как кислород, могут привести к различного рода коррозионным продуктам. Это может быть как в атмосфере, так и в водной среде, в зависимости от характера эксплуатационных условий.

Второй метод подразумевает разрушения под влиянием комбинации электрических и химических реакций. Металлы действуют как аноды и катоды в электрохимических элементах, включая среду в качестве электролита. Процесс включает передачу электронов от анода к катоду, что способствует развитию ионов металла и их перемещение в электролите. На поверхности металла появляется окисление (потеря электронов), а на катоде - восстановление (получение электронов). Эти процессы способствуют растворению металла и наросту коррозионных продуктов.

Примеры:

• Химическая. Влияет на металлы кислорода в воздухе, что приводит к оксидам металла, например, окиси железа или металла.
• Электрохимическая. Гальваническая коррозия, когда два различных металла находятся в электролите, создавая разностные потенциалы и инициируя электронные переносы, что приводит к коррозии менее благоприятного металла (анода).

Оба вида обычно взаимодействуют друг с другом, и многие случаи могут включать в себя элементы химической и электрохимической природы. Но коррозия также может делится по типу поражения:

• Поверхностная. Образуется на внешней поверхности материала и обычно приводит к образованию слоев оксидов или других коррозионных продуктов.
• Межкристаллитная. Обычно вдоль границ зерен материала, что может привести к разрушению внутренней структуры.
• Стохастическая (или катастрофическая). Характеризуется случайными и непредсказуемыми разрушениями, такими как трещины или поломки, вызванными коррозионными процессами.
• Кавитационная. Начинается в зонах, подвергающихся повторяющимся циклам и коллапса пузырьков вследствие кавитации в жидкости.

Также ее можно разделить по механизму протекания процесса:

• Концентрированная. Бывает в определенных участках материала, обычно вызванных местами местными дефектами или различиями в составе. 
• Гальваническая. Возникает при взаимодействии различных металлов в электролитической среде, что создает разностные потенциалы и способствует коррозии одного из металлов.
• Сплошная (или равномерная). Происходит равномерное разрушение поверхности материала, обусловленное долговременным воздействием агрессивной среды.
• Трещиноватая (или напряженная). Появляется в областях, подвергающихся напряжениям, что способствует трещинам и ускоренной коррозии в этих зонах.

Коррозия может также зависеть от типа среды, которая на нее воздействует. Разделение по типу агрессивной среды:

• Атмосферная или аэрационная. Вызвана влиянием атмосферных условий, таких как кислород и загрязнители в воздухе, неравномерное распространение кислорода на изделия.
• Газовая коррозия, которая протекает под влиянием газов. В этом случае, металл или сплавы могут начинать разрушаться от активных газов, таких как хлор или сероводород. Газовая коррозия может проявляться различными скоростями в зависимости от химических свойств газа и условий работы материала.
• Водная. Образуется во влажной среде, такой как дождевая вода, морская вода или почвенные влаги. Жидкостная коррозия включает в себя воздействие жидкости на металл. Самая высокая скорость этого типа коррозии происходит в сложных химических средах, где жидкость содержит различные активные добавки, влияющие на скорость коррозии.
• Химическая коррозия или электролитная. Вызвана эффектом агрессивных химических веществ, таких как кислоты, щелочи или соли.
• Биологическая. Включает в себя влияние микроорганизмов, бактерий или грибков, способных вызывать коррозию.
• Почвенная – наибольшей агрессией обладают кислые грунты, наименьшей – песчаники.
• Электрическая. Основной причиной становятся блуждающие токи (электрический ток), что разрешают деталь. Под влиянием тока и электролитов может наступить разрушения металлов.

Также бывают и другие виды, а именно:

• Температурная коррозия. Происходит под силой высоких или низких температур, что может влиять на химические реакции коррозии.
• Электролитическая. Возникает из-за наличия электролита, обеспечивающего проводимость для электронов и ионов.
• Фрикционная. Обусловлена трением металлических поверхностей, что может способствовать высвобождению микроскопических частиц и интенсификации коррозии.

В зависимости от вида коррозии выбирают способы борьбы с ней. 

Особенности коррозии железа и меди

Коррозия железа, также известная как ржавчина, возникает в результате окислительно-восстановительных реакций с воздухом или кислотами. Этот процесс включает химическую, электрохимическую и электрическую коррозии.

1. Химическая:

• При химическом типе ржавчины происходит переход электронов на окислитель, формируя оксидную пленку (Fe3O4). Однако эта оксидная пленка не защищает материал, способствуя появлению новой коррозии металла. Оксидная пленка скорее обладает свойством катализатором для дальнейшего процесса коррозии. В случае влаги, газа и других агрессивных веществ оксидная пленка может легко разрушаться, в результате обнажая металл или сплав.
• Уравнение этого коррозионного изменения: 3Fe + 2O2 = Fe3O4 (FeO•Fe2O3)

2. Электрохимическая коррозия:

• В грунте коррозия вызывается реакцией с образованием свободного кислорода и воды, создавая новые продукты коррозии.
• Выглядит она так: Fe + O2 + H2O → Fe2O3 · xH2O

3. Электрическая. Эта форма коррозии, которая является наиболее непредсказуемой, возникает из-за блуждающих токов, вызывающих электролиз металла и появление ржавых пятен.

Коррозия меди зависит от среды, где находится элемент, и часто происходит медленно.

1. Атмосферная меди. В атмосфере медь изменяется медленно, образуя карбонат меди: 2Cu+H2O+CO2+O2→ CuCO3*Cu(OH)2
2. Взаимодействие с кислотами. При контакте с кислотами медь коррозирует, образуя соответствующие соли:

• Cu+2H2SO4→CuSO4+SO2↑+2H2O
• Cu+H2SO4→CuO+SO2↑+H2O

Так протекает в обычных реалиях образование коррозии в металле и меди. Чтобы избежать изменения, материал могут покрывать защитным слоем или легировать. Разберем подробнее.

Способы защиты от коррозии

Благодаря постоянным исследованиям и развитию технологий, существует множество методов и способов защиты материалов от негативного воздействия коррозионных факторов. Существуют разнообразные техники и подходы защиты, предназначенные для предотвращения, замедления или даже полного исключения коррозии. Рассмотрим некоторые из вариантов защиты металлов  и сплавов подробнее:

1. Защитные покрытия: механические поверхностные. Этот вариант включает нанесение механических покрытий на поверхность материала, создавая барьер, который предотвращает проникновение коррозионных сред. Обычно это высокоустойчивые эмали, порошковые покрытия или гальванические слои. Также популярный вариант - цинк, это покрытие активного металла. Тонкая пленка раствора цинка обеспечивает активную (катодную и электрохим.) и пассивную (барьерную) защиту металлов от ржавчины. Преимущества: Простота внедрения такого раствора, эффективная защита от влаги и агрессивных веществ.
2. Создание сплавов, стойких к коррозии: легирование и металлизация. Легирование – добавление к металлу специальных элементов, улучшающих его коррозионную стойкость. Металлизация включает нанесение защитного слоя на поверхность металла, часто путем напыления, что тоже повышает устойчивость. Эти варианты обеспечивают повышенную стойкость к коррозии, сохранение механических свойств за счет добавок, к которым относятся: хром, цинк, алюминий и другие. 
3. Изменение состава окружающей среды: воды, воздуха. Контроль и регулирование параметров окружающей среды, таких как влажность, температура и химический состав, чтобы снизить агрессивность среды. Это позволяет выгодно и быстро улучшить состояние оборудования, особенно в промышленных условиях
4. Электрохимическая защита: химические покрытия и растворы. Способы, такие как катодная защита, анодная защита и использование химических ингибиторов, чтобы изменить реакции, происходящие в металле. Это всегда высокая эффективность в условиях высокой влажности или агрессивных химических сред.
5. Народные средства защиты. Использование химических веществ, доступных в повседневной жизни, для создания защитного слоя на металле. А именно популярны такие:

• Керосин и парафин - являются доступными и широко используемыми средствами для защиты металлических поверхностей. Керосин может быть нанесен на защищаемый металл, образуя тонкий слой, который предотвращает контакт с влагой и кислородом. Парафин, в свою очередь, создает плотное гидрофобное покрытие. Нанесение керосина с помощью кисти или распылителя, а также погружение металлического предмета в расплавленный парафин.
• Каустическая сода (натр, NaOH) может быть использована для создания защитного слоя на металле. Раствор соды наносится на поверхность, где происходит реакция с поверхностными слоями металла, образуя устойчивые соединения.
• Перекись водорода (Н₂О₂) может быть использована для удаления коррозии и образования защитного слоя на поверхности металла. Перекись водорода реагирует с окисленными частями металла, образуя стабильные соединения. Также подойдет пероксид водорода (2h 2)

Все перечисленные средства доступны в повседневной жизни и могут быть приобретены с минимальными затратами. Применение этих средств не требует специальных навыков или оборудования, что делает их привлекательными для широкого круга пользователей.

Эти методы и способы предоставляют широкий арсенал инструментов для инженеров и специалистов по материаловедению, которые стремятся обеспечить долговечность и надежность металлических конструкций в условиях повышенной коррозионной активности.

В нашем интернет-магазине представлен широкий ассортимент деталей и материалов из различных видов стали, включая нержавейку. Наш каталог предлагает широкий выбор высококачественных продуктов, включая детали из нержавеющей стали, которая является идеальным выбором для тех, кто ценит прочность, стойкость к коррозии и эстетичный внешний вид. Нержавеющая сталь является уникальным материалом, который прекрасно подходит для различных применений, будь то в строительстве, промышленности или повседневной жизни. В нашем ассортименте представлены высококачественные детали, гарантирующие долгий срок службы и надежность в различных условиях эксплуатации. Загляните в наш каталог прямо сейчас и выберите идеальные решения для своих потребностей в сфере строительства и производства. Мы уверены, что вы найдете у нас то, что ищете - звоните по контактам для связи, указанным на сайте.