Защита металла от коррозии

Как провести обработку своими руками?

Существуют различные способы защиты металла от коррозии, которые можно применять в домашних условиях. Для них не требуется применение дорогого оборудования и мощных химических составов.

Подготовка к обработке металла

Защитные краски

Краски, которые используются для защиты металлов, можно разделить на несколько видов:

• эпоксидные;
• алкидные;
• акриловые.

У лакокрасочных материалов есть ряд преимуществ:

• защитные составы быстро высыхают;
• для нанесения не нужно обладать дополнительными навыками;
• покрытие изменяет цвет металла;
• долговечность.

Стандартная схема антикоррозийной обработки

Защита металлоконструкций от коррозии — это технологический процесс, который требует соблюдения этапов работы. Наносится защитный слой после финишной обработки металла. Этапы нанесения защиты:

• обрабатываемая поверхность очищается от ржавчины, грязи, налёта;
• после очистки заготовка обезжиривается;
• когда обезжиривание закончено, наносится слой грунта;
• после высыхания грунта наносится два слоя защитного состава.

При проведении работ нужно пользоваться защитными очками, респиратором и перчатками.

Нормы и правила СНиП

На государственных предприятиях защита от коррозии считается важнейшим моментом, который утверждается официальным документом СНиП 2.03.11 — 85. В нём указываются такие методы защиты металла:

• покрытие лакокрасочными материалами;
• пропитка заготовки антикоррозийным составом;
• оклейка специальными плёнками.

В документе указывается какие методы можно использовать в определённых средах. При самостоятельной антикоррозийной обработке нужно учитывать правила и рекомендации из официального документа.

Антикоррозийная обработка применяется для защиты металлических изделий и продления их долговечности. При выборе защитного раствора нужно учитывать сферу эксплуатации детали.

Меры защиты от почвенной коррозии

Для предотвращения почвенной коррозии, в первую очередь, необходимо правильно выбрать маршрут прокладки кабельной трассы. Он не должен проходить в болотистой местности, в грунтах с повышенным содержанием влаги и извести. Также следует избегать участков с повышенным загрязнением, в том числе районы свалок бытовых и промышленных отходов, стока промышленных вод, мест с насыпными грунтами, включающими шлаки и т.д.

Если прокладку трассы мимо таких мест не удается обеспечить, то рекомендуется использовать кабельную продукцию с защитным пластиковым покрытием оболочки. При расположении в грунтах с повышенным содержанием агрессивных веществ эффективную защиту металлических оболочек кабелей дает прокладка внутри асбестоцементных труб.

Дополнительно может потребоваться использование электрических способов защиты от коррозии.

Как сделать устройство для катодной защиты самому

Если не ставить перед собой цель изготовления системы со сложными блокировками от короткого замыкания, слежением за расходом заряда батареи, светодиодной индикацией, то само устройство можно элементарно изготовить и самому.

Катодная защита кузова (схема)

Простейший вариант включает лишь разгрузочный резистор определенного номинала (500-1000 ом), через который плюсовая клемма аккумулятора соединяется с защитными электродами. Потребляемый ток должен находиться в интервале 1-10 мА. Защитный потенциал теоретически достаточен в размере 0,44 В (величина электроотрицательного потенциала чистого железа). Но с учетом сложного состава стали, наличия дефектов кристаллической структуры и иных действующих факторов принимается в районе 1,0 В.

Народные средства

Очищать металл можно подручными материалами:

• Лимон и уксус помогают избавиться от легкого налета. Ингредиенты смешиваются в одинаковых пропорциях. После обработки железа нужно подождать 2 часа. Затем смывают, вытирают насухо.
• Картофель оказывает разрушительное воздействие на ржавый налет. Картофель разрезают, хорошо солят, прикладывают к пятнам. Продукты окисления смываются с изделий.
• Пищевая сода отличается высокой эффективностью. Порошок разбавляется водой до образования густой смеси. Нужно подождать 30 минут, затем вытереть насухо поверхность и удалить оставшуюся грязь.

Полезные материалы

Уксус помогает бороться с коррозией, удаляет коричневый налет. Им можно воспользоваться, чтобы очистить монету, лезвие ножа, ключ, украшение.

Лайм с солью – самая эффективная комбинация. Изделие обрабатывают соком, солят, очищают кожурой лайма.

Щавелевая кислота – агрессивное средство, пары, выделяемые в результате химической реакции, воздействуют на слизистую дыхательных путей, поэтому необходима защита. Помещение при этом проветривается. Кислоту растворяют в воде, кладут туда предмет, налет удаляют старой зубной щеткой.

Неметаллические покрытия

Неметаллические защитные покрытия применяются для изоляции металлических изделий от воздействия внешней среды (в первую очередь, влаги) и придания им эстетичного внешнего вида.

К неметаллическим относятся полимерные, резиновые, лакокрасочные, эмалевые, оксидные и др. покрытия.

Полимерные покрытия

На сегодняшний день данный вид покрытия металла является наиболее популярной альтернативой оцинковке и окраске изделий.

Детали, обработанные полимерными веществами, имеют долгий срок службы, эстетичный внешний вид, отличные электроизоляционные, высокотемпературные и противоизносные свойства.

В качестве напыляемого материала чаще всего выступают полиэстер, пластизоль, полиуретаны, поливинилдефторид и некоторые другие.

По структуре они похожи на краски, однако вместо пигмента содержат высокодисперсные частицы твердых смазочных веществ: дисульфида молибдена, графита, политетрафторэтилена (ПТФЭ) и пр. Эти компоненты равномерно распределены в полимерной связующем, в качестве которого могут выступать эпоксидные, акриловые, титанатовые и другие смолы.

Например, в России такие покрытия разрабатывает .

Основным предназначением АФП MODENGY являются:

• Средне- и тяжелонагруженные узлы трения скольжения (направляющие, зубчатые передачи, подшипники и т.д.)
• Детали ДВС (юбки поршней, подшипники скольжения, дроссельная заслонка и др.)
• Пластиковые и металлические компоненты автомобилей (замки, петли, пружины, скобы, механизмы регулировки в салоне автомобиля и т.д.)
• Резьбовые соединения и крепеж
• Трубопроводная арматура
• Другие пары трения металл-металл, металл-резина, полимер-полимер, металл-полимер.

Антифрикционные твердосмазочные покрытия (АТСП) MODENGY наносятся однократно на весь срок службы узлов трения, что позволяет полностью отказаться от регулярно восполняемых масел и пластичных смазок.

Высокая популярность АТСП обусловлена их высокой несущей способностью, низким коэффициентом трения, широким диапазоном рабочих температур, устойчивостью к воздействию воды и химикатов, работоспособностью в запыленной среде, условиях радиации и вакуума.

Тонкий слой защитного покрытия практически не влияет на исходную точность размеров детали.

Эмалирование

Эмаль – это тонкое покрытие на металле, обладающее антикоррозионными свойствами. Получают его с помощью высокотемпературной обработки стекловидного порошка, смешанного с водой.

Локальный обжиг детали производится в печи или при помощи горелки. В зависимости от вида и цвета покрытия температура обжига может колебаться от +700 °C до +900 °C. Необходимо помнить, что стекловидный слой эмали нельзя подвергать грубым механическим воздействиям, так как он достаточно хрупок и легко повреждается.

Оксидирование

Оксидирование – это окислительно-восстановительная реакция металла, которая возникает благодаря взаимодействию с кислородом, электролитом или специальными кислотно-щелочными составами. Результатом процесса является образование защитной пленки, которая увеличивает твердость поверхности, увеличивает срок службы деталей, улучшает приработку, снижает образование задиров.

Оксидирование бывает анодным, химическим, термическим, плазменным, лазерным (последнее доступно только в промышленных условиях).

Окрашивание

Данный метод антикоррозионной защиты металла хорошо известен каждому. Однако лакокрасочные покрытия не отличаются термостойкостью и износостойкость, повредить их очень легко.

Основным преимуществом окрашивания является низкая стоимость и достаточно простая технология. Достаточно провести тщательную подготовку поверхности и придерживаться рекомендаций по нанесению используемого материала.

Срок службы лакокрасочных покрытий зависит от условий эксплуатации деталей. При высоких нагрузок и температурах их не применяют, используя чаще всего в качестве декоративного слоя.

Возврат к списку

Возможности предотвратить коррозию

Вокруг способов защитить свою машину от ржавчины в водительском сообществе есть много народных мифов. В реальности возможны два пути:

• Оградить поверхность металла кузова от контакта с электролитами – водой, воздухом.
• Внешним источником энергии изменить потенциал поверхности так, чтобы железный кузов из анода превратился в катод.

Первая группа методов – это разнообразные защитные антикоррозионные покрытия, грунтовки и лакокраска. Хозяева машин тратят серьезные деньги, но стоит понимать: таким путем коррозию не прекратить. Только затрудняется доступ активного реагента к кузовному железу.

Вторая группа способов, в отличие от антикоррозионной обработки, способна полностью остановить сам механизм ржавления железа и даже частично восстановить уже окислившийся металл.

Антикоррозийная обработка автомобиля

Электрохимические технологии защиты можно разделить на две технологии:

• Используя внешний источник электричества (аккумуляторную батарею авто), с помощью специальной схемы создать избыток положительного потенциала на кузове, чтобы электроны не покидали металл, а притягивались в него. Это – катодная защита автомобиля.
• Разместить на кузове элементы из более активного металла, чтобы создать гальваническую пару, в которой тот станет анодом, а корпус автомобиля – катодом. Этот метод вообще не нуждается в подключении к батарее и называется протекторной, или анодной, защитой.

Рассмотрим каждый из способов.

Суть электрохимической защиты

К готовому металлическому изделию извне подключается постоянный ток (источник постоянного тока или протектор). Электрический ток на поверхности защищаемого изделия создает катодную поляризацию электродов микрогальванических пар. Результатом этого является то, что анодные участки на поверхности металла стают катодными. А вследствии воздействия коррозионной среды идет разрушение не металла конструкции, а анода.

В зависимости от того, в какую сторону (положительную или отрицательную) смещается потенциал металла, электрохимическую защиту подразделяют на анодную и катодную.

2 Катодная электрозащита – как она действует?

Механизм процесса, если разобраться в нем, достаточно прост. Погруженный в электролитический раствор металл является системой с большим количеством электронов, которая включает в себя разделенные в пространстве катодные и анодные зоны, электрически замкнутые друг с другом. Подобное положение вещей обусловлено гетерогенной электрохимической структурой металлических изделий (например, подземных трубопроводов). Коррозионные проявления образуются на анодных областях металла из-за его ионизации.

При присоединении материала с большим потенциалом (отрицательным) к основному металлу, находящемуся в электролите, наблюдается образование общего катода за счет процесса поляризации катодных и анодных зон. Под большим потенциалом при этом понимают такую его величину, которая превосходит потенциал анодной реакции. В сформированной гальванопаре материал с малым потенциалом электрода растворяется, что приводит к приостановке коррозии (так как ионы предохраняемого металлического изделия не могут попадать в раствор).

Требуемый для защиты кузова автомобиля, подземных резервуаров и трубопроводов, днищ кораблей электрический ток может поступать от внешнего источника, а не только от функционирования микрогальванической пары. В подобной ситуации предохраняемая конструкция подключается к “минусу” источника электротока. Анод же, сделанный из материалов с малой степенью растворимости, подсоединяют к “плюсу” системы.

Если ток получают только от гальванопар, говорят о процессе с расходуемыми анодами. А при использовании тока от внешнего источника речь идет уже о защите трубопроводов, деталей транспортных и водных средств при помощи наложенного тока. Применение любой из этих схем обеспечивает качественную защиту объекта от общего коррозионного распада и от ряда особых его вариантов (селективная, питтинговая, растрескивающая, межкристаллитная, контактная виды коррозии).

Виды коррозии

За всё время работы с металлическими изделиями, люди выделили несколько видов коррозии металла:

1. Почвенная — тип коррозии, которая поражает конструкции, находящиеся в земле. Из-за особенного состава грунта, наличия грунтовых вод, происходят химические процессы, вызывающие появление ржавчины.
2. Атмосферная — процесс окисления, протекающий в ходе контакта водяных паров воздуха с металлической поверхностью. Чем больше вредных веществ в воздухе, тем быстрее появиться коррозия.
3. Жидкостная — такому виду коррозии подвержены металлоконструкции, находящиеся в воде. Если в жидкости содержится соль, процесс разрушения материала будет протекать быстрее.

Выбор антикоррозийного состава зависит от того, в какой среде будет эксплуатироваться металлическая деталь.

Суть катодной защиты

Главным врагом автомобиля, ограничивающим срок его службы, становятся вовсе не механические поломки, а общее ржавление металлического корпуса. Процесс коррозии железа, из которого сделана машина, невозможно свести к какой-то единичной химической реакции.

Напыляемая звукоизоляция коррозии

Разрушение металла, превращение его в безобразные рыжие пятна ржавчины, происходит в результате сочетания разнообразных факторов:

• особенности климата, в котором эксплуатируется автомобиль;
• химический состав воздуха, водяного пара и даже почв в районе (влияют на свойства дорожной грязи);
• качество материала кузова, наличие ударов и повреждений, проведенные ремонты, используемые защитные покрытия и десятки иных причин.

В самых общих чертах суть процессов коррозии машины можно объяснить таким образом.

Что нужно для приготовления электролита?

Как сделать электролит дома? Сначала выберем правильную посуду для хранения: это должна быть емкость из неактивного вещества (стекла или пластика), прочная, плотно закрывающаяся крышкой, чтобы избежать доступ кислорода для электролита.

Химия – наука точная. Каждое используемое вещество придется отмерять с точностью до сотых грамма. Вам потребуется качественное весовое оборудование, удобнее всего электронное. Если возможности или желания купить весы нет – берите мелочь советского периода, монеты тогда имели точный вес.

Самое труднодоступное для простого гражданина – приобретение реактивов для изготовления электролита. Многие вещества запрещены к продаже физическим лицам, только промышленным предприятиям при наличии особого разрешения. Простым людям опасные реактивы не продадут!

На видео: Ток 60А в домашних условиях или кустарная гальваника.

Общие сведения о защитных свойствах покрытий.

Нанесение защитного покрытия позволяет в значительной степени снизить скорость коррозии. Этот метод универсален и широко применяется в промышленности для предохранения от коррозии наружных и внутренних поверхностей различных металлоизделий: как отдельных деталей, так и всей конструкции в сборе. Покрытия защищают поверхность металла от коррозии путем ее изоляции от агрессивной среды, а также для отдельных видов покрытий характерно торможение диффузионных процессов и электродных реакций. 

В зависимости от типа материала различают покрытия:

• металлические (индивидуальные металлы и сплавы);

• неметаллические неорганические (силикатные, оксидные, фосфатные) и органические (лакокрасочные, пластмассовые, гумировочные);

• комбинированные или композиционные. 

Выбор того или иного типа покрытия определяется конструктивными особенностями металлических изделий, степенью агрессивности эксплуатационной среды и требуемой долговечностью защиты. 

Механизм защиты от коррозии металлическими покрытиями сводится к:

• повышению термодинамической устойчивости металла;

• изоляции изделия от коррозионной среды.  

По назначению металлические покрытия подразделяются на:

• защитные, применяемые для предохранения основного металла от коррозии;

• защитно-декоративные, применяемые для деталей, требующих, наряду с защитой от коррозии, также и декоративной отделки;

• покрытия, применяемые для специальных целей, например, для повышения твердости, износостойкости, антифрикционных свойств деталей и др. 

По условиям эксплуатации покрытия подразделяются на эксплуатируемые:

• в агрессивной среде;

• в атмосферных условиях;

• при высоких температурах.

Требования к выбору металлического покрытия в зависимости от условий эксплуатации и назначения установлены в ГОСТ 9.303-84. 

По электрохимическому механизму защиты все металлические покрытия подразделяются на анодные и катодные.

К катодным покрытиям относятся покрытия, потенциалы которых в данной среде имеют более положительные значения, чем потенциал основного металла. По отношению к стали катодными покрытиями являются медные, никелевые, золотые, серебряные, палладиевые и др. Катодные покрытия могут служить надежной защитой от коррозии только при отсутствии в них пор, трещин и других дефектов, т.е. при условии их сплошности. При повреждении покрытия или наличии пор возникает коррозионный элемент, в котором основной металл служит анодом и растворяется, а материал покрытия – катодом, на котором идет процесс или восстановления водорода, или ионизации кислорода (рисунок 1Б). Непременным условием протекания коррозии является наличие в местах повреждений электролита.  

Анодные покрытия имеют более отрицательный потенциал, чем потенциал основного металла. По отношению к стали анодными покрытиями являются цинковое, кадмиевое, марганцевое и др. В случаях применения анодных покрытий условие сплошности необязательно. При наличии дефектов в покрытии при действии агрессивных растворов возникает коррозионный гальванический элемент, в котором основной металл будет катодом, а металл покрытия – анодом, поэтому защищаемое изделие не будет корродировать (рисунок 1А).

Рисунок 1 — Схема, поясняющая действие анодных (А) и катодных (Б) по отношению к основному металлу металлических покрытий

Защитные свойства и продолжительность срока службы анодных покрытий зависят от их толщины, а катодных покрытий – не только от толщины, но и от их сплошности.

Важно заметить, что анодное покрытие на одном и том же металле при определенной температуре и составе среды может стать катодным и наоборот. По методам нанесения металлические покрытия подразделяются на:

• гальванические;

• горячие;

• термодиффузионные;

• металлизационные (напыляемые);

• плакировочные.

Применяемые устройства и оборудование

В промышленных масштабах для анодирования стали применяют раствор серной кислоты, который обеспечивает высокую скорость процесса и наибольшую глубину проникновения. Современные установки представляют собой полностью автоматические линии с минимальным количеством персонала, роль которого сводится к контролю над рабочим процессом. Все оборудование можно разделить на три вида:

1. Основное. К нему относят ванну и катод. Емкость должна быть изготовлена из инертного материала, обладающего высокими теплоизоляционными свойствами – в этом случае электролит не будет слишком быстро нагреваться и прослужит намного дольше. Материал катода зависит от типа обрабатываемого металла. Например, для анодирования алюминия используют свинцовый лист, размер которого должен быть вдвое больше габаритов заготовки.
2. Обслуживающее. Сюда относят узлы, которые отвечают за обеспечение работоспособности установки: приводные механизмы и устройства для передачи тока.
3. Вспомогательное. Речь идет об оборудовании, на котором осуществляются работы по подготовке заготовок к анодированию. Сюда же относят механизмы для перемещения деталей и их складирования.

В процессе выбора подходящей установки необходимо принимать во внимание следующие особенности:

Наиболее трудоемкими операциями являются погружение и выгрузка заготовки

Обращайте внимание на надежность и энергопотребление данных узлов.
Производительность зависит от мощности энергетической установки. Как показывает практика, оптимальная мощность выпрямителя – 2,5 кВт

Наличие бесступенчатой регулировки уровня напряжения будет дополнительным преимуществом, облегчающим процесс анодирования стали.

1. По кольцам емкости должны быть уставлены контактные площадки из гибкого материала. Лучше всего с этой задачей справятся элементы из меди.

Как проявляется коррозия различных видов

В качестве примера протекания коррозионного процесса можно привести разрушение различных приборов, компонентов автомобилей, а также любых конструкций, изготовленных из металла и расположенных:

• в атмосферном воздухе;
• в водах — моря, реки, содержащиеся в почве и под слоями почвы;
• в технических средах и т.д.

В процессе ржавления металл становится многоэлектронных гальваническим элементом. Так, например, если в электролитической среде происходит контакт меди и железа, медь является катодом, а железо — анодом. Отдавая электроны меди, железо в виде ионов попадает в раствор. Ионы водорода начинают двигаться по направлению к меди и там разряжаются. Становясь все более и более отрицательным, катод вскоре приравнивается к потенциалу анода, в результате чего коррозионный процесс начинает замедляться.

Различные виды коррозии проявляются по-разному. Более интенсивно электрохимическая коррозия проявляется в тех случаях, когда в катоде присутствуют вкрапления металла с меньшей активностью по сравнению с корродируют — на них ржавчина появляется быстрее и достаточно выразительной.

Ход атмосферной коррозии происходит в условиях влажного воздуха и температуре. В данном случае на поверхности металла образуется пленка из воды с растворенным кислородом. Процесс разрушения металла становится интенсивнее по мере увеличения влажности воздуха и содержания газообразных оксидов углерода и серы при наличии:

• трещин;
• шероховатостей;
• других факторов, провоцирующих облегчения процесса конденсации.
• Почвенная коррозия в наибольшей степени поражает различные подземные сооружения, газопроводы, кабели и другие конструкции. Разрушение меди и других металлов происходит из-за их тесного контакта с почвенной влагой, в составе которой также присутствует растворенный кислород. Разрушение трубопроводов может произойти уже через полгода с момента их строительства в том случае, если для почвы, в которой они установлены, характерна повышенная кислотность.

  Под влиянием блуждающих токов, исходящих от посторонних объектов, возникает электрическая коррозия. Ее главными источниками являются электрические железные дороги, линии электропередач, а также специальные установки, которые функционируют на постоянной электротоком. В большей степени данный вид коррозии провоцирует разрушение:

• газопроводов;

всевозможных сооружений (мосты, ангары)

электрокабелей;
нефтепроводов.

Действие тока провоцирует возникновение участков входа и выхода электронов — то есть, катодов и анодов. Наиболее интенсивным разрушительный процесс является именно на участках с анодами, поэтому на них ржавчина более заметна.

Коррозия отдельных компонентов газопроводов и водных трубопроводов может быть вызвана тем, что процесс их установки является смешанным, то есть, происходит с использованием различных материалов. Наиболее частыми примерами являются точечная коррозия, возникающая в элементах из меди, а также коррозия биметаллов. При смешанной установки железных элементов со сплавами меди и цинка, процесс коррозии отличается меньшей степенью критичности, чем при медном литье, то есть со сплавами меди, цинка и олова. Предотвратить коррозию трубопроводов можно, используя специальные методы.

Что такое электрохимическая защита

Электрохимическая защита трубопроводов от коррозии — это комплекс мер, направленных на недопущение развития коррозии под воздействием электрического поля. Для преобразования постоянного тока применяются специализированные выпрямители.

Защита от коррозии производится созданием электромагнитного поля, в результате чего приобретается отрицательный потенциал или участок исполняет роль катода. То есть отрезок стальных трубопроводов, огражденный от образования ржавчины, приобретает отрицательный заряд, а заземление — положительный.

Катодная защита трубопроводов от коррозии сопровождает электролитической защищенностью с достаточной проводимостью среды. Такую функцию выполняет грунт, при прокладывании металлических подземных магистралей. Контактирование электродов осуществляется через токопроводящие элементы.

Индикатор для определения показателей коррозии – это высоковольтный вольтметр или датчик коррозии. С помощью этого прибора контролируется показатель между электролитом и грунтом, конкретно для этого случая.

Рациональное конструирование и эксплуатация

Рациональное конструирование и эксплуатация металлических сооружений и деталей (исключение неблагоприятных металлических контактов или их изоляция, устранение щелей и зазоров в конструкции, устранение зон застоя влаги, ударного действия струй и резких изменений скоростей потока в конструкции и др.).

Вопросам проектирования антикоррозионной защиты строительных конструкций уделяют серьезное внимание как у нас в стране, так и за рубежом. Западные фирмы при выборе проектных решений тщательно изучают характер агрессивных воздействий, условия эксплуатации конструкций, моральный срок службы зданий, сооружений и оборудования

При этом широко используются рекомендации фирм, производящих материалы для антикоррозионной защиты и располагающих лабораториями для исследования и обработки защитных систем из выпускаемых ими материалов.

Актуальность решения проблемы противокоррозионной защиты диктуется необходимостью сохранения природных ресурсов, защиты окружающей среды. Эта проблема находит широкое отражение в печати. Издаются научные труды, проспекты, каталоги, устраиваются международные выставки с целью обмена опытом между развитыми странами мира.

Таким образом, необходимость исследования коррозионных процессов является одной из наиболее важных проблем.