Kas yra cheminė korozija ir kaip ją pašalinti?

Cheminė korozija yra procesas, kurį sudaro metalo sunaikinimas sąveikaujant su agresyvia išorine aplinka. Korozijos procesų cheminė įvairovė nėra susijusi su elektros srovės poveikiu. Tokio tipo korozijos metu vyksta oksidacinė reakcija, kai sunaikinama medžiaga tuo pačiu yra reduktorius terpės elementams.

Turinys:

• Dujų korozija
• Oksido plėvelės charakteristikos
• Korozijos laipsnis
• Korozija neelektrolitų skysčiuose
• Apsaugos nuo korozijos metodai
• Organinės silikatinės dangos

Įvairių agresyvių aplinkų klasifikacija apima du metalų sunaikinimo tipus:

• neelektrolitų skysčių cheminė korozija;
• cheminė dujų korozija.

Dujų korozija

Dažniausiai pasitaikanti cheminės korozijos forma - dujos - yra korozinis procesas, vykstantis dujose esant aukštai temperatūrai. Ši problema būdinga eksploatuojant daugelio rūšių technologinę įrangą ir dalis (krosnių, variklių, turbinų armatūrą). Be to, apdorojus metalus aukštu slėgiu, naudojama aukšta temperatūra (kaitinimas prieš valcavimą, štampavimas, kalimas, terminiai procesai ir kt.).

Metalų būklės savybes esant aukštai temperatūrai lemia dvi jų savybės - atsparumas karščiui ir karščiui. Atsparumas karščiui yra metalo mechaninių savybių stabilumo laipsnis esant aukštai temperatūrai. Pagal mechaninių savybių stabilumą reiškia ilgą laiką išsaugojant stiprumą ir atsparumą šliaužimui. Šilumos varža - metalo atsparumas koroziniam dujų aktyvumui padidėjusioje temperatūroje.

Dujų korozijos išsivystymo greitį lemia keletas rodiklių, įskaitant:

• atmosferos temperatūra;
• komponentai, įtraukti į metalą ar lydinį;
• aplinkos parametrai ten, kur yra dujos;
• kontakto su dujine terpe trukmė;
• ėsdinančių produktų savybės.

Korozijos procesui daugiau įtakos turi metalo paviršiuje atsiradusios oksido plėvelės savybės ir parametrai. Oksido susidarymą galima chronologiškai suskirstyti į dvi stadijas:

• deguonies molekulių adsorbcija ant metalo paviršiaus, sąveikaujanti su atmosfera;
• kontaktuodamas su metalo paviršiumi su dujomis, susidaro cheminis junginys.

Pirmasis etapas pasižymi joninės jungties atsiradimu dėl deguonies ir paviršiaus atomų sąveikos, kai deguonies atomas iš metalo paima elektronų porą. Susidariusi jungtis išsiskiria išskirtiniu stiprumu - ji yra didesnė už deguonies jungtį su metalu okside.

Šio ryšio paaiškinimas yra atominio lauko poveikis deguoniui. Kai tik metalo paviršius užpildomas oksiduojančiu agentu (ir tai atsitinka labai greitai), esant žemai temperatūrai, van der Waals stiprumo dėka prasideda oksiduojančių molekulių adsorbcija. Reakcijos rezultatas - ploniausios monomolekulinės plėvelės, kuri laikui bėgant tampa storesnė, atsiradimas, apsunkinantis deguonies patekimą.

Antrame etape įvyksta cheminė reakcija, kurios metu oksiduojantis terpės elementas paima valentinius elektronus iš metalo. Cheminė korozija yra galutinis reakcijos rezultatas.

Oksido plėvelės charakteristikos

Oksido plėvelių klasifikacija apima tris tipus:

• plonas (nematomas be specialių prietaisų);
• vidutinė (spalvos pasikeitimas);
• storas (matomas plika akimi).

Gauta oksido plėvelė turi apsauginių savybių - ji sulėtina ar net visiškai slopina cheminės korozijos vystymąsi. Be to, oksido plėvelė padidina metalo atsparumą šilumai.

Tačiau tikrai veiksmingas filmas turi atitikti keletą savybių:

• nebūti akytas;
• turėti ištisinę struktūrą;
• turi geras lipnias savybes;
• skiriasi cheminiu inertiškumu atmosferos atžvilgiu;
• būti kietas ir atsparus dilimui.

Viena iš aukščiau išvardytų sąlygų - tvirta struktūra yra ypač svarbi. Tęstinumo sąlyga yra oksido plėvelės molekulių tūrio perteklius per metalo atomų tūrį. Tęstinumas yra oksido gebėjimas padengti visą metalo paviršių ištisiniu sluoksniu. Jei šios sąlygos nesilaikoma, plėvelė negali būti laikoma apsaugine. Tačiau yra ir šios taisyklės išimčių: kai kuriems metalams, pavyzdžiui, magniui ir šarminių žemių grupių elementams (išskyrus berilį), tęstinumas nepriklauso nuo kritinių rodiklių.

Oksido plėvelės storiui nustatyti naudojami keli būdai. Apsauginės plėvelės savybės gali būti išaiškintos jo formavimo metu. Norėdami tai padaryti, mes tiriame metalų oksidacijos greitį ir greičio pokyčio parametrus laikui bėgant.

Jau susidariusiam oksidui naudojamas kitas metodas, kurį sudaro plėvelės storio ir apsauginių savybių tyrimas. Norėdami tai padaryti, reagentas tepamas ant paviršiaus. Tada ekspertai fiksuoja laiką, per kurį reagentas prasiskverbia, ir, remdamiesi gautais duomenimis, daro išvadą, kad plėvelės storis.

Atkreipkite dėmesį! Net galutinai suformuota oksido plėvelė ir toliau sąveikauja su oksiduojančia terpe ir metalu.

Korozijos laipsnis

Cheminės korozijos intensyvumas priklauso nuo temperatūros režimo. Aukštoje temperatūroje oksidaciniai procesai vystosi greičiau. Be to, termodinaminio faktoriaus vaidmens sumažėjimas reakcijos metu neturi įtakos procesui.

Didelę reikšmę turi aušinimas ir kintamas šildymas. Dėl šiluminių įtempių oksido plėvelėje atsiranda įtrūkimų. Per skylutes oksiduojantis elementas atsitrenkia į paviršių. Dėl to susidaro naujas oksido plėvelės sluoksnis, o pirmasis nulupamas.

Ne mažiau svarbų vaidmenį vaidina dujinės terpės komponentai. Šis faktorius yra individualus skirtingų tipų metalams ir atitinka temperatūros svyravimus. Pavyzdžiui, varis gali greitai ėsdinti, jei jis liečiasi su deguonimi, tačiau yra atsparus šiam procesui sieros oksido aplinkoje. Priešingai, nikelio atžvilgiu, sieros oksidas yra mirtinas, o deguonies, anglies dioksido ir vandens aplinkos stabilumas stebimas. Bet chromas yra atsparus visoms šioms aplinkoms.

Atkreipkite dėmesį! Jei oksido išsiskyrimo slėgio lygis viršija oksiduojančio elemento slėgį, oksidacijos procesas sustoja ir metalas įgyja termodinaminį stabilumą.

Lydinio komponentai taip pat veikia oksidacinės reakcijos greitį. Pavyzdžiui, manganas, siera, nikelis ir fosforas neprisideda prie geležies oksidacijos. Tačiau aliuminis, silicis ir chromas daro procesą lėtesnį. Kobaltas, varis, berilis ir titanas dar labiau sulėtina geležies oksidaciją. Vanadžio, volframo ir molibdeno priedai padės procesą suintensyvinti, o tai paaiškinama šių metalų lydymu ir nepastovumu. Oksidacijos reakcijos vyksta lėčiausiai naudojant austenitinę struktūrą, nes ji yra geriausiai pritaikyta aukštai temperatūrai.

Kitas veiksnys, nuo kurio priklauso korozijos greitis, yra apdoroto paviršiaus savybės. Lygus paviršius oksiduojasi lėčiau, o nelygus paviršius greičiau.

Korozija neelektrolitų skysčiuose

Nelaidūs skysčiai (t.neelektrolitų skysčiai) apima tokias organines medžiagas kaip:

• benzeno;
• chloroformas;
• alkoholiai;
• anglies tetrachloridas;
• fenolis;
• aliejus;
• benzinas;
• žibalo ir kt.

Be to, nedidelis kiekis neorganinių skysčių, tokių kaip skystas bromas ir išlydyta siera, priskiriami neelektrolitų skysčiams.

Reikėtų pažymėti, kad patys organiniai tirpikliai nereaguoja su metalais, tačiau esant nedideliam priemaišų kiekiui, vyksta intensyvus sąveikos procesas.

Sieros elementai aliejuje padidina korozijos greitį. Taip pat aukšta temperatūra ir deguonies buvimas skystyje pagerina korozijos procesus. Drėgmė sustiprina korozijos vystymąsi pagal elektromechaninį principą.

Kitas greito korozijos vystymosi veiksnys yra skystas bromas. Esant normaliai temperatūrai, tai ypač kenkia daug anglies turinčiam plienui, aliuminiui ir titanui. Mažiau reikšmingas yra bromo poveikis geležiui ir nikliui. Didžiausią atsparumą skystam bromui rodo švinas, sidabras, tantalas ir platina.

Išlydyta siera pradeda agresyviai reaguoti su beveik visais metalais, pirmiausia su švinu, alavu ir variu. Plieno ir titano sieros anglies rūšys yra mažiau paveiktos ir beveik visiškai sunaikina aliuminį.

Metalo konstrukcijų, esančių nelaidžioje skystoje terpėje, apsaugos priemonės vykdomos pridedant metalus, atsparius tam tikrai terpei (pavyzdžiui, plienams, kuriuose yra didelis chromo kiekis). Taip pat naudojamos specialios apsauginės dangos (pavyzdžiui, aplinkoje, kur yra daug sieros, naudojamos aliuminio dangos).

Apsaugos nuo korozijos metodai

Korozijos kontrolės metodai apima:

• netauriojo metalo apdirbimas apsauginiu sluoksniu (pavyzdžiui, tepimas dažais);
  
• inhibitorių (pvz., chromatų ar arsenitų) naudojimas;
• medžiagų, atsparių korozijos procesams, įvedimas.

Konkrečios medžiagos pasirinkimas priklauso nuo galimo jos naudojimo efektyvumo (įskaitant technologinį ir finansinį).

Šiuolaikiniai metalo apsaugos principai grindžiami tokiomis technikomis:

1. Medžiagų cheminio atsparumo gerinimas. Chemiškai atsparios medžiagos (plastikas iš polimerų, stiklas, keramika) sėkmingai įrodė.
2. Medžiagos izoliacija nuo agresyvios aplinkos.
3. Sumažinti technologinės aplinkos agresyvumą. Tokių veiksmų pavyzdžiai yra neutralizavimas ir rūgštingumo pašalinimas korozinėje aplinkoje, taip pat įvairių inhibitorių naudojimas.
4. Elektrocheminė apsauga (veikiant išorinei srovei).

Aukščiau išvardyti metodai yra suskirstyti į dvi grupes:

1. Prieš pradedant naudoti metalinę konstrukciją, padidinamas cheminis atsparumas ir izoliacija.
2. Aplinkos agresyvumo sumažinimas ir elektrocheminė apsauga jau naudojami metalo gaminių naudojimo procese. Šių dviejų metodų taikymas leidžia įdiegti naujus apsaugos būdus, todėl apsaugą suteikia keičiantis veikimo sąlygos.

Vienas iš dažniausiai naudojamų metalo apsaugos būdų - galvaninė antikorozinė danga - yra ekonomiškai nenaudinga dideliems paviršiaus plotams. Priežastis - didelės paruošiamojo proceso išlaidos.

Tarp apsaugos būdų pirmaujanti vieta yra metalų padengimas dažais ir lakais. Šio kovos su korozija metodo populiarumą lemia keletas veiksnių:

• aukštos apsauginės savybės (hidrofobiškumas, skysčių atstūmimas, mažas dujų pralaidumas ir garų pralaidumas);
• gaminamumas;
• daugybė dekoratyvinių sprendimų galimybių;
• išlaikymas;
• ekonominis pagrindimas.

Tuo pat metu plačiai prieinamų medžiagų naudojimas neturi trūkumų:

• nepilnas metalo paviršiaus sudrėkimas;
• nutrūkęs dangos sukibimas su netauriojo metalo sluoksniu, dėl kurio elektrolitas kaupiasi po korozijai atsparios dangos ir taip prisideda prie korozijos;
• poringumas, dėl kurio padidėja drėgmės pralaidumas.

Ir vis dėlto dažytas paviršius apsaugo metalą nuo korozinių procesų net su fragmentiškai pažeista plėvele, o netobulos galvaninės dangos gali net paspartinti koroziją.

Organinės silikatinės dangos

Aukštos kokybės apsaugai nuo korozijos rekomenduojama naudoti metalus, pasižyminčius aukštu hidrofobiškumo ir nepralaidumo laipsniu vandeninėje, dujų ir garų aplinkoje. Šios medžiagos apima organinius silikatus.

Cheminė korozija praktiškai netaikoma silikatinėms organinėms medžiagoms. To priežastys yra padidėjęs tokių kompozicijų cheminis stabilumas, jų atsparumas šviesai, hidrofobinės savybės ir maža vandens absorbcija. Organiniai silikatai taip pat yra atsparūs žemai temperatūrai, turi geras lipnumo savybes ir atsparumą dilimui.

Metalų sunaikinimo problemos dėl korozijos neišnyksta, nepaisant besivystančių kovos su jomis technologijų. Priežastis - nuolatinis metalo gamybos augimas ir iš jų gaminamų gaminių eksploatavimo sąlygos. Šiame etape neįmanoma pagaliau išspręsti problemos, todėl mokslininkų pastangos sutelktos ieškant galimybių sulėtinti korozijos procesus.