Hva er kjemisk korrosjon og hvordan eliminere den?

Kjemisk korrosjon er en prosess som består i ødeleggelse av et metall når de interagerer med et aggressivt ytre miljø. Den kjemiske variasjonen i korrosjonsprosesser er ikke relatert til effekten av elektrisk strøm. I denne typen korrosjon oppstår en oksidativ reaksjon der materialet som skal ødelegges samtidig er et reduksjonsmiddel for elementene i mediet.

Innhold:

• Gass korrosjon
• Kjennetegn på oksidfilmen
• Korrosjonshastighet
• Korrosjon i ikke-elektrolytt væsker
• Metoder for korrosjonsbeskyttelse
• Organosilikatbelegg

Klassifiseringen av en rekke aggressive miljøer inkluderer to typer metallødeleggelser:

• kjemisk korrosjon i ikke-elektrolytt væsker;
• korrosjon med kjemisk gass.

Gass korrosjon

Den vanligste formen for kjemisk korrosjon - gass - er en etsende prosess som forekommer i gasser ved høye temperaturer. Dette problemet er typisk for drift av mange typer teknologisk utstyr og deler (beslag til ovner, motorer, turbiner, etc.). I tillegg brukes ultrahøye temperaturer i prosessering av metaller under høyt trykk (oppvarming før valsing, stamping, smiing, termiske prosesser, etc.).

Egenskaper ved tilstanden til metaller ved høye temperaturer bestemmes av deres to egenskaper - varmebestandighet og varmebestandighet. Varmebestandighet er graden av stabilitet av de mekaniske egenskapene til et metall ved ultrahøye temperaturer. Under stabiliteten av mekaniske egenskaper refererer det til bevaring av styrke i lang tid og krypmotstand. Varmebestandighet er motstanden til et metall mot gassens korrosive aktivitet ved høye temperaturer.

Utviklingshastigheten for gasskorrosjon bestemmes av en rekke indikatorer, inkludert:

• atmosfære temperatur;
• komponenter inkludert i metall eller legering;
• miljøparametere der gassene er lokalisert;
• varigheten av kontakten med det gassformige mediet;
• egenskapene til etsende produkter.

Korrosjonsprosessen er mer påvirket av egenskapene og parametrene til oksydfilmen som har dukket opp på metalloverflaten. Oksyddannelse kan deles kronologisk i to trinn:

• adsorpsjon av oksygenmolekyler på en metalloverflate som interagerer med atmosfæren;
• å kontakte metalloverflaten med gass, noe som resulterer i en kjemisk forbindelse.

Det første trinnet er preget av utseendet til en ionebinding, som et resultat av samspillet mellom oksygen og overflateatomer, når et oksygenatom tar et par elektroner fra metallet. Bindingen som har oppstått er preget av eksepsjonell styrke - det er mer enn bindingen av oksygen med et metall i et oksid.

Forklaringen på denne forbindelsen ligger i virkningen av atomfeltet på oksygen. Så snart metalloverflaten er fylt med et oksidasjonsmiddel (og dette skjer veldig raskt), ved lave temperaturer, takket være styrken til van der Waals, begynner adsorpsjonen av oksiderende molekyler. Resultatet av reaksjonen er utseendet til den tynneste monomolekylære filmen, som over tid blir tykkere, noe som kompliserer tilgangen på oksygen.

På det andre trinnet oppstår en kjemisk reaksjon hvor det oksiderende elementet i mediet fjerner valenselektroner fra metallet. Kjemisk korrosjon er sluttresultatet av reaksjonen.

Kjennetegn på oksidfilmen

Klassifiseringen av oksidfilmer inkluderer tre typer:

• tynn (usynlig uten spesielle enheter);
• medium (misfarging);
• tykk (synlig med det blotte øye).

Den resulterende oksydfilmen har beskyttende evner - den bremser eller til og med fullstendig hemmer utviklingen av kjemisk korrosjon. Tilstedeværelsen av en oksydfilm øker også varmemotstanden til metallet.

En virkelig effektiv film må imidlertid oppfylle en rekke egenskaper:

• ikke være porøs;
• ha en kontinuerlig struktur;
• har gode limegenskaper;
• avvike i kjemisk inertitet i forhold til atmosfæren;
• være hard og slitesterkt.

En av de ovennevnte forholdene - en solid struktur er spesielt viktig. Kontinuitetsbetingelsen er overskuddet av volumet av molekylene i oksydfilmen over volumet av metallatomer. Kontinuitet er oksydets evne til å dekke hele metalloverflaten med et kontinuerlig lag. Hvis denne betingelsen ikke er oppfylt, kan ikke filmen anses som beskyttende. Imidlertid er det unntak fra denne regelen: For noen metaller, for eksempel for magnesium og elementer fra jordalkaligrupper (unntatt beryllium), hører ikke kontinuiteten til kritiske indikatorer.

For å bestemme tykkelsen på oksydfilmen brukes flere teknikker. Filmens beskyttelsesegenskaper kan tydeliggjøres på tidspunktet for dens dannelse. For å gjøre dette studerer vi hastigheten på metalloksydasjon og parametrene for endring i hastighet over tid.

For det allerede dannede oksydet brukes en annen metode som består i å studere tykkelsen og beskyttelsesegenskapene til filmen. For å gjøre dette påføres et reagens på overflaten. Deretter registrerer eksperter tiden det vil ta for reagenset å trenge gjennom, og basert på innhentede data konkluderer de med at filmtykkelsen.

Vær oppmerksom! Selv den til slutt dannede oksydfilmen fortsetter å samvirke med det oksiderende mediet og metallet.

Korrosjonshastighet

Intensiteten som den kjemiske korrosjonen utvikler seg avhenger av temperaturregimet. Ved høye temperaturer utvikler oksidasjonsprosesser raskere. Videre påvirker ikke reduksjonen i den termodynamiske faktorens rolle i løpet av reaksjonen prosessen.

Av betydelig betydning er kjøling og variabel oppvarming. På grunn av termiske spenninger, oppstår sprekker i oksydfilmen. Gjennom hullene treffer det oksiderende elementet overflaten. Som et resultat dannes et nytt lag med oksydfilm, og førstnevnte skrelles av.

Ikke den minste rollen spilles av komponentene i det gassformige mediet. Denne faktoren er individuell for forskjellige typer metaller og er i samsvar med temperatursvingningene. For eksempel kan kobber raskt korrodere hvis det er i kontakt med oksygen, men er motstandsdyktig mot denne prosessen i et svoveloksydmiljø. For nikkel er tvert imot svoveloksid dødelig, og stabilitet blir observert i oksygen, karbondioksid og vannmiljøet. Men krom er motstandsdyktig mot alle disse miljøene.

Vær oppmerksom! Hvis trykknivået for dissosiasjonen av oksydet overstiger trykket til det oksiderende elementet, stopper oksidasjonsprosessen og metallet får termodynamisk stabilitet.

Komponentene i legeringen påvirker også hastigheten på den oksidative reaksjonen. For eksempel bidrar ikke mangan, svovel, nikkel og fosfor til oksidasjon av jern. Men aluminium, silisium og krom gjør prosessen tregere. Kobolt, kobber, beryllium og titan bremser oksidasjonen av jern enda mer. Vanadium, wolfram og molybden tilsetningsstoffer vil bidra til å gjøre prosessen mer intens, noe som forklares med smeltbarheten og flyktigheten av disse metaller. Oksidasjonsreaksjonene går sakte med den austenittiske strukturen, siden de er mest tilpasset høye temperaturer.

En annen faktor som korrosjonshastigheten er avhengig av er karakteristikken for den behandlede overflaten. Glatte overflater oksiderer saktere, og ujevne overflater raskere.

Korrosjon i ikke-elektrolytt væsker

Ikke-ledende væsker (dvs.ikke-elektrolyttvæsker) inkluderer organiske stoffer som:

• benzen;
• kloroform;
• alkoholer;
• karbontetraklorid;
• fenol;
• olje;
• bensin;
• parafin, etc.

I tillegg er en liten mengde uorganiske væsker, så som flytende brom og smeltet svovel, klassifisert som ikke-elektrolyttvæsker.

Det skal bemerkes at organiske løsningsmidler i seg selv ikke reagerer med metaller, men i nærvær av en liten mengde urenheter oppstår en intens interaksjonsprosess.

Svovelelementer i olje øker korrosjonshastigheten. Også høye temperaturer og tilstedeværelsen av oksygen i væsken forbedrer korrosjonsprosessene. Fukt intensiverer utviklingen av korrosjon i samsvar med det elektromekaniske prinsippet.

En annen faktor i den raske utviklingen av korrosjon er flytende brom. Ved normale temperaturer er det spesielt skadelig for høye karbonstål, aluminium og titan. Mindre signifikant er effekten av brom på jern og nikkel. Den største motstanden mot flytende brom er vist med bly, sølv, tantal og platina.

Det smeltede svovelet inngår i en aggressiv reaksjon med nesten alle metaller, først og fremst med bly, tinn og kobber. Karbonkvaliteter av stål og titansvovel påvirkes mindre og ødelegger nesten aluminium.

Beskyttelsestiltak for metallkonstruksjoner lokalisert i ikke-ledende flytende medier utføres ved å tilsette metaller som er resistente mot et spesifikt medium (for eksempel stål med høyt krominnhold). Spesielle beskyttende belegg brukes også (for eksempel i et miljø der det er mye svovel, brukes aluminiumbelegg).

Metoder for korrosjonsbeskyttelse

Metoder for korrosjonskontroll inkluderer:

• behandling av uedelt metall med et beskyttende lag (for eksempel påføring av maling);
  
• bruk av hemmere (f.eks. kromater eller arsenitter);
• introduksjon av materialer som er motstandsdyktige mot korrosjonsprosesser.

Valget av et spesifikt materiale avhenger av den potensielle effektiviteten (inkludert teknologisk og økonomisk) av bruken.

Moderne prinsipper for metallbeskyttelse er basert på slike teknikker:

1. Forbedre den kjemiske motstanden til materialer. Kjemisk resistente materialer (høypolymerplast, glass, keramikk) har med suksess bevist seg.
2. Isolering av materiale fra et aggressivt miljø.
3. Redusere aggressiviteten i det teknologiske miljøet. Eksempler på slike handlinger inkluderer nøytralisering og fjerning av surhet i etsende miljøer, samt bruk av forskjellige hemmere.
4. Elektrokjemisk beskyttelse (pålegger ekstern strøm).

Ovennevnte metoder er delt inn i to grupper:

1. Økt kjemisk motstand og isolasjon påføres før metallverket tas i bruk.
2. Å redusere miljøets aggressivitet og elektrokjemisk beskyttelse brukes allerede i prosessen med å bruke et metallprodukt. Bruken av disse to teknikkene gjør det mulig å innføre nye beskyttelsesmetoder, som et resultat av hvilken beskyttelse er gitt ved endrede driftsforhold.

En av de mest brukte metodene for å beskytte metall - galvanisk anti-korrosjonsbelegg - er økonomisk ulønnsomt for store overflater. Årsaken er de høye kostnadene ved den forberedende prosessen.

Det ledende stedet blant beskyttelsesmetodene er belegg av metaller med maling og lakk. Populariteten til denne metoden for å bekjempe korrosjon skyldes en kombinasjon av flere faktorer:

• høye beskyttelsesegenskaper (hydrofobisitet, frastøtning av væsker, lav gasspermeabilitet og dampgjennomtrengelighet);
• manufacturability;
• gode muligheter for dekorative løsninger;
• vedlikehold;
• økonomisk begrunnelse.

Samtidig er bruken av mye tilgjengelige materialer ikke uten ulemper:

• ufullstendig fukting av metalloverflaten;
• ødelagt vedheft av belegget med uedelt metall, noe som fører til akkumulering av elektrolytt under det korrosjonsbestandige belegget og dermed bidrar til korrosjon;
• porøsitet, noe som fører til økt fuktighetsgjennomtrengelighet.

Og likevel beskytter den malte overflaten metallet mot etsende prosesser selv med fragmentariske skader på filmen, mens ufullkomne galvaniske belegg til og med kan fremskynde korrosjon.

Organosilikatbelegg

For korrosjonsbeskyttelse av høy kvalitet, anbefales det å bruke metaller med høyt hydrofobisitet, ugjennomtrengelighet i vann-, gass- og dampmiljøer. Disse materialene inkluderer organosilikater.

Kjemisk korrosjon gjelder praktisk talt ikke for organosilikatmaterialer. Årsakene til dette ligger i den økte kjemiske stabiliteten til slike sammensetninger, deres motstand mot lys, hydrofobe egenskaper og lav vannabsorpsjon. Organosilikater er også motstandsdyktige mot lave temperaturer, har gode limegenskaper og slitestyrke.

Problemene med ødeleggelse av metaller på grunn av korrosjonseffekten forsvinner ikke, til tross for utviklingen av teknologier for å bekjempe dem. Årsaken er den konstante økningen i metallproduksjon og de stadig vanskeligere driftsforhold for produkter fra dem. Det er umulig å endelig løse problemet på dette stadiet, så forskernes innsats er fokusert på å finne muligheter for å bremse korrosjonsprosesser.