Коррозия и эрозия металлов: причины и способы защиты

Химические, механические и электротехнические внешние воздействия часто имеют место в средах эксплуатации металлических изделий. В итоге при неправильном обслуживании таких элементов, а также игнорировании норм безопасности могут возникнуть риски деформирования и повреждения конструкций и деталей. Это связано с возникающими процессами коррозии и эрозии металлов, которые в долгосрочной перспективе способствуют полному разрушению структуры изделия.

Почему появляется ржавчина

При коррозийной реакции условия для конструкционного разрушения металлических изделий создает контакт с химическими и электрохимическими средами. В первом случае материал соприкасается с нефтепродуктами, углем, солью и прочими минералами. Электрический ток в данном случае не участвует. Основной средой эксплуатации может выступать сухой газ или жидкость, не проводящая ток. Наибольший разрушительный эффект оказывают светлые сорта нефтепродуктов наподобие керосина и бензина. В частности, на корпус морского транспортировочного танкера могут воздействовать сернистые соединения и кислотные остатки, присутствующие в их составе.

При электрохимической коррозии также оказывается и воздействие током. Комплексное разрушение с эрозией металла будет сопровождаться и механическим износом. Ситуация может усложниться тем, что факторы внешнего воздействия сами по себе будут обусловлены характеристиками естественной среды – например, химические реакции электролитами могут иметь место в морской воде. Металлический корпус сам по себе является неоднородным по структуре материалом, что обуславливает наличие микрогальванических пар. Именно они вместе с металлическими участками конструкции выступают анодами, создавая условия для процесса корродирования.

Причины возникновения эрозии

В общем представлении под эрозией понимается механический износ, в результате которого изделие может меняться в размерах, форме, массе и других характеристиках. Что же является причиной эрозии металлов? Физические процессы внешнего воздействия, которые снижают прочность микрообъемов поверхностного слоя конструкции или отдельной детали. Причем воздействующими средами выступают не только механические факторы наподобие непосредственного контакта с твердыми абразивами.

Это могут быть и тепловые, и газовые, и химические активные среды, причем воздействовать они могут как в самостоятельном порядке, так и в качестве дополнительного фактора износа. Например, потоки газа способствуют перемещению твердых частиц в контуре доставки рабочих смесей по трубопроводу, чем оказывают косвенное разрушающее воздействие на металлические поверхности.

Методы защиты металлов от коррозии

Практика показывает, что на 80 % условия для защиты материалов от коррозии закладываются еще на этапе подготовки поверхности. Остальные 20 % обеспечиваются уже в процессе эксплуатации. Примерно такое же соотношение эффективности действия защитных мер отмечается и при эрозии металлов, когда применяются средства минимизации износа заготовок.

К основным направлениям создания антикоррозийной защиты относят конструкционное, пассивное и активное. Конструкционная защита обуславливается использованием специальных сплавов на основе нержавейки, кортеновской стали и цветмета. Активные способы предполагают изменение структуры материала с двойным электрическим слоем – метод электрохимической защиты. Что касается пассивных способов, то они предусматривают использование специальных покрытий, которые препятствуют формированию коррозионного элемента.

Разновидности термической обработки металла

Группа способов технологической обработки металлических заготовок, которая также ориентируется на конструкционное изменение поверхностного слоя с целью защиты от коррозийного поражения. Выделяют следующие виды такой обработки:

• Отжиг. Термообработка, при которой выполняется нагревание металла с последующим плавным охлаждением.
• Закалка. В качестве целевых изделий могут выступать стали и их сплавы. В ходе закалки происходит перекристаллизация структуры, а после выдержки материала в условиях критической температуры следует охлаждение. У прошедшей такую обработку детали формируется неравновесная структура, что является ограничивающим фактором в выборе этого метода.
• Отпуск. Альтернативный по отношению к закалке метод термической обработки металла, который может выступать и вспомогательным этапом изменения структуры. В любом случае при его реализации происходит снятие излишних напряжений стали, что приводит к повышению антикоррозийных качеств.
• Нормализация. Обработка, схожая с отжигом. Разница в том, что при отжиге охлаждение происходит в печи, а при нормализации – в воздушной среде.

Методы защиты металлов от эрозии

Основным направлением в деле защиты металлических материалов от эрозии является разработка специальных покрытий. В частности, металлизация в виде нанесения на заготовку антикоррозийного сплава повышает химические и механические качества структуры. В итоге снижается износ, а конструкция детали может сохранять прежние эксплуатационные характеристики.

Разрабатываются и неметаллические износостойкие покрытия для конкретных сфер применения. Например, эрозия металлов, формируемая в условиях трущихся поверхностей, часто встречается в деталях транспортных средств. Для такого рода защиты используются алмазоподобные, керамические и комбинированные составы с повышенной прочностью и твердостью.

Особенности защиты от газовой эрозии

В данном случае акцент делается не на механической защите деталей, а на химико-физической изоляции. Могут использоваться как особые режимы содержания и хранения материалов, так и специальные смазки, предотвращающие эрозию металлов. Способы защиты от износа и его предотвращения основываются и на термической изоляции.

В этом направлении применяются такие материалы, как чистый хром и наирит марки НТ. Недостатком хрома является то, что он характеризуется отсутствием вязкости и пластичности. По этой причине в качестве элемента конструкционной изоляции его применяют редко. Что касается наирита, то на его основе делают гуммировочные жидкие смеси, посредством которых формируются монолитные износостойкие уплотнения.

Способ защиты газотермическим напылением

Это универсальная технология защиты, которая подходит и в случае предотвращения коррозии, и при изоляции от факторов механического износа. Техника ее применения заключается в том, что на поверхность детали газовой струей наносятся цинковые частицы. В отличие от других методов металлизации этот способ формирует защитный слой толщиной до десятков микрон. Таким образом предотвращаются эрозионные процессы, возникающие в узлах инженерного оборудования, а также в транспортных сетях и магистралях крупных нефтяных трубопроводов.

Заключение

Процессы негативного воздействия на металлические конструкции заставляют эксплуатирующие компании тратить немалые суммы на их техническое обслуживание. При этом наиболее эффективные средства защиты, как правило, и стоят дороже. С другой стороны, предварительные исследования условий применения изделий на предмет рисков образования ржавчины или эрозии металлов позволяют минимизировать подобные затраты. Дело в том, что многие технико-защитные свойства ответственных конструкций закладываются на этапе подбора сплава. Путем легирования и внесения модифицирующих добавок еще на этапе изготовления детали можно обеспечить ее оптимальными защитными качествами.