Коррозия металла – виды, борьба, методы защиты и предотвращение ржавчины

Что такое коррозия

Коррозия – процесс разрушения металлов под действием химических или электрохимических реакций с окружающей средой с образованием устойчивых соединений (оксидов, гидроксидов, сульфидов). В результате коррозии меняются физические и механические свойства металла: 

• Теряется прочность.
• Металл покрывается налётом (ржавчиной).
• Образуются трещины и дырки.

Корродирование металла – сложная цепочка реакций, где одновременно происходят процессы окисления и восстановления. На поверхности образуются участки – аноды и катоды. В анодных зонах металл теряет электроны и превращается в ионы, а в катодных – эти электроны взаимодействуют с кислородом и влагой. Так постепенно накапливаются продукты коррозии, разрушающие поверхность.

Коррозия металла

Причины коррозии

На скорость и характер ржавления металла влияют:

• Влага и кислород. Даже небольшое количество воды на металле способно вызвать ржавчину. В присутствии кислорода начинается окисление – металл теряет электроны, превращаясь в оксиды.
• Солевые и кислотные среды. Соли, особенно хлориды, превращают воду в электролит, ускоряя движение ионов и делая процесс коррозии в десятки раз быстрее. Кислоты также  растворяют защитные плёнки и разрушают металл.
• Температура и влажность. Повышение температуры и влажности усиливает химическую активность веществ и ускоряет коррозионные реакции.
• Загрязнения и примеси. Частицы грязи, пыли и масла удерживают влагу и соли на поверхности, тем самым создают благоприятные условия для ржавления.
• Контакт с другими металлами. Во влажной среде разные металлы образуют гальваническую пару – один металл защищается, другой разрушается.
• Механические повреждения и трение. Царапины, сколы и постоянное трение нарушают защитный слой (лак, краску, оксидную плёнку), открывая металл для прямого контакта с влагой и воздухом.

Какие бывают виды коррозии металла

Химическая коррозия

Химическая коррозия происходит без участия электрического тока, напрямую в результате реакции металла с газами или неэлектропроводными жидкостями.

• Протекает при высоких температурах, в сухих газовых средах (в горячем воздухе, парах серы, хлора) и в органических средах, не содержащих воду (масла, топлива, растворители).
• Реакция идёт равномерно по всей поверхности с образованием тонкого слоя оксидов.
• Если оксидная плёнка плотная и прочная, как у алюминия или хрома, она замедляет процесс разрушения и защищает металл от дальнейшего окисления.
• У железа и меди наоборот – продукты коррозии рыхлые и не препятствуют доступу кислорода, поэтому разрушение продолжается.

Электрохимическая коррозия

Электрохимическая коррозия происходит во влажной или жидкой среде, где присутствуют электролиты – растворы солей, кислот или щелочей.

• Поверхность металла разделяется на микрозоны с разным электрическим потенциалом. На аноде металл окисляется и разрушается, а на катоде происходят восстановительные реакции с участием кислорода или водорода. Микротоки от разности потенциалов усиливают разрушение металла.
• Электрохимическая коррозия вызывает появление ржавчины на стальных конструкциях, трубах, автомобилях, подземных кабелях и корпусах судов. Особенно интенсивно развивается в морской воде и влажной почве, где много солей и агрессивных ионов.

Как защитить металл от коррозии

Процесс ржавления металла возможно замедлить или полностью предотвратить, если ограничить контакт металла с агрессивной средой. Основные способы защиты металлов от коррозии:

• Защитные покрытия. Лакокрасочные материалы, порошковая покраска и металлизация формируют плотный слой и изолируют металл от внешней среды.
• Цинкование. Металл покрывают слоем цинка методом горячего погружения, холодного цинкования, гальванического осаждения или термодиффузии. Цинк действует как жертвенный анод и первым вступает в реакцию с кислородом и влагой. Даже при повреждении покрытия, цинк продолжает защищать сталь электрохимически.
• Пассивация. Химическая обработка поверхности с образованием тонкой оксидной плёнки. Метод эффективен для нержавеющих сталей и алюминия.
• Легирование. В расплав добавляют хром, никель, молибден, алюминий и другие добавки, которые формируют плотную пассивную плёнку. Так получают нержавеющие стали и жаропрочные сплавы, устойчивые к коррозии во влажной или химически активной среде.
• Катодная и анодная защита. Электрохимический способ, при котором к металлу подключают дополнительный электрод или источник тока. Это смещает потенциал металла и останавливает процесс разрушения.
• Контроль условий эксплуатации. Снижение влажности, защита от прямого контакта с водой и солями, регулярное обслуживание и очистка поверхности продлевают срок службы металла.

Как предотвратить коррозию при прокладке кабеля

Коррозия металлических кабельных лотков и соединительных элементов приводит к ослаблению конструкции, повреждению кабеля и дорогостоящему ремонту. Чтобы избежать корродирования металла, необходимо соблюдать следующие меры при монтаже кабельных систем:

• Использование коррозионно-стойких материалов. Для кабельных проволочных лотков, лестничных лотков, кабельных стоек, кабельных коробов, систем подвеса, креплений, п-профилей металлических,  страт профилей и консолей рекомендуется применять оцинкованную сталь, нержавеющую сталь или алюминиевые сплавы.
• Выбор конструкции лотков. Перфорированные кабельные лотки применяют в сухих и проветриваемых помещениях – отверстия обеспечивают вентиляцию и отвод тепла. Неперфорированные (глухие) лотки используют во влажных, пыльных и вредных зонах. В агрессивных средах – лотки для кабеля из нержавеющей стали марок AISI 304 или AISI 316.
• Грамотный монтаж. При установке важно не повреждать защитное покрытие – даже мелкие царапины и сколы могут стать очагами коррозии. Рекомендуется применять качественные крепёжные элементы для лотков и изделия ГЭМ с антикоррозионным покрытием.
• Контроль влажности и вентиляции. В помещениях с повышенной влажностью (подвалы, тоннели, производственные цехи) необходимо предусматривать вентиляцию или дренаж, чтобы исключить скопление конденсата.
• Регулярное обслуживание. Периодический осмотр кабельных трасс, очистка от загрязнений и своевременное восстановление повреждённых участков покрытия предотвращают развитие коррозии.

Типы коррозии материалов

Коррозия развивается по-разному в зависимости от состава металла, условий эксплуатации, наличия электролита и контакта с другими материалами.

• Сплошная коррозия. Охватывает всю поверхность металла. Может быть равномерной, когда разрушение идёт с одинаковой скоростью по всей площади, и неравномерной – процесс развивается с разной интенсивностью на отдельных участках.
• Местная (локальная) коррозия. Поражает отдельные участки поверхности в виде пятен, язв или точечных углублений – питтингов, проникающих в толщу металла.
• Подповерхностная коррозия. Начинается на поверхности, но постепенно развивается в глубине металла. Продукты коррозии скапливаются внутри и вызывают вспучивание и расслоение материала.
• Межкристаллитная коррозия. Разрушение происходит по границам зёрен структуры металла. Внешне изделие выглядит целым, но внутри теряет прочность и пластичность.
• Щелевая коррозия. Возникает в узких зазорах, под прокладками, в резьбовых соединениях и плохо проветриваемых местах. Недостаток кислорода ускоряет процесс разрушения.

Питтинговая коррозия

Какие металлы не ржавеют

Способность сопротивляться коррозии зависит от химического состава металла и способности образовывать на поверхности защитную плёнку, которая изолирует металл от влаги и кислорода.

• Нержавеющая сталь. Содержит не менее 10,5% хрома, который образует прочную оксидную плёнку. Для большей коррозионной стойкости добавляют никель, молибден и титан.
• Алюминий. При контакте с воздухом формируется защитный слой оксидов, который останавливает дальнейшее окисление.
• Цинк. При окислении цинк покрывается плотным слоем карбоната. Этот слой замедляет разрушение металла.
• Медь и её сплавы (латунь, бронза). Медь не ржавеет, но со временем на поверхности появляется зеленоватая плёнка – патина, которая защищает металл от дальнейшего разрушения.
• Титан. На воздухе титан образует оксидную защиту и устойчив даже к морской воде и кислотам.

Чем отличается ржавчина от коррозии

Коррозия – общее понятие, обозначающее разрушение металла под воздействием окружающей среды: влаги, кислорода, химич. веществ или электрических процессов. Степень проявления коррозии определяется составом металла и условиями эксплуатации.

Ржавчина – вид коррозии, характерный для железа и сталей. Ржавчина представляет собой рыхлый буро-красный налёт – оксиды и гидроксиды железа, образующиеся при взаимодействии металла с влагой и кислородом. Ржавчина не защищает металл, как защитная плёнка нержавеющей стали, а ускоряет разрушение.