Виды коррозии металлов и способы защиты материалов от разрушения

Какие бывают? Виды коррозии металлов разнообразны. Ржавчину классифицируют по нескольким основным критериям: механизму протекания, типу агрессивной среды, характеру разрушения и цвету.

На что обратить внимание? Существуют эффективные методики защиты от коррозии. Но выбирать подходящую нужно с учетом множества факторов, начиная от климатических условий региона и заканчивая характеристиками обрабатываемого материала.

Понятие коррозии металла

Коррозия — это самопроизвольное разрушение материала вследствие химического или электрохимического воздействия окружающей среды. В основном понятие ассоциируется с металлом (железом и его сплавами). Однако разрушению подвергаются и другие материалы: бетон, стекло, пластик и полимеры. В обиходе используется понятие «ржавчина».

Повреждения металла могут проявляться по-разному. Это зависит от типа материала и влияния внешних факторов. Основные признаки коррозии:

• Появление оксидной пленки. Это характерный признак коррозии металлических материалов, в особенности железа и стали. Оксиды металла имеют красно-коричневый оттенок.
• Потускнение поверхности металла. Он теряет начальный блеск и цвет под действием окислителей. Материал может стать матовым. На цвет металла влияет тип оксидов, которые возникают на его поверхности.
• Образование пузырьков газа, трещин и бугров на поверхности материала. Газовые токи особенно заметны при погружении металла в жидкую среду.

Фото: Freepik / Freepik

• Деформация металлической поверхности. Происходит локальное утолщение вследствие накопления коррозионных отложений. Это сказывается на механических характеристиках металла.
• Вздутие или отслоение лакокрасочного покрытия материла. Это происходит, если изделие имеет защитный слой. Часто это первый признак повреждения металла.

При наличии таких первичных проявлений разрушения следует принять оперативные меры для защиты металла. Среди них: своевременное обслуживание, нанесение защитного покрытия, специальных растворов.

Виды коррозии металлов

Существует несколько классификаций коррозии металла. Они основаны на следующих критериях: цвет, механизм разрушения, условия протекания и характер коррозии.

В зависимости от механизма разрушения металла

Коррозионные процессы различаются механизмом разрушения материала. Разновидности:

• Химическая коррозия. Возникает в результате взаимодействия материала с агрессивной средой, провоцирующей реакции между атомами металла. При данном виде коррозии металла окислительно-восстановительные процессы протекают без пространственного разделения. Их скорость зависит от скорости химических процессов.
• Электрохимическая коррозия металлов — это вид разрушения материала, возникающий при его взаимодействии с электролитической средой. В отличие от химического ржавления, атомы металла ионизируются.

Специфика процесса заключается в неодновременном протекании восстановления окислительного процесса и ионизации атомов металла. Скорость электрохимической коррозии зависит от электродного потенциала. Он влияет на интенсивность распространения разрушения.

В зависимости от условий и преобладающих внешних факторов

• Атмосферная. Происходит в естественной среде при повышении влажности. Данный вид коррозии металла протекает в околоземных слоях атмосферы. Чем выше уровень влажности, тем быстрее развиваются окислительно-восстановительные процессы.
• Газовая. Происходит в газовой среде при высоких температурах. В отличие от атмосферной коррозии металла, процесс протекает в условиях минимальной влажности.
• Радиационная. Развивается под действием радиационного излучения. Коррозийный процесс отличается медленным течением у сплавов высокой плотности.
• Подземная. Окисление возникает в результате воздействия агрессивной почвенной среды (микроэлементов, содержащихся в грунте). На поверхности изделия появляется налет зеленого или другого цвета как следствие окислительного процесса.
• Контактная. Образуется при контакте металлов друг с другом в точке соприкосновения. Это связано с разными электронными потенциалами в данном электролите.

Фото: Waewkidja / Freepik

• Биологическая. Коррозийный процесс развивается вследствие воздействия микроорганизмов и продуктов их жизнедеятельности.
• Электролитическая. Разрушение металла происходит под действием тока. Скорость распространения коррозийного процесса зависит от следующих факторов: сила тока, периодичность и длительность его воздействия на металл.
• Кавитационная. Разрушение возникает в процессе совместного воздействия кавитации и коррозии. Это один из множества саморазрушающих процессов.
• Коррозия под действием напряжения. Возникает в конструкциях, которые подвержены действию сильных механических нагрузок при одновременном воздействии коррозийной среды. Это сложный разрушительный процесс, затрагивающий металлоконструкции.
• Фреттинг-коррозия. Главный фактор разрушения ― разного рода вибрации. В качестве профилактики развития коррозийного процесса выступает снижение трения элементов металлической конструкции.

В зависимости от характера коррозийного процесса

Виды коррозии металла по характеру разрушения различаются степенью поражения поверхности металла, локализацией и тяжестью окисления.

• Сплошная коррозия. Поражает всю поверхность металлического изделия. Выделяют несколько разновидностей:

1. Равномерная ― возникает одновременно на всей области.
2. Неравномерная ― неодинаковая скорость реакции на различных зонах поверхности металла.

• Избирательная ― быстро разрушается одна из структурных составляющих сплава. Данный вид коррозии металла отличается тем, что процесс затрагивает элементы, которые не имеют защитного покрытия.
• Местная — окисление металла на ограниченных участках изделия. Это приводит к образованию очагов коррозии следующего типа: отдельные пятна, которые не углублены в толщину металла (окисление латуни в соленой морской среде); значительные повреждения, углубленные в толщу металла (сталь, закопанная в грунт); питтинговая коррозия или серьезные углубления в толще материала (аустенитная нержавеющая сталь, содержащая хром и никель).

Фото: Freepik / Freepik

• Щелевая ― возникает в области соединения металлических элементов. Например, в технологических зазорах или под уплотнительными прокладками.
• Межкристаллитная ― ржа возникает вдоль границы вкраплений. При этом виде коррозии металла разрушение визуально незаметно, несмотря на активную стадию утраты прочности и пластичности. Металл теряет свои механические свойства. В основном от межкристаллитной коррозии страдают сплавы с никелем, алюминием и хромом.
• Подповерхностная ― разрушения возникают в областях внутри металла. Материал начинает расслаиваться.

В зависимости от цвета

Выделяют следующие виды коррозии металлов: черная, желтая, коричневая, красная. Оттенок ржавчины зависит от химического состава, образовавшегося в результате разрушения вещества.

• Желтая коррозия. Химический состав: FeO(OH)H2. Возникает, когда металл используется во влажной среде. Например, под водой.
• Коричневая коррозия. Представляет собой оксид Fe2O3. Это не самый распространенный вид коррозии металла. Развивается в помещениях с низким уровнем влажности.

• Красная коррозия. Химический состав: Fe2O3H2O. Возникает, когда металл в течение длительного времени контактирует с водой и кислородом. Это распространенный вид ржавчины. Коррозия равномерная. Со временем она захватывает всю поверхность металла.
• Черная коррозия. Химический состав: Fe3O4. Возникает под воздействием следующих факторов: низкая влажность и невысокая концентрация кислорода в атмосфере. В результате черной коррозии образуется ферромагнетик, который используется для создания сверхпроводников.

Методы защиты металлов от коррозии

Есть три основные группы методов защиты металла от ржавчины. Они нацелены на изменение определенных характеристик: свойств металла, параметров агрессивной среды, формата контакта металла и окружающей среды.

Изменение свойств материала

Свойства металла можно изменить разными способами, среди них химические, электрохимические и нагревание изделия. металла:

Химическая защита

Оксидирование — это химический процесс, при котором металл вступает в реакцию с окислителями.

Фосфатирование — это покрытие материала слоем фосфатов. Данный вид химической защиты от коррозии металла используется для повышения износостойкости изделия. Обработка проводится с помощью разных химических реакций и температурных режимов.

Легирование — это добавление примесей в материал с целью модификации его характеристик. Легирующие элементы могут быть введены на производстве или после него.

Металлизация — это процесс нанесения на поверхность изделия тонкого слоя металлического покрытия для улучшения износостойкости. Представляет собой гальванический способ защиты материала.

Электрохимическая защита

Это способ защиты металла от окисления путем создания электрического потенциала на его поверхности. Он предотвращает коррозию. Суть электротехнической защиты состоит в том, что к металлическому изделию подключается источник постоянного тока для переноса электронов с одного металла на другой.

Катодная — это метод защиты металлических элементов конструкции путем формирования отрицательных потенциалов при помощи катодной конструкции. К положительному выводу подключается другой электрод ― анод.

Другими словами, металлический объект превращается в катод в электрической цепи. Тем самым предотвращается разрушение материала. Потенциал коррозии перенаправляется на анод.

Протекторная ― к защищаемому металлу присоединяется протектор. Это более активный металл с отрицательным потенциалом.

Принцип электрохимической защиты основан на переносе электронов с протектора на защищаемый металл. Протектор становится анодом и разрушается в условиях агрессивной среды, а катод, наоборот, восстанавливается. Защита продолжается до полного разрушения протектора.

Фото: wavebreakmedia_micro / Freepik

Анодирование — это процесс электрохимической обработки металлических поверхностей, в результате которого на поверхности алюминия формируется защитный слой. Анодное окисление осуществляется путем анодной поляризации в проводящей среде. Технологические параметры подбираются, исходя из свойств алюминия и требований к защитным характеристикам.

Нагревание металла

Тепловая обработка изделий из металлов и сплавов заключается в нагреве до температуры более +900°C с дальнейшим охлаждением. Это позволяет совершенствовать механические свойства изделия, такие как прочность и твердость.

Изменение параметров окружающей среды

Данные меры антикоррозийной защиты позволяют предотвратить разрушение изделия. Используются несколько методов изменения параметров окружающей среды. Один из них ― создание вакуума вокруг элемента с целью удаления кислорода. Таким образом минимизируется риск окисления металла.

Еще один способ ― заполнение инертным газом. Используются неон, ксенон или аргон. Это эффективный способ защиты металла. Необходимо специальное оборудование и оснащение.

Еще один метод ― изменение почвенного состава для удаления коррозийно-активных элементов. Благодаря этому снижается скорость вредоносных процессов. Металлическое изделие не контактирует с агрессивной почвенной средой. Самый распространенный метод ― введение ингибиторов, которые замедляют вредоносные процессы в грунте.

Изменение формата контакта материала со средой

Данный способ антикоррозийной защиты состоит в нанесении защитных лакокрасочных покрытий, масел, смазок и устранении катодной поляризации (электродренажная защита, защита от коррозии контактного типа, удаление блуждающих токов и т.д.).

Выбор того или иного способа антикоррозийной защиты металла зависит от параметров окружающей среды (специфика климата), свойств изделия, совместимости защитного состава и защищаемого материала и т.д.

Часто задаваемые вопросы о видах коррозии металла

Какой вид коррозии металла по типу агрессивной среды самый распространенный?

Атмосферное разрушение является основным видом коррозии металла по критерию агрессивной среды. Металлические конструкции окисляются в результате химического взаимодействия материала и атмосферных компонентов (кислород, вода).

Где коррозия проявляется чаще всего?

Часто встречается щелевая коррозия. Усиленное разрушение возникает в зазорах, местах стыков элементов, швах. Это распространенный вид коррозии металлов.

Какой вид коррозии наиболее опасный?

Межкристаллитная коррозия очень опасна. Разрушение происходит по границе кристаллических зерен. Окислительный процесс не заметен, но материал постепенно теряет свои эксплуатационные свойства и становится ломким.

Металл широко используется для производства изделий различного назначения. Это обусловлено особыми свойствами материала. Он прочный, служит долго и выдерживает большие нагрузки. Но разрушить те или иные изделия могут разные виды коррозии металла. Поэтому используются методы, направленные на предотвращение окисления.

Изображение в шапке статьи: ededchechine / Freepik