Общие методы защиты металлов и сплавов от коррозии

Коррозия - одна из самых старых и дорогостоящих проблем в материаловедении. От ржавеющих стальных конструкций и разрушающихся трубопроводов до выходящих из строя электронных компонентов и ослабленных деталей в аэрокосмической отрасли - коррозия может значительно сократить срок службы, надежность и безопасность металлов и сплавов. Ниже приведены современные распространенные и практичные способы предотвращения коррозии металлов и сплавов.

1. Выбор материала и легирование

Один из самых основных методов предотвращения коррозии начинается еще при проектировании с правильного выбора металла или сплава для окружающей среды. Различные металлы имеют совершенно разные коррозионные свойства; например, если углеродистая сталь быстро ржавеет во влажной или соленой среде, то нержавеющие стали, алюминиевые и титановые сплавы обладают гораздо большей устойчивостью к коррозии.

В таких случаях важную роль играет легирование. Добавление таких элементов, как хром, никель, молибден или алюминий, может значительно повысить коррозионную стойкость. Например, нержавеющая сталь содержит не менее 10,5 % хрома, который образует тонкий устойчивый оксидный слой, защищающий основной металл от коррозии. Аналогично, сплавы на основе никеля и сополимера также очень широко используются в агрессивных химических и высокотемпературных средах благодаря отличной устойчивости к окислению и коррозии.

2. Защитные покрытия и обработка поверхности

Это один из самых распространенных методов защиты от коррозии: нанесение защитного барьера между металлом и окружающей средой. Он предотвращает попадание воды, кислорода и других агрессивных химических веществ на поверхность.

К распространенным типам покрытий относятся краски, эпоксидные покрытия, полимерные пленки и керамические покрытия. В промышленности чрезвычайно эффективны оцинкованные покрытия - нанесение цинка на сталь. Цинк не только обеспечивает физический барьер, но и действует как жертвенное покрытие - цинк корродирует вместо стали.

Такие виды обработки поверхности, как анодирование (для алюминия), пассивация (для нержавеющей стали) и конверсионные покрытия, также повышают коррозионную стойкость за счет укрепления или стабилизации естественного оксидного слоя на поверхности металла.

3. Катодная защита

Катодная защита - одна из наиболее распространенных электрохимических технологий, используемых для крупных металлических конструкций, таких как трубопроводы, подземные резервуары, корпуса судов и морские платформы. Идея этой техники довольно проста: коррозия - это процесс, в котором металл является анодом в соответствующей электрохимической ячейке. Чтобы остановить или значительно уменьшить коррозию, необходимо заставить данный металл стать катодом.

Существует два основных типа катодной защиты. Системы с жертвенным анодом прикрепляют к конструкции более реактивный металл, такой как магний или цинк. Жертвенный металл корродирует вместо защищаемой конструкции. Системы с импульсным током используют внешний источник питания для подачи защитного тока и обеспечивают более точный контроль для больших или сложных систем.

4. Контроль окружающей среды

На скорость коррозии сильно влияют такие факторы окружающей среды, как влажность, температура, pH, наличие солей или загрязняющих веществ. Контроль этих условий способен значительно замедлить коррозию.

Снижение влажности с помощью осушителей или систем климат-контроля эффективно в закрытых средах. В химической промышленности регулировка уровня pH и/или удаление коррозионных агентов продлевают срок службы металлических компонентов: например, контроль концентрации хлоридов очень важен для предотвращения точечной коррозии нержавеющей стали.

5. Правильное проектирование и конструктивная практика

Плохое проектирование может ускорить процесс коррозии даже в материалах, которые противостоят коррозии. Расщелины, острые углы, застойные зоны и места, где скапливается влага, - идеальные места для локальной коррозии.

Хорошая коррозионностойкая конструкция включает в себя гладкие поверхности, надлежащий дренаж, достаточную вентиляцию и доступность, позволяющую легко проводить осмотр и обслуживание. По возможности избегайте прямого контакта разнородных металлов, так как при электрическом соединении двух непохожих металлов в коррозионной среде может возникнуть гальваническая коррозия.

6. Применение ингибиторов коррозии

Один из самых распространенных методов борьбы с коррозией - добавление ингибиторов коррозии, которые представляют собой вещества, добавляемые в коррозионную среду для снижения скорости коррозии системы. Ингибиторы обычно действуют, адсорбируясь на поверхности металла и образуя защитную пленку, или изменяя электрохимические реакции коррозии.

Ингибиторы часто используются в системах, связанных с охлаждением воды, котлами, трубопроводами и замкнутыми промышленными системами. Хотя ингибиторы не являются постоянными решениями, они очень эффективны в контролируемых средах, где покрытие или замена материала не могут быть практичными.

7. Регулярный осмотр и техническое обслуживание

Ни одна стратегия предотвращения коррозии не является полной без инспекции и технического обслуживания. Даже самые лучшие покрытия со временем разрушаются, а условия окружающей среды меняются. Регулярные осмотры позволяют обнаружить коррозию на ранней стадии, что дает возможность провести ремонт до того, как возникнут серьезные повреждения.

Техническое обслуживание может заключаться в повторном покрытии, замене жертвенных анодов, очистке поверхностей или регулировке контроля окружающей среды. Во многих случаях профилактическое обслуживание гораздо выгоднее, чем ремонт или замена проржавевших конструкций.

Заключение

Профилактика коррозии металлов и сплавов должна быть комплексной и проактивной. Выбор коррозионностойких материалов, нанесение защитных покрытий, контроль окружающей среды и адекватный дизайн - все эти методы играют свою важную роль в продлении срока службы и сохранении целостности конструкции. Надеемся, что после прочтения этой статьи вы сможете лучше понять и применить эти распространенные методы предотвращения коррозии. За дополнительной информацией обращайтесь в Stanford Advanced Materials (SAM).