Гальванические покрытия применяются в основном для защиты изделий от коррозии и придания им декоративного вида.

 

Кроме того, покрытия могут изменять качественные характеристики изделий — электропроводность, паяемость, антифрикционные и магнитные свойства, отражательную способность и т. д.

 

Выбор вида покрытия и его толщины определяется назначением изделия, материалов, из которого оно сделано, условиями эксплуатации. При этом учитывают назначение и свойства покрытия (табл.), допустимость контактов сопрягаемых металлов и экономическую целесообразность. Условия эксплуатации покрытий делятся на четыре группы (ГОСТ 14007):

  • легкие (л),
  • средние (с),
  • жесткие (ж)
  • особо жесткие (ож).

Виды покрытий

Принадлежность к группе и толщина покрытия определяются тремя факторами:

  • загрязненностью среды сернистым газом и хлористыми сошки,
  • климатическими условиями условиями размещения изделия (табл).


читать далее »

ПОДГОТОВКА ПОВЕРХНОСТИ ПЕРЕД HAHECЕHИEM ПОКРЫТИЯ ТРЕБОВАНИЯ К ДЕТАЛЯМ, ПОСТУПАЮЩИМ НА ПОКРЫТИЕ

 

Внешний вид покрываемых деталей контролируется визуально с использованием в отдельных случаях эталонов сравнения Шероховатость поверхности деталей согласно ГОСТ 2789 должна соответствовать параметру Rz > 40 мкм.

 

После механической обработки на деталях не должно быть видимого слоя смазки, эмульсии, металлической стружки и пыли. На поверхности деталей из горячекатаного металла, литых, кованых и галтованых деталях не должно быть ржавчины, окалины, заусенцев: на поверхности шлифованных и полированных деталей — забоин, вмятин, трещин. Острые углы и кромки деталей должны быть скруглены или иметь фаски, за исключением технически обоснованных случаев. Сварные и паяные швы должны быть непрерывными, защищенными и не иметь дефектов.

 

МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ПОВЕРХНОСТИ

 

Детали, поступающие в гальванический участок для нанесения покрытий, почти всегда имеют поверхностные дефекты в виде рисок, царапни, заусенцев, облоя и т. д. Эти дефекты ухудшают внешний вид изделий и снижают коррозионную стойкость покрытий. Для устранения поверхностных дефектов и получения гладкой, ровной поверхности перед нанесением гальванических покрытий изделия подвергают шлифованию и полированию. Для этого применяют шлифовочные станки, снабженные шлифовальными или полировальными кругами или шлифовальными лентами.


читать далее »

Обработка изделий после цинкования. Оцинкованные изделия осветляют и пассивируют в специальных растворах,для повышения их коррозионной стойкости и улучшения внешнего вида. Оцинкованные пружины и детали, после покрытия подвергающиеся механической деформации (изгибу, развальцовке, растяжению и др.), необходимо обезводораживать на воздухе при температуре 180—200 °С в течение 2 ч. После обезводораживания цвет пассивной пленки меняется. Допускается проводить обезводораживание до осветления и пассивации. В этом случае детали после обезводораживания обрабатываются в серной кислоте (5— 15 г/л) при температуре 15—30 °С в течение 3—5 мин.
читать далее »

Наиболее распространенными электролитами для никелирования являются сульфатные. Значительная хрупкость блестящих никелевых покрытий, их низкая коррозионная стойкость обусловила появление электролитов для нанесения нескольких слоев никеля.

Сущность этого процесса заключается в том, что первый основной слой наносится в электролите, дающем полублестящие ненапряженные осадки, второй слой толщиной до 3 мкм — в электролите для блестящего никелирования В результате получают малонапряженные блестящие покрытия, характеризующиеся высокой стойкостью. Наилучшие свойств достигаются при нанесении состава, содержащего взвешенные частицы каолина («сил-никеля»).

Приготовление электролитов. Все основные компоненты — сернокислый никель, хлористый никель, хлористый натрий — растворяют отдельно в горячей воле. При составлении электролитов для блестящего никелирования используются дистиллированная или обессоленная вода. После приготовления электролит обрабатывают (марганцовкой) перманганатом калия (2 г/л при 50 °С, рН 5) и активированным углем (1—2 г/л) для удаления органических примесей. Для удаления свинца, меди, цинка проводят селективную очистку электролита при рН 2,5—3,0 и плотности тока 0,1—0,2 А/кв.дм на гофрированных железных анодах до получения светлых покрытий. Железо удаляют 3 %-ной перекисью водорода, затем электролит подщелачивают до рН 6 и отфильтровывают гидроокисью.

После удаления всех примесей рН доводят до нормы и прибавляют блескообразователи: бутиндиол — ежедневно, сахарин и фталимид — один раз в 3 дня, нафталиндисульфокислота — 0,5 г/(л - ч).

Электролиты для блестящего никелирования хорошо работают при постоянной фильтрации, качании анодов, перемешивании воздухом и селективной очистке.


читать далее »

КАДМИРОВАНИЕ

Кадмированием зовется процесс нанесения на поверхность стальных изделий методом кадмия - Cd (15—25-мкм ) методом электролитического осаждения для защиты изделий от атмосферного влияния, коррозии. Кадмированию подвергаются наиболее ответственные детали самолетов, кораблей и проч., а также изделия, предназначенные для эксплуатации в тропическом климате - тропического исполнения.

Присутствие оксида серы SO2 в атмосфере промышл. районов снижает защитные свойствава кадмиевых покрытий, антикоррозионную стойкость металлических изделий в этом случае можно обеспечить цинкованием.

Обычно для кадмирования применяют электролиты на основе простых солей кадмия (Cd) с добавками коллоидов (желатина или клея), получая необходимую структуру покрытия.

 

Для кадмированных изделий сложного профиля используют растворы комплексных солей, чаще всего цианидов.

 

Наиболее распространенными электролитами для кадмирования являются цианистые, сульфатные и хлористые.

 

   Для приготовления цианистых электролитов предварительно в небольшом объеме теплой воды растворяют цианистый натрий (или калий).

 

  После декантации в него небольшими дозами при перемешивании вводят окись кадмия, растворенные сернокислый натрий, сернокислый никель и остальные добавки.

 

  Обработка изделий после кадмирования аналогична обработке после цинкования, а именно осветляют и пассивируют в специальных растворах,для повышения их коррозионной стойкости и улучшения внешнего вида.

 

  Обезводораживание деталей, после покрытия подвергающиеся механической деформации (изгибу, развальцовке, растяжению и др.)


читать далее »

Известно, что значительная часть (10—15 %) металла, производимого в мире, в результате коррозии и преждевременного физического износа металлических изделий используется неэффективно, что приводит к большим потерям.


Гальваника

В связи с этим одной из первоочередных является задача максимальной экономии металла и его защиты от преждевременного физического разрушения. Эффективным и распространенным способомзащиты металлов от коррозии является нанесение гальванических покрытий.

 

Успешное решение всех задач по защите металлов от коррозии и повышению качества выпускаемых изделий может быть обеспечено при условии нанесения гальванических покрытий.


В связи с этим в последние годы в гальванических цехах промышленных предприятий внедряются новые технологические процессы и совершенное оборудование, отвечающее требованиям современной техники.


читать далее »

Улучшение качества машин и механизмов неразрывно связано с повышением их надежности.

Осуществление этой задачи возможно только на базе новейших достижений науки, техники и передового опыта. Большое значение в решении этой проблемы имеет освоение новой технологии получения покрытий, в частности распыленными материалами, широко применяемой в автотракторной и текстильной промышленности, в сельскохозяйственном машиностроении, на предприятиях и в ряде других отраслей.

Восстановление изношенных деталей машин и возвращение им высоких эксплуатационных свойств, постепенно утерянных во время работы вследствие износа, является важнейшей проблемой ремонтной техники и технологии. Прогресс технологии дает возможность использовать различные металлы, сплавы и псевдосплавы, нанося их на поверхность деталей из тех пли иных мате¬риалов для защиты от износа, коррозии, а также для восстановления размеров, получения антифрикционных изделий и т. п.

Покрытия могут быть однослойными или многослойными. Последние создают путем постепенного наращивания одного или нескольких слоев различных металлов. При выборе способа покрытия необходимо учитывать свойства получаемого поверхностного слоя в комплексе со свойствами наращиваемых изделий. Разнообразие условий эксплуатации определяет сложность выбора устойчивого покрытия.

 

К покрытиям часто предъявляют требования сохранения

        • жаростойкости,
        • жаропрочности,
        • коррозионной стойкости,
        • высокой теплопроводности,
        • антифрикционных свойств,
        • износоустойчивости при переменных, контактных, ударных, статических нагрузках или при нескольких видах нагрузок, действующих на изделия одновременно.

 

Свойства, а часто и состав покрытия — не такие, как у исходного металла, применяемого для наращивания. Так, технически чистый алюминий плавится при температуре 657° С, а покрытие из напыленного алюминия плавится при температуре около 1000°С. Твердость алюминия в исходной проволоке равна НВ 21, а после распыления повышается до НВ 26—40.

Свойства цинка также резко меняются в процессе нанесения покрытий распылением. Цинковая проволока имеет температуру плавления 419° С. В процессе распыления, плавления и нанесения, при которых образуются окислы, температура плавления цинкового покрытия повышается до 600° С. Покрытия из цинка более пористы, лучше прирабатываются и значительно износоустойчивее, чем исходный технически чистый металл, и в отличие от него способны впитывать смазки.

Температура плавления меди 1083° С, а покрытия, получепного из того же материала распылением при помощи газового аппарата в окислительном пламени, 1200° Сив восстановительном пламени 1100° С. Твердость медной проволоки 50; твердость покрытия, получаемого из нее распылением, повышается до НВ 61—87.

Картинка


читать далее »

Временные и остаточные напряжения в зависимости от их величины и знака могут оказать положительное или отрицательное воздействие на долговечность наращиваемых изделий. Так, могут формироваться полезные для сроков службы пористые осадки. Эти же растягивающие остаточные напряжения могут снижать циклическую прочность, а иногда вызывать и отслаивание покрытий, трещины и разрушения. Величина внутренних напряжений, создаваемых при осаждении слоя, иногда весьма значительна.

Напряжения, как временные, так и остаточные, в изделиях с напыленными покрытиями возникают под воздействием следующих основных факторов: а) значительной разности температур оседающего металла и наращиваемого изделия; б) условий несвободного охлаждения, наличия усадки, создаваемой неодинаковыми изменениями плотности, удельных объемов, коэффициентов линейного расширения и структурными превращениями. Величина остаточных напряжений в значительной степени определяет свойства и пригодность к эксплуатации изделий с покрытиями. Так, например, получение гладкого или пористого хрома зависит от напряжений в осадках.

Циклическая прочность изделий с покрытиями, отслаивание осадков, деформация деталей, трещины и разрушения, сопротивление коррозии (разрывы поверхностного слоя) и многие другие свойства зависят от величины и знака напряжений, возникающих под влиянием технологического процесса осаждения. Наиболее благоприятные условия для борьбы с разрушающим действием остаточных напряжений возникают у изделий с покрытиями, полученными напылением. Технологический процесс подготовки изделий к металлизации напылением позволяет не только сохранить циклическую прочность, но и повысить ее.

При этом следует напомнить, что в самом покрытии создаются неблагоприятные растягивающие напряжения, величина которых в большей степени зависит от режима нанесения металла. Антифрикционные свойства многих видов покрытий позволяют с успехом применять их для изготовления и ремонта подшипников, уплотнительных деталей, клапанов, направляющих и других деталей.

В качестве антифрикционных покрытий в промышленности применяют электролитическое наращивание хромом и цветными сплавами, наплавку бронзами и баббитами, заливку алюминиевыми, цинковыми и другими сплавами, наращивание распыленными материалами (бронзами, баббитами, псевдосплавами самого различного состава). Особенно необходимо отметить получение очень тонких слоев антифрикционных покрытий. Такие слои в ряде случаев не требуют последующей механической обработки (так называемые размерные отложения). Как известно, тонкие слои антифрикционных материалов обеспечивают высокую долговечность трущихся деталей, что дает возможность получать малый коэффициент трения при работе покрытия со смазкой даже при перебоях в подаче масел; надежную и быструю прирабатываемость; хороший отвод тепла; сопротивление усталости и износу; защиту от коррозии и нагрева; стойкость против заедания; надежную смачиваемость и большую маслоемкость слоя. Особенно высоки антифрикционные свойства деталей, изготовленных напылением псевдосплавов. Такие подшипники можно применять при удельных давлениях до 1960 • 104 н/м2 и скорости скольжения до 7 м/сек.

Псевдосплавы изготовляются из многих материалов:

  • сталь — медь,
  • сталь — латунь,
  • алюминий — свинец,
  • медь — свинец

и многих других композиций при незначительном их расходе.

За последние годы проверена возможность практического применения подшипников, состоящих из так называемых обращенных пар (антифрикционные материалы наносятся не на вкладыши, а на цапфы). Такие детали медленнее и равномернее изнашиваются и позволяют работать при больших удельных давлениях и скоростях. Особенно хорошие результаты получают при изготовлении обращенных подшипниковых пар методом металлизации напылением, в то время как применение наплавки и в особенности заливки встречает значительные трудности

. Вместо металлов можно напыливать также различные неметаллические антифрикционные материалы.


читать далее »

Метод металлизации напылением применяется в промышленности и народном хозяйстве для самых разнообразных целей.

Наиболее часто этот способ применяется для наращивания изношенных поверхностей деталей различных машин, заделки трещин в чугунном, стальном и цветном литье, получения антифрикционных покрытий на подшипниках скольжения, ликвидации механического брака, защиты от коррозии в различных средах, повышения жаростойкости, декоративной отделки различных сооружений и других целей.

Металлизацию напылением применяют для нанесения металлических слоев на поверхность различных неметаллических материалов — тканей, гипса, цемента, картона, бумаги, древесины и пр. для придания этим материалам поверхностных свойств металлов, например электропроводности, и других целен.

В результате проведенных в течение последних лет исследований в области металлизации напылением была установлена возможность принципиально сходными с металлизацией способами наносить покрытия не только из металлов, но также из большого числа других неметаллических материалов. Как металлизация напылением, так и родственные ей новые процессы основаны на расплавлении посредством высокотемпературного нагрева материала покрытия и его напыления с помощью газовой струи.

По своему существу все они являются газотермическими процессами и могут быть разделены, в зависимости от способа нагрева напыляемого материала, на процессы газопламенные и газоэлектрические. Для их осуществления в настоящее время разработано большое число специальных аппаратов.


читать далее »

Изменения свойств исходного металла обусловлены появлением окислов, структурных изменений в процессе охлаждения и др.

При нанесении покрытий возникают значительные структурные изменения, которые часто служат причиной пониженной долговечности изделий. Долговечность деталей с нанесенным покрытием зависит прежде всего от подготовки поверхности под напыление, технологии напыления и свойств напыляемого материала.

При эксплуатации изделий с износоустойчивыми покрытиями и при установлении режимов их изготовления появляются новые своеобразные свойства наращиваемых частей машин, также определяющие их долговечность и пригодность к эксплуатации.

В значительной степени на долговечность деталей влияют прочность сечения изделия и покрытия и пористость его.

Пористость и адгезия, а также другие свойства покрытий меняются в значительных пределах, в зависимости от режима их получения. Пористость — одна из характерных особенностей металлических покрытий, влияющая на эффективность их эксплуатации. Поры образуются в покрытиях многих видов и, в зависимости от назначения изделий с покрытием, могут быть полезными (поверхности скольжения — шейки валов, штоков и т. п.) или, наоборот, требующими дополнительного уплотнения (коррозионно-стойкие изделия).

Пористость напыленного металла является неизбежной. Однако, изменяя показатели режима напыления, можно регулировать степень пористости покрытий в довольно широких пределах, доведя плотность напыленного металла до 90—98% по отношению к литому.

При восстановлении изношенных деталей стремятся к получению высокой пористости, а при нанесении антикоррозионных покрытий, наоборот, к возможно меньшей.


читать далее »

Противокоррозионная защита алюминия и алюиниевых сплавов - ЭМАТАЛИРОВАНИЕ  

 

  Широкое использование алюминия и алюминиевых сплавов, несмотря на недостаточную антикоррозионную стойкость, возможно благодаря применению надежных противокоррозионных покрытий.

Особо распространены способы защиты алюминия от коррозии оксидированием в серной, хромовой и щавелевой кислотах, а также с помощью твердого анодирования.   

 Среди новых технологических способов защиты от коррозии и декоративной отделки поверхности алюминиевых сплавов важное место занимает эматалирование. Эматалирование — электрохимическая анодная обработка алюминия и его сплавов, в результате которой на их поверхности образуются непрозрачные молочно-эмалевидные пленки. Это один из наиболее эффективных способов защиты алюминия и его сплавов от коррозии, значительно превосходящий по своим защитным качествам самый распространенный способ — сернокислотное оксидирование.

 

Эматалированием получают защитно-декоративное покрытие, устойчивое в условиях тропиков.    Широко применяется эматалирование в электролитах, содержащих соли титана, циркония и тория, однако соли титана, циркония и тория представляют собой дефицитные и дорогие материалы, а электролиты на их основе недостаточно стабильны. Взамен разработаны доступные и стабильные электролиты, обеспечивающие возможность широкого применения эматалировання в промышленности.    Эматалирование в хромовоборном электролите, подробно рас-сматриваемое в настоящей книге, характеризуется простотой технологического процесса.    

 

Эматаль-пленки наряду с высокими защитными и декоративными качествами обладают рядом ценных физико-химических свойств: термостойкостью, износостойкостью, химической стойкостью и электропрочностью, что дает возможность при их использовании повысить качество и долговечность конструкций и оборудования, снизить трудоемкость и себестоимость их изготовления, сократить сроки подготовки производства.

 

 


читать далее »

Наиболее распространенными электролитами для серебрения являются цианистые, дицианоаргентатные и железистосинеродистые.

Цианистые электролиты отличаются высокой рассеивающей способностью, дают матовые, мелкокристаллические осадки.

Для уплотнения серебряного покрытия и придания ему блеска изделие полируют, не вынимая из ванны, в том же электролите при токе обратной полярности в течение 3 с с интервалом 0,8—1,2 с. Общее время полирования составляют 60—70 с.

Анодная плотность тока при этом в 2—3 раза превышает катодную. Толщина снимаемого покрытия достигает 0,5—1,5 мкм. Для получения блестящего покрытия непосредственно в процессе электролиза в электролит вводят блескообразующие добавки.

Дицианоаргентатные и железистосинеродистые электролиты дают хорошие осадки, но рассеивающая способность этих электролитов невелика, что несколько ограничивает их применение. Для увеличения твердости и износостойкости серебряного покрытия в него вводят 0,3— 0,8 % сурьмы, для обеспечения постоянства переходного сопротивления — 0,1—2 % палладия.

Для предупреждения контактного вытеснения серебра детали из меди и ее сплавов перед покрытием подвергают специальной обработке — предварительному серебрению или амальгамированию. При амальгамировании деталь опускают на несколько секунд в один из следующих растворов: 5—10 г/л окиси ртути и 50—100 г/л цианистого калия, 10—12 г/л азотнокислой ртути, 7,5 г/л хлористой ртути и 4 г/л хлористого аммония.

Амальгамированная поверхность должна быть блестящей, без пятен Нужно учесть, что амальгамирование вызывает растрескивание латунных деталей, а соприкосновение амальгамированных деталей с алюминием резко увеличивает скорость коррозии последнего.


читать далее »

АЛЮМИНИРОВАНИЕ - это процесс нанесения на поверхность металлических изделий покрытий из алюминия или алюминиевых сплавов с целью придания коррозионной стойкости, а также жаростойкости, и с декоративной целью. В отличие от АЛИТИРОВАНИЯ, насыщения поверхности стальных и других металлических изделий алюминием.

Наиболее распространено горячее алюминирование. Преимущественно алюминируются изделия из низкоуглеродистой стали путем погружения в ванну с расплавом алюминия (с добавками до 10 % кренния (Si)).

Горячее алюминирование классифицируется по виду предварительной обработки металлических изделий:

  • с нанесением и сушкой растворов флюса;
  • с применением расплавленных флюсов;
  • с обработкой в реакционном газе;
  • с нанесением металлического подслоя, напр. Си, Со, Sn, Zn и др.

Толщина горячего алюминироввания - 20-200-мкм (микрон).

Применяют также и другие способы алюминирования:

  • плакирование,
  • пульверизацию алюминиевой краской и т.п.

читать далее »

АЛИТИРОВАНИЕ - это процесс насыщения поверхности стальных и других металлических изделий алюминием с целью повышения окалиностойкости до 1100 °С и сопротивления атмосферной коррозии.

Чаше всего алитируются детали из малоуглеродистых аустенитных сталей и жаропрочных сплавов. Алитирование проводят в порошкообразных смесях (50 % алюминия или ферроалюминия, 49 % оксида алюминия (А12О3) и 1 % NH^Cl или 99 % ферроалюминия и 1 % NH^Cl).

При 1000 ºС и выдержке в течение 8 часов образуется слой 0,4—0,5 мм, насыщенный алюминием.

Алитирование выполняют также:

  • металлизацией (на поверхность детали наносят слой алюминиевого порошка и после изоляционной обмазки деталь подвергают диффузионному отжигу);
  • покраской деталей алюминиевой краской (с послед, диффузионным отжигом в защитной газовой среде);
  • в расплаве алюминия (с 6-8 % Fe).

Алитирование применяют при изготовлении клапанов автомобильных двигателей, лопаток и сопел газовых турбин, деталей аппаратуры для крекинга нефти и газа и т.п.

Алитирование в расплавленном алюминии широко используют вместо горячего цинкования (листы, проволока, трубы, строительные изделия).

 


читать далее »

Лакокрасочные материалы, из которых получают лакокрасочные покрытия, имеют жидкую консистенцию и содержат в своем составе следующие компоненты. Пленкообразователи. Основу лаков, красок, грунтов и шпатлевок составляют пленкообразователи — твердые или жидкие вещества, способные создавать сплошную твердую покровную пленку. От пленкообразователей зависят прочность соединения лакокрасочного покрытия с окрашиваемой поверхностью, стойкость против воздействия внешней среды (в первую очередь — против воздействия коррозии) и другие важнейшие качества покрытий. Применяются жидкие и твердые пленкообразователи. К жидким пленкообразователям относятся натуральные и синтетические высыхающие масла (льняное, конопляное, хлопковое, подсолнечное и др.), на основе которых приготовляют масляные лаки и краски, масляные грунты и шпатлевки. В виде термически и химически обработанных продуктов они являются основой различных сортов олифы. Лучшие сорта олифы (натуральной) получают из льняного масла.
читать далее »

Трудносмываемый водой налет, образующийся в процессе эксплуатации автомобиля, а также напоминающие точки коррозии, точечные пятна коричневого цвета удаляют, промывая кузов теплой мыльной водой (50 г мыльной стружки или нейтрального мыла на одно ведро воды). Лакокрасочное покрытие можно периодически промывать водными растворами специальных автошампуней. Для удаления загрязнений кузова минеральным маслом или гудроном применяют бензин. Покрытие, потерявшее свой первоначальный вид, для восстановления блеска рекомендуется периодически полировать. Этот процесс способствует очищению поверхности, удалению мельчайших невидимых глазом трещин, придает покрытию ровный и блестящий вид. Все это предохраняет его от дальнейшего разрушения. Для полирования лакокрасочных покрытий применяют: полировочную воду (суспензия мягких абразивов со связующими материалами); восковые полировочные пасты (например, смесь воска, парафина, керосина или скипидара, уайт-спирита); жидкие полировочные составы (например, смесь белой сажи — окиси алюминия и воскосодержащей эмульсии); полировочные пасты (смесь тонких абразивов, масел, хозяйственного мыла и растворителя).
читать далее »

 При изготовлении деталей двигателей внутреннего сгорания применяются твердые смазочные покрытия и смазка на основе дисульфида молибдена, для деталей работающих на трение и подверженных фреттинг коррозии.

 

Фреттинг-коррозия возникает при колебательном перемещении поверхностей сопрягающихся деталей относительно друг друга. Сущность фреттинг коррозии заключается в циклическом возникновении продуктов коррозии и их механическом разрушении. Этот вид коррозии протекает по химическому механизму и состоит в окислении кислородом свежеобнаженной поверхности с последующим сдиранием ( при взаимном перемещении) образовавшейся пленки оксида.

 


читать далее »

Большую долю сырьевых потерь составляют потери от коррозии металлоконструкций. Только на капитальный и текущий ремонт оборудования, преждевременно вышедшего из строя из-за коррозии, ежегодно расходуются огромные суммы денег. Коррозия причиняет огромный ущерб, вызывая отказы эксплуатируемого оборудования и приводя к безвозвратным потерям металла.

Одним из реальных является широко используемый путь защиты металлов от коррозии как с помощью антикоррозионных покрытий, так и путем снижения коррозионной активности окружающей среды. Достигнутые успехи в этой области хотя и бесспорны, однако те огромные потери металлов, которые все еще имеются, заставляют искать новые, более эффективные пути борьбы с коррозией.

Поиск их связан прежде всего с более глубоким изучением факторов, определяющих интенсивность развития коррозионных процессов, и разработкой новых способов защиты металлов от коррозии.

Требуется более широкое применение и внедрение новых методов защиты металлов от коррозии, таких как электрохимические и химические металлопокрытия, конверсионные и комбинированные покрытия, а также селективные методы нанесения покрытий, методы воздействия на среду с использованием веществ многофункционального действия, обладающих свойствами ингибиторов коррозии металлов, старения полимеров и биоцидностью что позволяет снизить потери металла и выход из строя техники по причине коррозии.

 

Картинка

 

Темы раздела:


читать далее »

Классификация коррозионных процессов

Коррозия — это процесс разрушения металлов при их физико-химическом взаимодействии с окружающей средой (переход части металла в ионное состояние с образованием окислов, солей или растворением металла).

Сложность процессов, протекающих при коррозии, многообразие факторов, влияющих на характер и скорость развития ее, до настоящего времени не позволяют найти достаточно эффективные недорогие способы надежной защиты металлов.

Для более удобного рассмотрения процессов и путей защиты металлов от коррозии приведем классификацию коррозии по наиболее общим и типичным признакам развития и действия ее на металлы

Дадим краткую характеристику наиболее распространенным видам коррозии.


По механизму протекания коррозия делится на химическую и электрохимическую.

Газовая коррозия происходит при отсутствии пленок влаги на поверхности металла — обычно высокотемпературная коррозия по химическому механизму.

Химическая коррозия протекает в неэлектролитах и сухих газах без возникновения электрического тока.

Электрохимическая коррозия развивается при воздействии на металл электропроводной среды — электролита. Электрохимическая коррозия часто встречается при эксплуатации металлоконструкций, техники и сооружения. Скорость ее протекания зависит от степени термодинамической неустойчивости металла и величины общего кинетического торможения данной коррозионной системы.

 


читать далее »

По условиям протекания процесса коррозия делится в зависимости от окружающей среды — на

  • газовую,
  • жидкостную,
  • почвенную,
  • атмосферную;

в зависимости от дополнительных внешних ограничений и воздействий — на

  • щелевую,
  • контактную,
  • радиационную,
  • под напряжением,
  • при ударном и истирающем воздействии,
  • биокоррозию.

Жидкостная коррозия разделяется на коррозию в неэлектропроводных жидкостях, жидких металлах и в электролитах. К неэлектропроводным жидкостям относят органические вещества, нефть, продукты органического синтеза, не содержащие функциональных групп. Коррозия в жидких металлах — специфический вид коррозии, который может сопровождаться диффузионными процессами и эффектами разрушений металлов конструкций. Коррозия в электролитах весьма распространенный вид коррозии.

 

В зависимости от среды различают

  • кислотную
  • щелочную и
  • солевую коррозию.

Учитывая специфику эксплуатации водных сооружений и судов и концентрацию солей в воде, различают также морскую и речную коррозию.

 

Почвенная (грунтовая или подземная) коррозия — разрушение металлов при контакте с землей. Можно рассматривать собственно почвенную коррозию и коррозию под воздействие внешних токов (электрокоррозия). Почвенная коррозия широк распространена в условиях эксплуатации подземных железобетонных сооружений.

Атмосферная коррозия является наиболее распространенным видом коррозии, так как большинство металлических конструкций эксплуатируют в атмосферных условиях. Одной из причин ее возникновения является увлажнение металлических поверхностей конструкций. По толщине пленок влаги на поверхности металлов атмосферную коррозию можно условно разделить на мокрую, влажную и сухую, по району размещения техники (агрессивности атмосферы) — на коррозию, протекающую в сельской местности, в промышленных районах, в приморской зоне, в условиях специфических загрязнений атмосферы. В зависимости от условий эксплуатации агрегатов и систем атмосферная коррозия может протекать в открытой атмосфере с возможностью попадания на поверхности машин осадков или с защитой от них, в условиях ограниченного доступа воздуха или в замкнутом воздушном пространстве.

Щелевая коррозия протекает в узких зазорах по механизму электрохимической коррозии. Контактная коррозия протекает в результате контактов металлов, имеющих различные электрохимические потенциалы, в электропроводящих средах. Застойная коррозия возникает в местах накопления жидкости (емкости, трубопроводы, аппаратура химической промышленности, агрегаты энергосистем и др.). Этот вид коррозии особенно опасен при накапливании агрессивных жидкостей или при локализации и стимулировании жизнедеятельности микроорганизмов (бактерий).

Радиационная коррозия характерна для атомной промышленности или в условиях эксплуатации металлоконструкций, включающих фактор проникающей радиации. Коррозия под напряжением протекает при одновременном воздействии коррозионной среды и механических напряжений. В зависимости от вида и характера напряжений различают коррозионное растрескивание, вызываемое внешними и внутренними растягивающими напряжениями, и коррозионную усталость при циклических знакопеременных внешних нагрузках.

Фретинг-коррозия развивается в результате ударного или истирающего воздействия среды. В первом случае говорят о коррозионной кавитации, во втором — о коррозионной эрозии

Биокоррозия — специфический вид коррозии металлов, отличительной особенностью которой является наличие в системе металл — среда биологических загрязнений (микроорганизмов). Механизм коррозии электрохимический. Стимуляторы процесса продукты жизнедеятельности микроорганизмов, обладающие определенной коррозионной агрессивностью, и колонии микроорганизмов, способные сохранять длительное время в атмосферных условиях увлажненную поверхность металла в широком интервале температур и относительной влажности воздуха. Биологическая коррозия в зависимости от вида микроорганизмов делится на бактериальную, микологическую и актиномицетную, а также может быть смешанной. Органогенная коррозия вызывается органическими веществами, получаемыми в результате технологической переработки растительных и животных организмов (фруктовых и овощных соков, растительных масел, крови и животных жиров и т. п.).


читать далее »

По характеру разрушения металлов в результате воздействия агрессивных сред коррозионные процессы можно разделить на две большие группы: общая (сплошная) и локальная (местная, селективная). Общую коррозию делят на равномерную и неравномерную, локальную — на сосредоточенную (пятнами, язвами, питтингами) и подповерхностную (структурно-избирательную, межкристаллитную, ножевую, транскристаллитную, компонентно-избирательную). Локальная коррозия более опасна, чем общая, так как при сравнительно небольшой потере металла прочностные и функциональные: характеристики конструкции резко снижаются. Примером локальной коррозии являются свищи в стенках емкостей и трубопроводов. Большинство из перечисленных разновидностей коррозии характерно для условий эксплуатации металлоконструкций сложных систем, например оборудования химической промышленности, двигателей машин и т. п.

По особенностям условий эксплуатации различают коррозию химического и нефтяного оборудования, трубопроводов, энергетического оборудования, судов, строительных сооружений, материалов и др. Общая коррозия представляет особую опасность для деталей, от чистоты поверхности которых зависит качество функционирования системы. Иногда поражение коррозией больших поверхностей приводит к интенсивному образованию продуктов коррозии, которые могут служить катализаторами при разложении хранящихся в емкостях жидкостей, а при сильном поражении к недопустимому снижению прочности конструкции. Мы дали самую общую характеристику различным видам коррозии, необходимую лишь для понимания применяемой терминологии при дальнейшем изложении материала. Более подробную характеристику дадим видам, которые наиболее часто встречаются при эксплуатации машин, оборудования и сооружений и имеют специфику в развитии коррозии и методах защиты от нее. Атмосферная коррозия и почвенная являются наиболее распространенными видами коррозии, наносящими существенный ущерб народному хозяйству, поэтому изучение законов развития ее и совершенствование методов защиты машин не теряют своей актуальности. Биологическая коррозия недостаточно изучена и освещена в литературе, хотя и довольно широко распространена.

Поэтому методы защиты от нее представляют в настоящее время как теоретический, так и практический интерес. Коррозия в агрессивных средах отличается высокими скоростями разрушения металлов и приводит обычно к авариям при эксплуатации техники, поэтому методы защиты от нее особенно важны для ряда отраслей промышленности.


читать далее »

Процесс коррозионного разрушения металла в условиях воздействия факторов окружающей воздушной среды принято называть атмосферной коррозией.

В процессе эксплуатации неизбежно увлажнение и загрязнение поверхности металлов, что является первопричиной возникновения и развития атмосферной коррозии.

Причинами увлажнения поверхностей могут быть выпадение росы при повышенной относительной влажности воздуха и перепадах температур поверхности металла и окружающей среды, образование конденсационной пленки влаги в результате адсорбционных, химических и капиллярных явлений.

Во всех случаях наблюдается неравномерность увлажнения и загрязнения поверхности, а следовательно, и интенсивности протекания процесса коррозии. Атмосферную коррозию разделяют на сухую, влажную и мокрую.

Атмосферную коррозию, протекающую под молекулярными слоями влаги, называют сухой атмосферной коррозией. Эта разновидность коррозии характеризуется поверхностным окислением металла по чисто химическому механизму взаимодействия какого-либо реагента в газообразном виде, например кислорода воздуха или сероводорода, как примеси в воздухе, с поверхностью металла (потускнение никелевых, цинковых, оловянных покрытий, латунных изделий, почернение медных, серебряных покрытий). Окисные пленки в результате сухой атмосферной коррозии образуются на металлах в течение первых 2—3 ч. В дальнейшем утолщение их практически прекращается.

Процессы сухой атмосферной коррозии не оказывают существенного влияния на сохранность элементов конструкций, не снижают их работоспособности даже при содержании в воздухе небольших количеств агрессивных веществ. Например, полное почернение поверхности серебряных контактов приборов и аппаратуры может вызвать незначительное увеличение переходного сопротивления (до 3%).

Атмосферную коррозию, протекающую при относительной влажности менее 98% под конденсационными пленками влаги (до 1 мкм), называют влажной атмосферной коррозией. Процесс химической конденсации стимулируется продуктами коррозии. При определенной влажности, называемой критической, наблюдается образование сплошной пленки влаги и резкое повышение скорости коррозионного процесса, который протекает с этого момента по электрохимическому механизму. Экспериментальные значения критической влажности для различных металлов и сплавов меди, никеля, цинка, латуни в большинстве случаев находятся между 50—70%.

Атмосферную коррозию, протекающую при относительной влажности выше 98% в условиях капельной конденсации или прямого попадания атмосферных осадков на поверхность металла с образованием фазовых пленок влаги, называют мокрой атмосферной коррозией. По своему механизму процесс подобен электрохимической коррозии при полном погружении металла в электролит и связан с функционированием локальных микроэлементов.


читать далее »

При эксплуатации машин практически трудно разграничить указанные разновидности атмосферной коррозии, особенно, если увлажнение поверхности изменяется в широких интервалах.

На изменение механизма процесса атмосферной коррозии может оказать влияние рост продуктов коррозии и загрязнения. Последние значительно повышают коррозионную активность пленок влаги на металле. Загрязнения подразделяют на две группы: органического и неорганического происхождения.

Первые попадают на поверхность извне, вторые могут попадать извне и возникать в результате взаимодействия сред с поверхностью металла. Водорастворимые загрязнения технологического характера (остатки кислот, электролитов, следы от рук) увеличивают электропроводность пленок влаги. Малорастворимые, рыхлые, несплошные продукты коррозии (окалина) создают условия работы макроэлементов.

В обоих случаях коррозионные процессы усиливаются. Загрязнение воздушных сред агрессивными компонентами происходит в результате функционирования объектов промышленности из-за технического несовершенства узлов химического и другого оборудования; негерметичности разъемных соединений-случайных проливов агрессивных жидкостей; разгерметизации коммуникаций оборудования; наличия микродефектов в металле; свойства веществ собираться поверхностью металлов с последующей десорбцией в окружающую среду; аварий, например в транспорте и химической промышленности; нарушения правил эксплуатации и техники безопасности; сброса в окружающую среду неполностью нейтрализованных промышленных вод и газов. В промышленных районах воздух загрязнен сернистым газом и другими химическими веществами. Влага воздуха и пленки влаги на поверхности металлоконструкций машин растворяют сернистый газ с образованием слабых растворов серной кислоты.

Скорость атмосферной коррозии резко возрастает. Источниками загрязнения воздуха являются также моря и солончаковые почвы. К весьма агрессивным относятся приморские зоны, имеющие повышенное содержание хлоридов в виде хлоридно-сульфатных натриевых солей. К агрессивным относятся воздушные массы сухих степей и полупустынь, несущие гидро-карбонатно-сульфатно-хлоридные натриевые соли. Воздушные среды лесостепной и степной зон, содержащие гидрокарбонатно-сульфатные кальциевые соли, менее агрессивные, и, наконец, атмосфера лесных зон, содержащая такие же соли низкой концентрации, является малоагрессивной. Солевые частицы переносятся воздушными массами на значительные расстояния.

Механические коррозионно-неактивные пылевидные частицы, например кремнезем, загрязняя поверхность металла, образуют центры конденсации и стимулируют развитие коррозионного процесса по механизму аэрационных пар. Кроме этого, частицы почв несут микроорганизмы и органические вещества, которые являются стимуляторами процесса атмосферной коррозии, а при достаточном накоплении — биокоррозии. Состав воздуха в приземных слоях атмосферы необходимо учитывать при оценке эксплуатационных особенностей техники и сооружений, размещаемых в различных районах страны.

Загрязнение воздуха органическими соединениями при эксплуатации элементов машин в условиях замкнутого пространства может происходить в результате выделения ингредиентов при деструкции полимерных материалов. Ниже будут рассмотрены остальные факторы, влияющие на развитие процесса атмосферной коррозии, а также его диагностика, моделирование и прогнозирование.


читать далее »

Многие неисправности элементов оборудования, предназначенного для синтеза, хранения и транспортирования агрессивных веществ, наблюдаются в результате локальной коррозии. Наиболее часто встречается межкристаллитная, ножевая коррозия и коррозия под напряжением. Кратко рассмотрим эти виды. Коррозия оборудования в растворах азотной кислоты.

Межкристаллитная коррозия (МКК). Известные случаи МКК в условиях эксплуатации оборудования из стали 12Х18Н9Т можно условно разделить на следующие группы: разрушение металла на больших участках поверхности и в глубину (обнаружена склонность металла к МКК в результате отклонения от режима термообработки); разрушение металла под поверхностью, при этом поверхность металла имеет сетку трещин, видимую при увеличении (участки повторных нагревов); разрушение металла на небольшую глубину (0,1—0,3 мм) по всей поверхности металлоконструкций емкостей и трубопроводов, находящихся в контакте с паровоздушной фазой азотной кислоты (поверхностный слой металла имел измененную структуру деформаций, изгиба, наклепа и т. п.); локальное разрушение металла вблизи сварных швов в результате изменения структуры металла, связанное с отклонением от режима сварки; разрушение металла в щелях и зазорах, дефектах сварных швов и т. п. (щелевая коррозия) в результате структурной неоднородности металла сварного шва. Резкое снижение коррозионной стойкости металла происходит в результате влияния технологических факторов при изготовлении и ремонте оборудования, связанных с изменением структуры, загрязнением металла, наличием остаточных напряжений и пр.

Существует ряд гипотез появления склонности аустенитных сталей к МКК. Основу каждой из них представляет факт образования новых фаз по границам зерен и прежде всего карбидов металлов. Последнее зависит от растворимости углерода в сплаве. Разрушению металла может способствовать выделившаяся фаза, не обладающая достаточной стойкостью в данной агрессивной среде. Склонность к МКК возникает при ремонте конструкций трубопроводов при газовой резке (удаление дефектных участков). В зоне расплава карбиды титана распадаются на углерод и титан и равномерно распределяются по объему металла.

В условиях быстрого охлаждения образуется аустенитная структура. В случае медленного охлаждения или повторного нагрева (до 650° С) происходит диффузия свободного углерода к границам зерен. Хром связывается в карбиды, и коррозионная стойкость пограничных участков снижается.

Снижение коррозионной стойкости аустенитных сталей происходит также при выпадении сигма-фазы в области температур 600— 900° С. Наибольшее влияние на скорость образования сигма-фазы оказывает температура и негомогенность стали по содержанию хрома. Известно, что титан снижает температуру образования сигма-фазы до 430° С . Наличие сигма-фазы в сочетании с МКК вызывает быструю потерю механической прочности деталей и даже сквозные разрушения.


читать далее »

Механизм процесса межкристаллитной коррозии (МКК) в условиях воздействия окислительных сред типа азотной кислоты можно представить следующим образом. В результате неблагоприятных условий термообработки или сварки происходит обеднение границ зерен хромом.

Диффузия углерода из твердого раствора к границам зерен протекает гораздо быстрее, чем диффузия хрома. Диффузия углерода идет из всей массы зерна, в то время как хром поступает только с пограничных зон аустенита. Содержание хрома в этих зонах падает настолько, что зона теряет способность к пассивации и подвергается быстрому разрушению в окислительных средах.

Разрушение малостойких фаз, обедненных хромом, приводит к накоплению продуктов коррозии с высоким содержанием железа, которые автокаталитически ускоряют растворение границ зерен. В местах выделения и постепенного роста вторичной фазы (на границах различно ориентированных зерен) появляются высокие локальные напряжения. Возникают значительные энергетические различия, которые могут проявляться при снижении анодной поляризации в пограничных зонах между зернами, а также недостаточной пассивации границ зерен.

Наконец, МКК как частный вид электрохимической коррозии есть результат работы микроэлементов. Карбид металла действует как катод, а окружающий его менее благородный металл — как анод. Если принять во внимание факт обеднения хромом пограничных участков, то становится понятным, почему анодная реакция не распространяется на большую площадь (поверхность зерна). Вначале благодаря наличию в исходной окисной пленке дефектов (трещин, пор) процесс разрушения металла преимущественно идет по механизму равномерной коррозии. Образующиеся малорастворимыс продукты коррозии «залечивают» дефекты окисной пленки, уменьшая площадь анодных участков. В последующий период роль наиболе эффективных анодов выполняют пограничные участки зерен с пониженным содержанием хрома, и разрушение металла далее происходит по механизму структурной коррозии.

Процесс развития МКК можно разделить на несколько стадий. В первой стадии скорости равномерной коррозии и МКК равны и по внешним признакам их различить нельзя. Во второй стадии скорость МКК превышает скорость равномерной коррозии, но коррозия протекает еще без видимого разрушения металла (инкубационный период). Третья стадия характеризуется выпадением единичных зерен. На четвертой стадии происходит разрушение металла с групповым выпадением зерен и потерей его механической прочности.

Иногда две последние стадии протекают внутри металла (подповерхностная коррозия). Такое деление можно обосновать исходя из электрохимических и диффузных представлений о процессе МКК- Вначале развитие МКК происходит с невысокой скоростью из-за диффузионных ограничений. В межкристаллитных трещинах образуются продукты коррозии, заполняющие щели и затрудняющие доступ электролита. Кроме этого, увеличивается расстояние между микроанодами с микрокатодами. В случае невысокой агрессивности сред возрастающая глубина поражения и плотность продуктов коррозии вместе с растущим во времени разделением катодно-анод-ных участков может привести к логарифмическому закону развития МКК (например, в слабом водном растворе азотной кислоты при отсутствии напряжений в металле). В более агрессивных средах происходит интенсивное растворение продуктов коррозии между зернами, и среда свободно достигает фронта разрушения.

Происходит сближение анодных и катодных участков, и скорость коррозии увеличивается до 3—4 мм в год .


читать далее »

Характерный признак разрушения металла в результате МКК (межкристаллитной коррозии) — хрупкий кристаллический излом, в котором имеются слои различной степени потемнения.

Существенное влияние на первую и вторую стадии МКК оказывают гетерогенность поверхности, концентрационная неоднородность окислителя, а также щелевые эффекты. Причиной гетерогенности поверхности являются ликвация, загрязнения, микротрещины. Электрохимические исследования аустенитных сталей, имеющих склонность к МКК в азотной кислоте, показали, что металл последовательно проходит стадии состояния от пассивного до перепассивации. Есть области потенциалов аустенитных сталей, характеризующие активное состояние, частичную запассивированность, пассивное состояние и перепассивацию. В каждой области процесс коррозии стали имеет свои особенности.

Уменьшение области пассивного состояния за счет смещения потенциала активирования в область положительных значений, потенциала перепассивации к отрицательным значениям наблюдается при повышении температуры и концентрации азотной кислоты. В разбавленных растворах влияние температуры на скорость процесса при потенциале активирования менее значительно, чем при потенциале перепассивации, концентрированных растворах — наоборот. Анодная поляризуемость сталей в растворах растет при снижении концентрации азотной кислоты и температуры, что свидетельствует о замедлении процесса коррозии. Особенности процесса межкристаллитной коррозии (МКК) в условиях эксплуатации (скорость коррозии, характер ее изменения и механизм процесса) будут определяться тем, в какой из областей находится стационарный потенциал стали. В пассивном состоянии скорость МКК мала из-за низкой скорости растворения окисной пассивной пленки. В области частичной запассивированности и в активном состоянии аустенитные стали в растворах азотной кислоты растворяются с большими скоростями (10—100 г/м2-ч).

С увеличением концентрации кислоты скорость коррозии при постоянном потенциале меняется, проходя через максимум, величина которого зависит от содержания хрома в стали. В области перепассивации коррозия может протекать как в результате увеличения окислительно-восстановительного потенциала среды, так и вследствие стимулирования катодного процесса.

Последний случай наблюдается при росте концентрации в растворе ионов железа, способных катодно восстанавливаться, а затем, окисляясь, восстанавливать азотную кислоту до окислов азота.


читать далее »

Сварные соединения химического оборудования подвержены воздействию агрессивных компонентов и их паров при длительном содержании азотной кислоты в емкостях.

При сварке аустенитных сталей качество шва и прилегающей зоны должно отвечать требованиям коррозионной стойкости: равномерной, мёжкристаллитной, ножевой и коррозии под напряжением.

В зависимости от качества основного и присадочного материалов, способа и режимов сварки, технологических дефектов коррозия может развиваться в трех зонах сварного соединения: в основном металле на некотором расстоянии от наплавленного металла, в прилегающей к наплавленному металлу зоне, в наплавленном металле. Технологические дефекты сварных соединений являются основными факторами разрушения их по механизму локальной коррозии.

К дефектам сварных соединений относят трещины, несплавления одной из кромок, непровары в корне шва и между слоями шва, поры, шлаковые включения, смещения кромок, подрезы. Дефекты могут появиться не только при выполнении технологического процесса, но и при эксплуатации в результате напряжений, процессов коррозии и др. Дефекты швов ускоряют процесс коррозии. В открытых с внутренней стороны шва дефектах типа непровара развивается застойная или щелевая коррозия. Застойная коррозия происходит в результате растворения металла под раствором, в котором накапливаются растворимые и нерастворимые продукты коррозии. Щелевая коррозия развивается только на поверхностях, образующих щель. Типичная щель (непровар) характеризуется глубиной, шириной и отношением объема щели к ее поверхности. С уменьшением ширины щели скорость коррозии возрастает.

Причиной щелевой коррозии является образование градиента концентраций агрессивного компонента внутри и вне щели. Это ведет к образованию коррозионной пары и ускоренному растворению анодного участка. Известны случаи выхода из строя емкостей, изготовленных из аустенитных сталей, в результате сохранения в щелях сварных соединений 30%-ной азотной кислоты. Ускорению процесса коррозии способствовали ионы шестивалентного хрома (~0,004%), накапливающиеся в щелях.


читать далее »

Ножевая коррозия, как и щелевая, является разновидностью локальной коррозии, но в отличие от щелевой свойственна только сварным соединениям.

Причины ножевой коррозии до настоящего времени полностью не вскрыты. Она рассматривается либо как частный случай МКК основного металла, сосредоточенной в узкой околошовной зоне, остальной металл характеризуется при этом высокой коррозионной стойкостью и сохраняется в пассивном состоянии, либо ее связывают с наличием а-фазы в месте сплавления основного металла с металлом шва.

Увеличение негомогенности аустенита происходит в результате нагрева сталей свыше 1300° С и последующего выделения вторичных фаз по границам зерен в зоне раздела наплавленный — основной металл. Установлено, что ширина обедненной хромом зоны составляет 2—3 мкм.Содержание хрома в ней менее 10%. В электролите эта зона проявляет анодный характер. По границам зерен в узкой перегретой зоне, прилегающей к сварному шву, образуется также сетка дендритных выделений карбидов титана.

Перегрев стали приводит к росту зерен, при этом уменьшается их общая поверхность и увеличивается толщина карбидов хрома на границе зерен. Такой механизм подтверждается фактором, что последующая низкотемпературная закалка (отжиг) сварных швов позволяет предотвратить ножевую коррозию. Развитие ножевой коррозии возможно по двум механизмам в зависимости от значения общего стационарного потенциала, определяемого величиной окислительно-восстановительного потенциала среды. При низком стационарном потенциале основной металл и выпавшие карбиды хрома находятся в пассивном состоянии, а зона с обедненным твердым раствором — в активном, вследствие чего и обнаруживается эффект ножевой коррозии. При высоком стационарном потенциале (условия перепассивации) в активном состоянии находится вся прилегающая к линии сплавления узкая зона основного металла.

В этом случае будут разрушаться и карбиды хрома. Независимо от трактовок механизма ножевой коррозии отмечается факт разрушения узкой непосредственно прилегающей к металлу шва зоны, отличающейся от основного металла по микро- и макроструктуре, химическому составу, электродному потенциалу и напряженному состоянию.


читать далее »

При проведении металлографических исследований сварных соединений элементов трубопроводов, эксплуатирующихся в средах азотной кислоты, установлено, что в процессе развития ножевой коррозии разрушается не только основной металл, но и металл по линиям сплавления присадочного металла с основным металлом и линиям сплавления между валиками наплавленного металла.

Очевидно, это связано с отклонениями от технологического процесса сварки (многократные нагревы и охлаждения металла в районе сварных швов при газовой резке, сварке и под-варке).

Длительность воздействия на металл опасных температур (1350 и 450—750° С) оказывает двойное действие, вызывает обеднение границ зерен хромом и распад альфа-фазы с образованием сигма-фазы. Таким образом, процесс коррозии по линиям сплавления основного и присадочного металлов в условиях эксплуатации оборудования можно представить следующим образом. Вначале процесс протекает по механизму ножевой коррозии, затем, наряду с продолжением структурного разрушения основного металла, начинается разрушение наплавленного материала по границам зерен дендритов. Ножевая коррозия как бы открывает возможность развития коррозии между столбчатыми дендритами по строчно расположенным карбидам и о-фазе. Происходит потеря механической прочности наплавленного металла сварного шва, которая ошибочно может быть отнесена к технологическому дефекту сварного соединения — непровару. Одна из разновидностей разрушения аустенитных сталей по механизму МКК на небольшую глубину (в пределах от нескольких микрометров до 0,1 мм), но с захватом значительных площадей, связана с деформацией поверхностного слоя.

При этом склонность металла к МКК вызывается холодной деформацией сжатия (до 10—20%) между закалкой и отпуском в опасной зоне температур (1100—1300° С). Горячая деформация как сжатия, так и растяжения способствует лишь незначительному росту зерен. На границах и частично внутри зерен выделяются мелкодисперсные карбиды. Последующая 30-минутная выдержка при температуре 800—1200° С и охлаждение на воздухе к существенным изменениям структуры не приводят. Механическая прочность и коррозионная стойкость сталей сохраняются.


читать далее »

Поверхностные дефекты, внутренние напряжения в металле и воздействие агрессивных сред могут привести к коррозии под напряжением.

При этом трещина распространяется как по границам кристалла (межкристаллитное разрушение), так и через тело зерна (транскристаллитное разрушение). Существует несколько теоретических концепций, раскрывающих механизм процесса коррозии под напряжением (электрохимическая, сорбционная, адсорбционно-электрохимическая и др.). В результате анализа этих концепций и материала исследований случаев разрушения элементов конструкций машин и оборудования нами предложено рассматривать процесс коррозии под напряжением как следствие циклического механоэлектрохимического эффекта в агрессивных средах. В местах поверхностных дефектов и на участках концентрации напряжений происходит образование микротрещин.

Среда воздействует химически, увеличивая растравливание и электрохимически способствуя ускорению развития трещины. Функционирует микрокоррозионная пара: вершина трещины, представляющая обнаженные кристаллы металла, — анод, остальная поверхность под окисной пленкой — катод. Накапливающиеся на аноде продукты коррозии закупоривают трещину, так как их объем превышает объем металла в 1,5—2 раза, и расклинивают ее. Выделяющийся на катодных участках водород приводит к частичному восстановлению окисной пленки. Макрокоррозионная пара смещается по поверхности, и до расклинивания трещины продуктами коррозии вершина успевает изменить знак на отрицательный. Интенсивное выделение водорода на катоде способствует дальнейшему охрупчиванию и разрушению металла.

Началу процесса коррозии под напряжением способствуют структурная гетерогенность поверхности, неоднородность окисных пленок, наличие загрязнений, щелевые эффекты, микрорельеф, микротрещины, локальные внешние и внутренние напряжения, градиенты концентраций агрессивных веществ в электролите и неравномерное его распределение по поверхности материала изделия.

Росту трещин при коррозии под напряжением способствует проникновение агрессивных растворов в трещину, химическое растворение металла, образование и функционирование макро-коррозионной пары вершина — поверхность трещины, расклинивающий эффект продуктами коррозии, наводороживание металла и образование гидридов металла, вызывающих его охрупчивание. Описанные факторы действуют непрерывно во времени к циклически по мере развития трещины.


читать далее »

Подземная коррозия металлических и бетонных сооружений есть процесс их разрушения, протекающий по электрохимическому механизму, при воздействии грунтовой влаги. Последняя представляет собой электролит различной кислотности (щелочности). Неравномерное смачивание металла грунтовым электролитом вызывает образование коррозионных элементов (пар).

Коррозионная активность грунтов определяется типом грунта,, составом и концентрацией солей, находящихся в нем, содержанием влаги, рН-среды, аэрацией и структурой почвы, температурой, удельным сопротивлением грунта, потерями массы металла, наличием в почве микроорганизмов и др. Грунты бывают глинистые, пылевые (глины, суспензии, суглинки, лес), обломочные (галечники, щебни, гравистые грунты и пески), торфянистые, искусственные и насыпные.

Большую роль играют размеры частиц грунта, связь между ними и влагой почвы. Большую опасность в коррозионном отношении представляют грунты, частицы которых имеют с влагой физико-механическую форму связи. Оценка коррозионной активности грунтов по различным показателям приведена в таблице.

Высокое водонасыщение грунта,, контактирующего с железобетонными конструкциями, при неблагоприятных условиях (повышенная кислотность грунтов к влаги, наличие прямого контакта влаги с металлическими конструкциями и т. п.) приводит через несколько лет к коррозии, превышающей допустимые пределы (1,5—3 мм/год). 

Таблица
Оценка коррозионной активности грунтов

Степень коррозионной активности грунтов

Удельное сопротивление грунта, Ом-м

Потеря массы, г

Плотность поляризационного тока, мА/см*

Низкая

Более 100

Менее 1

Менее 0,05

Средняя

20—100

1—2

0,05—0,2

Повышенная

10—20

2—0

0,2—0,3

Высокая

5—10

3—6

0,3-0,4

Весьма высокая

Менее 5

Более 6

Более 0,4

 


читать далее »

Процессы, связанные с жизнедеятельностью микроорганизмов, относят к биохимическим процессам. Они могут оказывать влияние на коррозионную стойкость металлов и защитную стойкость покрытий, способствуя возникновению или ускорению коррозионного разрушения.

Биокоррозией является процесс коррозионного разрушения металла в условиях воздействия микроорганизмов (бактерий, актиномицетов, мицелиальных грибов) наряду с другими факторами среды.

По данным ряда специалистов, около 50% случаев возникновения коррозии металлов связано с деятельностью микроорганизмов. Первое упоминание о разрушении металлических элементов водопроводной сети растительными остатками относится к 1886 г. Разрушение металлического трубопровода в почве в 1910 г. объяснили как следствие жизнедеятельности бактерий.

Количество исследований биологической коррозии значительно увеличилось после второй мировой войны, когда транспортируемое в тропические страны военное снаряжение и оружие в результате морских перевозок и хранения на складах оказалось непригодным к ведению боевых действий. Причиной разрушения являлась коррозия, усиливаемая воздействием микроорганизмов. Более обстоятельным изучением микробиологических повреждений материалов стали заниматься 25—30 лет назад, когда особенно остро встала проблема защиты металлоконструкций, эксплуатируемых в тропических странах.

Только учтенные биогенные потери ежегодно составляют свыше 2% стоимости произведенных материалов. В США эти потери оцениваются В 1,5 млрд. долларов в год. По мнению японских специалистов, практически все электрооборудование, оптические приборы и др. в теплом, влажном климате Юго-Восточной Азии поражаются мицелиальными грибами. Испытания изделий электронной промышленности на грибостойкость показали, что большая часть материалов (до 60%) имеет недостаточную биологическую стойкость. Наблюдали разрушения топливных баков и коммуникаций самолетов бактериями, забивку фильтров продуктами их жизнедеятельности.

Приведенные факты свидетельствуют о том, что воздействие микроорганизмов на элементы конструкций может приводить к отказам техники при эксплуатации.


читать далее »

Процесс биоповреждений весьма сложен.

Микроорганизмы могут непосредственно разрушать материал конструкции, но чаще они стимулируют процессы химической или электрохимической коррозии.  Биокоррозия может рассматриваться как самостоятельный вид коррозии, наряду с такими, как жидкостная, атмосферная, почвенная, контактная и т. п.

Однако чаще она протекает совместно с атмосферной или почвенной, или жидкостной (в неэлектролитах), инициирует и интенсифицирует их. Коррозионные эффекты аналогичны другим видам коррозии металлов.

Например, подобно локальной сосредоточенной коррозии, в результате биоповреждений образуются блестящие или шероховатые плоские малозаметные углубления, особенно под шламом или тонкими окисными пленками, а также раковины различной глубины под слоем продуктов коррозии.

Идентифицировать биокоррозию, особенно на ранних стадиях ее развития, без проведения биохимических исследований практически невозможно. Биологическая коррозия является характерным процессом разрушения металла оборудования в ряде отраслей промышленности.

Биоповреждениям подвержены подземные сооружения, метро, оборудование нефтяной промышленности, топливные системы самолетов, трубопровод при контакте с почвой, элементы конструкций машин, защищенные консервационными смазками и лакокрасочными покрытиями.


читать далее »

Бактериальная коррозия может развиваться при температуре 6—40° С, pH=1-10,5 в присутствии органических и неорганических веществ, включающих углерод, серу, азот, фосфор, калий, железо, водород, кислород и т. д.

Разрушение металла происходит по следующим причинам, непосредственно или косвенно связанным с жизнедеятельностью бактерий: на поверхности металла образуются различные электрохимические элементы; в растворе или на поверхности металла создаются агрессивные химические соединения; изменяются электрохимические потенциалы среды в связи с изменением концентрации кислорода в растворе. Бактерии быстро размножаются и легко приспосабливаются к изменяющимся физическим, химическим и биологическим условиям среды.

Последнее объясняется тем, что они могут адаптивно образовывать ферменты, необходимые для превращения среды в питательную. Бактерии, жизнедеятельность которых протекает в кислородсодержащих средах, относят к аэробным, в бескислородных средах — к анаэробным. Потребляемый аэробными бактериями кислород идет на окисление органических и неорганических веществ, в том числе и металла. Бактерии, использующие органические вещества в качестве источника энергии, называются гетеротрофными. Бактерии, окисляющие неорганические вещества и использующие при этом энергию для поддержания своего существования, называются аутотрофными. Необходимый углерод они получают в виде свободной или связанной в карбонаты двуокиси углерода. Обычно в коррозионном процессе участвуют бактерии многих видов, связанные между собой и совместно обусловливающие явление биологической коррозии.

При этом условия для существования анаэробных бактерий часто могут быть созданы деятельностью аэробоных бактерий. При аэрации почвы восстанавливающие бактерии погибают, а окисляющие развиваются. Характерен в этом отношении случай катастрофического разрушения крепи тоннеля в результате интенсивной бактериальной коррозии крепежных элементов. Основными факторами, влияющими на этот процесс, явились условия строительства сооружения и наличие микроорганизмов — тиобацилл. Последние начали развиваться в прилегающем грунте в условиях кессонной проходки и усиленного аэрирования грунта. Обычно в природе аэробные и анаэробные бактерии существуют совместно. В почве наиболее .интенсивная коррозия наблюдается в болотистых местах (рН = 6,2... 7,8), насыщенных органическими остатками, с пониженным содержанием кислорода. Поверхность изделий, имеющих значительную протяженность (трубопровод) , становится анодом по отношению к участкам, контактирующим с более аэрированной почвой, и коррозия усиливается. В анодных зонах возможно окисление гидрозакиси железа железобактериями. Бактерии могут инициировать коррозию меди, свинца и других металлов с образованием сульфидов.

Установлено, что электрохимическая коррозия металлов происходит при деполяризации локальных элементов. В аэробных условиях процесс идет при участии кислорода воздуха (анодное растворение стали, катодная деполяризация и образование продуктов коррозии). В анаэробных условиях процесс коррозии, казалось бы, должен прекратиться после поляризации локальных элементов. Однако при участии бактерий происходит и анаэробная коррозия. Установлено, что гидрагеназоактивный штамм сульфатвосстанавливающих бактерий является эффективными катодным деполяризатором при анаэробной коррозии алюминиевых сплавов. Скорость бактериальной коррозии в 100 раз превышает скорость коррозии в контрольном стерильном опыте.

Выпадающий при развитии бактерий сульфид железа может также способствовать усилению коррозии.


читать далее »

Изучение катодной поляризации стали в бактериальной среде, восстанавливающей сульфаты, показало, что сульфидный механизм является основным в бактериальной коррозии стали.

В период роста бактерий потенциал стального электрода сдвигается в отрицательную сторону на 50—70 мВ. Затем наблюдается смещение потенциала к положительным значениям. Возможность возникновения анаэробной коррозии увеличивается с понижением электродного потенциала в области от отрицательных значений до + 100 мВ.

Механизм реакции меняется при переходе от одной фазы развития бактерий к другой. В период развития бактерий происходит деполяризация анодных и катодных процессов по сравнению со стерильной средой .

С понижением бактериологического воздействия поляризация вновь увеличивается, и образующийся сульфид железа тормозит анодный процесс. Значения рН при этом сдвигаются от 7—7,2 до 7,8—8. конструкций машин и сооружений мицелиальными грибами представляют большую опасность: в результате биоповреждений снижаются прочностные, электроизоляционные и другие свойства материалов и покрытий. Видовое многообразие грибов и их высокая приспособляемость к условиям обитания приводят к тому, что объем поврежденных ими материалов значительно превышает объем материалов, поврежденных бактериями.


читать далее »

Микологическая коррозия — разрушение металлов и металлических покрытий при воздействии агрессивных сред, формирующихся в результате жизнедеятельности мицелиальных (несовершенных, плесневых) грибов.

Она является частным случаем биоразрушения материалов. Биоповреждения материалов Методы защиты конструкции изделий техники от повреждений мицелиальными грибами разработаны недостаточно. Если для развития сульфатвосстанавливающих, метанообразующих и железобактерий необходимы специальные условия, то для мицелиальных грибов достаточно временного повышения влажности воздуха, чтобы образовать колонию на поверхности металла. Биокоррозия, вызываемая мицелиальными грибами, имеет характерные признаки и особенности. Мицелиальные грибы не содержат хлорофилла и по способу питания относятся к гетеротрофам, т. е. потребляют углерод из готовых органических соединений, в том числе из ядов (цианидов, фенола и др.). Грибы размножаются разрастанием гиф и спор. Воздушные среды, содержащие углекислоту, аммиак, этиловый спирт и другие вещества, могут стимулировать развитие отдельных видов грибов. Основным фактором, способствующим развитию грибов, является вода, которая составляет главную часть клеточного тела гриба. Пылевидные частицы, оседающие на поверхность изделия, могут содержать споры грибов, органические соединения, необходимые для питания грибницы, и, наконец, являясь гигроскопичными, сохранять влагу на поверхности материала. Большое влияние на прорастание спор оказывает температура. Температурный интервал жизнедеятельности грибов достаточно широк (0—45° С), при этом каждый вид мицелиальных грибов имеет свой температурный оптимум. Отрицательное влияние на рост грибов оказывает движение воздуха, которое препятствует оседанию спор на поверхности материала и повреждает мицелий.

Значительное увеличение рН (защелачивание) или уменьшение рН (подкисление) также неблагоприятны для развития грибов. Биохимические реакции жизнедеятельности мицелиальных грибов можно разделить на две группы: реакции, идущие с поглощением энергии, ведут к образованию клеточного материала; реакции, идущие с освобождением энергии, ведут к образованию метаболитов. Последние интенсифицируют коррозионные процессы, так как содержат различные органические кислоты. Грибы являются продуцентами десятков органических кислот. Кислотообразующая способность грибов зависит от их вида. К сильным кислотообразователям относятся грибы рода Aspergillus и др.

 Для испытания использовалась смесь семи видов грибов:

  • Aspergillus niger,
  • Afamstelodami,
  • Peyclopuim,
  • P.brevi — conpactum,
  • Paecilomyces varioti,
  • Stachylitrusacta,
  • Chaetomium globosum.

В большинстве случаев Aspergillus niger подавляет развитие других видов.


читать далее »

Рост грибов значительно усиливает коррозионные процессы. Процесс развития микологической коррозии можно представить следующим образом: первая стадия — образование микроколоний и их рост до размеров, видимых невооруженным глазом, сопровождается появлением коррозионно-активных. метаболических продуктов, локальным накоплением электролитов с избыточным содержанием водородных ионов; вторая стадия — появление электрохимических элементов на поверхности металла, например локализованных градиентов концентрации акцепторов электронов (кислорода); третья стадия — возникновение катодной (анодной) деполяризации в результате захвата протонов (электронов) грибами и продуктами их жизнедеятельности. Особую опасность представляет разрушение металлоконструкций изделий, оборудования и сооружений в условиях влажной атмосферы с ограниченным воздухообменом. Более 60% используемых в технике материалов и покрытий не обладают достаточной стойкостью к биоповреждениям этими микроорганизмами. Поэтому проблема защиты конструкций стоит довольно остро. Следует также отметить методологические трудности при исследовании указанных проблем.

Во-первых, биоповреждения материалов и микробиологическая коррозия, в частности, носят специфический характер: приходится иметь дело с биологическими объектами и процессами. Материалы конструкций также влияют на микроорганизмы. Так, отдельные полимеры и некоторые химические вещества (амины и др.) воздействуют на видовой отбор и адаптацию наиболее устойчивых и жизнеспособных микроорганизмов. В процессе адаптации повышается активность грибов, появляется способность специфического (ферментивного) воздействия на материалы.

Во-вторых, биоповреждения материалов необходимо рассматривать в совокупности с другими процессами разрушения материалов (коррозии металлов, деструкции полимеров), которые могут действовать одновременно и увеличивать повреждения техники и сооружений. 


читать далее »

Мицелий и споры грибов на поверхность конструкции попадают из почв в результате переноса их воздухом и насекомыми. Обрастание грибами происходит неравномерно. Встречаются плотные, но чаще разреженные колонии. Последние имеют рыхлую структуру. Возникновение крупных колоний обычно связано с загрязнениями случайного характера. Была открыта закономерность обрастания материалов конструкций техники одними и теми же видами микроорганизмов независимо от климатической зоны при идентичных условиях эксплуатации. Сведения об идентифицированных грибах представлены в таблице.

 

 

Таблица
Идентифицированные в эксплуатации грибы

Вид гриба

Материал, на котором обнаружены грибы

Номер в коллекции ИНМИ АН СССР

Trichoderma Koningii

Ткань ФЛТ-42

BKMF 1901

Cladosporium gossypiola

Ткань ФЛТ-42

BKMF 1902

Torula convluta

Ткань ФЛТ-42

BKMF 1903

Peniciilium ochro-chloron

Ткань ФЛТ-42

BKMF 2032

Cephalosporium acremonium

Покрытие ЭП-51

BKMF 2033

Cladosporium f. resinae

Покрытие ЭП-51

BKMF 2034

 

На основе сравнительного анализа двух групп культур грибов, представленных в табл. и применяемых ранее, по скорости их роста при температуре 6° С можно сделать заключение о большой жизнеспособности и энергии роста грибов, выделенных с поверхности эксплуатирующихся конструкций. Таким образом, пониженная температура также является фактором отбора определенных видов грибов, отличающихся большой психрофильностью.

Такие грибы представляют опасность для данного вида материала и покрытия, так как их биохимическая активность выше, чем у известных штаммов. Анализ результатов показывает, что значительному обрастанию мицелиальными грибами подвергаются нитролак, молотковые эмали, текстолиты, некоторые пресс-материалы. Не подвержены обрастанию или обрастают незначительно фторопласты и их композиции, полиэтилен высокого давления, резины, герметики, стеклотекстолиты.

Одни виды грибов могут сменяться другими. Так, Trichoderma koningii на ткани ФЛТ-42 развивается в течение 15—20 сут, затем колония теряет окраску и исчезает. Появляется колония Aspergillus, которая через 2—3 мес. тоже пропадает. Материал ФЛТ-42 практически не повреждается. Покрытия обладают достаточной защитной способностью в условиях, благоприятных для появления микологических обрастаний. Слабый рост мицелиальных грибов в виде прорастаний конидий с образованием коротких неветвящихся гиф наблюдается на цинковых покрытиях (Cepha-losporium) независимо от метода их получения.

Суммарный эффект разрушения в результате биокоррозии больше у цинковых покрытий, полученных из цианистого электролита. На хромовых блестящих покрытиях прорастают в основном cladosporium. Незначительным изменениям (потемнение поверхности с образованием легкого налета продуктов, коррозии) подвергаются цинковые, кадмиевые, медные и комбинированные медь-никель-хромовые покрытия.


читать далее »

Классификация факторов

 

При рассмотрении коррозионных процессов было установлено, что в различных условиях характер и скорость протекания процессов различны. Установлено, что существует ряд факторов, от которых наиболее существенно зависит характер протекания коррозионных процессов при действии их как в отдельности, так, особенно, и в определенном сочетании.

Всю совокупность факторов можно разделить на четыре группы, отличающиеся достаточной самостоятельностью и определенностью по условиям зарождения, действия и возможностям принятия мер к снижению их благоприятного действия на развитие коррозионных процессов (таблица).

 


Таблица

Группа

Название фактора

Обозн.

Факторы, характеризующие состояние металла

Термодинамическая устойчивость металла

Положение металла в периодической системе

Соотношение компонентов в сплаве

Структура металла

Гетерогенность (неоднородность) поверхности

Шероховатость поверхности

Внутренние напряжения

Х1

Х2

Х3

Х4

Х5

Х6

Х7

Факторы, характеризующие конструктивное исполнение изделий

Контакт разнородных металлов

Контакт металла и полимера

Характер соединения элементов конструкции (резьба, сварка, пайка, сопряжение и др.)

Обтекаемость элементов, наличие

застойных зон

Общая компоновка, расположение элементов конструкций относительно друг друга

Концентрация напряжений

Доступность возобновления покрытий (удаление продуктов коррозии)

Возможность применения дополнительной защиты

Х8

Х9

Х10


Х11


Х12


Х13

Х14

Х15

Х7ХХ

Факторы технологические

Химический состав металла (содержание основных, легирующих элементов, примесей)

Фазовый состав (равномерное распределение фаз, структур)

Состояние в поставке (брус, лист, проволока и т. п.)

Технологические особенности изготовления полуфабрикатов (литье, обработка давлением и др.)

Технологические особенности обработки поверхности (механическая, термохимическая, химико-термическая, электрохимическая и др.)

Технологические особенности защитных покрытий

Особенности дополнительной обработки (нанесение масел, смазок ингибиторов, фунгицидов и т. п.)

Технологические особенности соединения элементов (дефекты сварки, пайки, склеивания и т. п.)



Факторы

эксплуатационные


Продолжительность эксплуатации (испытания)

Температура и ее изменение

Толщина и равномерность распределения водных сред рН раствора

Характер загрязнения (механическое, агрессивные компоненты, микробиологическое, продукты коррозии, распределение их)

Наличие стимуляторов (ингибиторов) коррозии

Давление сред (постоянное, меняющееся)

Солнечная радиация (прямые лучи, рассеянный свет, затемнение)

Движение сред (ламинарное, турбулентное)

Внешние нагрузки (масса, ветер, взаимодействие элементов конструкций, трение и др.)

Характер контакта с агрессивной средой (локальный, равномерный, периодический, непрерывный)

Воздухообмен (открытая атмосфера, ограниченный доступ воздуха, замкнутое пространство)










читать далее »
« Список меток
  • Читать все новости