Виды защиты металла от коррозии: инструкции и советы +видео

Особенности метода

Протекторы для защиты от коррозийных процессов в условиях кислых сред лишены смысла. В таких средах растворение протектора происходит опережающими темпами. Методика рекомендуется для применения только в нейтральных средах.

В сравнении со сталью, большей активностью обладают такие металлы, как хром, цинк, магний, кадмий, а также, некоторые иные. В теории именно перечисленные металлы нужно использовать для защиты трубопроводов и других металлоконструкций. Однако тут есть ряд особенностей, зная которые, можно обосновать технологическую бессмысленность применения чистых металлов в качестве защиты.

К примеру, для магния характерна высокая скорость развития коррозии, на алюминии стремительно образовывается толстая оксидная пленка, а цинк растворяется очень неравномерно из-за своей особой крупнозернистой структуры. Чтобы свести на нет подобные отрицательные свойства чистых металлов, в них добавляют легирующие элементы. Иначе выражаясь, защита газопроводов и других металлических конструкций осуществляется за счет использования всевозможных сплавов.

Нередко применяются магниевые сплавы. Помимо основного компонента — магния — в их составе имеется алюминий (5-7%) и цинк (2-5%). Кроме того, добавляются небольшие количества никеля, меди и свинца. Магниевые сплавы актуальны для защиты от коррозии в условиях сред, где показатель pH не превышает 10,5 единиц (традиционный грунт, пресные и слабосоленые водоемы). Данный ограничивающий показатель связан с быстрой растворяемостью магния на первом этапе и дальнейшим появлением труднорастворимых соединений.

Обратите внимание! Магниевые сплавы часто влекут трещины в металлических изделиях и повышают их водородную хрупкость. Для конструкций из металлов расположенных в соленой воде (например, подводном морском трубопроводе), следует применять протекторы, в основе которых находится цинк

Такие сплавы также содержат:

Для конструкций из металлов расположенных в соленой воде (например, подводном морском трубопроводе), следует применять протекторы, в основе которых находится цинк. Такие сплавы также содержат:

• алюминий (до 0,5%);
• кадмий (до 0,15%);
• медь и свинец (суммарно до 0,005%).

В водной соленой среде защита металлов от коррозии с помощью сплавов на основе цинка будет оптимальным вариантом. Однако в пресных водоемах и на обычном грунте такие протекторы очень быстро обрастают оксидами и гидроксидами, в результате чего антикоррозионные мероприятия теряют смысл.

Протекторы на основе цинка чаще используются для защиты от коррозии тех металлических конструкций, где технологические условия требуют наивысшей степени противопожарной безопасности и взрывобезопасности. Примером востребованности таких сплавов являются газопроводы и трубопроводы для транспортировки горючих жидкостей.

Кроме того, цинковые составы, в результате анодного растворения, не образуют загрязняющих веществ. Поэтому такие сплавы практически безальтернативны, когда нужно защитить трубопровод для транспортировки нефти или металлоконструкции в танкерных судах.

В условиях соленой проточной воды на прибрежном шельфе часто применяются алюминиевые сплавы. Такие составы включают кадмий, таллий, индий, кремний (в сумме — до 0,02%), а также магний (до 5%) и цинк (до 8%). Протекторные свойства алюминиевых составов близки со свойствами магниевых сплавов.

Методы пассивной защиты трубопроводов

Пассивная защита трубопроводов от коррозии – популярный метод, который применяется для подземных магистралей.

Существует три разновидности такой защиты:

• особый способ укладки. Защита подземных трубопроводов от коррозии производится на стадии монтажа системы. Между почвой и металлической поверхностью трубы оставляется воздушный зазор, который препятствует воздействию грунтовых вод, солей и щелочей, которые находятся в земле. Для большей эффективности используют дополнительные методы защиты;
• нанесение антикоррозийных покрытий. Внешняя поверхность труб окрашивается составами, которые не разрушаются от воздействия почвенных солей и щелочей. Яркий пример – грунтовка труб и последующая их покраска алкидными эмалями или нанесение мастики на металлическую поверхность;
• обработка специальными химическими составами. Трубопровод покрывают тонким слоем фосфатов, которые образуют защитную пленку на поверхности изделий.

Защита от ржавчины.

Защитить металл от коррозии можно. Для этого любое металлическое изделие следует покрыть защитной пленкой, которая будет различаться от структуры и химического состава металла. Существует много способов защиты металла от коррозии.

В быту есть понятие “изделие из нержавейки”. Это значит, что используется легированная сталь. Как покрасить лакированную мебель в белый цвет в домашних условиях?

Долгое время нечувствительными к атмосферной коррозии могут оставаться легированные стали с добавлением хрома, меди, которые используют в строительстве. Чем меньше содержание примесей в стали и выше ее однородность, тем менее она подвержена коррозии.

1 Суть антикоррозионной электрохимической защиты

Любая конструкция из металла с течением времени начинает разрушаться в результате коррозионного воздействия. По этой причине металлические поверхности перед эксплуатацией в обязательном порядке покрывают специальными составами, состоящими из различных неорганических и органических элементов. Такие материалы в течение определенного периода надежно предохраняют металл от окисления (ржавления). Но через некоторое время их необходимо обновлять (наносить новые составы).

Тогда, когда защитный слой не удается возобновить, защита от коррозии трубопроводов, кузова автомобиля и других конструкций выполняется при помощи электрохимической методики. Она незаменима для предохранения от ржавления резервуаров и емкостей, работающих под землей, днищ морских кораблей, разнообразных подземных коммуникаций, когда потенциал коррозии (ее называют свободной) находится в зоне перепассивации основного металла изделия или активного его растворения.

Суть электрохимической защиты заключается в том, что к конструкции из металла подключают извне постоянный электроток, который формирует на поверхности металлоконструкции поляризацию катодного типа электродов микрогальванопар. В итоге на металлической поверхности наблюдается преобразование анодных областей в катодные. После такого превращения негативное влияние среды воспринимает анод, а не сам материал, из которого изготовлено защищаемое изделие.

1.1. Классификация методов защиты конструкций от коррозии

В
процессе эксплуатации химического
оборудования металлы подвергаются
коррозионному разрушению, что приводит
к его преждевременному выходу из строя.
На скорость коррозии оказывают
существенное влияние материал, из
которого изготовлено оборудование, его
конструкционные особенности, природа
агрессивной среды и условия эксплуатации.
Для повышения долговечности и надежности
вновь проектируемых аппаратов и изделий
необходимо правильно выбрать материал
для изготовления узлов и деталей и
наиболее эффективную защиту от коррозии.

Коррозию
металлов можно замедлить изменением
их стационарных потенциалов,
пассивированием, нанесением защитных
покрытий, снижением концентрации
окислителя в коррозионной среде,
изоляцией поверхности металла от
окислителя и т. д. При разработке методов
защиты от коррозии используют различные
способы снижения скорости коррозии,
которые выбираются в зависимости от
характера коррозии и условий ее
протекания. Выбор того или иного способа
определяется его эффективностью, а
также экономической целесообразностью.
Методы защиты металлов от коррозии
различаются по механизму защитного
действия и по способу применения защиты.

По
механизму защитного действия методы
защиты металлов от электрохимической
коррозии можно разделить на следующие:

—
методы, тормозящие преимущественно
катодный процесс (применение катодных
ингибиторов, уменьшение концентрации
катодных деполяризаторов в растворе,
применение электрохимической катодной
защиты, снижение катодных включений в
сплаве);

—
методы, тормозящие преимущественно
анодный процесс (применение анодных
ингибиторов или пассиваторов, легирование
сплава с целью повышения пассивности,
применение анодной электрохимической
защиты);

—
методы, увеличивающие омическое
сопротивление системы (применение
изоляционных прокладок между катодными
и анодными участками системы);

—
методы, снижающие термодинамическую
нестабильность коррозионной системы
(покрытие активного металла сплошным
слоем термодинамически устойчивого
металла, легирование термодинамически
нестабильного металла значительным
количеством стабильного компонента,
полная изоляция металла от коррозионной
среды);

—
смешанные методы, т.е. методы, тормозящие
одновременно несколько стадий
коррозионного процесса.

Наиболее
эффективным методом защиты металлов
от коррозии обычно является метод,
который преимущественно тормозит
основную контролирующую стадию данного
электрохимического коррозионного
процесса.

Применение
методов защиты, уменьшающих степень
термодинамической неустойчивости
системы, всегда в той или иной степени
будет способствовать понижению скорости
коррозионного процесса.

При
параллельном применении нескольких
методов защиты металлов от коррозии,
как правило, легче достичь более полной
защиты, если все эти методы действуют
преимущественно на основную контролирующую
стадию электрохимического коррозионного
процесса. Например, при уменьшении
коррозии металла добавлением анодных
ингибиторов (пассиваторов) усиление
эффекта защиты будет достигаться также
введением катодных присадок в сплав
или дополнительной анодной поляризацией.

По
способу применения все методы защиты
металлов от коррозии подразделяются
на несколько групп: металлические и
неметаллические покрытия. Роль защиты
от коррозии сводится к повышению
термодинамической устойчивости металла
и к изоляции изделия от коррозионной
среды.

По
методу нанесения металлические защитные
покрытия подразделяются на горячедиффузионные
и гальванические покрытия.

К
горячедиффузионным покрытиям относятся
покрытия, наносимые механо-физическими
методами и основанные на взаимодействии
металла изделия с покрываемым металлом,
который находится в виде расплава, паров
солей или в виде листов.

К
этой группе относятся: горячее,
диффузионное, металлизационное и
плакировочное покрытия.

К
гальваническим покрытиям относятся
покрытия, наносимые электрохимическим
методом.

Защитные
свойства неметаллических покрытий
сводятся к изоляции защищаемого изделия
от коррозионной среды. К неметаллическим
покрытиям относятся:

—
неорганические покрытия (оксидные,
фосфатные, эмалевые покрытия);

—
органические покрытия (лакокрасочные,
битумные покрытия и полимерные пленки).

Как обеспечить протекторную защиту

Покрытие труб специальными составами – это задача не только производителя, в процессе эксплуатации конструкции обеспечение защитных свойств тоже должно выполняться. Всего существует несколько способов защиты металла от воздействия агрессивных сред:

• химическая обработка;
• покрытие стенок специальными составами;
• защита от блуждающих токов;
• подведение катода или анода.

О пассивных и активных способах

Антикоррозионная защита – это целый комплекс мероприятий, проводимых предприятиями. Пассивные методы защиты предполагают выполнение следующих работ:

• На стадии монтажа между трубопроводом и грунтом оставляют воздушный зазор, препятствующий попаданию грунтовой воды, в том числе в составе с кислотными и щелочными примесями.
• Покрытие специализированными составами, назначение которых распространяется от негативных воздействий почвы.
• Обработка металла химическими составами, с образованием тонкой пленки.

Активные способы защиты предусматривают использование тока и обмен ионов на основе химических реакций, за счет чего обеспечивается:

• Защита подземных трубопроводов от коррозии созданием электродренажной системы для изоляции трубопроводного транспорта от блуждающих токов.
• Защита анодом от разрушения металлических поверхностей.
• Катодная защита для увеличения сопротивления металлических оснований.

Только с учетом всех способов, препятствующих образованию ржавчины на металле, будет увеличен срок службы конструкций. Антикоррозионная защита трубопроводов должна выполняться комплексно.

На видео: защита трубопроводов и кабельных линий от электрической коррозии.

https://youtube.com/watch?v=l_pU59HIdlo

О достоинствах применения протекторов

Защита труб этим способом производится с добавлением компонента – ингибитора. Это материал с отрицательным электрическим зарядом. Под воздействием воздушных масс он растворяется, а конструкция остается целой и не подвергается ржавлению. Протекторная защита от коррозии применяется для продления срока службы строительных конструкций, систем отопления и водоснабжения, а также магистрального и промыслового трубопроводного транспорта.

Применение электрохимической защиты позволяет устранить причины многих видов коррозии. Такая антикоррозийная защита трубопроводов – неплохое решение даже для предприятий, не имеющих финансовых возможностей по обеспечению полноценной защиты от неконтролируемого процесса.

Для обеспечения грамотного подхода следует:

• Протекторы, изготовленные из алюминия, использовать в средах морских вод и прибрежных шельфах.
• В средах с небольшой электропроводностью использовать магниевые протекторы. Но, опять же, они не подходят для обработки внутреннего покрытия резервуаров, нефтяных отстойников в связи с тем, что обладают достаточно низкой взрывопожароопасностью.
• Использовать протекторы для защиты от сред пресной воды.
• Проекторы, выполненные на основе цинка, являются полностью безопасными, их можно применять на пожаро- и взрывоопасных производствах.

Протекторной антикоррозионной защите можно отнести следующий ряд преимуществ:

• недостаток денежных средств и производственных мощностей у предприятия не будет препятствием ее выполнению;
• возможность защиты конструкций небольших размеров;
• если трубы покрыты теплоизоляционными материалами, то такая защита приемлема.

Используемые материалы и цели применения

Противокоррозионная защита необходима для всех металлических оснований. Данный вид противостояния от ржавчины широко используется для обработки танкеров, так как эти суда наиболее подвержены воздействию воды, имеющей в составе агрессивные компоненты. Даже специальная окраска не справляется с решением этой проблемы.

Наиболее рациональным выбором для покрытия стальных конструкций будет использование протекторов с отрицательным потенциалом. При изготовлении таких устройств применяется магний, цинк или алюминий. Большая разница потенциалов металла и стальных поверхностей способствует увеличению спектра защитного действия, в результате различные виды коррозии устраняются.

Пассивная защита требуется стальным покрытиям и изделиям из металла. Сущность метода заключается в применении гальванических анодов, обеспечивающих противодействие подземных трубопроводов коррозии. При произведении расчета для данной установки, необходимо учитывать следующие показатели:

• параметры силы тока;
• сопротивление от перепадов напряжения;
• характеристики степени защиты, применяемые для 1 км трубопровода;
• показатель расстояния между элементами защиты.

Как отчистить ржавчину с кузова автомобиля

Рыжие пятна, появляющиеся на металлических деталях машины, убирать следует как можно быстрее. Большинству автолюбителей известно, что при наличии на кузове автомобиля ржавчины его стоимость снижается примерно в 2-3 раза. Замена же изъеденных коррозией деталей обходится очень дорого.

Способов очистки кузова автомобиля существует несколько. Чаще всего с этой целью приобретается сильное концентрированное жидкое средство для удаления ржавчины с металла.

Иногда поврежденные места кузова обрабатывают и посредством разбавленной ортофосфорной кислоты. Еще одним неплохим способом избавления от рыжих пятен на авто считается использование смеси на основе солей цинка. В этом случае применяется электрохимический способ очистки, но, конечно же, без использования емкости. Смесь просто наносится на тряпку, намотанную на электрод. Далее последний подключается к аккумулятору.

6 Нюансы антикоррозионной защиты трубопроводов

Системы труб в настоящее время защищаются посредством дренажной и катодной электрохимической методики. При предохранении трубопроводов от коррозии по катодной схеме используются:

• Внешние источники тока. Их плюс подключат к анодному заземлению, а минус – к самой трубе.
• Аноды-защитники, использующие ток от гальванических пар.

Катодная методика предполагает поляризацию предохраняемой стальной поверхности. При этом осуществляется подключение подземных трубопроводов к «минусу» комплекса катодной защиты (по сути, он представляет собой источник тока). «Плюс» подключают к добавочному внешнему электроду при помощи специального кабеля, который изготавливается из проводящей резины или графита. Данная схема позволяет получать электроцепь замкнутого типа, включающую в себя следующие компоненты:

• электрод (наружный);
• электролит, находящийся в почве, где выполнена прокладка трубопроводов;
• непосредственно трубы;
• кабель (катодный);
• источник тока;
• кабель (анодный).

Для протекторной защиты трубопроводов применяют материалы на основе алюминий, магния и цинка, коэффициент полезного действия которых равняется 90 % при использовании протекторов на базе алюминия и цинка и 50 % для протекторов из магниевых сплавов и чистого магния.

Для дренажной защиты систем труб применяется технология отвода в грунт блуждающих токов. Существует четыре варианта дренажной антикоррозионной защиты трубопроводов – поляризованный, земляной, усиленный и прямой. При прямом и поляризованном дренаже между «минусом» блуждающих токов и трубой ставят перемычки. Для земляной защитной схемы необходимо произвести посредством добавочных электродов заземление. А при усиленном дренаже трубных систем в цепь добавляют преобразователь, который необходим для повышения величины дренажного тока.

Причины и признаки электрохимической коррозии

Электрохимическая коррозия отличается от химической тем, что процесс разрушения проходит в системе электролитов, отчего внутри этой системы возникает электрический ток. Два сопряжённых процесса, анодный и катодный, приводят к удалению из кристаллической решетки металла неустойчивых атомов. Ионы при анодном переходят в раствор, а электроны от анодного процесса попадают в ловушку к веществу-окислителю и связываются деполяризатором.

Таким образом, деполяризация – это отвод с катодных участков свободных электронов, а деполяризатор – вещество, которое отвечает за этот процесс. Основные реакции происходят с участием водорода и кислорода в роли деполяризаторов.

Существует множество примеров электрохимической коррозии разного типа, которая оказывает воздействие на металлические поверхности в природе и проходит под влиянием различных условий. Водород при этом работает в кислой среде, а кислород – в нейтральной.

Практически все металлы подвергаются электрохимической коррозии, и по этому признаку их разбивают на 4 группы, определяют величину их электродного потенциала:

• активные коррозируют даже в той среде, где нет окислителей;
• среднеактивные вступают в реакцию окисления в кислотной среде;
• малоактивные не вступают в реакцию при отсутствии окислителей и в нейтральных, и в кислых средах;
• не вступают в реакцию — высокой стабильности (благородные металлы, палладий, золото, платина, иридий).

Но эта же реакция может протекать и в воде, в растворах оснований, солей и кислот. В узкоспециальном различии атмосферной коррозии различают почвенную и аэрационную, морскую и биологическую (протекающую под воздействием бактерий).

Есть даже электрическая коррозия, которая протекает под воздействием электрического тока, и является результатом работы блуждающих токов, возникающих там, где электрический ток используется человеком для осуществления определенной деятельности.

Гомогенная металлическая поверхность при этом разрушается из-за термодинамической неустойчивости к окружающей среде. А гетерогенная – из-за состава кристаллической решётки, в которой атомы одного металла держатся плотнее, чем атомы инородных вкраплений. Эти реакции отличаются скоростью протекания ионизации ионов, и восстановления окислительных компонентов окружающей среды.

Разрушение металлических поверхностей при электрохимической коррозии состоит в одновременном протекании двух процессов: анодного и катодного, и отличия процессов состоят в том, что растворение происходит на анодах, которые и контактируют с окружающей средой через множество микроэлектродов, которые входят в состав поверхности любого металла и замкнуты на себя.

3 Совместное применение лакокрасочных составов и протекторов

Нередко защита нефте- либо газопровода, той или иной конструкции из металла от коррозионных проявлений выполняется комбинацией протекторной и лакокрасочной защиты. Последняя по своей сути причисляется к пассивному методу предохранения от коррозии. По-настоящему высоких результатов она не обеспечивает, но зато позволяет в сочетании с протектором:

• нивелировать возможные изъяны покрытия трубопроводов и металлических конструкций, которые возникают по естественным причинам (отслаивание металла, его вспучивание, набухание, появление трещин и так далее), а также при их использовании (нет такого газопровода или танкера, покрытие которого в процессе эксплуатации не претерпевает определенных изменений);
• снизить (иногда весьма существенно) расход достаточно дорогостоящих протекторных материалов, повысив при этом их эксплуатационный срок;
• обеспечить распределение по металлической поверхности трубопроводов защитного тока максимально однородно (равномерно).

Добавим, что лакокрасочные слои во многих случаях довольно-таки сложно нанести на некоторые участки уже функционирующего резервуара, газопровода или водного судна. Тогда лучше, конечно же, не усложнять процесс и применять исключительно протекторы.

Что происходит с металлом в процессе коррозии

Поверхность металлических объектов в химически или электрически активной среде постепенно разрушается, окисляясь и теряя частицы металла. Их замещение на более хрупкие окислы приводит к потере прочности, изменению эксплуатационных характеристик объекта.

Под действием электролитов (конденсат, дождевая вода и снег, морская и речная, озерная вода, растворы щелочей и кислот, жидкости с высоким содержанием солей) на поверхности металла образуются так называемые гальванические элементы. В зависимости от химического потенциала соприкасающихся материалов металл быстрее или медленнее растворяется. Особенно сильно воздействие коррозии на границе двух металлов – например, в местах установки заклепок на металлический лист или по сварочным швам.

При химической коррозии электрических процессов нет, идет прямое окисление металла атмосферным (или находящимся в газовой, жидкой среде) кислородом. Так, например, образуется окалина при нагреве железистых сплавов до высоких температур (например, во время ковки).

На фото слева – часть кованого ножа, еще не очищенного от окалины, справа – уже отшлифованная.

Отдельно стоит рассмотреть процесс так называемой питтинговой коррозии (язвенной). Этот термин связан с англоязычным понятием pitting, от pit — покрывать(ся) ямками, язвами. В процессе такого разрушения на поверхности металла образуются вначале мелкие, точечные ямки и полости, которые затем разрастаются в глубь массива.

Первичные нарушения целостности наблюдаются в тех местах, где на поверхности металлической детали есть микроповреждения – выход на поверхность зерен, микротрещин, пор, различных включений. Очень часто причиной начала язвенной коррозии являются остатки прокатной окалины, не полностью удаленной при механической обработке и/или нанесении защитного слоя.