Система защита от коррозии: как и зачем?
Недостаток такого материала, как металл в том, что на нем может возникать коррозия. На сегодняшний день существует несколько способов, их нужно использовать в комплексе. Система защиты от коррозии поможет избавиться от ржавчины и предотвратит образования пластов.
Обработка металлической поверхности специальным покрытием – действенный способ. Металлическое покрытие повышает твердость и прочность материала, улучшает механические свойства. Нужно учитывать, что в данном случае потребуется дополнительная защита. Неметаллическое покрытие наносится на керамику, каучук, пластмассу, древесину.
Способы защиты от коррозии
Чаще всего используют пленкообразовательные покрытия, они устойчивы к воздействию внешней среды. На поверхности образуется пленка, которая тормозит процессы коррозии.
Для того чтобы снизить коррозийную активность, необходимо нейтрализовать среду, подверженную ее влиянию. В этом вам помогут ингибиторы, они вводятся в агрессивную среду, и образуется пленка, которая тормозит процессы и изменяет химические параметры металла.
Широко используется легирование, оно повышает свойства, которые помогают повысить устойчивость материала к коррозийным процессам. Сталь легированная содержит в своем составе много хрома, он образует пленки, которые и защищают металл.
Не лишним будет использование защитных пленок. Анодные покрытия применяются для цинка и хрома, катодные – олова, никеля, меди. Их наносят с помощью горячего метода, также может использоваться гальванизация. Изделие нужно поместить в емкость, в которой находится защитный металл в расплавленном состоянии.
Используя металлизацию, можно избежать появления коррозии. Поверхность покрывается металлом, находящемся в расплавленном состоянии, его распыляют воздухом. Преимущество такого метода в том, что покрывать им можно готовые и полностью собранные конструкции. Минус в том, что поверхность будет немного шероховатой. Такие покрытия наносятся при помощи диффузии в тот металл, который является основным.
Покрытие можно защитить оксидной пленкой, эта процедура называется оксидированием. Оксидная пленка, которая есть на металле, обрабатывается мощным окислителем, в результате чего она становится в несколько раз прочнее.
В промышленности также используется фосфатирование. Соли железа погружаются в горячий раствор фосфатов, в конечном итоге образуется поверхностная пленка.
Для временной защиты поверхности необходимо использовать этиноль, вазелин технический, ингибиторы. Последние замедляют реакцию, к результате чего коррозия развивается гораздо медленнее.
Для защиты металлов от коррозии применяются различные способы, которые условно можно разделить на следующие основные направления: легирование металлов; защитные покрытия (металлические, неметаллические); электрохимическая защита; изменение свойств коррозионной среды; рациональное конструирование изделий.
Легирование металлов. Это эффективный метод повышения коррозионной стойкости металлов. При легировании в состав сплава или металла вводят легирующие элементы (хром, никель, молибден и др.), вызывающие пассивность металла. Пассивацией называют процесс перехода металла или сплава в состояние его повышенной коррозионной устойчивости, вызванное торможением анодного процесса. Пассивное состояние металла объясняется образованием на его поверхности совершенной по структуре оксидной пленки (оксидная пленка обладает защитными свойствами при условии максимального сходства кристаллических решеток металла и образующегося оксида).
Широкое применение нашло легирование для защиты от газовой коррозии. Легированию подвергаются железо, алюминий, медь, магний, цинк, а также сплавы на их основе. В результате чего получаются сплавы с более высокой коррозионной стойкостью, чем сами металлы. Эти сплавы обладают одновременно жаростойкостью и жаропрочностью .
Жаростойкость – стойкость по отношению к газовой коррозии при высоких температурах. Жаропрочность – свойства конструкционного материала сохранять высокую механическую прочность при значительном повышении температуры. Жаростойкость обычно обеспечивается легированием металлов и сплавов, например, стали хромом, алюминием и кремнием. Эти элементы при высоких температурах окисляются энергичнее, чем железо, и образуют при этом плотные защитные пленки оксидов, например Al 2 O 3 и Cr 2 O 3 .
Легирование также используется с целью снижения скорости электрохимической коррозии, особенно коррозии с выделением водорода. К коррозионностойким сплавам, например, относятся нержавеющие стали, в которых легирующими компонентами служат хром, никель и другие металлы.
Защитные покрытия. Слои, искусственно создаваемые на поверхности металлических изделий для защиты их коррозии, называются защитными покрытиями. Нанесение защитных покрытий – самый распространенный метод борьбы с коррозией. Защитные покрытия не только предохраняют изделия от коррозии, но и придают поверхностям ряд ценных физико-химических свойств (износостойкость, электрическую проводимость и др.). Они подразделяются на металлические и неметаллические. Общими требованиями для всех видов защитных покрытий являются высокая адгезионная способность, сплошность и стойкость в агрессивной среде.
Металлические покрытия. Металлические покрытия занимают особое положение, так как их действие имеет двойственный характер. До тех пор, пока целостность слоя покрытия не нарушена, его защитное действие сводится к изоляции поверхности защищаемого металла от окружающей среды. Это не отличается от действия любого механического защитного слоя (окраска, оксидная пленка и т.д.). Металлические покрытия должны быть непроницаемы для коррозионных агентов.
При повреждении покрытия (или наличии пор) образуется гальванический элемент. Характер коррозионного разрушения основного металла определяется электрохимическими характеристиками обоих металлов. Защитные антикоррозионные покрытия могут быть катодными и анодными . К катодным покрытиям относятся покрытия, потенциалы которых в данной среде имеют более положительное значение, чем потенциал основного металла. Анодные покрытия имеют наиболее отрицательный потенциал, чем потенциал основного металла.
Так, например, по отношению к железу никелевое покрытие является катодным, а цинковое – анодным (рис. 2.).
При повреждении никелевого покрытия (рис. 2,а) на анодных участках происходит процесс окисления железа вследствие возникновения микрокоррозионных гальванических элементов. На катодных участках - восстановление водорода. Следовательно, катодные покрытия могут защищать металл от коррозии лишь при отсутствии пор и повреждения покрытия.
Местное повреждение защитного цинкового слоя ведет к дальнейшему его разрушению, при этом поверхность железа защищена от коррозии. На анодных участках происходит процесс окисления цинка. На катодных участках - восстановление водорода (рис. 2,б).
Электродные потенциалы металлов зависят от состава растворов, поэтому при изменении состава раствора может меняться и характер покрытия.
Для получения металлических защитных покрытий применяются различные способы: электрохимический (гальванические покрытия);погружение в расплавленный металл (горячее цинкование, лужение);металлизация (нанесение расплавленного металла на защищаемую поверхность с помощью струи сжатого воздуха);химический (получение металлических покрытий с помощью восстановителей, например гидразина).
Рис. 2. Коррозия железа в кислотном растворе с катодным (а) и анодным (б) покрытиями: 1 – основной металл; 2 – покрытие; 3 – раствор электролита.
Материалами для металлических защитных покрытий могут быть как чистые металлы (цинк, кадмий, алюминий, никель, медь, хром, серебро и др.), так и их сплавы (бронза, латунь и др.).
Неметаллические защитные покрытия. Они могут быть как неорганическими, так и органическими. Защитное действие этих покрытий сводится в основном к изоляции металла от окружающей среды.
В качестве неорганических покрытий применяют неорганические эмали, оксиды металлов, соединение хрома, фосфора и др. К органическим относятся лакокрасочные покрытия, покрытия смолами, пластмассами, полимерными пленками, резиной.
Неорганические эмали по своему составу являются силикатами, т.е. соединениями кремния. К основным недостаткам таких покрытий относятся хрупкость и растрескивание при тепловых и механических ударах.
Лакокрасочные покрытия наиболее распространены. Лакокрасочное покрытие должно быть сплошным, газо -и водонепроницаемым, химически стойким, эластичным, обладать высоким сцеплением с материалом, механической прочностью и твердостью.
Химические способы очень разнообразны. К ним относится, например, обработка поверхности металла веществами, вступающими с ним в химическую реакцию и образующими на его поверхности пленку устойчивого химического соединения, в формировании которой принимает участие сам защищаемый металл. К числу таких способов относится оксидирование , фосфатирование, сульфи-дирование и др.
Оксидирование - процесс образования оксидных пленок на поверхности металлических изделий.
Современный метод оксидирования – химическая и электрохимическая обработка деталей в щелочных растворах.
Для железа и его сплавов наиболее часто используется щелочное оксидирование в растворе, содержащем NaOH, NaNO 3 , NaNO 2 при температуре 135-140 О С. Оксидирование черных металлов называется воронением.
Fe
Fe 2+
+ 2
На катодных участках происходит процесс восстановления:
2
Н 2 О
+ О 2
+ 4
4ОН -
На поверхности металла в результате работы микрогальванических элементов образуется Fe(OH) 2 , который затем окисляется в Fe 3 O 4 . Оксидная пленка на малоуглеродистой стали имеет глубокий черный цвет, а на высокоуглеродистой стали – черный с сероватым оттенком.
Fe 2+
+ 2OH -
Fe(OH) 2 ;
12
Fe(OH) 2
+
NaNO 3
4Fe 3 O 4
+ NaOH + 10 H 2 O
+ NH 3
Противокоррозионные свойства поверхностной пленки оксидов невысоки, поэтому область применения этого метода ограничена. Основное назначение – декоративная отделка. Воронение используется в том случае, когда необходимо сохранить исходные размеры, так как оксидная пленка составляет всего 1,0 – 1,5 микрона.
Фосфатирование - метод получения фосфатных пленок на изделиях из цветных и черных металлов. Для фосфатирования металлическое изделие погружают в растворы фосфорной кислоты и ее кислых солей (H 3 PO 4 + Mn(H 2 PO 4) 2) при температуре 96-98 о С.
На поверхности металла в результате работы микрогальванических элементов образуется фосфатная пленка, которая имеют сложный химический состав и содержит малорастворимые гидраты двух- и трех замещенных фосфатов марганца и железа: MnHPO 4 , Mn 3 (PO 4) 2 , FeHPO 4 ,Fe 3 (PO 4) 2 n H 2 O.
На анодных участках происходит процесс окисления:
Fe
Fe 2+
+ 2
На катодных участках происходит процесс восстановления водорода:
2Н + +
2
Н 2
(рН
< 7)
При взаимодействии ионов Fe 2+ с анионами ортофосфорной кислоты и ее кислых солей образуются фосфатные пленки:
Fe 2+
+ H 2 PO - 4
FeHPO 4
+ H +
3Fe 2+
+ 2 PO 4 3-
Fe 3 (PO 4) 2
Образующаяся фосфатная пленка химически связана с металлом и состоит из сросшихся между собой кристаллов, разделенных порами ультрамикроскопических размеров. Фосфатные пленки обладают хорошей адгезией, имеют развитую шероховатую поверхность. Они являются хорошим грунтом для нанесения лакокрасочных покрытий и пропитывающих смазок. Фосфатные покрытия применяются в основном для защиты металлов от коррозии в закрытых помещениях, а также как метод подготовки поверхности к последующей окраске или покрытию лаком. Недостатком фосфатных пленок является низкая прочность и эластичность, высокая хрупкость.
Анодирование – это процесс образования оксидных пленок на поверхности металла и прежде всего алюминия. В обычных условиях на поверхности алюминия присутствует тонкая оксидная пленка оксидов Al 2 O 3 или Al 2 O 3 ∙ nH 2 O, которая не может защитить его от коррозии. Под воздействием окружающей среды алюминий покрывается слоем продуктов коррозии. Процесс искусственного образования оксидных пленок может быть осуществлен химическим и электрохимическим способами. При электрохимическом оксидировании алюминия алюминиевое изделие играет роль анода электролизера. Электролитом служит раствор серной, ортофосфорной, хромовой, борной или щавелевой кислот, катодом может быть металл, не взаимодействующий с раствором электролита, например нержавеющая сталь. На катоде выделяется водород, на аноде происходит образование оксида алюминия. Суммарный процесс на аноде можно представить следующим уравнением:
2
Al
+ 3 H 2 O
Al 2 O 3
+ 6 H +
+ 6
Используемые в настоящее время для защиты от коррозии лакокрасочные и гальванические покрытия обладают существенными недостатками. Что касается лакокрасочных покрытий, то, в первую очередь, это низкая степень надежности при механических повреждениях, низкий ресурс однослойных покрытий и высокая стоимость многослойных покрытий. Повреждение покрытия до защищаемого металла приводит к развитию подплёночной коррозии. В этом случае агрессивная среда попадает под изолирующий слой лакокрасочного покрытия, начинается коррозия основного металла, которая активно распространяется под слоем краски, что приводит к отслоению защитного слоя.
Что касается гальваники, то при достижении необходимых свойств, электролит, чувствителен к колебаниям температуры в течение всего процесса нанесения, который обычно длится несколько часов. Также при нанесении гальванических покрытий приходится использовать материалы и химикаты, многие из которых являются весьма вредными. Конкуренцию лакокрасочным, гальваническим, а также стеклоэмалевым, битумным, битумно-резиновым, полимерным и эпоксидным покрытиям и электрохимической защите составляют металлизационно-лакокрасочные покрытия Спрамет™ .
Спрамет™ — набор комбинированных металлизационно-лакокрасочных покрытий для защиты от коррозии на срок до 50 лет, каждое из которых обладает дополнительными свойствами — жаростойкостью, огнезащитными характеристиками, теплоизолирующими характеристиками и пр.
Системы Спрамет™ наносятся как в производственных условиях, так и в ремонтных — на месте эксплуатации объекта. Высокая стойкость Спрамет к механическим повреждениям, отсутствие подпленочной коррозии и цены сравнимые с качественной окраской делают эту систему идеальным выбором для долгосрочной защиты от коррозии особенно опасных и уникальных объектов.
Под воздействием основных эксплуатационных факторов старения (времени, совместно температуры и влаги, агрессивных сред, разницы электрохимических потенциалов) система защиты Спрамет не изменяет своих первоначальных свойств, выдерживает нагрев до 650°С, обладает высокими механическими характеристиками: износостойкостью, гибкостью, а также активно противостоит коррозии. Спрамет эффективно защищает сварные швы и в течение всего периода эксплуатации сохраняет защитные и декоративные свойства.
В совокупности затраты на эксплуатацию изделий, защищенных с помощью систем Спрамет в 2-4 раза меньше по сравнению с лакокрасочными или иными известными на сегодняшний день покрытиями.
ЗАО «Плакарт» провело широкомасштабные испытания и начало применение композиций Спрамет™ — протекторных систем защиты от коррозии на базе металлических матриц. Эти композиции состоят из одного или более слоев. Основа композиции — металлическая матрица: напыленный алюминий, цинк или их сплавы. Для улучшения эксплуатационных свойств наносится пропитывающий слой, закрывающий поры, затем — защитный или теплоизолирующий, а также колеровочный слои.
В ЗАО «Плакарт» разработана линейка композиций для решения задач различных условий эксплуатации:
- Спрамет-АНТИКОР
- Спрамет-ТЕРМО
- Спрамет-НЕСКОЛЬЗИТ
- Спрамет-НАНО
Преимуществами композиций Спрамет являются:
- более высокая твердость,
- стойкость к абразивному износу.
Для повышения защитных свойств применяются пропитки металлического покрытия специальными составами. Системы защиты Спрамет гарантируют срок эксплуатации объектов от 15 до 50 лет службы без коррозии.
Коррозионная стойкость композиций Спрамет обусловлена следующими факторами:
- во-первых, базовый металлизационный слой системы Спрамет сам по себе хорошо защищает поверхность от коррозии;
- в-вторых, пропитка пористой структуры металлической матрицы специальными составами усиливает антикоррозионные свойства системы в широком диапазоне агрессивных сред и температур;
- в-третьих, при повреждении композиции Спрамет до защищаемого материала вступает в действие еще один механизм защиты, а именно протектор, который не позволяет развиваться подпленочной коррозии и затягивает местное повреждение.
При повреждении металлической матрицы в агрессивной среде защищаемый металл и металл покрытия в присутствии воды образуют гальваническую пару. Разность потенциалов в такой цепи определяется местоположением металлов в электрохимическом ряду напряжений. Поскольку защищаемым материалом, как правило, являются черные металлы, то материал покрытия начинает расходоваться, защищая металл основы и затягивая поврежденную область. В этом случае скорость коррозии определяется разностью электродных потенциалов пары. Кроме того, если повреждение покрытия незначительно (царапина), оно заполняется продуктами окисления материала покрытия, и процесс коррозии прекращается или существенно замедляется. Например, в морской и пресной воде алюминий и цинк расходуются со скоростью 3-10 микрон в год, обеспечивая не менее 25 лет стойкости к коррозии при толщине слоя в 250 мкм.
К плюсам обработки изделий защитными композициями Спрамет относятся следующие:
- отсутствие ограничений по размерам изделий по сравнению с горячим цинкованием и гальваникой;
- возможность защиты сварных швов после монтажа конструкции (в случае сварки оцинкованных изделий качество шва ухудшается вследствие попадания в сварную ванну соединений цинка);
- возможность нанесения защиты Спрамет в полевых условиях, что неосуществимо ни в случае цинкования, ни в случае порошковой окраски.
Некоторые варианты применения системы защиты Спрамет
Спрамет-АНТИКОР- Спрамет-100 — система, стойкая к коррозии и к механическим воздействиям как при обычных условиях, так и при температурах до 650°С.
- Спрамет-130 применяется для защиты от коррозии в пресной воде, имеет хорошую стойкость к воздействиям воды различного состава и механическим воздействиям льда.
- Спрамет-150 применяется при атмосферной коррозии, имеет хорошую химостойкость, используется при хранении нефтепродуктов.
- Спрамет-300 используется при атмосферной коррозии, температура эксплуатации до 400°С, имеет высокую адгезию.
- Спрамет-310 лучше всего эксплуатируется в объектах тепло- и водо- снабжения, стоек к ингибиторам в системах подготовки воды.
- Спрамет-320 применяется в очистных сооружениях ЖКХ: имеет высокую стойкость к воздействиям жидкостей с переменными pH.
- Спрамет-330 применяется при атмосферной коррозии и коррозии в пресной воде при температуре эксплуатации до 120°С, он стоек к механическим воздействиям и имеет высокую адгезию.
- Спрамет-430 применяется для защиты от атмосферной коррозии в присутствии хлоридов, стоек к противогололедным реагентам и обладает декоративным эффектом.
- Спрамет-425 лучше использовать для защиты от коррозии в морской воде, стоек к механическим воздействиям, включая воздействие льда, имеет хорошую стойкость к хлоридам.
Антикоррозийная высокотемпературная система. Температура эксплуатации — до 650°С.
- Спрамет-100 стойкая система к коррозии как при обычных условиях, так и при температурах до 650°С.
- Спрамет-160. На металлическую матрицу наносится сертифицированное огнезащитный состав, который вспенивается при воздействии высокой температуры и обеспечивает огнестойкость до 60 минут.
В связи с повышенной надежностью и долговечностью композиции Спрамет рекомендуется применять тогда, когда к защищаемому объекту предъявляют повышенные требования: существенное увеличение межремонтного цикла или обеспечение антикоррозионной защиты на весь период эксплуатации металлоконструкций, а также при отсутствии доступа для восстановления защитных покрытий.
Практическое применение (2011 год)
Специалистами ЗАО «Плакарт» завершены работы по нанесению системы Спрамет-100 для защиты от коррозии выхлопных шахт газоперекачивающих агрегатов системы магистральных газопроводов ОАО «Газпром». Система, стойкая к коррозии как при обычных условиях, так и при температурах до 650°С, отличается ровным белым цветом поверхности, не боится механических повреждений, перепадов температур и ультрафиолетового излучения.
Выполнены работы по нанесению коррозионно-стойкой системы Спрамет-300 на ригели одного из вантовых мостов олимпийской трассы Альпика-Сервис. Олимпийские объекты, эксплуатируемые в сложных климатических условиях, требуют гарантированной долговременной защиты от коррозии. Система Спрамет-АНТИКОР не только превосходно защищает от коррозии, но и служит отличным праймером для лакокрасочных покрытий.
Выполнены работы по нанесению системы защиты Спрамет-150 на внутренние поверхности резервуаров для хранения нефтепродуктов в Астраханской области. Данная антикоррозионная система была нанесена на десятки тысяч квадратных метров внутренних поверхностей резервуара и плавающего в нём понтона.
С точки зрения стандартизации система «Спрамет» относится к группе комбинированных металлизационно-лакокрасочных покрытий, рекомендованных к применению на особо опасных и уникальных объектах СНИП 2.03.11 «Защита строительных конструкций от коррозии», а также многими отраслевыми стандартами и стандартами ISO.
Система качества ЗАО «Плакарт» сертифицирована по ISO 9001. ЗАО «Плакарт» является членом саморегулируемых организаций «Западуралстрой» и «Сопкор». Товарный знак Спрамет™ зарегистрирован и принадлежит ЗАО «Плакарт».
