Борьба с коррозией

Если вы думали, что коррозия – это просто неприглядные пятна красной окиси-ржавчины, которые поражают стальные и железные изделия в прибрежных районах и на шельфе, подумайте еще раз. Коррозия присутствует повсюду и может возникнуть даже в самых засушливых странах, не имеющих выхода к морю. Это также случай, когда профилактика лучше, чем лечение, поскольку коррозия может быть отсрочена, но никогда не предотвращена.

Любой металлический предмет, особенно полученный из железа или стали, со временем ржавеет и разрушается при контакте с кислородом и водой.

Существует два типа реакции при коррозии: окисление, при котором электроны покидают металл и металл, подвергаясь коррозии, и восстановление, при котором электроны превращают воду или кислород в гидроксиды. Ржавчина образуется, когда гидроксид и ионы железа соединяются. Когда металл корродирует, его поверхность изменяется, и в черных металлах ржавчина распространяется по всей поверхности металла.

Прибрежные и морские предметы ржавеют быстрее, чем другие, из-за воздействия соленой воды, которая является нейтральной по рН или слегка кислой. Продукты вблизи берега подвержены атмосферной солености, а также приливным брызгам соленой воды, которые оставляют поверхностный осадок. Уровень атмосферной соли также повышается по мере приближения к экватору.

Однако, коррозия не ограничивается только воздействием соленой воды. Чистящие средства, высокая влажность и «грязные» среды, такие как сточные воды и добыча полезных ископаемых, все это усугубляет процесс коррозии. Химические технологические среды, богатые углекислым газом, также жестоки к металлам.

Ева Коронадо – руководитель «Лаборатории коррозии» компании Element Materials Technology в Хьюстоне, штат Техас.

«Коррозия – это естественное явление, которое возникает при определенных условиях влажности, температуры и атмосферы; ее нельзя избежать, только отложить», – объясняет она. 

«Коррозия ослабляет предметы, тем самым влияя на их функцию и целостность. Помимо высокой экономической стоимости, коррозия влияет на безопасность и эстетический внешний вид изделия.»

Бывший президент NACE International, The Corrosion Society – крупнейшего в мире сообщества по коррозии с 30 000 членами по всему миру – Кевин Гэррити провел большую часть своей 38-летней карьеры в области коррозионной инженерии. 

«Я начинал как инженер-электрик, но был заинтригован тем фактом, что коррозия включает в себя так много различных аспектов техники – стресс, электрические компоненты, химические и биологические реакции.»

Так как же избежать коррозии? Ответ прост: не получится. 

Наилучшая форма «защиты» заключается в учете воздействия коррозии с того момента, как вы начинаете проектировать продукт, чтобы гарантировать, что используемые материалы максимально устойчивы к коррозии для того применения, для которого он будет использоваться, и окружающей среды, в которой продукт будет работать. И, самое главное, нужно следить за тем, чтобы используемые металлы не ускоряли процесс коррозии, реагируя друг с другом – более известная как гальваническая теория, которая родилась, когда гуру электрохимии сэр Хамфри Дэви разгадал тайну гальванических токов.

Согласно гальванической теории, инженеры и производители должны размещать материалы и изделия таким образом, чтобы ограничить возникновение гальванической коррозии. Например, если вы хотите соединить сплавы меди и нержавеющей стали, защитное покрытие необходимо для уменьшения коррозии. Алюминиевые сплавы и медь не должны сочетаться, особенно там, где существует более высокий рН из-за солености окружающей среды. Кроме того, всегда помните, что различия между потенциалами электродов зависят от окружающей среды, в которой находится предмет.

Недостаточная осведомленность о гальванических реакциях может иметь разрушительные финансовые последствия и последствия для безопасности, запятнав имидж компании. Нефтеперерабатывающий завод в США потерпел крупную аварию из-за едкого крекинга, вызванного коррозией, что обошлось примерно в 500 миллионов долларов США.

За свою карьеру в NACE Гэррити повидал немало нежелательных гальванических реакций. На ум приходит один инцидент на американской атомной электростанции:

«Медные заземляющие системы на заводе, предназначенные для защиты персонала и оборудования в случае электрической неисправности, были подключены к водопроводным системам на основе трития, создавая батарейную реакцию. Из-за реакции между медью и тритием трубопроводы в конечном итоге разъедаются медью, вызывая утечки и риск утечки низкоактивных радиоактивных материалов.»

Существует несколько способов для замедления коррозии продукта:

• выберите материалы с аналогичным электродным потенциалом;
• используйте специальную краску или покрытие для создания защитного барьера;
• используйте «жертвенные» аноды для защиты основного продукта;
• или введите ток, чтобы компенсировать любые гальванические реакции.

Тип используемой защиты от коррозии зависит от рассматриваемых металлов, применения приложения, окружающей среды, в которой оно будет использоваться, и от того, сколько денег компания готова потратить.

Хотя покрытия являются стандартной, и самой дешевой, формой защиты от коррозии, они не являются надежными. Например, использование покрытия, которое может быть антикоррозийным для морской среды, может быть не устойчивым к обезжиривающим растворам.

Экологичность коррозионностойких покрытий также широко обсуждается, особенно в автомобильной промышленности. Некоторые утверждают, что лучше использовать жесткий метод защиты от коррозии, применяемый в замкнутой среде – так как продукт прослужит в три раза дольше, чем тот, который имеет более экологически чистое покрытие, но чьи детали нужно будет заменить три раза в течение жизненного цикла продукта.

Другой формой защиты от гальванических реакций является введение «жертвенного» или гальванического анодного металла – например, магниевых, алюминиевых или цинковых блоков, стержней, пластин или экструдированной ленты – для защиты металлической конструкции или предмета. Он работает как катодный протектор, поглощая реакцию окисления, чтобы предотвратить ее атаку на основную часть конструкции. Чтобы это произошло, между анодом и металлом должен быть электронный путь – например, провод или прямой контакт. Кроме того, должен существовать ионный путь между окислителем, таким как вода или влажная почва, и анодом, образующим замкнутый контур.

Наиболее часто используемые гальванические аноды – это магний, алюминий и цинк. В то время как легкий алюминий является общим выбором для морской воды и морских конструкций, таких как корпуса судов, морские трубопроводы и резервуары для хранения, он не является надежным во взрывоопасной среде, поскольку он может реагировать с искрами, когда он вступает в контакт с ржавой поверхностью. Магний, с другой стороны, является наиболее отрицательным электропотенциальным анодом и часто используется для подземных и почвенных конструкций.

Многих случаев коррозии можно было бы избежать, если бы при проектировании или разработке изделия были приняты надлежащие меры. 

«Каждый год в NACE мы обучаем около 12 000 инженеров в области коррозии. Однако в мире, вероятно, насчитывается более 3,5 миллионов инженеров, так что существует большой разрыв», – говорит он.

Однако компании и организации, говорит Гаррити, начинают осознавать, что инвестиции в предотвращение коррозии могут быть более дорогостоящими в начале, но экономят деньги в долгосрочной перспективе.

Для расчета доходности инвестиций он рекомендует установить матрицу рисков. 

«Расставьте приоритеты потенциальных рисков коррозии, основываясь на критичности конструкции или объекта, и с этой точки зрения пройдите свой путь вниз по списку к более низким рискам.»

Болты могут быть небольшим компонентом в процессе строительства, но также должны быть разработаны с осторожностью. Если болт проржавеет, то опасность заключается в том, что большая конструкция или изделие развалятся.

«Крепеж, как неотъемлемая часть современной жизни, должен быть надежным», – утверждает Коронадо. 

«Коррозия крепежных изделий приводит не только к повреждению металла и возможному выходу из строя, но и в случае высокопрочных крепежных изделий – к растрескиванию и внезапному выходу из строя. Использование коррозионностойких крепежных изделий не всегда практично, поэтому для их защиты используются другие методы смягчения коррозии, такие как покрытия.»

Цинковые чешуйчатые покрытия – такие как Delta Protekt® или Delta – Tone® – в настоящее время являются самой популярной защитой для стальных болтов, гаек, шайб и другого крепежа. Такие покрытия наносятся как краска, а затем обжигаются для создания барьера; если добавляется больше слоев, покрытие также действует как фрикционное покрытие. Другие варианты включают тефлоновые покрытия и горячее цинкование.

Выбор правильного материала и антикоррозийной защиты для болта имеет решающее значение. 

«Клиенты часто не понимают, почему мы задаем им так много вопросов о материалах, которые они используют, и окружающей среде, в которой будет использоваться продукт. Но мы должны знать все эти детали, если мы хотим поставить правильные болты»

Он имеет в виду 4000-тонную морскую платформу, которая подвешена на четырех ножках и удерживается вместе 16 гигантскими болтами. «Если эти болты проржавеют, все, кто находится на платформе, окажутся в Северном море.»

«Стратегические болты нуждаются в регулярной проверке на коррозию. Если в болте обнаруживается коррозия, то в зависимости от тяжести ситуации его удаляют и очищают, проверяют на наличие трещин и повторно покрывают или заменяют весь болт.»

Как спроектировать защиту от коррозии

• Проанализируйте коррозионную среду и требования.
•  Выбирайте материалы, обладающие достаточной коррозионной стойкостью (и аналогичным гальваническим потенциалом).
•  Избегайте геометрических фигур, которые собирают воду и грязь, создают стояки напряжения, вызывают эрозию и т. д.
•  Выберите подходящий метод защиты от коррозии (поверхностные покрытия, «жертвенные» аноды, постоянные токи и т. д.).
•  Определите требования: например, испытание на коррозию солевым распылением ISO 9227, электрохимическое коррозионное испытание ASTM G48 для нержавеющей стали, классы коррозии ISO 12944 для окружающей среды.

Классификация агрессивных сред

ISO 12944	Влияние	Интерьер	Внешний вид
C1	Очень низкий	Отапливаемые здания с чистым воздухом, такие как офисы, магазины, школы, гостиницы и т. Д.	Никто
C2	Низкий	Неотапливаемые здания, в которых может образовываться конденсат, например склады и спортивные залы.	Атмосфера с низким уровнем загрязнения. Например, сельская среда.
C3	Средний	Здания, используемые для производства с высокой атмосферной влажностью и некоторым загрязнением воздуха, например, производители продуктов питания, пивоварни, молочные заводы и прачечные.	Городские и промышленные районы, умеренное загрязнение диоксидом серы. Прибрежные районы с низким содержанием соли.
C4	Высоко	Химические предприятия, бассейны, верфи и верфи рядом с морем.	Промышленные зоны и прибрежные районы с умеренным солевым воздействием.
C5-i	Очень высокоразвитая	Здания или участки с почти постоянной конденсацией и высоким уровнем загрязнения.	Промышленные зоны с повышенной влажностью и агрессивной атмосферой.
C5-м	Очень высоко	Здания или участки с почти постоянной конденсацией и высоким уровнем загрязнения.	Прибрежные и морские районы с высоким содержанием соли.