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. |