Коррозия металлов

 

Под коррозией понимают изменение материалов за счет химических или элект­рохимических процессов. Степень коррозии зависит во многом от того, будут ли материалы окружены, например, более или менее влажным воздухом (погодная коррозия) либо морской или агрессивной водой (рис. «Коррозия металлов»).

Кроме меди, все не содержащие железа металлы подвержены агрессивному воз­действию свежего раствора и бетона. Поэтому они должны защищаться покраской или оклейкой бумагой или фольгой так долго, пока раствор или бетон не затвердеет.

 

Химическая коррозия

 

Многие металлы химически изменяются на поверхности за счет окисления кис­лородом. Кроме того, при этих процессах химически могут действовать жидко­сти (вода, кислоты, щелочи, растворы солей), газы или пары. Высокие темпера­туры ускоряют процесс коррозии.

При окислении меди, цинка, свинца или алюминия возникает на поверхно­сти плотная, трудно разрушаемая пленка оксида, защищающая эти металлы от дальнейшей корро­зии (рис. «Коррозия путем окисления»).

Железные материалы при химической коррозии на влажном воздухе образуют гидрат окиси железа FeO (OH). Отсюда возникает при дальнейших хими­ческих процессах образование ржавчины стали. Ржавчина — это рыхлый пористый слой, который не обеспечивает никакой защиты от дальнейшей кор­розии (рис. «Коррозия стали»).

Благородные металлы, как, например, золото и серебро, особенно устойчивы против химической коррозии. Чем более благородным является металл, тем менее он подвержен коррозии.

 

Электрохимическая коррозия

 

При электрохимической коррозии электропроводя­щая жидкость (электролит) должна находиться меж­ду двумя различными металлами. Электролитами являются, например, дождевая вода, влажность воздуха или пот на ладони. При электрохимической коррозии происходят процессы, похожие на процессы в гальваническом элементе. Гальванический элемент состоит из двух различных материалов, представляющих со­бой электроды, например медный лист и цин­ковый лист, и электролита, например суль­фата меди (CuS0₄) (рис. «Контактная коррозия путем образования элементов»). В этом эле­менте возникает электрическое напряжение между листом меди (положительный полюс) и листом цинка (отрицательный полюс).

Цинк, как метал «минусового» полюса, раз­лагается. В качестве «плюсового» полюса медь остается целой. Гальванические эле­менты можно составлять также и из других металлов. Одинаковые металлы не создают напряжения.

В зависимости от применяемых матери­алов можно получать различные высокие электрические напряжения. Если сравни­вать металлы с электрически нейтральным водородом, то оказывается, что между водо­родом и некоторыми металлами возникает различное по величине электрическое на­пряжение. Эти различия в напряжении можно представить в виде ряда напряжений (рис. «Электрохимический ряд напряжений»). С помощью ряда напряжений можно рассчитать напряжения для каждо­го гальванического элемента. Элемент из меди и цинка создает, напри­мер, 1,10 В. Металлы, которые образуют по­ложительные полюса, — это более благород­ные металлы, а те, которые образуют отри­цательные полюса, — это менее благородные металлы. Чем больше расстояние между ме­таллами и водородом в ряду напряжений, тем более благородным или тем менее благородным является металл. Чем дальше оба металла гальванического элемен­та лежат друг от друга в ряду напряжений, тем быстрее разрушается неблагород­ный металл. При электрохимической коррозии различают контактную корро­зию и внутрикристаллическую коррозию.

 

Контактная коррозия

 

Если различные металлы без изолирующего промежуточного слоя привести в контакт с электролитом, то за счет соприкосновения металлов возникает кон­тактная коррозия. Если медную трубу, например, прикрепить оцинкованным хомутом к стене, то на влажном воздухе или при дожде хомут будет разрушен

контактной коррозией. Поэтому друг с другом должны соединяться исключительно одинаковые металлы (см. рис. «Контактная коррозия путем образования элементов»).

 

Внутрикристаллическая коррозия

 

Кристаллы металлического материала, напри­мер легированного, такого как латунь, могут быть различны по химическому составу. Если при этом добавляется электролит, то между отдельными кри­сталлами возникает электрическое напряжение, как в гальваническом элементе. Кристаллы минусово­го полюса растворяются и структура материала раз­рушается. Этот вид коррозии называется внутрикристаллической коррозией (рис. «Внутрикристаллическая коррозия»). Она может равномерно появляться на поверхности. Если внутрикристаллическая коррозия появляется только в отдельных местах, то появляются воронкообразные кратеры и дырчатые повреждения.

Коррозия вызывает большие повреждения. Поэто­му принимаются меры, чтобы исключить корро­зию, особенно у металлических материалов. Срок жизни строительных конструкций, как, например, металлических кровельных покрытий или водосточных желобов, зависит во многом от того, насколько мож­но уменьшить или исключить коррозию. Во всех методах защиты от коррозии пытаются исключить образования гальванического элемента (рис. «Мероприятия по защите от коррозии»).

 

Конструктивные мероприятия по защите от коррозии металлов

 

Под конструктивной защитой от коррозии понимают, например, соответ­ствующий выбор материалов, чтобы исключить соприкосновение двух различ­ных металлов во влажной среде, что можно обеспечить также с помощью изоля­ционного слоя. Далее можно за счет определенного положения конструкций ис­ключить отложения грязи и влаги (рис. «Конструктивная защита от коррозии»). Арматура защищается от корро­зии достаточно большим защитным слоем бетона.

 

 

 

 

Защита от коррозии путем нанесения защитного покрытия

 

Конструкции могут защищаться от коррозии путем нанесения консервирующих слоев, путем на­несения неметаллических покрытий и металличес­ких покрытий.

Консервирующие слои — это, например, окраска масляными красками, масляными лаками и лаками из синтетических смол. Перед нанесением окраски поверхности материалов должны быть тщательно очищены от ржавчины и других загряз­нений. В стальных материалах образование ржав­чины исключают защищающей от ржавчины ок­раской и покрывающей окраской, отталкивающей воду. В пустотных профилях коррозию можно ис­ключить запечатыванием пустот.

Неметаллические покрытия — это по большей части толстые защитные слои, которые могут быть созданы путем нанесения синтетического матери­ала или битума, например в нефтеналивных резер­вуарах и трубах для водоснабжения.

Заводские детали из алюминия и алюминиевых сплавов, как, например, дверные и оконные руч­ки, можно защитить от коррозии путем элоксации (элоксаль — электрически оксидированный алюминий). В противоположность гальваническим покрытиям слой элоксаля входит своими молекулами более чем на две трети своей толщины внутрь материала (рис. «Покрытия»). С помощью добавок в ванне с серной кислотой можно достичь различной окраски элоксированного слоя.

Металлические покрытия могут изготавливаться путем погружения в расплав­ленный металл (метод погружения в расплав), путем напыления жидкого метал­ла или путем гальванической металлизации (гальванизации). В методе погруже­ния в расплав детали погружаются в жидкий металл, как, например, в цинк при температуре 450 °С (огневая оцинковка). При этом тонкий слой покрывающего металла крепко удерживается на по­верхности детали. Этот метод требу­ет металлически чистых поверхнос­тей. Поэтому детали должны быть предварительно обезжирены, а так­же очищены от ржавчины и окалины в травильных ваннах. Детали с огне­вой оцинковкой можно узнать по ри­сунку в виде снежинок на поверхно­сти (рис. «Установка огневой оцинковки (схематично)»).

В стальных конструкциях металл покрытия может быть нанесен также напылением. При этом металл, по­ступающий в виде проволоки в рас­пылитель, расплавляется газовой го­релкой или электроэнергией, распы­ляется сжатым воздухом и наносится на деталь.