Недорого и эффективно — протекторная защита от ржавчины

15.11.2019 Автор: VT-METALL

Вопросы, рассмотренные в материале:

• Почему важна защита металлических изделий от коррозии
• Какие виды коррозии существуют
• Какие есть способы защиты металлических изделий от коррозии

Человек с глубокой древности использует предметы из металлов. До сих пор они остаются важной составляющей нашей жизни, причем самыми востребованными являются изделия из железа и его сплавов. Однако все они имеют один серьезный минус, а именно подверженность коррозии, то есть способность разрушаться в процессе окисления. Своевременная защита металлических изделий от коррозии дает возможность увеличить их срок службы.

Виды коррозии

Разнообразные металлы используются повсеместно. Почти все они со временем поддаются действию коррозии. Так называют процесс разрушения материала вследствие окисления. Именно поэтому вопрос защиты от коррозии так актуален. Своевременная обработка продлевает время эксплуатации металлических изделий, защищает от вредного воздействия окружающей среды.

Чтобы правильно защитить конструкцию от разрушения, необходимо разобраться в классификации коррозионных процессов. Это поможет корректно подобрать средство и способ обработки.

Выделяют три вида коррозии металла:

• атмосферная;
• жидкостная;
• почвенная.

Атмосферная коррозия вызвана влиянием приземистого слоя атмосферы. При этом виде разрушения металлические изделия контактируют с кислородом и водяными парами воздуха. Химически активные вещества в качестве примесей ускоряют процесс разрушения металла.

Относительная влажность воздуха — основной критерий для деления на подвиды. Различают сухую, влажную и мокрую атмосферную коррозию. По своей сути первая является химическим процессом, а влажная и мокрая — электрохимическими.

Это самый распространенный вид разрушения, так как ему подвергаются все металлические конструкции, которые находятся на открытом воздухе. В частности, речь о:

• трубопроводах;
• металлических частях строений;
• опорах;
• мостах;
• транспортных средствах.

Жидкостная коррозия поражает конструкции, находящиеся в жидкой среде. Условия взаимодействия с водой позволяют выделить следующие подвиды:

• коррозия при неполном погружении — только часть конструкции находится в коррозионной среде;
• по ватерлинии;
• при полном погружении — металл полностью погружен в жидкость;
• подводная;
• коррозия при переменном погружении — конструкция погружается в жидкую среду периодически, полностью или частично.

• трубопроводах;
• подземных герметичных резервуарах;
• опорах различных металлоконструкций.

Характерные типы поражения металлов ржавчиной

В большинстве случаев ржавчина возникает на поверхности металла. Однако в некоторых случаях поражение может проникнуть и вглубь. В зависимости от того, каким образом распространяется коррозия, она может быть:

• равномерной — когда конструкция разрушается по всей поверхности, что характерно для сплавов с однофазной структурой;
• местной (пятнами, язвенной, точечной) — поражает преимущественно многофазные сплавы с грубой структурой, реже чистые металлы или однофазные сплавы после разрушения защитной пленки;
• межкристаллитной — самая опасная за счет того, что разрушение незаметно внешне, ей подвержены сплавы алюминия и хромоникелевые стали;
• растрескивающей;
• подповерхностной;
• комбинированной.

Другой критерий для категоризации — это механизм коррозионного процесса. Согласно ему, коррозия может быть химической или электрохимической.

Химическое разрушение обусловлено окислением поверхности изделия в жидкой среде. Влиянию влаги из всех металлов сильнее всего подвержена сталь, за исключением нержавеющей. Содержащееся в ней железо образует три вида окислов. В большинстве случаев надежная защита стальной конструкции от разрушения невозможна. Также под действием жидкости быстро разрушаются кобальт, никель и свинец.

Электрохимическая коррозия сопровождается возникновением электрического тока. Может протекать в различных средах, всегда связана с серьезными разрушительными процессами. Например, если корродируют линии электропередач, элементы электрической цепи, то помимо самой коррозии, значительно возрастает энергопотребление.

Промышленные способы защиты

Способы защиты металла от коррозии в промышленных целях включают:

• термическую обработку;
• лакокрасочное покрытие;
• пассивацию или легирование;
• защитное покрытие из металла;
• электрозащиту;
• применение ингибиторов.

Термическая обработка сводится главным образом к повышению жаропрочности металлов. Этого можно достичь различными путями. Такой способ защиты нацелен на борьбу с избирательным, точечным и межкристаллическим разрушением. Вследствие термообработки устраняется структурная неоднородность, сплав лишается внутреннего напряжения.

Защита от коррозии с помощью лакокрасочного покрытия весьма популярна благодаря надежности. Это доступный способ с простой технологией, позволяющий к тому же изменить цвет и внешний вид конструкции. В результате применения такой технологии защиты на поверхности изделия образуется сплошная пленка. Она препятствует разрушению металлической конструкции, защищает от агрессивного воздействия окружающей среды. Антикоррозионные лакокрасочные материалы обычно состоят из пленкообразующих веществ, растворителей, пластификаторов, пигментов, наполнителей, катализаторов. Эффективность применения такого способа во многом зависит от правильной технологии нанесения и подготовки поверхности. Немаловажным фактором является толщина покрытия.

Пассивация заключается в добавлении легирующих компонентов при плавке металлов. К таким примесям относятся хром, никель, молибден. Этот действительно эффективный способ замедляет анодный процесс. Металлический сплав переходит в состояние повышенной устойчивости к разрушению — происходит пассивация. На поверхности образуется оксидная пленка, обладающая совершенной структурой. Таким образом обрабатывают железо, алюминий, медь, магний, цинк, сплавы на их основе. В результате пассивации металлы приобретают не только коррозионную стойкость, но и жаропрочность.

Металлическое покрытие получило широкое распространение в качестве защитного средства. Оно может быть катодным или анодным. Целостность защитного слоя гарантирует эффективную защиту металла от нежелательного воздействия. Однако повреждение или образование пор на внешнем слое может спровоцировать окисление внутреннего. Поэтому данный способ вызывает споры. Формирование защитного металлического покрытия может происходить по-разному:

• электрохимическим путем;
• погружением в расплавленный металл;
• нанесением расплавленного покрытия на обрабатываемую поверхность струей сжатого воздуха;
• химическим.

Электрозащиту применяют, когда нужно защитить котлы, стальные детали, подводные детали морского транспорта, детали буровых платформ. Изделие подключают к отрицательному полюсу источника тока. Благодаря этому ток в электролите проходит через пластины-аноды, а не через защищаемую деталь.

Ингибиторами называют вещества, замедляющие или останавливающие химические реакции, которые провоцируют возникновение ржавчины. При введении в агрессивную среду ингибиторы создают на поверхности изделия адсорбционную пленку. Благодаря ей происходит изменение электрохимических параметров металлов, электродные процессы замедляются. Это эффективное и технологически несложное защитное мероприятие.

Особенности протекторной защиты

Учитывая физико-химические особенности такой защиты металлических сооружений, можно сделать вывод о нецелесообразности применения протектора в случае, если конструкция эксплуатируется в кислых средах. Протекторная защита рекомендована к применению, если сооружение находится в нейтральной среде (грунт, вода, воздух и пр.).

Чтобы защитить железный трубопровод, в качестве протектора имеет смысл использовать кадмий, хром, цинк, магний (более активные металлы). Но и при их использовании существует ряд нюансов.

Например, чистый магний имеет высокую скорость ржавления, чистый цинк из-за крупнозернистой структуры растворяется неравномерно, алюминий быстро покрывается оксидной пленкой. Чтобы предотвратить негативные явления, в чистое вещество, которое будет служить протектором, вводят легирующие составляющие. Фактически протектором выступает не чистый металл, а его сплав с другими веществами.

Магниевая защита

Чаще всего в качестве защиты применяют сплавы магния. Легирующими компонентами состава выступают алюминий (максимум 7 %), цинк (до 5 %), также вводят медь, свинец и никель, но их суммарная доля не превышает сотой части состава. В качестве протектора такие составы могут применяться в средах с показателем кислотности не выше 10,5.

Даже в составе сплава магний быстро растворяется, а потом на его верхнем слое появляются труднорастворимые соединения. Магниевые сплавы имеют существенный недостаток — после нанесения они могут спровоцировать растрескивание металлических изделий, способствовать возникновению повышенной водородной хрупкости.

Цинковая защита

Альтернативой магниевому сплаву для защиты конструкций, расположенных в соленой воде, выступают цинковые составы. Легирующими компонентами для цинка становятся кадмий (максимальный показатель 0,15 %), алюминий (менее 0,5 %) и незначительное количество железа, свинца и меди (суммарно до 0,005 %). От влияния морской воды такой протектор будет идеальным, но в нейтральных средах протекторы из цинкового сплава быстро покроются оксидами и гидроксидами, сведя на нет весь антикоррозийный комплекс.

Цинковые сплавы выступают как протекторы от коррозии, обеспечивая максимальную взрыво- и пожарную безопасность. Этими составами целесообразно обрабатывать трубопроводы для горючих и взрывоопасных веществ, например, газа. Еще один «балл» в свой актив такие составы получают за экологическую безопасность – при анодном растворении не образуется загрязняющих веществ. Поэтому цинковые композиции часто применяются для коррозийной защиты нефтепроводов, а также для транспортирующих нефть танкеров и судов.

От воздействия проточной соленой воды обычно применяют алюминиевые составы. В сплав также вводят цинк (до 8 %), магний (до 5 %) и индий с кремнием , таллием и кадмием с незначительной долей (до 0,02 %). Добавки предупреждают возникновение окислов на алюминии. Также алюминиевые сплавы пригодны в условиях, где используется магниевая защита.

Бытовые способы защиты

Способы защиты от коррозии, которые применяются в быту, отличаются простотой и доступностью. Все мероприятия сводятся к нанесению лакокрасочных покрытий. Защита металла предполагает использование различных по составу средств. Среди компонентов могут быть:

• смолы на основе силикона;
• полимерные материалы;
• ингибиторы;
• металлические опилки.

В случае, если ржавчина уже повредила металлическую поверхность, предотвратить распространение коррозии можно при помощи:

• Грунтующих средств. Они обеспечивают хорошую адгезию, поэтому их нанесение на поверхность перед покраской экономит расход финишного покрытия. В составе содержатся ингибирующие вещества, за счет чего грунты так эффективны при защите металла от коррозии.
• Стабилизаторов — с их помощью происходит преобразование оксидов железа в другие вещества. Такие химические соединения не подвержены ржавлению.
• Веществ, преобразовывающих оксиды железа в соли. Замедляют повторное образование ржавчины.
• Смол и масел. Их действие заключается в нейтрализации ржавчины. Масла и смолы связывают ее частицы, уплотняя их.

Если при обработке поверхности с целью предотвращения коррозии используется несколько средств, лучше чтобы они были от одного производителя. Они должны подходить друг другу по химическому составу.

Работы по нанесению лакокрасочных средств в домашних условиях можно провести самостоятельно. В большинстве случаев для этого не требуется привлекать мастеров.

В быту чаще всего нуждаются в такой обработке следующие металлоконструкции:

• крыши;
• ворота;
• различные ограждения;
• спортивные снаряды;
• трубы;
• радиаторы;
• дверцы и ручки.

Обрабатывать можно как новые изделия для предотвращения их разрушения, так и те, которые эксплуатируются уже много лет, но их срок службы необходимо продлить.

Способы борьбы с коррозией

Сегодня применяются различные способы защиты металлов от коррозии. Выбор определяется условиями эксплуатации металлических изделий, в том числе климатом региона, характеристиками самой металлической конструкции, а также совместимостью антикоррозийного состава и обрабатываемого материала, другими факторами.

Все виды борьбы с коррозией металла можно разделить на три основных, направленных на изменение одного из факторов:

• свойств самого металла;
• свойств окружающей среды;
• характера взаимодействия металлического изделия и среды на границе контакта.

Изменение свойств металла для предотвращения коррозии

В эту группу методов включаются легирование, поверхностная и термическая обработка. Первые два можно отнести к химическим методам. Третий – к технологическим методам.

Легирование предполагает включение в состав металла в процессе его производства химических элементов, которые наименее склонны вступать в химическую реакцию с кислородом. Эти компоненты по возрастанию химической эффективности располагаются в следующем порядке: хром, медь, цинк, серебро, алюминий, платина.

Другой способ – металлизация (гальванический метод), когда поверхность изделия покрывается более устойчивым к действию кислорода металлом. Он подается в мелкодисперсном виде в форме ионизированного потока. Сюда относятся холодное цинкование и горячее цинкование.

Для защиты от коррозии могут также применяться фосфатирование или оксалатирование – обработка поверхности металла фосфатными солями марганца и цинка, либо щавелевой кислоты.

Термическая обработка означает нагрев металла до температуры выше +900◦С. Как правило, применяется в сочетании с насыщением поверхности заготовки хромом, азотом, алюминием, кремнием и другими элементами, повышающими сопротивляемость металла коррозии.

Перечисленные выше методы защиты относят к активным. Сюда же можно причислить и преобразование структуры двойного электрического слоя — анодирование. На металлическую поверхность воздействуют постоянным электрическим полем с заданными параметрами напряжения, которые подбираются в соответствии со свойствами металла. Это увеличивает его электродный потенциал и повышает устойчивость к коррозии верхнего слоя. Такой способ обычно используют для создания антикоррозийной защиты алюминия.

Изменение свойств окружающей среды

Параметры окружающей металлическое изделие среды можно менять с помощью ее ингибирования, обескислороживания, осушения воздушной смеси и устранения агрессивных веществ – солей, кислот и других.

Если объект небольшой, вокруг него может создаваться вакуум: в воздухе практически не остается кислорода, соответственно, риск появления коррозии минимизируется.

Другой метод – заполнение пространства вокруг металлической детали или конструкции инертным газом (неоном, ксеноном, аргоном). Этот способ дает высокий эффект, но довольно сложен в применении: необходимо обустройство защитной камеры, а также наличие специальных защитных костюмов для людей, обслуживающих оборудование из металла. Его используют обычно в научно-исследовательских лабораториях и на опытных производственных участках, где требуется поддерживать особый микроклимат.

Изменение характера взаимодействия металла со средой

Это антикоррозийная обработка металла, для которой применяется большое разнообразие способов.

• Защитные покрытия – лаков и красок, масел, смазок и так далее.
• Устранение катодной поляризации в форме защиты от коррозии контактного типа, электродренажа, удаления блуждающих токов и так далее.
• Грамотное проектирование металлических конструкций, при котором подбирается наиболее устойчивый к действию факторов конкретной среды металл, устраняются зазоры, застойные зоны, соприкосновения разнородных металлов, и так далее.

Для борьбы с коррозией металлов широко распространены лакокрасочные покрытия. На сегодняшний день этот вариант применяется особенно часто. Используются специальные органические ЛКМ, компоненты которых не вступают в реакцию с кислородом, в также составы с алюминием. Первые перекрывают доступ О₂. Вторые не допускают коррозионного разрушения стали за счет наличия в составе химически инертного элемента – алюминия. Кроме того, используют защитные пленки и жидкий пластик – относительно новое решение.

На эффективность такой защиты влияют качество подготовки металлической поверхности к нанесению покрытия, равномерность его нанесения, толщина и прочность слоя, исключение образования воздушных полостей и другие факторы.

Этот способ отличается простотой реализации и низкими финансовыми затратами. Однако эффект недолговечен: со временем происходит механическое разрушение покрытия. Важно также понимать, что ЛКМ и пленки препятствуют появлению коррозии, но не способны его предотвратить, что дает основания называть данный способом защиты от коррозии пассивным. Можно покрыть ржавый металл специальной краской, которая трансформирует ржавчину и создаст антикоррозийный защитный слой.

К необычным способам относится высоковязкая технологическая смазка из окислов железа – закиси-окиси Fe3O4. Температура образования данного вещества составляет +250-500◦С. Им можно обработать металл, чтобы не ржавел. Образуя на поверхности плотную пленку, Fe3O4 не дает кислороду проникать к металлу, не позволяя развиваться трибохимической коррозии. Данный метод применяется на металлургических предприятиях в процессе скоростной высадки сплавов и металлов труднодеформируемых типов.

Способы удаления коррозии

Если ржавчина на металле уже появилась, риск разрушения деталей или конструкций резко возрастает. Необходимо удалить коррозию, для чего предлагается использовать один из способов.

• Ручная механическая очистка – традиционный вариант. Поверхность изделия обрабатывается металлической щеткой, наждачной бумагой либо абразивным кругом. Можно делать это вручную или с помощью дрели с соответствующей насадкой, либо углошлифовальной машины. Метод требует больших усилий и много времени.
• Специальные химические составы, вступающие в реакцию с оксидом железа. Данный вариант актуален для изделий, форма которых сложная, поверхность рифленая. Однако применять этот метод на изделиях с неметаллическими компонентами нельзя. Кроме того, работа с такими средствами требует особой осторожности, поскольку они могут нанести вред здоровью человека.
• Электрохимический способ. Металлическое изделие опускают в раствор электролита, подключив к источнику электротоку. Ток, проходящий через электролит и деталь, заставляет слой ржавчины отделяться от ее поверхности. Но этот вариант подходит не для всех изделий из металла.
• Пескоструйная и дробеструйная обработка, ультразвук очищают металл от оксида железа, отбивая его от поверхности.
• Сухой лед (криобластинг) – очищение с помощью струи из гранул сухого льда. При ударе о металл происходит испарение частичек льда. Высвобождается углекислый газ: мгновенно расширяясь, он захватывает и удаляет ржавчину.

Вложения в защиту металла от коррозии позволяют продлить срок службы деталей и конструкций, а, значит, увеличить периодичность их замены.

Максимальный эффект дает сочетание нескольких методов. Например, для сохранения металлических элементов, находящихся под водой, применяют комбинацию катодной защиты и ЛКМ. Антикоррозийная защита направляющих насадок гребных винтов включает применение коррозионностойкой стали, электроразъединение разнородных материалов, катодную защиту и ЛКМ.

Как провести обработку металла своими руками?

Самостоятельно проведение антикоррозионных работ требует соблюдения определенной последовательности действий:

1. Поверхность, которую нужно уберечь от коррозии, необходимо подготовить. Ее тщательно очищают от пятен масла, ржавчины и прочих загрязнений. Это можно сделать при помощи металлических щеток или специальных насадок для болгарки.
2. Когда поверхность должным образом подготовлена к нанесению грунтовки или преобразователя ржавчины, наносят слой средства. Он должен полностью впитаться и просохнуть.
3. После этого на поверхность металла наносят защитную краску. Необходимо нанести два слоя, дав хорошо высохнуть каждому. Стоит позаботиться о защитных средствах для выполнения работ: перчатках, очках, респираторе.

Это стандартная схема обработки металлической поверхности для защиты от разрушения.

Защитные краски для металла

Нанесение на металлическую поверхность специальных защитных красок — одно из самых эффективных средств против коррозии. При высыхании они образуют твердую пленку с пигментами. Толщина этой пленки может варьироваться в зависимости от назначения металлического изделия. Толщина и характер взаимодействия краски с поверхностью определяют защитные свойства покрытия.

Антикоррозионные средства по металлу можно разделить на три группы:

• грунтовки;
• краски;
• средства для нанесения прямо поверх ржавчины.

Выбирая защитную краску, важно учитывать свойства металлической поверхности, на которую она будет наноситься. Например, для черных металлов, таких как сталь, лучше выбрать грунтовку, содержащую цинк. Дело в том, что оцинкованная поверхность в течение долгого времени способна противостоять разрушениям. Как правило, инструкция содержит информацию о том, для какого типа поверхности предназначается данный продукт.

Краска по ржавчине становится удачным решением в ситуации, когда поверхность невозможно качественно очистить от ржавчины. Она проста и удобна в использовании, ложится ровным плотным слоем. Покрытие, которое создает такая краска, отличается прочностью и устойчивостью к коррозии. Несмотря на то что на металлической поверхности уже имеются коррозионные очаги, краска по ржавчине не позволит им увеличиваться и распространяться.

Большинство средств подходят для того, чтобы наносить их вручную в бытовых условиях. Некоторые краски лучше ложатся, если их распылять. В составе красок учитывают то, что они будут использоваться в том числе для защиты конструкций, находящихся на улице. Средства можно наносить в уличных условиях. Как правило, антикоррозионные краски для лучшего эффекта наносят достаточно толстым слоем.

Окрашенная поверхность выглядит эстетично. При этом она надежно защищена от коррозии. Образовавшаяся в результате окрашивания пленка предотвращает отрицательное влияние света, влаги, примесей в атмосфере. Защита поверхности от окисления обеспечивается на срок до 8 лет.

Почему так важна защита металлических изделий от коррозии

Коррозия оказывает негативное электрохимическое, химическое воздействие на целостность поверхности предметов из стали, чугуна. В результате происходит разъедание металлических изделий, они портятся и не могут использоваться по назначению.

По статистике экспертов, каждый год примерно 10 % от объема всех добываемых на планете металлов приходится расходовать на устранение потерь, вызванных коррозией. Ведь последняя приводит к полной утрате металлическими предметами своих эксплуатационных свойств.

Как только на изделиях из чугуна или стали появляются признаки коррозии, у них снижается герметичность, прочность. Параллельно падает их способность проводить тепло, пластичность, отражательный потенциал, иными словами, утрачивается целый ряд немаловажных свойств. Все это приводит к тому, что конструкции оказываются непригодны для использования по назначению. Вот почему так важно грамотно и своевременно применять существующие способы защиты металлических изделий от коррозии, о которых далее пойдет речь.

Нормы и правила СНиП

Защита металлических конструкций от разрушения на предприятиях — это технологический процесс, при котором необходимо соблюдать установленные нормы. Официальный документ, который регулирует нормы и правила при антикоррозионных работах — СНиП 2.03.11—85.

Данный документ указывает допустимые методы обработки металлических поверхностей для предотвращения коррозии. Они включают:

• покрытие лакокрасочными материалами;
• пропитку антикоррозионным составом;
• оклейку специальными защитными пленками.

При выполнении защитных работ документ предписывает учитывать особенности среды: степень агрессивности, физическое состояние и характер действия. Для разных сред предусмотрено использование материалов, которым можно обеспечить эффективную защиту от разрушения.

Если обработка металлоконструкций от разрушения проводится самостоятельно, рекомендации и правила из СНиП необходимо учитывать.

На Череповецком заводе металлоконструкций все работы по предотвращению коррозии начиная от соответствующего проектирования и заканчивая послемонтажным обслуживанием, проводятся с учетом госстандартов и правил. Уверенность в высоком качестве металлоконструкций позволяет давать нашим клиентам гарантию до 24 месяцев на всю продукцию.

Преимущества и недостатки протекторной защиты

Преимуществами такого метода являются:

• простота, автономность и экономичность благодаря отсутствию источника тока и использованию магниевых, алюминиевых или цинковых сплавов;
• возможность формирования одиночных или групповых установок;
• возможность применения протекторной защиты, как для проектируемых объектов, так и для уже эксплуатируемых конструкций;
• организация защиты практически в любых условиях, где невозможно или нецелесообразно сооружать источники тока;
• при правильном использовании система может работать достаточно долго без всякого обслуживания;
• безопасность и возможность применения на взрывоопасных объектах (ввиду малости напряжений).

Но у такого вида защиты от ржавчины есть свои недостатки:

1. Ограниченность применения способа в плохо проводящих ток средах.
2. Безвозвратные потери протектора.
3. Возможность загрязнения прилегающих территорий.