Каковы основные виды коррозии?

Коррозия металлов — это естественный процесс, который затрагивает практически все отрасли: от строительства и транспорта до электроники и инфраструктуры. Если ее не остановить, коррозия может привести к структурным разрушениям, угрозам безопасности и огромным финансовым потерям. По данным Национальной ассоциации инженеров по коррозии (NACE), глобальные затраты на коррозию достигают почти 2,5 триллионов долларов в год, что составляет примерно 3-4% мирового ВВП. Учитывая ее значительное влияние, понимание различных типов коррозии имеет важное значение для инженеров, производителей и всех, кто работает с металлами.

В этой статье рассматриваются основы коррозия металла, изучая, почему это происходит, какие существуют типы и как их предотвратить. Имеете ли вы дело с коррозионное растрескивание под напряжением, точечная коррозия, или гальваническая коррозияВ этом руководстве представлен подробный обзор, который поможет вам справиться с этой широко распространенной проблемой.

Что такое коррозия металла?

Коррозия металла — это химическая или электрохимическая реакция между металлом и окружающей средой, приводящая к постепенной деградации металла. По сути, это процесс, посредством которого металлы возвращаются в свое естественное, более стабильное состояние, часто образуя оксиды, гидроксиды или сульфиды. Например, когда железо реагирует с кислородом и влагой, образуется оксид железа, широко известный как ржавчина.

Коррозия не ограничивается железом или сталью; он поражает практически все металлы, включая алюминий, медь, цинк и никель. Хотя некоторые металлы, такие как нержавеющая сталь, специально разработаны для защиты от коррозии, ни один материал не застрахован от нее полностью. Скорость и тяжесть коррозии металла зависят от таких факторов, как тип металла, условия окружающей среды и наличие коррозионных агентов, таких как вода, соль или кислоты.

Почему металлы ржавеют?

Основная причина коррозии металлов заключается во внутренней нестабильности металлов в их очищенной форме. Большинство металлов добывается из руд, где они существуют в устойчивых, связанных формах. При переработке в чистые металлы они становятся термодинамически нестабильными и, естественно, имеют тенденцию возвращаться в исходное состояние в результате реакций окисления или восстановления.

Некоторые ключевые причины коррозии металлов включают в себя:

1. Воздействие влаги: Вода действует как электролит, способствуя электрохимическим реакциям, вызывающим коррозию.

2. Кислород: Кислород реагирует с металлами, приводя к образованию оксидов (например, ржавчины на железе).

3. Соль и химикаты: Соленая вода, кислоты и другие химические вещества ускоряют процесс коррозии за счет увеличения проводимости электролита.

4. Температура: Более высокие температуры ускоряют химические реакции, увеличивая скорость коррозии.

5. Стресс и напряжение: Механическое воздействие может ослабить защитные оксидные слои, делая металлы более восприимчивыми к коррозии.

Понимание того, почему металлы корродируют, имеет решающее значение для определения лучших стратегий по смягчению или предотвращению этой коррозии.

Каковы наиболее распространенные типы коррозии металлов?

Коррозия проявляется в различных формах в зависимости от металла, условий окружающей среды и напряжений, оказываемых на материал. Ниже приведены наиболее распространенные виды коррозия металла, а также объяснения их причин и следствий.

1. Коррозионное растрескивание под напряжением

Коррозионное растрескивание под напряжением (SCC) возникает, когда металл подвергается растягивающим напряжениям в агрессивной среде. Этот тип коррозии особенно опасен, поскольку может привести к внезапному и катастрофическому выходу из строя без значительного предварительного предупреждения. SCC часто поражает высокопрочные сплавы, такие как нержавеющая сталь и алюминиевые сплавы, и распространен в таких отраслях, как аэрокосмическая промышленность, химическая обработка и производство электроэнергии.

Ключевые характеристики:

• Маленькие трещины образуются и распространяются из-за совместного действия напряжения и коррозии.

• Часто возникает в средах, содержащих хлориды, аммиак или сероводород.

Профилактика:

• Уменьшите растягивающее напряжение за счет правильной конструкции.

• Используйте материалы, устойчивые к коррозии.

• Нанесите защитные покрытия.

2. Питтинговая коррозия

Питтинговая коррозия Это локализованная форма коррозии, которая приводит к образованию небольших отверстий или ямок на поверхности металла. Эти ямы могут проникать глубоко, нарушая структурную целостность материала. Нержавеющая сталь, алюминий и другие пассивные металлы особенно склонны к образованию точечной коррозии при воздействии хлоридов или стоячей воды.

Ключевые характеристики:

• Трудно обнаружить, поскольку это происходит под поверхностью.

• Может привести к быстрому выходу из строя, даже если остальной металл кажется неповрежденным.

Профилактика:

• Обеспечьте правильный дренаж, чтобы избежать застоя воды.

• Используйте ингибиторы или системы катодной защиты.

• Проводите регулярные проверки.

3. Эрозионная коррозия

Эрозионная коррозия происходит, когда защитный оксидный слой металла механически изнашивается потоком жидкости или газа. Этот тип коррозии распространен в трубопроводах, турбинах и теплообменниках, где присутствуют высокоскоростные жидкости.

Ключевые характеристики:

• Ускоряется турбулентностью или абразивными частицами в жидкости.

• Проявляется в виде бороздок или округлых ямок на поверхности металла.

Профилактика:

• Используйте устойчивые к эрозии материалы, такие как закаленные сплавы.

• Уменьшите скорость жидкости или турбулентность.

• Регулярно чистите и обслуживайте оборудование.

4. Щелевая коррозия

Щелевая коррозия происходит в ограниченном пространстве, например, в зазоре между двумя сопрягаемыми поверхностями или под уплотнениями. Эти области задерживают влагу и коррозионные агенты, создавая среду, в которой может процветать локальная коррозия.

Ключевые характеристики:

• Обычно встречается в болтовых соединениях, фланцах и прокладках.

• Начинается из-за истощения кислорода в щели.

Профилактика:

• Спроектируйте компоненты так, чтобы минимизировать щели.

• Используйте прокладки и уплотнения, изготовленные из некоррозионных материалов.

• Нанесите герметики или защитные покрытия.

5. Селективное выщелачивание

Селективное выщелачивание предполагает удаление одного элемента из сплава, оставляя после себя ослабленную структуру. Например, из латуни (медно-цинковый сплав) цинк может выщелачиваться, оставляя медную пористую структуру. Это также известно как «децинкификация».

Ключевые характеристики:

• Встречается в сплавах, подвергающихся воздействию агрессивных сред, особенно кислотных или щелочных растворов.

• Ослабляет материал без видимых признаков повреждения.

Профилактика:

• Используйте сплавы, специально разработанные для защиты от избирательного выщелачивания.

• Нанесите защитные покрытия.

• Мониторинг и контроль pH окружающей среды.

6. Равномерная коррозия

Равномерная коррозия является наиболее распространенным и предсказуемым типом коррозии. Оно происходит равномерно по всей поверхности металла, приводя к постепенному утончению. Хотя он может быть не таким опасным, как другие типы, со временем он все же может поставить под угрозу структурную целостность.

Ключевые характеристики:

• Легко обнаружить и измерить.

• Часто вызвано воздействием влаги, кислорода и других атмосферных условий.

Профилактика:

• Регулярно наносите защитные краски или покрытия.

• Используйте ингибиторы коррозии.

• Используйте катодную защиту.

7. Межкристаллитная коррозия.

Межкристаллитная коррозия возникает вдоль границ зерен сплава, часто из-за неправильной термической обработки или воздействия определенных химикатов. Нержавеющая сталь особенно уязвима, если она неправильно сварена или подвергается воздействию высоких температур.

Ключевые характеристики:

• Ослабляет металл по границам зерен, что приводит к растрескиванию или разрушению.

• Распространен в сварочных работах.

Профилактика:

• Используйте низкоуглеродистые или стабилизированные сплавы.

• Избегайте длительного воздействия высоких температур.

• Примените послесварочную термообработку.

8. Гальваническая/биметаллическая коррозия.

Гальваническая коррозия, также известная как биметаллическая коррозия, возникает, когда два разнородных металла находятся в электрическом контакте в присутствии электролита. Более активный металл (анод) корродирует быстрее, а менее активный металл (катод) защищен.

Ключевые характеристики:

• Для возникновения требуется электролит (например, вода).

• Скорость коррозии зависит от взаимного положения металлов в гальваническом ряду.

Профилактика:

• Используйте металлы с одинаковым электрохимическим потенциалом.

• Нанесите изоляционные материалы между металлами.

• Используйте жертвенные аноды.

Что можно сделать, чтобы предотвратить коррозию металлов?

Предотвращение коррозии металла включает в себя сочетание дизайна, выбора материалов и стратегии обслуживания. Вот некоторые из наиболее эффективных методов:

1. Защитные покрытия:

• Нанесите краски, порошковые покрытия или слои эпоксидной смолы, чтобы защитить металлы от окружающей среды.

2. Коррозионностойкие материалы:

• Используйте такие материалы, как нержавеющая сталь, алюминий или титан, которые естественным образом устойчивы к коррозии.

3. Катодная защита:

• Используйте жертвенные аноды или системы с подаваемым током для перенаправления коррозионных реакций.

4. Экологический контроль:

• Уменьшите воздействие влаги, солей и агрессивных химикатов.

5. Регулярное техническое обслуживание:

• Регулярно проверяйте и очищайте металлические компоненты для раннего выявления и устранения коррозии.

6. Использование ингибиторов:

• Добавляйте ингибиторы коррозии в жидкости или покрытия, чтобы замедлить химические реакции.

Заключение

Понимание различных типов коррозия металла имеет решающее значение для управления и предотвращения его последствий. От коррозионного растрескивания под напряжением до гальванической коррозии — каждый тип представляет собой уникальные проблемы, требующие индивидуальных решений. Используя правильные материалы, меры защиты и методы технического обслуживания, вы можете значительно снизить риск коррозии и продлить срок службы металлических компонентов.

Коррозия — неизбежный процесс, но при наличии знаний и активных действий ее воздействие можно смягчить. Независимо от того, работаете ли вы в строительстве, производстве или любой другой отрасли, связанной с металлами, инвестиции в предотвращение коррозии окупаются с точки зрения безопасности, надежности и экономии средств.

Часто задаваемые вопросы

1. Какой тип коррозии металлов наиболее распространен?
Наиболее распространенным типом является равномерная коррозия, которая возникает равномерно по всей поверхности металла и ее относительно легко прогнозировать и контролировать.

2. Как предотвратить гальваническую коррозию?
Чтобы предотвратить гальваническую коррозию, используйте аналогичные металлы, применяйте изолирующие материалы или устанавливайте расходные аноды.

3. Какие отрасли промышленности больше всего страдают от коррозии металлов?
Такие отрасли, как строительство, нефтегазовая, аэрокосмическая, автомобильная и морская промышленность, сильно страдают от коррозии металлов из-за воздействия суровых условий окружающей среды.

4. Может ли нержавеющая сталь подвергаться коррозии?
Да, нержавеющая сталь может подвергаться коррозии, особенно в средах, содержащих хлориды, или при воздействии высоких температур, разрушающих ее защитный оксидный слой.

5. Все ли металлы одинаково подвержены коррозии?
Нет, некоторые металлы, такие как алюминий и нержавеющая сталь, более устойчивы к коррозии благодаря своим защитным оксидным слоям, в то время как другие, например железо, подвержены коррозии легче.