Korrosion

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 27. oktober 2021; checks kræver 7 redigeringer .

Korrosion  (fra latin  corrosio  - ætsende) [1]  - spontan ødelæggelse af metaller og legeringer som følge af kemisk, elektrokemisk eller fysisk-kemisk interaktion med miljøet. Ødelæggelse af fysiske årsager er ikke korrosion, men er karakteriseret ved begreberne " erosion ", "slid", " slid ". Årsagen til korrosion er den termodynamiske ustabilitet af strukturelle materialer til virkningerne af stoffer i kontakt med dem.

Et eksempel er iltkorrosion af jern i vand:

Jernhydroxid Fe(OH) 3 er det, man kalder rust .

I hverdagen, for jernlegeringer ( stål ), bruges udtrykket "rustning" oftere - korrosion af jern og dets legeringer med dannelse af korrosionsprodukter bestående af hydrerede jernrester.

Ikke-metalliske materialer er ikke omfattet af definitionen af ​​korrosion. Med hensyn til polymerer er der begrebet "ældning", svarende til udtrykket "korrosion" for metaller. For eksempel ældning af gummi på grund af interaktion med atmosfærisk oxygen eller ødelæggelse af nogle plastik under påvirkning af atmosfærisk nedbør samt biologisk korrosion.

Korrosionshastigheden er ligesom enhver kemisk reaktion meget afhængig af temperaturen. En stigning i temperaturen med 100 grader kan øge korrosionshastigheden med flere størrelsesordener.

Klassificering af typer af korrosion

Korrosionsprocesser er kendetegnet ved en bred fordeling og en række forskellige forhold og miljøer, hvor de forekommer. Derfor er der ingen enkelt og omfattende klassificering af de forekommende tilfælde af korrosion [2] .

Afhængigt af typen af ​​aggressive medier, hvori destruktionsprocessen finder sted, kan korrosion være af følgende typer:

I henhold til betingelserne for korrosionsprocessen skelnes følgende typer:

Af ødelæggelsens natur:

Hovedklassificeringen er lavet i henhold til processens mekanisme. Der er to typer:

Korrosion af ikke-metalliske materialer

Efterhånden som driftsforholdene bliver mere alvorlige (stigning i temperatur, mekanisk belastning, aggressivitet i miljøet osv.), udsættes ikke-metalliske materialer også for miljøets påvirkning. I den forbindelse begyndte udtrykket "korrosion" at blive anvendt på disse materialer, for eksempel "korrosion af beton og armeret beton", "korrosion af plast og gummi". Dette refererer til deres ødelæggelse og tab af driftsegenskaber som følge af kemisk eller fysisk-kemisk interaktion med miljøet. Men det skal tages i betragtning, at mekanismerne og kinetikken af ​​processer for ikke-metaller og metaller vil være anderledes.

Korrosion af metaller

Korrosion af metaller er ødelæggelse af metaller på grund af deres kemiske eller elektrokemiske interaktion med et korrosivt miljø [3] . For korrosionsprocessen skal udtrykket "ætsende proces" anvendes, og for resultatet af processen "ætsende ødelæggelse".

Korrosion forstås som den elektrokemiske eller kemiske ødelæggelse af et metallisk materiale, der opstår på overfladen. Oftest under korrosion oxideres metallet med dannelse af metalioner, som ved yderligere transformationer giver forskellige korrosionsprodukter. Korrosion kan være forårsaget af både kemiske og elektrokemiske processer. Derfor er der kemisk og elektrokemisk korrosion af metaller.

Typer af korrosion

Der er 4 hovedtyper af korrosion: elektrokemisk korrosion, brint, oxygen og kemisk korrosion.

Elektrokemisk korrosion

Ødelæggelsen af ​​metal under påvirkning af galvaniske celler, der opstår i et korrosivt miljø, kaldes elektrokemisk korrosion. Elektrokemisk korrosion kræver altid tilstedeværelsen af ​​en elektrolyt (kondensat, regnvand osv.), som elektroderne er i kontakt med - enten forskellige elementer i materialestrukturen, eller to forskellige kontaktmaterialer med forskellige redoxpotentialer. Hvis ioner af salte, syrer eller lignende opløses i vand, øges dens elektriske ledningsevne, og processens hastighed øges.

Når to metaller med forskellige redoxpotentialer kommer i kontakt og nedsænkes i en elektrolytopløsning, såsom regnvand med opløst kuldioxid CO 2 , dannes en galvanisk celle , den såkaldte korrosive celle. Det er intet andet end en lukket galvanisk celle. I den forekommer en langsom opløsning af et metallisk materiale med et lavere redoxpotentiale; den anden elektrode i et par korroderer som regel ikke. Denne type korrosion er især karakteristisk for metaller med høje negative potentialer. Således er en meget lille mængde urenheder på overfladen af ​​et metal med et højt redoxpotentiale allerede tilstrækkeligt til at fremkomme med et ætsende element. Særligt udsatte er steder, hvor metaller med forskellige potentialer kommer i kontakt, såsom svejsninger eller nitter .

Hvis opløsningselektroden er korrosionsbestandig, bremses korrosionsprocessen. Dette er for eksempel grundlaget for beskyttelse af jernprodukter mod korrosion ved galvanisering  - zink har et mere negativt potentiale end jern, derfor reduceres jern i et sådant par, og zink skal korrodere. Men på grund af dannelsen af ​​en oxidfilm på zinkoverfladen bremses korrosionsprocessen kraftigt.

Et eksempel på elektrokemisk korrosion i stor skala er hændelsen, der fandt sted i december 1967 med det norske malmskib Anatina [4] ( eng.  Anatina ), på vej fra Cypern til Osaka . En tyfon , der var fløjet i Stillehavet, førte til, at saltvand trængte ind i lastrummene og dannelsen af ​​et stort galvanisk par : kobberkoncentrat med skibets stålskrog , som hurtigt blev blødgjort, og skibet gav et nødsignal. Besætningen blev reddet af et tysk skib, der kom til undsætning, og Anatina selv nåede knap nok til havnen [5] [6] .

Brint og ilt korrosion

Hvis der er en reduktion af H 3 O + ioner eller H 2 O vandmolekyler , taler de om brintkorrosion eller korrosion med hydrogendepolarisering. Genvinding af ioner sker i henhold til følgende skema:

eller

Hvis der ikke frigives brint , hvilket ofte forekommer i et neutralt eller stærkt alkalisk miljø , sker der iltreduktion , og man taler om iltkorrosion eller iltdepolariseringskorrosion:

Et ætsende element kan ikke kun dannes, når to forskellige metaller kommer i kontakt. Et ætsende element dannes også i tilfælde af et metal, hvis f.eks. dets overfladestruktur er inhomogen (f.eks. intergranulær korrosion).

Kemisk korrosion

Kemisk korrosion er vekselvirkningen mellem en metaloverflade og et korrosivt medium , der ikke er ledsaget af forekomsten af ​​elektrokemiske processer ved fasegrænsen. I dette tilfælde forløber vekselvirkningerne af metaloxidation og reduktion af den oxiderende komponent i det ætsende medium i én akt. For eksempel dannelsen af ​​kalk, når jernbaserede materialer udsættes for ilt ved høj temperatur:

Typer af korrosion

  • Lagdelt korrosion
  • Filiform korrosion
  • Strukturel korrosion
  • Intergranulær korrosion
  • Selektiv korrosion
  • Støbejernsgrafitisering
  • Afzinkning
  • spaltekorrosion
  • Knivkorrosion
  • Korrosionssår
  • spændingskorrosionsrevner
  • spændingskorrosion
  • Korrosionstræthed
  • Korrosionstræthedsgrænse
  • Korrosionsskørhed

Korrosionskontrol

Korrosion resulterer i milliarder af dollars i tab hvert år, og at løse dette problem er en vigtig opgave. Den største skade forårsaget af korrosion er ikke tabet af metal som sådan, men de enorme omkostninger ved produkter ødelagt af korrosion. Derfor er de årlige tab fra det i industrialiserede lande så store. Sande tab fra det kan ikke bestemmes ved kun at vurdere direkte tab, som inkluderer omkostningerne ved en kollapset struktur, omkostningerne ved at udskifte udstyr og omkostningerne ved foranstaltninger til beskyttelse mod korrosion. Endnu mere skade er indirekte tab. Disse er nedetid for udstyr ved udskiftning af korroderede dele og samlinger, lækage af produkter, afbrydelse af teknologiske processer.

Ideel korrosionsbeskyttelse er 80 % sikret ved korrekt overfladebehandling, og kun 20 % af kvaliteten af ​​de anvendte malinger og lakker og måden de påføres på [7] . En af de mest produktive og effektive metoder til overfladebehandling før yderligere beskyttelse af underlaget er sandblæsning .

Der er normalt tre områder af korrosionsbeskyttelsesmetoder:

  1. Strukturel
  2. Aktiv
  3. Passiv

For at forhindre korrosion anvendes rustfrit stål , cortenstål og ikke-jernholdige metaller som konstruktionsmaterialer .

Når en lille mængde krom tilsættes stål, dannes en oxidfilm på overfladen af ​​metallet. Chromindholdet i rustfrit stål er over 12 procent.

Når de designer en struktur, forsøger de at isolere så meget som muligt fra indtrængen af ​​et korrosivt miljø ved hjælp af klæbemidler, tætningsmidler, gummipakninger.

Aktive korrosionskontrolmetoder er rettet mod at ændre strukturen af ​​det elektriske dobbeltlag . Et konstant elektrisk felt påføres ved hjælp af en konstant strømkilde, spændingen vælges for at øge elektrodepotentialet af det beskyttede metal. En anden metode er at bruge en offeranode, et mere aktivt materiale, der nedbrydes og beskytter det emne, der beskyttes.

Maling, polymerbelægning og emaljering skal frem for alt forhindre adgangen af ​​ilt og fugt. Ofte påføres også en belægning, for eksempel stål med andre metaller som zink, tin, krom, nikkel. Zinkbelægningen beskytter stålet, selv når belægningen er delvist ødelagt. Zink har et mere negativt potentiale og korroderer først. Zn 2+ ioner er giftige. Ved fremstilling af dåser anvendes tin belagt med et lag tin. I modsætning til galvaniseret plade, når tinlaget ødelægges, begynder jern at korrodere, desuden mere intensivt, da tin har et mere positivt potentiale. En anden måde at beskytte metallet mod korrosion er at bruge en beskyttelseselektrode med et stort negativt potentiale, såsom zink eller magnesium. Til dette er et korrosionselement specielt skabt. Det beskyttede metal fungerer som en katode , og denne type beskyttelse kaldes katodisk beskyttelse. Den opløselige elektrode kaldes henholdsvis offerbeskyttelsens anode. Denne metode bruges til at beskytte skibe, broer, kedelanlæg, rør placeret under jorden mod korrosion. For at beskytte skibets skrog er der fastgjort zinkplader på ydersiden af ​​skroget.

Hvis vi sammenligner potentialerne for zink og magnesium med jern, har de flere negative potentialer. Men ikke desto mindre korroderer de langsommere på grund af dannelsen af ​​en beskyttende oxidfilm på overfladen, som beskytter metallet mod yderligere korrosion. Dannelsen af ​​en sådan film kaldes metalpassivering. I aluminium er det styrket ved anodisk oxidation (anodisering).

Termisk sprøjtning

Termiske sprøjtemetoder bruges også til at bekæmpe korrosion . Ved hjælp af termisk sprøjtning skabes et lag af et andet metal/legering på metaloverfladen, som har en højere modstandsdygtighed over for korrosion (isolering) eller omvendt mindre modstandsdygtig (slidbane). Dette lag giver dig mulighed for at stoppe korrosionen af ​​det beskyttede metal. Essensen af ​​metoden er som følger: med en gasstråle påføres partikler af en metalblanding, såsom zink, på overfladen af ​​produktet ved høj hastighed, som et resultat af, at der dannes et beskyttende lag med en tykkelse på ti til hundredvis af mikron . Termisk sprøjtning bruges også til at forlænge levetiden af ​​slidte udstyrskomponenter: fra restaurering af styrestangen i en bilservice til olieselskabernes enheder [8] .

Termisk diffusionszinkbelægning

Til drift af metalprodukter i aggressive miljøer kræves en mere stabil anti-korrosionsbeskyttelse af metalprodukters overflade. Termisk diffusionszinkbelægning er anodisk i forhold til jernholdige metaller og beskytter stål elektrokemisk mod korrosion. Det har en stærk vedhæftning ( adhæsion ) med basismetallet på grund af den gensidige diffusion af jern og zink i overfladens intermetalliske faser, så der ikke er nogen afskalning og afskalning af belægningerne under stød, mekanisk belastning og deformation af de forarbejdede produkter [9] .

Diffusionsgalvanisering, udført fra damp- eller gasfasen ved høje temperaturer (375-850 °C), eller ved brug af vakuum (vakuum) ved en temperatur på 250 °C, bruges til at belægge befæstelseselementer, rør, fittings og andre strukturer. Øger væsentligt modstanden af ​​stål, støbejernsprodukter i miljøer indeholdende svovlbrinte (herunder mod svovlbrintekorrosionsrevner), industriatmosfære, havvand osv. Tykkelsen af ​​diffusionslaget afhænger af temperatur, tid, galvaniseringsmetode og kan være 0,01 -1,5 mm. Den moderne proces med diffusionsgalvanisering gør det muligt at danne en belægning på de gevindskårne overflader af fastgørelseselementer uden at komplicere deres efterfølgende make-up. Belægningslagets mikrohårdhed Hμ = 4000 - 5000 MPa . Diffusionszinkbelægning forbedrer også væsentligt varmebestandigheden af ​​stål- og støbejernsprodukter ved temperaturer op til 700 °C. Det er muligt at opnå legerede diffusionszinkbelægninger, der bruges til at forbedre deres servicekarakteristika.

Cadmium

Belægning af ståldele med cadmium udføres på samme måde som galvanisering, men giver stærkere beskyttelse, især i havvand. Det bruges meget sjældnere på grund af den betydelige toksicitet af cadmium og dets høje omkostninger. Også dækket med et tyndt lag kobberoxid, som forhindrer yderligere udbredelse af korrosion.

Forkromning

Belægning af ståldele med krom .

Økonomisk skade fra korrosion

De økonomiske tab ved metalkorrosion er enorme. I USA udgjorde korrosionsskader og omkostningerne ved at bekæmpe dem ifølge de seneste NACE -data [10] 3,1 % af BNP (276 mia. USD). I Tyskland udgjorde denne skade 2,8 % af BNP. Ifølge eksperter fra forskellige lande varierer disse tab i industrialiserede lande fra 2 til 4 % af bruttonationalproduktet. Samtidig spænder metaltab, herunder massen af ​​defekte metalkonstruktioner, produkter, udstyr, fra 10 til 20 % af den årlige stålproduktion [11] .

Rust er en af ​​de mest almindelige årsager til brofejl . Da rust har et meget større volumen end den oprindelige masse af jern, kan dens opbygning føre til ujævn tilpasning af strukturelle dele til hinanden. Dette forårsagede ødelæggelsen af ​​broen over Mianus-floden i 1983 , da lejerne på brobeslaget tærede indvendigt. Tre chauffører døde ved et fald i floden. Undersøgelser viste, at vejens afstrømning var spærret og ikke renset op, og spildevand trængte ind i bropillerne [12] . Ifølge en undersøgelse fra National Transportation Safety Board var broens svigt forårsaget af mekanisk fejl i det ydre beslag, der holder broens spændvidde og begge dens stifter. Der er dannet rust i stiftlejet. Og da dens volumen altid er meget større end den originale ståldel, førte dette til en ujævn tilpasning af dele af strukturen til hinanden. I tilfældet med broen skubbede den rustne masse det indre beslag væk fra enden af ​​stiften, der holdt de ydre og indre beslag sammen. (Dette skabte en kraft, der oversteg designgrænserne for clipsene, der holder stifterne!) Dette flyttede hele spændviddens masse til det ydre beslag. Denne ekstra belastning på den forårsagede en træthedsrevne i stiften. Da to tunge lastbiler kørte ind i denne del af broen, fejlede stifterne endelig, og broens spænd faldt i floden ...

Den 15. december 1967 kollapsede Silver Bridge, der forbinder Point Pleasant, West Virginia og Kanauga, Ohio, pludselig i Ohio-floden. På tidspunktet for sammenstyrtningen kørte 37 biler langs broen, og 31 af dem faldt sammen med broen. Seksogfyrre mennesker døde, og ni blev alvorligt såret. Ud over tab af menneskeliv og kvæstelser blev den vigtigste transportrute mellem West Virginia og Ohio ødelagt. Årsagen til kollapset var korrosion [13] . Kinzoo-broen i Pennsylvania blev ødelagt i 2003 af en tornado , primært fordi de centrale hovedbolte korroderede, hvilket i høj grad reducerede dens stabilitet.

Se også

Noter

  1. ↑ Ordbog over fremmede ord. - M .: " Russisk sprog ", 1989. - 624 s. ISBN 5-200-00408-8
  2. ↑ Anti-korrosionsbeskyttelse / Kozlov D.Yu .. - Jekaterinburg: ID Origami LLC, 2013. - S. 343. - 440 s. - 1000 eksemplarer.  - ISBN 978-5-904137-05-2 .
  3. ↑ "GOST 5272-68: Korrosion af metaller. Vilkår."
  4. ↑ Spiridonov A. A. Ved at tjene håndværket og muserne. - 2. udg. - M . : Metallurgy , 1989. - S. 53. - ( Populærvidenskabeligt skolebørnsbibliotek ). — 50.000 eksemplarer.  — ISBN 5-229-00355-3 .
  5. ↑ Handels- og flådeskibsbegivenheder (1946-2000) - 25/12 1967 (utilgængeligt link) . Hentet 11. august 2014. Arkiveret fra originalen 16. februar 2012. 
  6. ↑ Se også for eksempel Ogden Standard Examiner, Bridgeport Post, 24. december 1967.
  7. ↑ ISO 8501-1. “Forberedelse af stålunderlaget før påføring af maling og lignende belægninger. Visuel vurdering af overfladerenhed Del 1. Oxidationshastigheder og præparationsgrader af ubelagt stålunderlag og stålunderlag efter fuldstændig fjernelse af tidligere belægninger.
  8. ↑ Termisk sprøjtning  (utilgængeligt link)
  9. ↑ GOST R 9.316-2006 "Enet system til beskyttelse mod korrosion og ældning. Termisk diffusionszinkbelægninger. Generelle krav og kontrolmetoder.
  10. ↑ Rapport på den 16. verdenskorrosionskongres i Beijing Arkiveret 24. februar 2010 på Wayback Machine , september 2005.
  11. ↑ "Retningslinjer for uddannelse af inspektører til visuel og målende kvalitetskontrol af malerarbejde" - Yekaterinburg: LLC "ID" Origami ", 2009-202 s., ISBN 978-5-9901098-1-5
  12. ↑ "En del af broen på rute I-95 falder ind i floden i Greenwich,; Dræber 3." New York Times . 29. juni 1983  .
  13. ↑ FRA KORROSIONENS HISTORIE  (neopr.)  // tidsskrift "Rengøring. Maleri". - 2008. - Juni ( bind nr. 4 (15) ). - S. 48 .

Litteratur

  • Balalaev G. A., Medvedev V. M., Moshchansky N. A. . Beskyttelse af bygningskonstruktioner mod korrosion: Lærebog for ingeniøruniversiteter og fakulteter. - Moskva: Stroyizdat, 1966. - 224 s.
  • Krasnoyarsky V. V., Frenkel G. Ya., Nosov R. P. Korrosion og beskyttelse af metaller. - M . : Metallurgi, 1969. - 299 s.

Links

  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier