Процесс атмосферной коррозии известен человечеству много столетий. Уже первые кузнецы
обратили внимание, что с течением времени металл начинает разрушаться, находясь в
обычной воздушной среде. Среди всех видов коррозии атмосферная является самым
распространенным. Она обладает многочисленными и разнообразными проявлениями, что
делает борьбу с ней незаурядным и трудным занятием. До сих пор специалисты пытаются
отыскать действенные способы, позволяющие справится с этим негативным фактором. Но пока
задачу им удалось решить лишь частично.
Механизм и основные факторы атмосферной коррозии
металлов
Любые металлоконструкции испытывают негативное воздействие атмосферной коррозии, если
они находятся на открытом воздухе. К сведению, примерно половина всего металлофонда
страдает от подобного фактора. К такого рода сооружениям относятся трубопроводы,
надземное емкостное оборудование. Сюда же относятся детали из металла опор, мостов,
оснащения для погрузочных и разгрузочных операций. Внешние поверхности конструкций,
эксплуатируемые на открытом пространстве, постоянно страдают от увлажнения и
загрязнения – факторов, провоцирующих развитие коррозии.
Коррозионный процесс имеет в основном электрохимическую природу. Исключением является
«сухая» коррозия, которую приводит в действие химический механизм. Электрохимический
процесс предполагает присутствие на коррозирующем основании катодных и анодных
сегментов, а также электролита, который постоянно находится на металлической поверхности.
Роль последнего играет влажная пленка, толщина которой может составлять как несколько
молекулярных слоев, так и 0,1 см. Гальванические элементы «катод – анод» образуются на
стальных углеродистых конструкциях по причине разделения их поверхности на сегменты,
которые отличаются различным электродным потенциалом. Процесс описывается теорией
локальных коррозионных элементов.
Основные факторы, провоцирующие дифференциацию:
-
присутствие на стальных поверхностях оксидных пленок, отложений грязи,
неметаллических элементов; - отсутствие однородности в структуре металла. Углеродистые стали содержат цементит и
феррит. В структурных составляющих присутствуют цементит, феррит, перлит. Для
данных элементов характерен разный электродный потенциал; - тесный контакт поверхностей, изготовленных из разных типов металлов;
- отсутствие равномерности в распределении окислителя на границе «металл-электролит».
К примеру, разные участки металлических поверхностей характеризуются различным
уровнем аэрации и влажности;
- отличия в температуре различных элементов конструкции.
На текущий момент ученые определи больше 35 факторов, которые влияют на скорость протекания коррозионных процессов.
Главными из них являются:
- степень увлажнения металлической поверхности;
- состояние поверхностных конструкционных элементов (степень пористости,
загрязненности); - присутствие в атмосфере тех или иных химических элементов. К таковым относятся
гигроскопичные и агрессивные частицы.
Коррозирующие поверхности отличаются также по уровню увлажненности. Так, с учетом этого фактора принято выделять следующие виды атмосферной коррозии:
- сухую. Коррозионные процессы развиваются, когда относительная влажность воздуха
достигает уровня 50 %. При этом толщина пленки влаги не превышает 10 нм; - влажную. Коррозия развивается, когда показатель относительной влажности воздуха
находится на уровне меньше 100 % при наличии на металлической поверхности
наблюдаемой влажной пленки; - мокрую. В этом случае относительная влажность воздуха составляет почти 100 %. На
металлической поверхности присутствует явно наблюдаемая пленка влаги.
Разделение атмосферной коррозии на виды можно считать достаточно условным. На практике
один тип часто переходит в другой. В промышленных зонах воздушная среда имеет тенденцию
к сильному загрязнению, из-за чего в атмосфере наблюдается сильная концентрация
агрессивных примесей. Загрязнения могут иметь органическую и неорганическую природу. В
первом случае агрессивные элементы поступают извне. Во втором – как извне, так и
образовываются при взаимодействии поверхностей конструкции с различными газами,
отравляющими атмосферу (хлором, серными оксидами, хлористым водородом).
Примеси, которые обладают способностью растворяться в водной среде, служат спусковым
крючком для активации электрохимических реакций. Этому способствует образование
разбавленных кислот, повышение электрической проводимости пленки влаги. Появляются
продукты коррозии, имеющие рыхлую структуру и плохо растворяющиеся в воде. Они
способствуют созданию условий для образования и функционирования макрогальванических
пар.
Во внешней среде содержатся не только агрессивные газы, но и частицы твердых веществ,
аэрозоли солей. К их появлению в атмосфере приводит разрушение горных пород. Такие
элементы в изобилии представлены в приморских зонах, местах с солончаковыми почвами,
которые отличаются высоким содержанием хлоридно-сульфатных солей натрия.
Выделение твердых частиц происходит в момент сгорания различного топливного материала,
при изготовлении цементных смесей и удобрений. Перенос частиц может производиться на 1
тысячу км. Они оседают на металлических поверхностях, превращаются в центры,
конденсирующие влагу из воздушных масс. Установлено на практике, что скорость
атмосферных коррозионных процессов в загрязненном газами и твердыми включениями
воздухе в десятки раз превышает аналогичный показатель для чистой среды.
Методики защиты металлов от атмосферной коррозии
Главной целью мероприятий, нацеленных на борьбу с атмосферной коррозией, является
максимальное увеличение эксплуатационных сроков металлических конструкций. В идеальном
случае они должны служить до момента, пока не произойдет их моральное изнашивание. Итак,
в основе процесса коррозии лежит физико-химическая реакция, происходящая между
металлическими элементами и внешней средой. Из-за этого материал меняет свойства, что
приводит к разрушению конструкции или, как минимум, существенному снижению сроков
эксплуатации сооружений из металла.
Затраты, возникающие вследствие ухудшения функциональных характеристик объекта, могут
быть существенно сокращены. Для этого необходимо использовать наиболее эффективные
методы защиты металлических поверхностей, а также постоянно их совершенствовать.
Комплекс мер, направленный на защиту от коррозионных процессов, должен приводить к
полному либо частичному прекращению действия разрушительных факторов.
Защитные мероприятия могут предполагать воздействие непосредственно на металл, на
внешнюю среду. Существуют также комбинированные методики. Металлические поверхности
часто защищаются с помощью покрытий, имеющих непрерывное действие. Применяются
также легирование, создание консервационных защитных слоев.
Из мероприятий, воздействующих на внешнюю среду, можно выделить полную или частичную
герметизацию с применением материалов, поглощающих влагу. Сюда относятся статическое
осушение воздушных масс, очистка атмосферы от загрязняющих частиц, поддержка
оптимальной температуры. Если отдельные защитные мероприятия не дают заметного
эффекта, начинают применяться комбинированные методики. Их преимущество заключается в
том, что они воздействуют на металл комплексно. Они предполагают применение как
защитных покрытий, так и прямое воздействие на разрушительные факторы внешней среды, их
нивелирование доступными средствами. Самый популярный способ защиты металлических
конструкций от атмосферной коррозии – нанесение защитного лакокрасочного покрытия
(ЛКП).
Перспективы совершенствования лакокрасочных
материалов для защиты металлических конструкций от
атмосферной коррозии
Способ защиты конструкций из металла с помощью ЛКП имеет ряд недочетов, но продолжает
оставаться самым доступным и достаточно эффективным. Его часто применяют из
экономических соображений и простоты реализации.
Дальнейшее развитие защитных способов, предполагающих использование ЛКП для борьбы с
атмосферной коррозией, должно развиваться по следующим направлениям:
- разработка долговечных покрытий, которые можно наносить на поверхности металлов с
небольшой степенью очистки. Это позволит экономить средства на предварительной
обработке поверхностей, даст возможность использовать ЛКП в условиях, близких к
полевым; - совершенствование прогнозных и оценочных методик, предназначенных для оценки
сроков службы ЛКП. Они должны помочь в подборе оптимального состава для обработки
поверхности с учетом характеристик металла и эксплуатационных условий; - повышение квалификации работников, участвующих в защитных мероприятиях.
Персонал должен следить за тем, чтобы защитное лакокрасочное покрытие наносилось
качественно. Сотрудники должны иметь в арсенале специальные технические средства и
приборы для контроля.
Эксперты также рекомендуют проводить климатические испытания имеющихся систем
защиты и покрытий, изначально созданных для иных производственных сфер, но успевших
зарекомендовать себя с лучшей стороны. Так, хорошие результаты в защите
металлоконструкций от коррозии демонстрируют мастики «Вектор». С их помощью
эффективно защищаются тепловые трубопроводы. Таким образом, на их основе вполне могут
быть созданы стойкие к агрессивным атмосферным факторам покрытия для других
металлических сооружений, эксплуатирующихся в условиях высокой степени влажности
воздуха.