Корозія металу та методи її запобігання

Що таке корозія?

Функціональні предмети або архітектурні елементи з металів і їх сплавів щодня піддаються впливу різних факторів зовнішнього середовища. Це спричиняє деградацію матеріалів через хімічну або електрохімічну реакцію , яка називається корозією (хімічною або електрохімічною відповідно). Корозію часто називають іржавінням , що стосується металевих матеріалів. Коли відбувається іржавіння, поверхня металу покривається характерним червоним нальотом, який називається іржею . Іржа – це не окрема хімічна сполука, а шар оксидів, гідроксидів і солей двовалентного заліза (які утворюються в результаті окислення заліза та його сплавів, наприклад сталі). Фактори зовнішнього середовища, що викликають корозію:

• атмосферні опади,
• вологість,
• забруднення навколишнього середовища (наприклад, оксиди сірки, оксиди азоту, пил),
• недостатній рівень pH,
• матеріальний стрес,
• наявність біоорганізмів,
• контакт із ґрунтом.

Хімічна та електрохімічна корозія

Хімічна корозія Хімічна корозія виникає в середовищі, де немає іонної провідності, тому зазвичай у присутності вихлопних газів, нафти, певних органічних речовин або газів, таких як водень, сірководень, оксид вуглецю (II) або хлор . Хімічну корозію іноді називають сухою корозією. Зазвичай вся поверхня корозійного матеріалу контактує з корозійним агентом. Однак зазвичай це не становить значного ризику для конструкції. Електрохімічна корозія Виникає в середовищі, здатному проводити електричні заряди (в електролітах). Прикладом такого середовища є вода, яка містить розчинені гази або солі. У такому випадку на поверхні матеріалу утворюються локальні гальванічні елементи (наприклад, у місці контакту з вологою). Наявність електроліту викликає замикання ланцюга. Електрохімічна корозія призводить до окислення металевих поверхонь і утворення коричневого нальоту (іржі).

Корозія та пасивація металу

Поверхня металу, яка торкається корозійного агента, під його впливом окислюється; він покривається шаром оксиду металу. Це не завжди небажано. Пасивація – це явище, при якому утворюється достатньо твердий шар оксиду, який міцно зв’язаний з поверхнею металу. Це має захистити матеріал від подальшого розкладання (подальшого окислення). Пасивацію можна спостерігати, наприклад, на алюмінії . Незважаючи на те, що це метал з високою реакційною здатністю, він демонструє стійкість до корозії, що відбувається завдяки пасивації. Метали зазвичай піддаються процесу пасивації, оскільки це один із методів захисту від корозії. Однак пасивація існує і в природі. Це можна спостерігати на міді, поверхня якої може бути покрита зеленим нальотом, званим «патиною».

Чи тільки метали піддаються корозії?

Вироби з металів або їх сплавів зазвичай руйнуються внаслідок хімічної або електрохімічної корозії. Електрохімічна корозія заліза, сталі, міді чи алюмінію є поширеною, але вона також впливає на інші матеріали, не лише металеві ; наприклад, ми можемо спостерігати хімічну корозію бетону . Матеріали (крім металів), які можуть піддаватися корозії:

• бетон і залізобетон,
• пластмаси ,
• деревина,
• кераміка.

Процеси корозії для кожного матеріалу різні. Корозія значною мірою залежить від типу електропровідності на межі матеріал/середовище. Також важливий тип середовища, де існує матеріал. Для тіл з високою провідністю ми зазвичай маємо справу з електрохімічною корозією. У випадку низької (або нульової) електропровідності корозія має набагато більш хімічний (або фізико-хімічний) характер.

Антикорозійні методи

Корозію неможливо повністю усунути . Усі антикорозійні методи спрямовані на пригнічення цього процесу. Дорогоцінні метали, які існують у природі у незв’язаному вигляді, не потребують антикорозійного захисту. До них відносяться золото або платина. Способи захисту від корозії:

• усунення факторів, відповідальних за корозію, з навколишнього середовища, наприклад, усунення вологи, використання іонообмінників для видалення солей, розчинених у воді, нейтралізація кислотних речовин;
• використання речовин, що сповільнюють корозію (інгібітори);
• зміна електричного потенціалу металу;
• з використанням захисних покриттів. Метал може бути покритий іншим металом, більш дорогоцінним (ізоляційне покриття) або менш дорогоцінним (екрануюче покриття), ніж той, що захищається;
• використання неорганічних покриттів, наприклад склоподібних емалей, хроматних покриттів;
• з використанням органічних покриттів, наприклад, полімерних матеріалів або фінішних фарб.

Покриття є популярним антикорозійним захистом. Вони наносяться шляхом занурення виробу в розплавлений метал ( гаряче нанесення покриття ) або взятого з водного розчину електроліту за допомогою електролізного електролітичного покриття ). Менш популярним методом є напилення металу , яке здійснюється за допомогою фарбопульта. Найпопулярнішим захисним металом є цинк . Особливо використовується як покриття для сталі або чавуну. Покриття з цинку демонструє добрі захисні властивості, незважаючи на меншу термодинамічну стабільність порівняно з залізом. Однак, захищаючи металевий виріб від руйнування, сам цинк може піддаватися корозії під впливом вологи. Довговічність цинкового покриття залежить не тільки від його товщини, а й від умов навколишнього середовища, в яких виріб використовується. Залежно від способу застосування ми виконуємо електрогальванічне або гаряче цинкування

Економічні наслідки корозії в глобальному масштабі

Корозія є глобальною проблемою. Ми продовжуємо реєструвати травми та смерті, економічні збитки та негативний вплив на навколишнє середовище, спричинений корозією матеріалів. Корозія може призвести до серйозних збоїв у баках під тиском, компонентах літака та тяговому обладнанні. Як вказує Мохммад А. Джафар Мазумдер у своїй статті під назвою «Глобальний вплив корозії: виникнення, вартість і пом’якшення» (2020) , типові витрати на технічне обслуговування проблем, пов’язаних з корозією, для певної країни коливаються від 1–5%її валового національного продукту. У 2013 році NACE International провела глобальне дослідження економічного впливу корозії. Серед іншого, він мав на меті показати, наскільки важливо інтегрувати антикорозійні технології з системами управління. Згідно з опублікованою доповіддю, вартість корозії оцінюється в 2,5 трильйона доларів США, тобто 3,4%світового ВВП, що означає, що щорічно країни в усьому світі повинні виділяти значні кошти на боротьбу з корозією. Джерела: https://irispublishers.com/gjes/fulltext/global-impact-of-corrosion-occurrence-cost-and-mitigation.ID.000618.php https://psk.org.pl/aktualnosci/ekonomiczne-skutki -корожі