Doctor. V.B. Kosachev, A.P. Gulidov, NPK "Vector", Moscú
El artículo proporciona información sobre la corrosión de los metales, que puede ser útil para una amplia gama de trabajadores técnicos y de ingeniería involucrados en la implementación de medidas prácticas para proteger contra la corrosión los equipos de las organizaciones de suministro de calor.
La corrosión y su importancia social.
Cualquier proceso de corrosión provoca cambios en las propiedades de los materiales estructurales. El resultado del proceso es un “efecto corrosivo” que empeora características funcionales equipos metálicos, medio ambiente y sistemas tecnicos, considerado como un “efecto de daño” o “deterioro corrosivo”.
Es obvio que las pérdidas económicas asociadas con la corrosión del metal están determinadas no tanto por el costo del metal corroído, sino por el costo de los trabajos de reparación, las pérdidas por el cese temporal del funcionamiento de los sistemas de ingeniería y los costos de prevención de accidentes. , que en algunos casos son absolutamente inaceptables desde el punto de vista de la seguridad ambiental. Las estimaciones de los costos asociados con la corrosión (según fuentes extranjeras) llevan a la conclusión de que los costos anuales totales de combatir las consecuencias de la corrosión ascienden al 1,5-2% del producto nacional bruto. Algunos de estos costos son inevitables; No sería realista eliminar por completo todos los daños por corrosión. Sin embargo, es posible reducir significativamente las pérdidas por corrosión mediante un mejor uso en la práctica del conocimiento acumulado sobre los procesos de corrosión y los métodos de protección contra la corrosión con los que cuentan actualmente los servicios anticorrosión.
Procesos de corrosión
El concepto de “corrosión del metal” incluye grupo grande Procesos químicos que conducen a la destrucción del metal. Estos procesos se diferencian marcadamente entre sí en las manifestaciones externas, en las condiciones y entornos en los que ocurren, así como en las propiedades de los metales que reaccionan y los productos de reacción resultantes. Sin embargo, hay muchas razones para combinarlos, porque A pesar de las marcadas diferencias, todos estos procesos no sólo tienen un resultado común: la destrucción del metal, sino también una única esencia química: la oxidación del metal.
La causa de la corrosión es la inestabilidad termodinámica de los metales, por lo que la mayoría de ellos se encuentran en la naturaleza en estado oxidado (óxidos, sulfuros, silicatos, aluminatos, sulfatos, etc.). Así, la corrosión se puede definir como un proceso espontáneo que ocurre durante la interacción de un metal con el medio ambiente, acompañado de una disminución de la energía libre de Gibbs y la destrucción del metal. La corrosión ocurre en la interfaz entre dos fases "metal - medio ambiente", es decir, es un proceso heterogéneo de múltiples etapas y consta de al menos tres etapas principales repetidas:
1 suministro de sustancias reactivas (incluido un agente corrosivo) a la interfaz de fase;
2 la reacción real de interacción entre un metal y un ambiente corrosivo, cuyo resultado es la transición de una cierta cantidad de metal a una forma oxidada con la formación de productos de corrosión y del agente corrosivo a una forma reducida;
3 eliminación de productos de corrosión de la zona de reacción.
Mecanismos de procesos de corrosión.
Según el mecanismo del proceso de oxidación del metal, se distingue entre corrosión química y electroquímica.
Corrosión química . Este tipo de corrosión incluye procesos de oxidación de metales y reducción del agente corrosivo, en los que la transferencia de electrones del metal se realiza directamente a átomos o iones del agente oxidante (agente corrosivo), que con mayor frecuencia es el oxígeno del aire.
2Me + O 2 -->2MeO (1)
En la práctica del suministro de calor, el tipo de corrosión química más común y prácticamente importante es la corrosión por gas: corrosión de metales en gases secos (aire, productos de combustión de combustible) en altas temperaturas Oh. Los principales factores que influyen en la velocidad de corrosión del gas son:
3 naturaleza del metal (aleación);
4 composición del ambiente gaseoso;
5 propiedades mecánicas productos de corrosión formados (películas de óxido);
6 temperatura.
Así, para el hierro, el componente principal de los aceros al carbono utilizados para la fabricación de rejillas de las cámaras de combustión y la parte convectiva de las calderas de agua caliente, la dependencia de la velocidad de corrosión del gas con la temperatura es casi exponencial, Fig. 1. La temperatura afecta la composición de las películas de óxido formadas sobre el acero y las leyes de su crecimiento, tabla. 1. Sus propiedades mecánicas y, en consecuencia, protectoras dependen de la composición de las películas de óxido, ya que una película de óxido densa y continua puede proteger el metal de una mayor oxidación. La presión parcial del oxígeno también afecta la velocidad de corrosión del gas. Durante la oxidación de varios metales a una temperatura constante y suficientemente alta con un aumento en la presión parcial de oxígeno (Po 2), la velocidad de oxidación primero aumenta bruscamente y luego, cuando se alcanza un cierto valor crítico (P o 2). alcanzada, disminuye bruscamente y permanece bastante baja en un amplio rango de presiones, Figura 2. El modo de calentamiento tiene una gran influencia en la velocidad de oxidación del metal. Las fluctuaciones de temperatura (alternancia de calentamiento y enfriamiento), incluso en pequeños intervalos, provocan la destrucción de las películas de óxido debido a la aparición de grandes tensiones internas, como resultado de lo cual la tasa de oxidación del metal aumenta considerablemente.
Para proteger contra la corrosión por gases, se utilizan aleaciones de acero resistentes al calor, se crean atmósferas protectoras (reductoras) y se aplican recubrimientos protectores por difusión térmica (a base de aluminio, silicio y cromo) y pulverizados (a base de óxidos de aluminio, magnesio y circonio). usado.
Corrosión electroquímica. Este tipo de corrosión es el más común e incluye aquellos casos en los que los procesos de oxidación del metal y reducción del componente oxidante ocurren por separado en un ambiente de electrolito líquido, es decir, en un medio que conduce corriente eléctrica. Dichos medios pueden ser: agua natural, soluciones acuosas de sales, ácidos, álcalis, así como aire, suelo y estructuras de aislamiento térmico que contengan electrolito (humedad) en una determinada cantidad. Por tanto, el proceso de corrosión electroquímica es una combinación de dos reacciones conjugadas:
anódico (oxidación) Me → Me z+ + ze - (2),
y catódico (reducción) D + ze - → (Dze -) (3),
donde D es un despolarizador (agente oxidante) que absorbe electrones del metal. Como despolarizador pueden actuar: oxígeno disuelto en el electrolito, iones de hidrógeno (H+) y algunos metales. El diagrama general del proceso de corrosión electroquímica del metal se muestra en la Figura 3, y el caso especial de oxidación del hierro se describe mediante la reacción:
2Fe + 2H 2 O + O 2 → 2Fe 2+ + 4 OH - (4).
La aparición de elementos galvánicos “cátodo - ánodo” en aceros al carbono (principalmente Material de construcción tuberías) al entrar en contacto con los electrolitos se produce principalmente debido a la diferenciación de la superficie del acero en áreas con diferentes potenciales de electrodo (la teoría de los elementos de corrosión locales). Las razones de la diferenciación pueden ser diferentes:
7 heterogeneidad de la estructura metálica (los aceros al carbono contienen fases - ferrita y cementita, componentes estructurales - perlita, cementita y ferrita, que tienen diferentes potenciales de electrodo);
8 la presencia de películas de óxido, contaminantes, inclusiones no metálicas, etc. en la superficie del acero;
9 distribución desigual del agente oxidante en la interfaz metal-electrolito, por ejemplo, diferente humedad y aireación en diferentes áreas de la superficie del metal;
10 distribución desigual de la temperatura;
11 contacto de metales disímiles.
Datos resumidos sobre N.D. Tomashov sobre los vapores de corrosión galvánica (Tabla 2), cuya formación es posible en tuberías existentes Redes de calefacción en presencia de humedad o sus rastros, nos permiten afirmar. que todos los casos de oxidación de tuberías y estructuras metálicas de redes de calefacción se producen como resultado de corrosión electroquímica.
Principales tipos de corrosión electroquímica.
y la naturaleza del daño por corrosión del metal.
Dependiendo de las condiciones del proceso de corrosión electroquímica (tipo de ambiente corrosivo), se distingue la corrosión atmosférica, del suelo, microbiológica y líquida (ácida, alcalina, salada, marina y de agua dulce). Dependiendo de las condiciones de funcionamiento, cualquiera de los tipos de corrosión anteriores puede ocurrir bajo la influencia de factores operativos como fricción, cavitación, tensión en el metal y exposición a fuentes externas de corriente continua y alterna.
La tabla 3 presenta tipos posibles Corrosión electroquímica de tuberías y equipos capacitivos de empresas de suministro de calor, así como factores operativos desfavorables que contribuyen a un aumento en la tasa de procesos de corrosión. Las Figuras 5-9 muestran el daño por corrosión más típico en aceros al carbono estructurales causado por varios tipos Corrosión electroquímica.
Métodos de protección contra la corrosión electroquímica.
La protección contra la corrosión electroquímica es un conjunto de medidas encaminadas a prevenir e inhibir los procesos de corrosión, preservando y manteniendo la operatividad de equipos y estructuras durante el período de operación requerido.
Los métodos para proteger las estructuras metálicas de la corrosión se basan en acciones específicas que conducen a una reducción total o parcial de la actividad de los factores que contribuyen al desarrollo de los procesos de corrosión. Los métodos de protección contra la corrosión se pueden dividir en métodos de exposición al metal y métodos de exposición al medio ambiente, así como métodos combinados. La clasificación de métodos se presenta en la Figura 10.
Entre los métodos para influir en el metal, en la práctica de proteger equipos y tuberías de organizaciones de suministro de calor, los más utilizados son los revestimientos protectores y aislantes permanentes (polímero, esmalte de vidrio, zinc metálico y aluminio). El impacto en un ambiente corrosivo (agua) se utiliza para proteger contra la corrosión interna de equipos capacitivos y tuberías inhibiéndolos y desaireándolos.
La tasa de procesos de corrosión en las tuberías se puede reducir significativamente mediante el uso de protección electroquímica. Con este tipo de protección, el potencial electroquímico de la tubería se desplaza a la región potencial (protectora) requerida (polarización de la estructura) conectándola a una fuente de corriente externa: una estación o protector catódico.
Cabe señalar que la opción de protección para un objeto específico debe seleccionarse en función de un análisis de sus condiciones de funcionamiento. En este caso, los requisitos para los indicadores que caracterizan. calidad requerida funcionamiento de la instalación, características tecnológicas aplicación del(los) método(s) de protección seleccionado(s) y el efecto económico logrado.
La creciente complejidad de las condiciones de funcionamiento de los equipos y, en primer lugar, de las tuberías de calor, y la aparición de contaminantes específicos del aire y el agua requieren una mejora constante de los métodos de protección contra la corrosión. Con base en el análisis de información generalizada sobre daños por corrosión en diversos equipos de empresas de suministro de calor, podemos concluir que las principales direcciones para mejorar los métodos de protección contra la corrosión en el suministro de calor son: la introducción de revestimientos anticorrosivos e impermeabilizantes para las superficies exteriores. de tuberías con propiedades de consumo mejoradas; uso para suministro de agua caliente de tuberías con revestimientos internos de esmalte de vidrio y polímero; el uso de opciones de protección combinadas con el uso combinado de instalaciones de protección electroquímica y revestimientos protectores.
tabla 1
Tabla 3.
| No. | Tipo de corrosión electroquímica | Método de tendido de tuberías (Tipo de equipamiento) |
Factores corrosivos adicionales |
| 1. | Corrosión atmosférica | Superficies externas de tuberías aéreas y de canal (a un nivel de inundación y sedimentación del canal que no llega a las estructuras aislantes). Superficies de diversas estructuras y equipos metálicos que no están en contacto con el agua y el suelo. | Esfuerzos internos en el metal de tuberías y estructuras metálicas, impactos mecánicos de caídas desde techos. Daño típico por corrosión: corrosión uniforme, es posible que se produzca corrosión irregular en lugares donde hay una caída. |
| 2. | Subterráneo corrosión |
Superficies externas de tuberías para instalación sin canales (en caso de violación de la integridad del aislamiento), instalación de canales (inundaciones periódicas y sedimentación del canal, acompañadas de humectación del aislamiento térmico). | Esfuerzos internos en metal, corrosión por corriente externa continua y alterna, exposición a caídas. Daños típicos por corrosión: corrosión desigual, corrosión puntual, cuando se exponen a corrientes parásitas, es posible que se dañen las paredes de la tubería. |
| 3. | Corrosión submarina | Superficies externas de tuberías de tendido de canales. (Inundación constante del canal ante la falta de aislamiento térmico en la tubería). Superficies internas de tuberías y equipos de tratamiento químico de agua (desaireadores, filtros, etc.) |
Esfuerzos internos en metal, corrosión por corriente externa continua y alterna. Si la tubería no está completamente sumergida, es posible que se produzca corrosión a lo largo de la línea de flotación. Daños típicos por corrosión: corrosión desigual; en caso de exposición a corrientes parásitas, es posible que se produzcan daños en las paredes de la tubería y lesiones ulcerosas en la zona de la línea de flotación. En las tuberías de agua caliente puede ocurrir un proceso de corrosión microbiológica por bacterias del hierro. Daño típico por corrosión: corrosión por picaduras (para superficies internas de tuberías), corrosión por picaduras, corrosión desigual. |
La corrosión de los metales es la destrucción espontánea de los metales debido a su interacción química o electroquímica con el entorno externo. El proceso de corrosión es heterogéneo (no homogéneo), ocurre en la interfaz entre el metal y el ambiente agresivo y tiene un mecanismo complejo. En este caso, los átomos del metal se oxidan, es decir, pierden electrones de valencia, los átomos atraviesan la interfaz hacia el ambiente externo, interactúan con sus componentes y forman productos de corrosión. En la mayoría de los casos, la corrosión de los metales de las sisas se propaga de manera desigual sobre la superficie, hay áreas donde se producen daños locales. Algunos productos de corrosión, que forman películas superficiales, confieren resistencia a la corrosión al metal. En ocasiones pueden aparecer productos de corrosión sueltos que tienen una débil adherencia al metal. La destrucción de tales películas provoca una intensa corrosión del metal expuesto. La corrosión del metal reduce la resistencia mecánica y cambia sus otras propiedades. Los procesos de corrosión se clasifican según los tipos de daños por corrosión, la naturaleza de la interacción del metal con el medio ambiente y las condiciones de su aparición.
La corrosión puede ser continua, general y local. La corrosión continua se produce en toda la superficie del metal. En caso de corrosión local, las lesiones se localizan en áreas individuales de la superficie.
Arroz. 1Naturaleza del daño por corrosión:
Yo – uniforme; II - desigual; III - selectivo; IV - lugares; V - úlceras ; VI - puntos o picaduras; VII - de extremo a extremo; VIII - como un hilo; IX - superficial; X - intercristalino; XI - cuchillo; XII - agrietamiento
La corrosión general se divide en uniforme, desigual y selectiva (Fig. 1).
La corrosión uniforme se produce al mismo ritmo en toda la superficie del metal; desigual: en diferentes partes de la superficie metálica a velocidades desiguales. La corrosión selectiva destruye los componentes individuales de la aleación.
En caso de corrosión puntual, el diámetro de las lesiones de corrosión es de gran profundidad. La corrosión por picaduras se caracteriza por daños profundos en una superficie limitada. Como regla general, la úlcera se encuentra encima de una capa de productos de corrosión. En la corrosión por picaduras se observan lesiones puntuales individuales en la superficie del metal, que tienen pequeñas dimensiones transversales y una profundidad significativa. A través es una corrosión local que causa la destrucción del producto metálico de principio a fin, en forma de fístulas. La corrosión filiforme aparece bajo revestimientos no metálicos y en forma de filamentos. La corrosión subsuperficial comienza en la superficie y principalmente se propaga debajo de la superficie del metal, provocando que se hinche y se delamine.
En la corrosión intergranular, la destrucción se concentra a lo largo de los límites de los granos del metal o aleación. Este tipo de corrosión es peligrosa porque se produce una pérdida de resistencia y ductilidad del metal. La corrosión por cuchilla toma la forma de un cuchillo que corta a lo largo de una junta soldada en ambientes altamente agresivos. El agrietamiento por corrosión ocurre bajo exposición simultánea a un ambiente corrosivo y tensiones mecánicas residuales o aplicadas de tracción.
Bajo ciertas condiciones, los productos metálicos están sujetos a fallas por fatiga por corrosión, que ocurre cuando el metal se expone simultáneamente a un ambiente corrosivo y tensiones mecánicas variables.
Según la naturaleza de la interacción del metal con el medio ambiente, se distingue la corrosión química y electroquímica. La corrosión química es la destrucción de un metal durante la interacción química con un entorno agresivo, que no son electrolitos: líquidos y gases secos. La corrosión electroquímica es la destrucción de un metal bajo la influencia de un electrolito durante la ocurrencia de dos procesos independientes pero interrelacionados: anódico y catódico. El proceso anódico es oxidativo y ocurre con la disolución del metal; El proceso catódico es un proceso de reducción, provocado por la reducción electroquímica de los componentes del medio. teoría moderna La corrosión del metal no excluye la aparición conjunta de corrosión química y electroquímica, ya que en los electrolitos, bajo ciertas condiciones, es posible la transferencia de masa metálica a través de un mecanismo químico.
Según las condiciones del proceso de corrosión, los tipos de corrosión más comunes son:
1) corrosión por gas, se produce a temperaturas elevadas y ausencia total de humedad en la superficie; un producto de la corrosión del gas: las incrustaciones tienen propiedades protectoras bajo ciertas condiciones;
2) corrosión atmosférica, ocurre en el aire; Hay tres tipos de corrosión atmosférica: en una atmósfera húmeda, con una humedad relativa superior al 40%; en una atmósfera húmeda, con una humedad relativa del 100%; en una atmósfera seca, con una humedad relativa del aire inferior al 40%; la corrosión atmosférica es uno de los tipos más comunes debido a que la mayoría de los equipos metálicos funcionan en condiciones atmosféricas;
3) corrosión líquida: corrosión de metales en un medio líquido; distinguir entre corrosión en electrolitos (ácidos, álcalis, soluciones salinas, agua de mar) y en no electrolitos (petróleo, productos derivados del petróleo, compuestos orgánicos);
4) corrosión subterránea: corrosión de metales causada principalmente por la acción de soluciones salinas contenidas en suelos y suelos; la agresividad corrosiva del suelo y los suelos está determinada por la estructura y humedad del suelo, el contenido de oxígeno y otros compuestos químicos, el pH, la conductividad eléctrica y la presencia de microorganismos;
5) biocorrosión: corrosión de metales como resultado de la influencia de microorganismos o sus productos metabólicos; aeróbica y bacteria anaerobica, lo que lleva a la localización de lesiones por corrosión;
6) electrocorrosión, ocurre bajo la influencia de una fuente de corriente externa o corriente parásita;
7) corrosión por grietas: corrosión del metal en grietas estrechas, huecos, m conexiones roscadas y bridadas de equipos metálicos,utilizado en electrolitos, en lugares de contacto flojo metal con material aislante;
8) corrosión por contacto, ocurre cuando metales diferentes entran en contacto en el electrolito;
9) corrosión por tensión, que se produce cuando el metal se expone a un entorno agresivo y tensiones mecánicas: tracción constante (agrietamiento por corrosión) y variable o cíclica (fatiga por corrosión);
10) cavitación por corrosión: destrucción del metal como resultado de efectos simultáneos de corrosión e impacto. En este caso, las películas protectoras de la superficie del metal se destruyen cuando estallan burbujas de gas en la interfaz entre el líquido y el sólido;
11) erosión por corrosión: destrucción del metal debido a la exposición simultánea a un entorno agresivo y desgaste mecánico;
12) corrosión por fricción: destrucción por corrosión local de metales cuando se exponen a un ambiente agresivo en condiciones de movimiento oscilatorio de dos superficies que se frotan entre sí;
13) corrosión estructural, provocada por la heterogeneidad estructural de la aleación; esto pasa proceso acelerado daños por corrosión debido a aumento de actividad cualquier componente de aleación;
14) corrosión por contacto térmico, se produce debido a un gradiente de temperatura causado por un calentamiento desigual de la superficie del metal.
La corrosión es la destrucción de metal, cerámica, madera y otros materiales como resultado de una interacción química o físico-química. En cuanto a las razones de la aparición de un efecto tan indeseable, son diferentes. En la mayoría de los casos, se trata de inestabilidad estructural debido a influencias termodinámicas. ambiente. Echemos un vistazo más de cerca a qué es la corrosión. También hay que tener en cuenta los tipos de corrosión y no estaría de más hablar de protección contra ella.
Alguna información general
Estamos acostumbrados a escuchar el término “oxidación”, que se utiliza en el caso de la corrosión de metales y aleaciones. También existe el "envejecimiento", que es característico de los polímeros. Básicamente, es lo mismo. Un ejemplo sorprendente es el envejecimiento de los productos de caucho debido a la interacción activa con el oxígeno. Además, algunos elementos plásticos se destruyen por exposición. La velocidad de corrosión depende directamente de las condiciones en las que se encuentra el objeto. Por lo tanto, el óxido en un producto metálico se propagará más rápido cuanto mayor sea la temperatura. La humedad también afecta: cuanto más alta es, más rápido se vuelve inutilizable. Se ha establecido experimentalmente que aproximadamente el 10 por ciento de los productos metálicos se amortizan irremediablemente y la culpa es de la corrosión. Los tipos de corrosión son diferentes y se clasifican según el tipo de ambiente, la naturaleza del curso, etc. Veámoslos con más detalle.
Clasificación
Actualmente, existen más de dos docenas de opciones de oxidación. Presentaremos sólo los tipos más básicos de corrosión. Convencionalmente, se pueden dividir en los siguientes grupos:
- La corrosión química es un proceso de interacción con un ambiente corrosivo, en el que la reducción del agente oxidante se produce en un solo acto. El metal y el agente oxidante no están separados espacialmente.
- La corrosión electroquímica es el proceso de interacción de un metal con la ionización de átomos y la reducción del agente oxidante en diferentes actos, pero la velocidad depende en gran medida del potencial del electrodo.
- Corrosión por gas: oxidación química del metal con un contenido mínimo de humedad (no más del 0,1 por ciento) y/o altas temperaturas en un ambiente gaseoso. La mayoría de las veces, este tipo se encuentra en las industrias química y de refinación de petróleo.
Además, todavía hay una gran cantidad de procesos de oxidación. Todos ellos son corrosión. Los tipos de corrosión, además de los descritos anteriormente, incluyen oxidación biológica, radiactiva, atmosférica, de contacto, local, selectiva, etc.
Corrosión electroquímica y sus características.
En este tipo de destrucción, el proceso ocurre cuando el metal entra en contacto con el electrolito. Este último puede ser condensado o agua de lluvia. Cuantas más sales y ácidos contenga un líquido, mayor será la conductividad eléctrica y, por tanto, la velocidad del proceso. En cuanto a los lugares de las estructuras metálicas más susceptibles a la corrosión, estos son remaches, uniones soldadas y lugares de daño mecánico. Si las propiedades estructurales de la aleación de hierro la hacen resistente a la oxidación, el proceso se ralentiza un poco, pero continúa. Un ejemplo sorprendente está galvanizando. El hecho es que el zinc tiene un potencial más negativo que el hierro. Por esta sencilla razón, la aleación de hierro se restaura, pero la aleación de zinc se corroe. Sin embargo, la presencia de una película de óxido en la superficie ralentiza considerablemente el proceso de destrucción. Por supuesto, todos los tipos de corrosión electroquímica son extremadamente peligrosos y, a veces, incluso es imposible combatirlos.
Corrosión química
Este cambio de metal es bastante común. Un ejemplo sorprendente es la aparición de incrustaciones como resultado de la interacción de productos metálicos con oxígeno. En este caso, la alta temperatura actúa como un acelerador del proceso, y en él pueden participar líquidos como agua, sales, ácidos, álcalis y soluciones salinas. Si hablamos de materiales como el cobre o el zinc, su oxidación conduce a la formación de una película resistente a una mayor corrosión. Los productos de acero forman óxidos de hierro. Otros avances conducen a la aparición de óxido, que no ofrece ninguna protección contra una mayor destrucción, sino que, por el contrario, contribuye a ella. Actualmente, todo tipo de corrosión química se elimina mediante galvanización. También se pueden utilizar otros medios de protección.
Tipos de corrosión del hormigón
Los cambios en la estructura y el aumento de la fragilidad del hormigón bajo la influencia del medio ambiente pueden ser de tres tipos:
- La destrucción de piezas de piedra de cemento es uno de los tipos de corrosión más comunes. Ocurre cuando un producto de hormigón se expone sistemáticamente a precipitaciones y otros líquidos. Como resultado, el hidrato de óxido de calcio se elimina por lavado y se altera la estructura.
- Interacción con ácidos. Si la piedra de cemento entra en contacto con ácidos, se forma bicarbonato de calcio, un elemento químico agresivo para un producto de hormigón.
- Cristalización de sustancias poco solubles. Básicamente, esto significa biocorrosión. La conclusión es que los microorganismos (esporas, hongos) entran en los poros y se desarrollan allí, lo que provoca su destrucción.
Corrosión: tipos, métodos de protección.
Miles de millones de dólares en pérdidas anuales han llevado a la gente a luchar contra ello. efectos dañinos. Es seguro decir que todos los tipos de corrosión conducen a la pérdida no del metal en sí, sino de valiosas estructuras metálicas, cuya construcción cuesta mucho dinero. Es difícil decir si es posible brindar una protección del 100%. Sin embargo, con una adecuada preparación de la superficie, que consiste en un granallado abrasivo, se pueden conseguir buenos resultados. La capa de pintura protege de forma fiable contra la corrosión electroquímica si se aplica correctamente. Y el tratamiento especial de la superficie protegerá de manera confiable contra la destrucción del metal bajo tierra.
Métodos de control activos y pasivos.
La esencia de los métodos activos es cambiar la estructura del doble campo eléctrico. Para hacer esto, use la fuente. corriente continua. La tensión debe seleccionarse de tal forma que aumente el producto a proteger. Otro método extremadamente popular es el ánodo "de sacrificio". Se descompone protegiendo el material base.
La protección pasiva implica el uso de pintura y barniz. La tarea principal es evitar por completo la entrada de humedad y oxígeno a la superficie protegida. Como se señaló anteriormente, tiene sentido utilizar zinc, cobre o níquel. Incluso una capa parcialmente destruida protegerá el metal de la oxidación. Por supuesto, estos tipos de protección contra la corrosión del metal son efectivos solo cuando la superficie no tiene defectos visibles como grietas, astillas y similares.
Galvanizado en detalle
Ya hemos visto los principales tipos de corrosión y ahora me gustaría hablar de mejores métodos proteccion. Uno de ellos es el galvanizado. Su esencia radica en que se aplica zinc o su aleación sobre la superficie a tratar, lo que le confiere a la superficie algunas propiedades físicas y químicas. Cabe resaltar que este método Se considera uno de los más económicos y eficientes, y esto a pesar de que aproximadamente el 40 por ciento de la producción mundial de este elemento se destina a la metalización del zinc. Se pueden galvanizar chapas de acero, elementos de fijación, así como instrumentos y otras estructuras metálicas. Lo interesante es que mediante metalización o pulverización se puede proteger un producto de cualquier tamaño y forma. El zinc no tiene finalidad decorativa, aunque con la ayuda de algunos aditivos especiales es posible obtener superficies brillantes. En principio, este metal es capaz de proporcionar protección máxima en ambientes agresivos.
Conclusión
Entonces te contamos qué es la corrosión. También se consideraron los tipos de corrosión. Ahora ya sabes cómo proteger la superficie de la oxidación prematura. En general, esto es extremadamente sencillo de hacer, pero dónde y cómo se utiliza el producto es de considerable importancia. Si está constantemente expuesto a cargas dinámicas y de vibración, existe una alta probabilidad de que se formen grietas en la pintura, a través de las cuales entrará humedad en el metal, como resultado de lo cual se deteriorará gradualmente. Sin embargo, el uso de varias juntas de goma y selladores en áreas donde interactúan productos metálicos puede prolongar ligeramente la vida útil del recubrimiento.
Bueno, eso es todo sobre este tema. Recuerde que el fallo prematuro de la estructura debido a la corrosión puede provocar consecuencias imprevistas. En una empresa, es posible que se produzcan grandes daños materiales y víctimas humanas como resultado de la oxidación de la estructura metálica de soporte.
CORROSIÓN DE METALES– físico-químico o reacción química entre el metal (aleación) y el medio ambiente, provocando el deterioro de las propiedades funcionales del metal (aleación), del medio ambiente o del sistema técnico que los incluye.
La palabra corrosión proviene del latín "corrodo" - "roer" (el latín tardío "corrosio" significa "corrosión").
La corrosión es causada reacción química metal con sustancias ambientales que fluyen en el límite del metal y el medio ambiente. En la mayoría de los casos, se trata de la oxidación del metal, por ejemplo, por el oxígeno del aire o los ácidos contenidos en las soluciones con las que el metal está en contacto. Los metales que se encuentran en la serie de tensión (serie de actividad) a la izquierda del hidrógeno, incluido el hierro, son especialmente susceptibles a esto.
Como resultado de la corrosión, el hierro se oxida. Este proceso es muy complejo e incluye varias etapas. Puede describirse mediante la ecuación resumida:
4Fe + 6H 2 O (humedad) + 3O 2 (aire) = 4Fe(OH) 3
El hidróxido de hierro (III) es muy inestable, pierde agua rápidamente y se convierte en óxido de hierro (III). Este compuesto no protege la superficie del hierro de una mayor oxidación. Como resultado, el objeto de hierro puede destruirse por completo.
Muchos metales, incluidos los bastante activos (por ejemplo, el aluminio), cuando se corroen, quedan cubiertos con una película de óxido densa y bien adherida, que no permite que los agentes oxidantes penetren en capas más profundas y, por lo tanto, protege el metal de la corrosión. Cuando se elimina esta película, el metal comienza a interactuar con la humedad y el oxígeno del aire.
El aluminio en condiciones normales es resistente al aire y al agua, incluso al agua hirviendo, pero si se aplica mercurio a la superficie del aluminio, la amalgama resultante destruye la película de óxido, la empuja desde la superficie y el metal rápidamente se convierte en escamas blancas de aluminio. metahidróxido:
4Al + 2H 2 O + 3O 2 = 4AlO(OH)
El aluminio amalgamado reacciona con el agua para liberar hidrógeno:
2Al + 4H 2 O = 2AlO(OH) + 3H 2
Algunos metales bastante inactivos también son susceptibles a la corrosión. En aire húmedo, la superficie del cobre se cubre con una capa verdosa (pátina) como resultado de la formación de una mezcla de sales básicas.
En ocasiones, cuando los metales se corroen, no se produce oxidación, sino la reducción de algunos elementos contenidos en las aleaciones. Por ejemplo, a altas presiones y temperaturas, los carburos contenidos en los aceros se reducen con hidrógeno.
La destrucción de metales en presencia de hidrógeno se descubrió a mediados del siglo XIX. El ingeniero francés Sainte-Claire Deville estudió las causas de las roturas inesperadas de los cañones de las armas. Con ellos análisis químico encontró hidrógeno en el metal. Deville decidió que era la saturación de hidrógeno la razón de la repentina caída en la resistencia del acero.
El hidrógeno causó muchos problemas a los diseñadores de equipos para uno de los procesos químicos industriales más importantes: la síntesis de amoníaco. Los primeros dispositivos para esta síntesis duraron sólo decenas de horas y luego se rompieron en pequeños pedazos. Sólo la adición de titanio, vanadio o molibdeno al acero ayudó a resolver este problema.
La corrosión de los metales también puede incluir su disolución en metales líquidos fundidos (sodio, plomo, bismuto), que se utilizan, en particular, como refrigerantes en reactores nucleares.
En términos de estequiometría, las reacciones que describen la corrosión de los metales son bastante simples, pero en términos de su mecanismo pertenecen a procesos complejos y heterogéneos. El mecanismo de corrosión está determinado principalmente por el tipo de entorno agresivo.
Cuando un material metálico entra en contacto con un gas químicamente activo, aparece una película de productos de reacción en su superficie. ella previene contacto adicional metales y gases. Si a través de esta película se produce una contradifusión de sustancias reactivas, la reacción continúa. El proceso se facilita a altas temperaturas. Durante la corrosión, la película del producto se espesa continuamente y el metal se destruye. La metalurgia y otras industrias que utilizan altas temperaturas sufren grandes pérdidas por la corrosión del gas.
La corrosión es más común en ambientes con electrolitos. En algunos procesos tecnológicos, los metales entran en contacto con electrolitos fundidos. Sin embargo, la corrosión más frecuente ocurre en soluciones de electrolitos. No es necesario que el metal esté completamente sumergido en el líquido. Las soluciones de electrolitos pueden estar presentes en forma de una fina película sobre la superficie del metal. A menudo impregnan metal circundante medio ambiente (suelo, hormigón, etc.).
Durante la construcción del puente del metro y de la estación Leninskie Gory de Moscú, añadieron un gran número de Cloruro de sodio para evitar la congelación del hormigón que aún no se ha fraguado. La estación fue construida en lo antes posible(en sólo 15 meses) e inaugurado el 12 de enero de 1959. Sin embargo, la presencia de cloruro de sodio en el hormigón provocó la destrucción de la armadura de acero. El 60% de las estructuras de hormigón armado sufrieron corrosión, por lo que la estación fue cerrada por reconstrucción. , durando casi 10 años. Sólo el 14 de enero de 2002 se reabrieron el puente del metro y la estación, llamada Vorobyovy Gory.
El uso de sales (generalmente cloruro de sodio o calcio) para eliminar la nieve y el hielo de las carreteras y aceras también hace que los metales se degraden más rápido. Los vehículos y las comunicaciones subterráneas se ven gravemente afectados. Se estima que sólo en los Estados Unidos, el uso de sales para combatir las nevadas y el hielo provoca pérdidas de alrededor de 2 mil millones de dólares al año debido a la corrosión de los motores y 500 millones de dólares en reparaciones adicionales de carreteras, autopistas subterráneas y puentes.
En entornos electrolíticos, la corrosión es causada no sólo por la acción del oxígeno, el agua o los ácidos sobre los metales, sino también por procesos electroquímicos. Ya a principios del siglo XIX. La corrosión electroquímica fue estudiada por los científicos ingleses Humphry Davy y Michael Faraday. La primera teoría de la corrosión electroquímica fue propuesta en 1830 por el científico suizo De la Rive. Explicó la aparición de corrosión en el punto de contacto entre dos metales diferentes.
La corrosión electroquímica conduce a la rápida destrucción de metales más activos, que en diversos mecanismos y dispositivos entran en contacto con metales menos activos ubicados a la derecha en la serie de voltaje electroquímico. El uso de piezas de cobre o latón en estructuras de hierro o aluminio que operan en agua de mar aumenta significativamente la corrosión. Se conocen casos de destrucción y hundimiento de barcos cuyo revestimiento de hierro estaba sujeto con remaches de cobre.
Individualmente, el aluminio y el titanio son resistentes a agua de mar, pero si entran en contacto en un producto, por ejemplo, en una caja para equipos fotográficos submarinos, el aluminio se destruye muy rápidamente y la caja gotea.
Los procesos electroquímicos también pueden ocurrir en un metal homogéneo. Se activan si existen diferencias en la composición del grano de metal en la masa y en el límite, tensiones mecánicas no homogéneas, microimpurezas, etc. En desarrollo teoria general Muchos de nuestros compatriotas participaron en la corrosión electroquímica de materiales metálicos, entre ellos Vladimir Aleksandrovich Kistyakovsky (1865-1952) y Alexander Naumovich Frumkin (1895-1976).
Una de las razones de la corrosión electroquímica son las corrientes parásitas, que aparecen debido a la fuga de parte de la corriente de circuitos electricos al suelo o soluciones acuosas, donde caen sobre estructuras metálicas. Cuando la corriente sale de estas estructuras, la disolución del metal comienza nuevamente en el suelo o el agua. Estas zonas de destrucción de metales bajo la influencia de corrientes parásitas se observan especialmente en áreas de transporte eléctrico terrestre (líneas de tranvía, transporte ferroviario en tracción eléctrica). Estas corrientes pueden alcanzar varios amperios, lo que provoca grandes daños por corrosión. Por ejemplo, el paso de una corriente de 1 A durante un año provocará la disolución de 9,1 kg de hierro, 10,7 kg de zinc, 33,4 kg de plomo.
La corrosión también puede ocurrir bajo la influencia de la radiación, así como de productos de desecho de bacterias y otros organismos. El desarrollo de bacterias en la superficie de estructuras metálicas está asociado al fenómeno de la biocorrosión. La contaminación de la parte submarina de los barcos con pequeños organismos marinos también influye en los procesos de corrosión.
Con exposición simultánea al metal. ambiente externo y tensiones mecánicas, todos los procesos de corrosión se activan, ya que esto reduce la estabilidad térmica del metal, destruye las películas de óxido en la superficie del metal y se intensifica. procesos electroquímicos en lugares donde aparecen grietas e irregularidades.
La corrosión provoca enormes pérdidas irreversibles de metales; aproximadamente el 10% del hierro producido se destruye por completo cada año. Según el Instituto química Física RAS, uno de cada seis altos hornos en Rusia funciona en vano: todo el metal fundido se oxida. Destrucción de estructuras metálicas, agrícolas y Transporte y Vehículos, los equipos industriales provocan tiempos de inactividad, accidentes y deterioro de la calidad del producto. Tener en cuenta la posible corrosión conduce a un aumento de los costes del metal en la fabricación de aparatos de alta presión, calderas de vapor, recipientes metálicos para sustancias tóxicas y radiactivas, etc. Esto aumenta las pérdidas generales por corrosión. Hay que gastar cantidades considerables de dinero en protección contra la corrosión. La relación entre pérdidas directas, pérdidas indirectas y costes de protección contra la corrosión se estima en (3–4):1:1. En los países industrializados, los daños causados por la corrosión alcanzan el 4% del ingreso nacional. En nuestro país asciende a miles de millones de rublos al año.
Los problemas de corrosión empeoran constantemente debido al continuo aumento de la producción de metales y al endurecimiento de sus condiciones de funcionamiento. El entorno en el que se utilizan estructuras metálicas es cada vez más agresivo, incluso por su contaminación. Los productos metálicos utilizados en tecnología funcionan en condiciones de temperaturas y presiones cada vez más altas y potentes flujos de gases y líquidos. Por tanto, la cuestión de la protección de los materiales metálicos contra la corrosión es cada vez más relevante. Es imposible prevenir por completo la corrosión del metal, por lo que la única forma de combatirla es encontrar formas de frenarla.
El problema de proteger los metales de la corrosión surgió casi desde el principio de su uso. La gente intentó proteger los metales de exposición atmosférica utilizando grasas, aceites y posteriormente recubriendo con otros metales y, sobre todo, estaño de bajo punto de fusión (estañado). En las obras del historiador griego Heródoto (siglo V a. C.) y del antiguo científico romano Plinio el Viejo (siglo I a. C.) ya hay referencias al uso de estaño para proteger el hierro de la oxidación. Actualmente, la lucha contra la corrosión se lleva a cabo en varias direcciones a la vez: se intenta cambiar el entorno en el que opera un producto metálico, influir en la resistencia a la corrosión del propio material y evitar el contacto entre el metal y sustancias agresivas del exterior. ambiente.
La corrosión se puede prevenir por completo sólo en un entorno inerte, por ejemplo, en una atmósfera de argón, pero en la gran mayoría de los casos es imposible crear dicho entorno durante el funcionamiento de estructuras y mecanismos. En la práctica, para reducir la actividad corrosiva de un medio, se intenta eliminar de él los componentes más reactivos, por ejemplo, se reduce la acidez de las soluciones acuosas y de los suelos con los que los metales pueden entrar en contacto. Uno de los métodos para combatir la corrosión del hierro y sus aleaciones, cobre, latón, zinc y plomo es la eliminación de oxígeno y dióxido de carbono de soluciones acuosas. En el sector energético y en algunas ramas de la tecnología, el agua también se libera de cloruros, que estimulan la corrosión local. Para reducir la acidez del suelo, se realiza encalado.
La agresividad de la atmósfera depende en gran medida de la humedad. Para cualquier metal existe una cierta humedad relativa crítica, por debajo de la cual no está sujeto a la corrosión atmosférica. Para el hierro, cobre, níquel y zinc es del 50 al 70%. A veces, por la seguridad de los productos que tienen valor histórico, su temperatura se mantiene artificialmente por encima del punto de rocío. En espacios cerrados (por ejemplo, en cajas de embalaje), la humedad se reduce utilizando gel de sílice u otros adsorbentes. La agresividad de la atmósfera industrial está determinada principalmente por los productos de la combustión de combustibles ( cm. CONTAMINACIÓN AMBIENTAL). La prevención de la lluvia ácida y la eliminación de las emisiones de gases nocivos ayudan a reducir las pérdidas por corrosión.
La destrucción de metales en ambientes acuosos se puede frenar utilizando inhibidores de la corrosión, que se añaden en pequeñas cantidades (normalmente menos del 1%) a las soluciones acuosas. Contribuyen a la pasivación de la superficie del metal, es decir, la formación de una película fina y densa de óxidos u otros compuestos poco solubles, que impide la destrucción de la sustancia principal. Para ello se utilizan algunas sales de sodio (carbonato, silicato, borato) y otros compuestos. Si hojas de afeitar sumergir en una solución de cromato de potasio, se almacenan por mucho más tiempo. A menudo se utilizan inhibidores orgánicos, que son más eficaces que los inorgánicos.
Uno de los métodos de protección contra la corrosión se basa en el desarrollo de nuevos materiales que tengan mayor resistencia a la corrosión. Continúa la búsqueda de sustitutos para los metales corrosivos. Los plásticos, la cerámica, el vidrio, el caucho, el amianto y el hormigón son más resistentes a las influencias ambientales, pero en muchas otras propiedades son inferiores a los metales, que todavía sirven como principales materiales estructurales.
Los metales nobles son prácticamente resistentes a la corrosión, pero son demasiado caros para su uso generalizado, por lo que se utilizan sólo en las partes más críticas, por ejemplo, para la fabricación de contactos eléctricos no corrosivos. El níquel, el aluminio, el cobre, el titanio y sus aleaciones tienen una alta resistencia a la corrosión. Su producción está creciendo con bastante rapidez, pero incluso ahora el metal más accesible y utilizado sigue siendo el hierro que se oxida rápidamente. Dar resistencia a la corrosión Las aleaciones a base de hierro suelen utilizar aleaciones. Así se obtiene el acero inoxidable que, además de hierro, contiene cromo y níquel. El acero inoxidable más común en nuestro tiempo, el grado 18-8 (18% de cromo y 8% de níquel), apareció en 1923. Es bastante resistente a la humedad y al oxígeno. Las primeras toneladas de acero inoxidable en nuestro país se fundieron en 1924 en Zlatoust. Hoy en día se han desarrollado muchos grados de aceros que, además de cromo y níquel, contienen manganeso, molibdeno, tungsteno y otros. elementos químicos. A menudo se utiliza la aleación superficial de aleaciones económicas de hierro con zinc, aluminio y cromo.
Para resistir la corrosión atmosférica, se aplican a los productos de acero finas capas de otros metales que son más resistentes a la humedad y al oxígeno atmosférico. A menudo se utilizan cromados y niquelado. Debido a que los cromados a menudo contienen grietas, generalmente se aplican sobre niquelado menos decorativo. Para proteger la lata latas debido a la corrosión de los ácidos orgánicos contenidos en los productos alimenticios se consume cantidad considerable estaño. Mucho tiempo para cubrir utensilios de cocina Se usaba cadmio, pero ahora se sabe que este metal es peligroso para la salud y los recubrimientos de cadmio se usan solo en tecnología.
Para frenar la corrosión, se aplican barnices y pinturas, aceites minerales y lubricantes a la superficie del metal. Las estructuras subterráneas se cubren con una gruesa capa de betún o polietileno. Superficies internas tubos de acero y los tanques están protegidos con revestimientos de cemento baratos.
Para que la pintura sea más confiable, la superficie del metal se limpia a fondo de suciedad y productos de corrosión y se somete a un tratamiento especial. Para los productos de acero se utilizan los denominados convertidores de óxido que contienen ácido ortofosfórico (H 3 PO 4) y sus sales. Disuelven los óxidos residuales y forman una película densa y duradera de fosfatos que puede proteger la superficie del producto durante algún tiempo. Luego, el metal se recubre con una capa de imprimación, que debe quedar bien en la superficie y tener propiedades protectoras(normalmente se utiliza plomo rojo o cromato de zinc). Sólo después de esto se puede aplicar barniz o pintura.
Uno de los métodos más eficaces para combatir la corrosión es protección electroquímica. Para proteger las plataformas de perforación, bases metálicas soldadas y tuberías subterráneas, se conectan como cátodos a una fuente de corriente externa. Como ánodo se utilizan electrodos inertes auxiliares.
Otra versión de esta protección se utiliza para estructuras de acero relativamente pequeñas o cubiertas adicionalmente con aislamiento. objetos metálicos(por ejemplo, tuberías). En este caso, se utiliza un protector: un ánodo hecho de un metal relativamente activo (generalmente magnesio, zinc, aluminio y sus aleaciones), que colapsa gradualmente, protegiendo el objeto principal. Con la ayuda de un ánodo de magnesio se pueden proteger hasta 8 km de tuberías. La protección de la banda de rodadura está muy extendida; Por ejemplo, en Estados Unidos se gastan anualmente alrededor de 11,5 mil toneladas de aluminio en la producción de protectores.
La protección de un metal por otro metal más activo ubicado en la serie de voltaje a la izquierda es efectiva sin imponer una diferencia de potencial. El metal más activo (por ejemplo, el zinc en la superficie del hierro) protege al metal menos activo de la destrucción.
Los métodos electroquímicos para combatir la corrosión también incluyen la protección contra la destrucción de estructuras por corrientes parásitas. Una de las formas de eliminar dicha corrosión es conectar un conductor metálico a la sección de la estructura desde donde fluye la corriente parásita con el riel por el que se mueve el tranvía o el tren eléctrico.
Elena Savinkina
Cuando los metales interactúan con sustancias ambientales, se forman compuestos en su superficie que tienen propiedades completamente diferentes a las de los propios metales. En la vida cotidiana, a menudo repetimos las palabras "óxido", "oxidación" y vemos una capa de color marrón amarillento en los productos hechos de hierro y sus aleaciones.
La oxidación es un caso especial de corrosión.
La corrosión es el proceso de destrucción espontánea de metales bajo la influencia del ambiente externo.
Sin embargo, casi todos los metales están sujetos a destrucción, como resultado de lo cual muchas de sus propiedades se deterioran (o se pierden por completo): disminuyen la resistencia, la ductilidad, el brillo, disminuye la conductividad eléctrica y aumenta la fricción entre las partes móviles de la máquina, aumentan las dimensiones de las piezas. cambio, etc
Por su naturaleza química, la corrosión es un proceso de oxidación-reducción. Dependiendo del entorno en el que se produce se distinguen dos tipos de corrosión.
Tipos de corrosión
1.Corrosión química ocurre en un ambiente no conductor.
Este tipo de corrosión ocurre cuando los metales interactúan con gases secos o líquidos sin electrolitos (gasolina, queroseno, etc.). Partes y conjuntos de motores, turbinas de gas, lanzadores de cohete. La corrosión química se observa a menudo durante el procesamiento de metales a altas temperaturas.
3Fe + 2O2 = Fe3O4
4Al + 3O 2 = 2Al 2 O 3
La mayoría de los metales se oxidan con el oxígeno atmosférico, formando películas de óxido en la superficie. Si esta película es fuerte, densa y está bien adherida al metal, entonces protege al metal de una mayor destrucción. Estas películas protectoras aparecen en Zn, AI, Cr, Ni, Sn, Pb, Nb, Ta, etc. En el hierro, es suelto, poroso, se separa fácilmente de la superficie y, por lo tanto, no puede proteger el metal de una mayor destrucción.
II. Corrosión electroquímica ocurre en un ambiente conductor (en el electrolito) con la aparición de una corriente eléctrica dentro del sistema. Partes submarinas de barcos, calderas de vapor, tuberías subterráneas, estructuras metálicas ubicadas en aire húmedo. Como regla general, los metales y aleaciones son heterogéneos y contienen inclusiones de diversas impurezas. Cuando entran en contacto con los electrolitos, algunas zonas de la superficie comienzan a actuar como ánodo (donar electrones), mientras que otras actúan como cátodo (recibir electrones).
Para proteger el hierro de la corrosión se utilizan todo tipo de recubrimientos: pintura, una capa de metal (estaño, zinc). Al mismo tiempo, la pintura y el estaño protegen contra la corrosión mientras la capa protectora esté intacta. La aparición de grietas y rayones permite que la humedad y el aire penetren en la superficie del hierro, y se reanuda el proceso de corrosión, y en el caso de un recubrimiento de estaño incluso se acelera, ya que el estaño sirve como cátodo en el proceso electroquímico.
El hierro galvanizado se comporta de manera diferente. Dado que el zinc actúa como ánodo, su función protectora se mantiene incluso si el recubrimiento de zinc está dañado. Protección catódica Ampliamente utilizado para reducir la corrosión de tuberías subterráneas y submarinas y soportes de acero de transmisiones de alto voltaje, plataformas petrolíferas y muelles.
