Korozja i erozja metali: przyczyny i metody ochrony

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Chemiczne, mechaniczne i elektryczne czynniki zewnętrzne często występują w środowiskach pracy wyrobów metalowych. W efekcie przy niewłaściwej konserwacji takich elementów, a także ignorowaniu norm bezpieczeństwa, może wystąpić ryzyko odkształcenia i uszkodzenia konstrukcji i części. Wynika to z zachodzących procesów korozji i erozji metali, które w dłuższej perspektywie przyczyniają się do całkowitego zniszczenia struktury produktu.

Dlaczego pojawia się rdza

W reakcji korozyjnej warunki do strukturalnego zniszczenia wyrobów metalowych powstają w wyniku kontaktu z mediami chemicznymi i elektrochemicznymi. W pierwszym przypadku materiał wchodzi w kontakt z produktami naftowymi, węglem, solą i innymi minerałami. W tym przypadku prąd elektryczny nie jest zaangażowany. Głównym czynnikiem roboczym może być suchy gaz lub nieprzewodząca ciecz. Odmiany lekkie mają największy efekt destrukcyjny.produkty ropopochodne, takie jak nafta i benzyna. W szczególności na kadłub morskiego tankowca transportowego mogą mieć wpływ związki siarki i pozostałości kwasowe obecne w ich składzie.

W korozji elektrochemicznej występuje również wpływ prądu. Złożonemu zniszczeniu z erozją metalu towarzyszyć będzie zużycie mechaniczne. Sytuację może komplikować fakt, że same wpływy zewnętrzne będą zdeterminowane właściwościami środowiska naturalnego – np. w wodzie morskiej mogą zachodzić reakcje chemiczne z elektrolitami. Sam korpus metalowy jest materiałem niejednorodnym w strukturze, co prowadzi do obecności par mikrogalwanicznych. To one, wraz z metalowymi elementami konstrukcji, pełnią funkcję anod, tworząc warunki dla procesu korozji.

Przyczyny erozji

Ogólnie rzecz biorąc, erozja odnosi się do zużycia mechanicznego, w wyniku którego produkt może zmieniać rozmiar, kształt, wagę i inne cechy. Jaka jest przyczyna erozji metalu? Fizyczne procesy oddziaływania zewnętrznego, które zmniejszają wytrzymałość mikroobjętości warstwy wierzchniej konstrukcji lub jej części. Co więcej, media działające to nie tylko czynniki mechaniczne, takie jak bezpośredni kontakt z twardymi materiałami ściernymi.

Mogą to być media termiczne, gazowe i aktywne chemicznie i mogą działać zarówno niezależnie, jak i jako dodatkowewspółczynnik zużycia. Na przykład przepływy gazu przyczyniają się do ruchu cząstek stałych w obwodzie dostarczania mieszanin roboczych przez rurociąg, co ma pośrednie działanie destrukcyjne na powierzchnie metalowe.

Metody ochrony metali przed korozją

Praktyka pokazuje, że 80% warunków ochrony materiałów przed korozją określa się na etapie przygotowania powierzchni. Pozostałe 20% są już dostarczane podczas pracy. W przybliżeniu taki sam stosunek skuteczności środków ochronnych obserwuje się w przypadku erozji metali, gdy stosuje się środki minimalizacji zużycia przedmiotów obrabianych.

Główne obszary ochrony antykorozyjnej to strukturalne, pasywne i aktywne. Ochrona konstrukcji wynika z zastosowania specjalnych stopów na bazie stali nierdzewnej, stali Corten i metali nieżelaznych. Metody aktywne polegają na zmianie struktury materiału podwójną warstwą elektryczną - metoda ochrony elektrochemicznej. Natomiast metody pasywne polegają na zastosowaniu specjalnych powłok, które zapobiegają tworzeniu się elementu korozyjnego.

Odmiany obróbki cieplnej metali

Grupa metod technologicznej obróbki półwyrobów metalowych, która również skupia się na zmianie strukturalnej warstwy wierzchniej w celu ochrony przed uszkodzeniami korozyjnymi. Wyróżnia się następujące rodzaje takiego przetwarzania:

• Wyżarzanie. Obróbka cieplna, w której metal jest podgrzewany, a następnie stopniowe chłodzenie.
• Hartowanie. WStale i ich stopy mogą służyć jako produkty docelowe. Podczas hartowania struktura ulega rekrystalizacji, a po utrzymywaniu materiału w krytycznej temperaturze następuje schłodzenie. W części poddanej takiej obróbce tworzy się struktura nierównowagowa, co jest czynnikiem ograniczającym wybór tej metody.
• Wakacje. Alternatywna metoda obróbki cieplnej metalu w stosunku do hartowania, która może również pełnić funkcję pomocniczą przy zmianie struktury. W każdym razie podczas jego realizacji usuwane są nadmierne naprężenia stali, co prowadzi do wzrostu właściwości antykorozyjnych.
• Normalizacja. Przetwarzanie podobne do wyżarzania. Różnica polega na tym, że podczas wyżarzania chłodzenie odbywa się w piecu, natomiast podczas normalizacji odbywa się w powietrzu.

Metody ochrony metali przed erozją

Głównym kierunkiem w ochronie materiałów metalowych przed erozją jest opracowanie specjalnych powłok. W szczególności metalizacja w postaci naniesienia na przedmiot obrabianego stopu antykorozyjnego podnosi właściwości chemiczne i mechaniczne konstrukcji. W rezultacie zużycie jest zmniejszone, a konstrukcja części może zachować poprzednią wydajność.

Opracowywane są również niemetaliczne, odporne na zużycie powłoki do określonych zastosowań. Na przykład erozja metali, powstająca w warunkach powierzchni trących, często występuje w częściach pojazdów. Do tego rodzaju ochrony stosuje się związki diamentopodobne, ceramiczne i kombinowane o podwyższonej wytrzymałości i twardości.

Funkcjeochrona przed erozją gazową

W tym przypadku nacisk kładzie się nie na mechaniczną ochronę części, ale na izolację chemiczno-fizyczną. Można stosować zarówno specjalne tryby przechowywania i przechowywania materiałów, jak i specjalne smary zapobiegające erozji metalu. Ochrona przed zużyciem i zapobieganie zużyciu zależą również od izolacji termicznej.

W tym kierunku wykorzystywane są materiały, takie jak czysty chrom i nairyt marki NT. Wadą chromu jest to, że charakteryzuje się brakiem twardości i ciągliwości. Z tego powodu rzadko jest stosowany jako element izolacji konstrukcyjnej. Jeśli chodzi o nairyt, na jego bazie powstają płynne mieszanki gumujące, dzięki którym powstają monolityczne, odporne na zużycie uszczelnienia.

Sposób ochrony przez natryskiwanie termiczne

Jest to wszechstronna technologia ochrony, która nadaje się zarówno do zapobiegania korozji, jak i mechanicznej izolacji zużycia. Technika jego aplikacji polega na tym, że cząsteczki cynku są nakładane na powierzchnię części za pomocą strumienia gazu. W przeciwieństwie do innych metod metalizacji, ta metoda tworzy warstwę ochronną o grubości do kilkudziesięciu mikronów. W ten sposób zapobiega się procesom erozji zachodzącym w węzłach urządzeń inżynieryjnych, a także w sieciach transportowych i głównych rurociągach naftowych.

Wniosek

Procesy negatywnego wpływu na konstrukcje metalowe zmuszają działające firmy do wydawania pieniędzyduże sumy na ich utrzymanie. Jednocześnie najskuteczniejsze środki ochrony są z reguły droższe. Z drugiej strony wstępne badania warunków użytkowania produktów pod kątem ryzyka powstawania rdzy lub erozji metalu mogą te koszty zminimalizować. Faktem jest, że na etapie doboru stopu ustala się wiele właściwości technicznych i ochronnych krytycznych konstrukcji. Dzięki stopowaniu i wprowadzeniu dodatków modyfikujących na etapie produkcji części możliwe jest nadanie jej optymalnych właściwości ochronnych.