СПРАВОЧНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

КОРРОЗИЯ: термины и определения

Т ермин коррозия происходит от латинского слова corroder – разъедать, разрушать. Коррозия – это разрушение металлов вследствие химического или электрохимического взаимодействия его с внешней средой. В результате процесса коррозии металлы переходят в соответствующие оксиды или соли, т.е. в такое состояние, в котором они обычно находятся в природе.

По характеру самого процесса коррозия разделяется на две основные группы: химическую и электрохимическую. Первый вид коррозии протекает в неэлектролитах и в сухих газах. Электрохимическая коррозия протекает в растворах электролитов и во влажных газах. Этот вид коррозии сопровождается протеканием электрического тока.

По характеру коррозионной среды различают следующие виды коррозии:

- газовую;

- атмосферную;

- жидкостную;

- почвенную.

Газовая коррозия происходит при отсутствии конденсации влаги на поверхности и на практике встречается при эксплуатации металлов при повышенных температурах.

При температуре от 100 до 200-300^ОС скорость коррозии в газовых средах сравнительно невысокая, если при этом не происходит конденсация влаги и, следовательно, не могут протекать электрохимические процессы. Выше указанной температуры скорость газовой коррозии резко возрастает. Хлор оказывает сильное действие при температуре выше 200^ОС, хлористый водород – выше 300^ОС, сернистый газ, оксид азота, пары серы – около 500^ОС.

Химическая коррозия в неэлектролитах, в значительной степени зависит от наличия в них агрессивных примесей (например, сернистых соединений). Коррозии подвержены металлы в углеводородах, содержащих различные карбоновые кислоты.

Атмосферная коррозия относится к наиболее распространенному типу коррозии, так как около 80% металлических конструкций эксплуатируется в атмосферных условиях. Коррозия, протекающая в условиях любого влажного газа, также может быть отнесена к атмосферной коррозии.

Коррозионный процесс в атмосферных условиях обуславливается воздействием тонкой пленки влаги, образующейся на поверхности металла. Толщина этой пленки зависит от относительной влажности воздуха. При влажности воздуха ниже 100% на гладкой поверхности образуется мономолекулярная адсорбционная пленка; при этой же влажности обычно происходит конденсация влаги в капиллярных щелях.

Различают мокрую атмосферную коррозию, возникающую при непосредственном воздействии на металл атмосферных осадков или при относительной влажности ниже 100%, и влажную, возникающую при относительной влажности воздуха ниже 100%.

Н

Ржавчина гигроскопична, что создает условия для повышения скорости коррозии

а скорость атмосферной коррозии, помимо влажности, влияет загрязнение воздуха дымовыми газами, содержащими сернистый газ, солями, пылью и т.п. Эти газы и загрязнения, растворяясь в пленке влаги, увеличивают скорость реакции коррозии. По этой причине в районах промышленных центров коррозия идет интенсивнее, чем в сельской местности. На железе во влажной атмосфере образуется рыхлый слой гидроксида железа (ржавчины), который не защищает металл от дальнейшего разрушения. Кроме того, ржавчина гигроскопична, что создает условия для повышения скорости коррозии. Продукты коррозии цинка и, в частности, хлорид цинка, образующийся в атмосфере, содержащей частички хлористых солей (в морской атмосфере), также весьма гигроскопичны. Напротив, продукты коррозии алюминия хорошо предохраняют металл от дальнейших разрушений

Жидкостная коррозия – весьма распространенный вид коррозии. В зависимости от того, в какой жидкой среде происходит коррозия, различают кислотную, щелочную, солевую, морскую и речную коррозии. По условиям воздействия жидкости на поверхность металла эти виды коррозии получают добавочные характеристики: с полным погружением, с неполным погружением, с переменным погружением, капельная, струевая.

Коррозионный процесс в жидких средах для большинства металлов протекает с участием кислорода. Особенное усиление коррозии наблюдается вблизи ватерлинии. Это объясняется легким доступом кислорода. Исключительно энергичное коррозионное воздействие оказывают, например, брызги морской воды. На скорость коррозии в жидкости сильно влияет наличие окалины. Так в морской воде окалина может в 30-40 раз увеличить скорость коррозии.

П очвенной коррозии подвержены различные металлические трубопроводы, опоры, сваи, днища резервуаров, кабельные сети и другие конструкции, находящиеся полностью или частично в почве.

Почвенная коррозия часто связана с блуждающими токами. Источниками блуждающих токов являются электротранспорт (трамваи, метро, электропоезда), различные электроустановки, питающиеся постоянным током. Величина блуждающего тока может быть весьма значительной. Радиус действия иногда достигает нескольких десятков километров.

Коррозия металлов в почве имеет ряд специфических особенностей, например, возможность образования коррозионных элементов протяженностью в десятки и сотни метров (коррозия трубопроводов).

Во влажных, кислых и щелочных почвах коррозия может быть значительной.

По характеру коррозионных разрушений различают: равномерную и неравномерную коррозию. Если коррозионные разрушения концентрируются на определенных участках, то такой вид коррозии называется местной коррозией. Местная коррозия бывает различных типов:

- пятнами;

- язвами;

- точечная;

- сквозная.

Различают также межкристаллитную, подповерхностную и избирательную коррозию.

Межкристаллитная коррозия локализуется по границам кристаллов и при малом внешнем изменении приводит к значительной потере механической прочности металла. В отдельных случаях при такой коррозии металл может рассыпаться в порошок.

Подповерхностная коррозия начинается с поверхности, но распространяется под поверхностью металла. Этот вид коррозии вызывает вспучивание или расслаивание металла.

Избирательной коррозией называют явление, когда из двух или более компонентов металлического сплава переходит в коррозионный раствор преимущественно один из компонентов, а поверхность сплава постепенно обогащается другим компонентом.

На скорость коррозии влияют как внешние факторы: характер среды, рН, скорость движения и температура среды, так и внутренние факторы: состав и структура металла, чистота сплава и состояние его поверхности.

Г

Свежая, грубо обработанная поверхность после пескоструйной обработки обладает большой коррозионной активностью

етерогенность сплавов, например, наличие карбидов в стали, графита в чугуне, вызывает ускорение коррозионного процесса.

Тщательная обработка поверхности, например, шлифовка или полировка, повышает устойчивость против коррозии в начальной стадии, особенно в атмосферных условиях. При коррозии в морской воде это сказывается в меньшей степени. Свежая, грубо обработанная поверхность после пескоструйной обработки обладает большей активностью ввиду отсутствия воздушной окисной пассивирующей пленки.

Внутреннее напряжение, появляющееся в металле в результате деформации в процессе обработки и эксплуатации, ухудшает коррозионную стойкость металла.

рН раствора оказывает существенное, но двоякое влияние на коррозионную стойкость металлов за счет растворимости продуктов коррозии и возможности образования защитных, кроющих пленок.

С точки зрения влияния концентрации ионов водорода на коррозию металлы можно разбить на пять групп:

1 стойкие в кислых и щелочных растворах (платина, золото, титан);

2 стойкие в щелочной среде, но не устойчивые в кислых растворах (кадмий);

3 стойкие в кислых средах, но не устойчивые в щелочных растворах (молибден, вольфрам);

4 стойкие в нейтральных средах, но не устойчивые в кислых и щелочных растворах (медь, цинк, алюминий, свинец);

5 мало стойкие в кислых растворах, умеренно стойкие в нейтральных и пассивирующиеся в щелочных растворах (магний, марганец, железо).

Например, минимальная коррозия для железа наблюдается при рН 14, для алюминия при рН 6,5, а для цинка при рН 11.

Важным внешним фактором, влияющим на скорость коррозии, является концентрация кислорода в растворе. Двойственная роль кислорода заключается в том, что с одной стороны кислород усиливает скорость реакции, а с другой стороны кислород может тормозить коррозионный процесс, так как он повышает стабильность оксидных пленок на многих металлах. Суммарное действие может быть различным в зависимости от конкретных условий. Например, в морской воде увеличение концентрации кислорода приводит к увеличению скорости коррозии.

Температура – важный фактор коррозии. Для многих процессов с повышением температуры резко увеличивается скорость коррозии. Если кислород имеет возможность выделяться из раствора при повышении температуры, то скорость коррозии снижается. Если кислород не может выделяться из раствора, то скорость коррозии возрастает. Повышение температуры влияет также и на характер защитной пленки. Так, например, на цинке до 50^ОС пленка обладает хорошей адгезией и защитными свойствами. В интервале (50-90)^ОС образуется зернистая, имеющая плохую адгезию и плохо защищающая пленка. Выше 90^ОС снова образуется плотная пленка с хорошей адгезией.

ЛАКОКРАСОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ: термины и определения, методы испытаний

Н аибольшее значение в борьбе с коррозией металлов имеют неметаллические защитные покрытия. А именно лакокрасочные материалы. Окрашивание производится с целью защиты от разрушающего действия окружающей среды, а также для придания изделиям красивого внешнего вида. К лакокрасочным покрытиям (ЛКП), помимо надежной защиты от коррозии, предъявляются самые разнообразные требования в отношении внешнего вида, твердости, эластичности, прочности к удару, трению и другим механическим воздействиям, термостойкости, водо- и паропроницаемости и т.д.

Основными составляющими жидких лакокрасочных материалов являются пленкообразующие вещества в чистом виде (олифы или лаки) или в смеси с пигментами и наполнителями (краски, эмали). Качество лакокрасочных покрытий зависит от химических и физических свойств лакокрасочных материалов, главным образом от пленкообразующей основы, от свойств покрываемой поверхности, а также от их взаимодействия.

Лакокрасочные материалы (ЛКМ) – это композиции, способные обеспечить формирование на подложке (поверхности изделия) покрытия с заданным комплексом свойств.

Возможность формирования слоя покрытия определяется пленкообразующим веществом (пленкообразователем)

Пленкообразующие вещества – это высокомолекулярные синтетические или природные вещества, а также их смеси, способные вместе с другими компонентами ЛКМ при нанесении тонким слоем из раствора, дисперсий или расплава формировать покрытие в результате физико-механических или химических превращений на подложке.

Пленкообразователь может быть однофазной или двухфазной системой. К однофазным относится 100%-ный пленкообразователь (например, натуральная олифа) или раствор пленкообразователя (например, полуфабрикатный лак). К двухфазным системам относят суспензии (дисперсии) пленкообразователя в воде или органическом растворителе. Например, акриловые дисперсии.

Синтетические пленкообразующие вещества в лакокрасочной промышленности часто называют смолами.

Различают следующие основные виды лакокрасочных материалов: лаки, олифы, краски, эмали, грунтовки, шпатлевки.

Лаки – это растворы пленкообразующих веществ в летучих жидкостях. При высыхании или отверждении они образуют прозрачное однородное покрытие.

Низкомолекулярные летучие жидкости называют растворителями или разбавителями.

Сильным растворителем для данного полимера считают такой растворитель, с которым этот полимер образует однородную систему во всех областях концентраций и большом диапазоне температур.

Слабым растворителем называют растворитель, который образует гомогенную (однородную) систему только в определенной области концентраций и температур; при изменении концентрации или температуры происходит выделение растворенного вещества и система расслаивается.

Разбавителями называют растворители, которые сами не растворяют данный полимер, но при введении в раствор полимера не разрушают его структуру и не образуют двухфазные коллоидные системы. Термином разбавитель в настоящее время пользуются редко.

Олифы – это продукты термической или химической переработки растительных масел.

Связующее – это жидкая составляющая ЛКМ, представляющая собой раствор или дисперсию пленкообразующего вещества с добавкой других жидких компонентов и образующая среду, в которой диспергируется пигмент. Связующим могут также служить жидкие пленкообразующие вещества (масла, олифы).

Эмали – это суспензии пигментов или смеси пигментов с наполнителями и другими компонентами ЛКМ в лаке. Эмали образуют однородные непрозрачные покрытия. Они придают декоративность покрытиям и обеспечивают стойкость к внешним воздействиям.

Грунтовки – дисперсии пигментов и наполнителей в растворе или эмульсии пленкообразующего вещества. Они служат для придания подложке коррозионной стойкости, обеспечения адгезии покрытий, получаемых после нанесения на грунтовки лаков, красок или эмалей, а также для предотвращения отслоения покрытия вследствие различия коэффициентов термического расширения материалов покрытия и подложки. В связи с этим состав грунтовок характеризуется повышенным содержанием пигментов и наполнителей.

Шпатлевки – дисперсии пигментов и наполнителей в связующем, в количествах, которые обеспечивают получение вязкой массы с возможно большим содержанием нелетучих веществ и, следовательно, возможно меньшей усадкой при сушке или отверждении. Шпатлевки служат для заделывания различных дефектов (пор, раковин, углублений и т.п.) на окрашиваемой поверхности.

Термин краска ранее применялся преимущественно к пигментированным композициям на основе высыхающих масел и олиф. Со временем такие составы начали вытесняться эмалями и в настоящее время выпуск масляных красок резко сократился. Однако термин «краска» сохранился применительно к порошковым, клеевым, воднодисперсионным, силикатным составам, а также для ЛКМ, предназначенных для неметаллических подложек (художественные краски, краски по коже, резине, древесине и др.).

Принципиальной разницы между красками и эмалями нет, но эмали содержат большее количество (причем, как правило, синтетического) пленкообразователя на единицу объема пигментов и наполнителей.

Адгезия – это связь между поверхностями двух соприкасающихся разнородных тел, обуславливающая их «прилипание» друг к другу. Она определяется интенсивностью межмолекулярного и химического взаимодействия на поверхности раздела.

Когезия – это сцепление молекул одного и того же твердого тела или жидкости, приводящее к объединению этих частиц в единое целое. Когезия обусловлена силами межмолекулярного взаимодействия в самом теле.

Химическая стойкость – стойкость к действию агрессивных реагентов (как жидких, так и газообразных), растворителей и смазочных масел.

А

Средство R 101 – единственный лакокрасочный материал обладающий софеизирущим действием

тмосферостойкость – это способность покрытия противостоять действию атмосферных влияний (влаги, температуры, кислорода воздуха, солнечной радиации).

Термостойкость и морозостойкость – способность покрытий сохранять свой внешний вид и не разрушаться под действием высоких и низких температур.

Поверхностное натяжение характеризует смачивающую способность ЛКМ.

Софеизация – процесс проникновения ЛКМ в неровности окрашиваемой поверхности сквозь продукты коррозии с вытеснением влаги и воздуха из трещин, пор и других дефектов поверхности. При этом образующаяся пленка строго повторяет географию поверхности чистого металла. При применении софеизирующих ЛКМ (средств софеизации) максимально исключаются очаги подпленочной коррозии.

Методы испытания жидких ЛКМ

1 Определение массовой доли нелетучих веществ

Массовая доля нелетучих веществ определяется высушиванием навески (около 2 г) испытуемого ЛКМ при температуре 140^оС до постоянной массы. Перед испытаниями ЛКМ должно быть тщательно усреднено. Разбавление ЛКМ не производится, если это специально не оговорено в нормативном документе на материал.

Массовая доля нелетучих веществ рассчитывается в процентах.

Для лаков массовая доля нелетучих веществ практически обозначает содержание пленкообразователя (смолы).

Для пигментированных ЛКМ массовая доля нелетучих веществ обозначает, какая часть материала фактически образует покрытие, а какая улетучится при сушке.

2 Определение времени и степени высыхания

Время высыхания – промежуток времени, в течение которого достигается определенная степень высыхания при заданной толщине лакокрасочного слоя и при определенных условиях сушки.

Степень высыхания характеризует состояние поверхности ЛКМ, нанесенного на пластину, при определенных времени и температуре сушки.

Толщина лакокрасочного слоя, условия сушки, рабочая вязкость и растворитель указываются обычно в описании материала.

Для определения времени высыхания до степени 3 на высохшую пленку накладывают листочек типографской бумаги с плотностью от 60 до 70 г/м². На бумагу накладывается резиновая пластинка с твердостью по Шору А 35±5 условных единиц, на которую устанавливают гирьку массой 200 г, и выдерживают в течение 30 с. Затем бумагу снимают любым способом, не приводящим к повреждению пленки. Если ЛКМ высохло достаточно, бумага не прилипает к покрытию.

Под временем полной полимеризации подразумевается срок, по прохождении которого пленка ЛКМ приобретает максимально возможные защитные свойства.

3 Определение условной вязкости (текучести)

За условную вязкость ЛКМ, обладающих свободной текучестью, принимают время истечения определенного объема испытуемого материала из вискозиметра ВЗ-246 (DIN-4) при определенной температуре. Обычно принимается температура 20^ОС. Сам вискозиметр эбонитовый, а сопла металлические.

Перед испытаниями ЛКМ должно быть тщательно усреднено. Разбавление ЛКМ не производится, если это специально не оговорено в нормативном документе на материал.

Условная вязкость определяется в секундах.

4 Определение степени перетира

Сущность метода заключается в определении глубины канавки на приборе гриндометре, где отдельные твердые частицы ЛКМ легко различимы.

Гриндометр представляет собой брусок из закаленной стали длиной около 175 мм, шириной 65 мм и толщиной 13 мм. На поверхности расположена одна или две канавки длиной приблизительно 140 мм и шириной 12,5 мм, проходящие параллельно длинным сторонам бруска. Глубина каждой канавки равномерно изменяется по всей длине от 0 до 25, 50, 100 или 150 мкм. Скребок, которым распределяют ЛКМ, имеет одно или два стальные лезвия длиной около 90 мм, шириной 40 мм и толщиной 6 мм. Кромки имеют радиус закругления до 0,25 мм.

Перед испытаниями ЛКМ должно быть тщательно усреднено. Разбавление ЛКМ не производится, если это специально не оговорено в нормативном документе на материал.