Как называются вещества замедляющие процесс коррозии

Защита металла от коррозии

Металлы используются человеком с доисторических времен, изделия из них широко распространены в нашей жизни. Самым распространенным металлом является железо и его сплавы. К сожалению, они подвержены коррозии, или ржавлению — разрушению в результате окисления. Своевременная защита от коррозии позволяет продлить срок службы металлических изделий и конструкций.

Защита от коррозии

Виды коррозии

Ученые давно борются с коррозией и выделили несколько основных ее типов:

• Атмосферная. Происходит окисление вследствие контакта с кислородом воздуха и содержащимися в нем водяными парами. Присутствие в воздухе загрязнений в виде химически активных веществ ускоряет ржавление.
• Жидкостная. Проходит в водной среде, соли, содержащиеся в воде, особенно морской, многократно ускоряют окисление.
• Почвенная. Этому виду подвержены изделия и конструкции, находящиеся в грунте. Химический состав грунта, грунтовые воды и токи утечки создают особую среду для развития химических процессов.

Исходя из того, в какой среде будет эксплуатироваться изделие, подбираются подходящие методы защиты от коррозии.

Характерные типы поражения ржавчиной

Различают следующие характерные виды поражения коррозией:

• Поверхность покрыта сплошным ржавым слоем или отдельными кусками.
• На детали возникли небольшие участки ржавчины, проникающей в толщину детали.
• В виде глубоких трещин.
• В сплаве окисляется один из компонентов.
• Глубинное проникновение по всему объему.
• Комбинированные.

Виды коррозионных разрушений

По причине возникновения разделяют также:

• Химическую. Химические реакции с активными веществами.
• Электрохимическую. При контакте с электролитическими растворами возникает электрический ток, под действием которого замещаются электроны металлов, и происходит разрушение кристаллической структуры с образованием ржавчины.

Коррозия металла и способы защиты от нее

Ученые и инженеры разработали множество способов защиты металлических конструкций от коррозии.

Защита от коррозии индустриальных и строительных конструкций, различных видов транспорта осуществляется промышленными способами.

Зачастую они достаточно сложные и дорогостоящие. Для защиты металлических изделий в условиях домовладений применяют бытовые методы, более доступные по цене и не связанные со сложными технологиями.

Промышленные

Промышленные методы защиты металлических изделий подразделяются на ряд направлений:

• Пассивация. При выплавке стали в ее состав добавляют легирующие присадки, такие, как Cr, Mo, Nb, Ni. Они способствуют образованию на поверхности детали прочной и химически стойкой пленки окислов, препятствующей доступу агрессивных газов и жидкостей к железу.
• Защитное металлическое покрытие. На поверхность изделия наносят тонкий слой другого металлического элемента — Zn , Al, Co и др. Этот слой защищает железо о т ржавления.
• Электрозащита. Рядом с защищаемой деталью размещают пластины из другого металлического элемента или сплава, так называемые аноды. Токи в электролите текут через эти пластины, а не через деталь. Так защищают подводные детали морского транспорта и буровых платформ.
• Ингибиторы. Специальные вещества, замедляющие или вовсе останавливающие химические реакции.
• Защитное лакокрасочное покрытие.
• Термообработка.

Порошковая покраска для защиты от коррозии

Способы защиты от коррозии, используемые в индустрии, весьма разнообразны. Выбор конкретного метода борьбы с коррозией зависит от условий эксплуатации защищаемой конструкции.

Бытовые

Бытовые методы защиты металлов от коррозии сводятся, как правило, к нанесению защитных лакокрасочных покрытий. Состав их может быть самый разнообразный, включая:

• силиконовые смолы;
• полимерные материалы;
• ингибиторы;
• мелкие металлические опилки.

Отдельной группой стоят преобразователи ржавчины — составы, которые наносят на уже затронутые коррозией конструкции. Они восстанавливают железо из окислов и предотвращают повторную коррозию. Преобразователи делятся на следующие виды:

• Грунты. Наносятся на зачищенную поверхность, обладают высокой адгезией. Содержат в своем составе ингибирующие вещества, позволяют экономить финишную краску.
• Стабилизаторы. Преобразуют оксиды железа в другие вещества.
• Преобразователи оксидов железа в соли.
• Масла и смолы, обволакивающие частички ржавчины и нейтрализующие ее.

При выборе грунта и краски лучше брать их от одного производителя. Так вы избежите проблем совместимости лакокрасочных материалов.

Защитные краски по металлу

По температурному режиму эксплуатации краски делятся на две большие группы:

• обычные, используемые при температурах до 80 °С;
• термостойкие.

По типу связующей основы краски бывают:

• алкидные;
• акриловые;
• эпоксидные.

Лакокрасочные покрытия по металлу имеют следующие достоинства:

• качественная защита поверхности от коррозии;
• легкость нанесения;
• быстрота высыхания;
• много разных цветов;
• долгий срок службы.

Большой популярностью пользуются молотковые эмали, не только защищающие метал, но и создающие эстетичный внешний вид. Для обработки металла распространена также краска-серебрянка. В ее состав добавлена алюминиевая пудра. Защита металла происходит за счет образования тонкой пленки окиси алюминия.

Эпоксидные смеси из двух компонентов отличаются исключительной прочностью покрытия и применяются для узлов, подверженных высоким нагрузкам.

Защита металла в бытовых условиях

Чтобы надежно защитить металлические изделия от коррозии, следует выполнить следующую последовательность действий:

• очистить поверхность от ржавчины и старой краски с помощью проволочной щетки или абразивной бумаги;
• обезжирить поверхность;
• сразу же нанести слой грунта;
• после высыхания грунта нанести два слоя основной краски.

При работе следует использовать средства индивидуальной защиты:

• перчатки;
• респиратор;
• очки или прозрачный щиток.

Способы защиты металлов от коррозии постоянно совершенствуются учеными и инженерами.

Методы противостояния коррозионным процессам

Основные методы, применяемые для противодействия коррозии, приведены ниже:

• повышение способности материалов противостоять окислению за счет изменения его химического состава;
• изоляция защищаемой поверхности от контакта с активными средами;
• снижение активности окружающей изделие среды;
• электрохимические.

Первые две группы способов применяются во время изготовления конструкции, а вторые – во время эксплуатации.

Методы повышения сопротивляемости

В состав сплава добавляют элементы, повышающие его коррозионную устойчивость. Такие стали называют нержавеющими. Они не требуют дополнительных покрытий и отличаются эстетичным внешним видом. В качестве добавок применяют никель, хром, медь, марганец, кобальт в определенных пропорциях.

Нержавеющая сталь AISI 304

Стойкость материалов к ржавлению повышают также, удаляя их состава ускоряющие коррозию компоненты, как, например, кислород и серу — из стальных сплавов, а железо – из магниевых и алюминиевых.

Снижение агрессивности внешней среды и электрохимическая защита

С целью подавления процессов окисления во внешнюю среду добавляют особые составы — ингибиторы. Они замедляют химические реакции в десятки и сотни раз.

Электрохимические способы сводятся к изменению электрохимического потенциала материала путем пропускания электрического тока. В результате коррозионные процессы сильно замедляются или даже вовсе прекращаются.

Пленочная защита

Защитная пленка препятствует доступу молекул активных веществ к молекулам металла и таким образом предотвращают коррозионные явления.

Пленки образуются из лакокрасочных материалов, пластмассы и смолы. Лакокрасочные покрытия недороги и удобны в нанесении. Ими покрывают изделие в несколько слоев. Под краску наносят слой грунта, улучшающего сцепление с поверхностью и позволяющего экономить более дорогую краску. Служат такие покрытия от 5 до 10 лет. В качестве грунта иногда применяют смесь фосфатов марганца и железа.

Защитные покрытия создают также из тонких слоев других металлов: цинка, хрома, никеля. Их наносят гальваническим способом.

Покрытие металлом с более высоким электрохимическим потенциалом, чем у основного материала, называется анодным. Оно продолжает защищать основной материал, отвлекая активные окислители на себя, даже в случае частичного разрушения. Покрытия с более низким потенциалом называют катодными. В случае нарушения такого покрытия оно ускоряет коррозию за счет электрохимических процессов.

Металлическое покрытие также можно наносить также методом распыления в струе плазмы.

Применяется также и совместный прокат нагретых до температуры пластичности листов основного и защищающего металла. Под давлением происходит взаимная диффузия молекул элементов в кристаллические решетки друг друга и образование биметаллического материала. Этот метод называют плакированием.

Защита металла с помощью ингибиторов коррозии

При контакте с атмосферными осадками и агрессивными веществами на поверхности металла появляется ржавчина. Материал теряет эксплуатационные свойства и эстетическую привлекательность. Если не предпринимать никаких мер, деградация дойдет до крайней точки. Результатом станет разрушение вещества. Ингибитор коррозии образует на поверхности защитную пленку. Химические реакции прекращаются.

Механизм ржавления

Процесс коррозии

Существует несколько механизмов ржавления. В качестве примера приведен самый распространенный — атмосферный вариант. Его можно наблюдать в повседневной жизни. Достаточно оставить стальную заготовку на улице во время дождя, чтобы спустя пару дней на поверхности появились коричневые пятна. Порой металл получает повреждения в помещении, если внутри высокий уровень влажности.

Все начинается, когда на поверхность материала попадает вода. Вот химическая формула появления коррозии: 4Fe+6H₂O+3O₂→4Fe(OH)₃

Железо, входящее в состав стали, реагирует с водой. Плюс добавляется кислород из атмосферного воздуха. В результате железо соединяется с водородом и кислородом. Образуется гидроксид железа. На поверхности появляется порошкообразный налет. Материал постепенно разрушается.

Что такое ингибиторы

Емкость с ингибитором

Реакцию с образованием ржавчины можно затормозить. С этой задачей способны справиться химические вещества — ингибиторы коррозии. Термин произошел от латинского inhibere, что значит «задерживать». Защитные вещества оценивают по двум показателям:

1. Степень защиты. Максимальное значение составляет 100 %. Но таких цифр добиться сложно. Уровень 80 % — уже хороший результат.
2. Коэффициент торможения. Показатель дает оценку во сколько раз замедляется процесс ржавления при воздействии ингибитора на материал.

Первые составы для защиты металла появились в 1930-х годах. В их состав входил свинцовый сурик. Он оказался слишком токсичным и вредным для экологии. Поэтому в середине XX века от него решили отказаться. Со временем химики разработали новые вещества, которые не оказывали негативного воздействия и надежно защищали материалы от ржавления.

Виды химических веществ

Виды ингибиторов

Классифицировать ингибиторы можно по нескольким принципам. Основной из них — происхождение:

• адсорбционные;
• пассивирующие.

Первые собираются на поверхности металла и образуют защитную пленку. В результате скорость электрохимических реакций замедляется. Порой толщина поверхностного слоя составляет всего 1 молекулу. Но даже этого достаточно. Адсорбционные ингибиторы — органические соединения и ПАВ — поверхностно-активные вещества. Чем больше кислорода на поверхности, тем устойчивее оксидная пленка.

Пассивирующие ингибиторы — неорганические вещества с окисляющими свойствами. Это хроматы, молибдаты и нитриты. После их нанесения, металл становится «пассивным», коррозионные процессы затухают. Важно правильно подобрать концентрацию. При повышении нормы, например, бихромата калия, процесс деградации металла ускоряется. Потому что пассивация обеспечивает прямое взаимодействие с продуктами ржавления.

Параметры среды

Щелочные, нейтральные и кислотные

Во время протекания электрохимических реакций, на поверхности стали возникают положительные и отрицательные потенциалы. Катодные ингибиторы замедляют «плюсовое» взаимодействия с катализаторами коррозии. Анодные задерживают процесс деградации «минусовых» участков. Смешанные защитные составы действуют на оба полюса. По механизму работы в средах ингибиторы делятся на три вида:

1. Щелочные. Включены в состав моющих средств. При взаимодействии разрушают электролиты. Например, раствор соды разлагает серную кислоту на кислотный остаток, воду и газ. В результате сила тока уменьшается, коррозия замедляется.
2. Нейтральные. Сульфаты, хроматы, нитриты и фосфаты. Выполняют свои задачи в условиях водной среды. Типичные варианты использования — защита корпуса морских судов от появления ржавчины. Также применяются для обработки несущих конструкций.
3. Кислотные. Это альдегиды, вещества с серой в составе, спирты и амины. Незаменимы в газовой и нефтяной промышленности. Их добавляют в трубопроводы, по которым циркулируют пропан, метан и углеводороды. Веществами обрабатывают запорную арматуру.

При подготовке поверхности к порошковому окрашиванию, в основном используют кислотные ингибиторы. У них низкий расход. Достаточно несколько миллиграммов вещества для обеспечения надежной защиты. Типичный пример — раствор «КИ-1». Он на 25 % состоит из уротропина и на 25 % из катапина. Если в него тонкой струйкой добавить кислоту и поместить в жидкость ржавую деталь, следы коррозии растворятся, а металл останется нетронутым.

Преобразователь ржавчины

Канистра с преобразователем

Вещества относятся к ингибиторам коррозии. Но действуют эффективнее. После контакта с гидроксидом железа, они расщепляют его, превращая в защитную пленку. Ржавчина становится липким слоем, который обеспечивает водонепроницаемость. Деструктивные реакции замедляются или полностью останавливаются.

Преобразователь ржавчины избавляет поверхность от известняка, окислов и карбонатов. Состав применяют для очистки теплового оборудования: трубопроводов, бойлеров, радиаторов. В емкости находится бесцветная или светло-желтая жидкость. Водородный показатель, он же Ph, находится на кислотном уровне: 4-6 единиц.

Основное преимущество преобразователя состоят в том, что он не токсичен. Раствор не горит и не взрывается. Зато образует на поверхности защитную пленку. Состав подходит для черных и цветных металлов.

Сначала нужно надеть перчатки, затем с помощью губки нанести вещество на поверхность. Спустя 3-5 минут ржавчина станет фосфатом. Перед окрашиванием останется обработать проблемный участок водным обезжиривателем с концентрацией действующего вещества 5 %. После высыхания все готово для окрашивания.

Группа компаний «Центр порошковых покрытий Радар» создана на базе Казанского национального исследовательского технического университета имени А. Н. Туполева. Организация производит химикаты для подготовки металлических поверхностей с 1993 года. Поэтому качество продукции не вызывает сомнений.

Где и как применяются ингибиторы коррозии металла

Статистика гласит, что каждый год четвертая часть всего мирового металла подвергается действию коррозии. По этой причине немало денег уходит на ремонт металлических изделий, коммуникаций и прочего оборудования. Зачастую выгоднее полностью заменить изделие, подвергшееся ржавчине, чем пытаться отремонтировать его.

Однако существует вещество, замедляющее процесс разрушения — это ингибитор коррозии металла. При ответе на вопрос, что такое ингибиторы коррозии, необходимо выяснить требования к ним, их виды, механизм действия и применение.

Понятие и требования

Ингибитор коррозии — вещество, способное в определенной концентрации приостановить или прекратить процесс ржавления деталей. В состав замедлителя может входить как один, так и несколько элементов, образующих целое соединение.

Эффективность действия зависит от двух показателей:

1. коэффициент торможения разрушения металла;
2. степень защиты при антикоррозийной обработке.

Основными требованиями ко всем ингибиторам являются:

• моментальность действия;
• ценовая и сырьевая доступность;
• устойчивость при воздействии окисления;
• стабильность действия при воздействии температур;
  эффективность действия при минимальной концентрации на поверхности конструкций.

Виды замедлителей ржавчины

В зависимости от типа среды они подразделяются на:

1. кислотной;
2. нефтяной;
3. атмосферной;
4. нейтральной.

1. Первый вид ингибиторов применяется в кислых средах в небольших концентрациях. Как правило, не более 5 грамм на 1 литр. Обязательными и активными элементами вещества являются азот, сера, кислород, которые применяются при травлении.

Ярким примером служит травление, при котором удаляется окалина со стали. Минус таких веществ в том, что металл при их воздействии теряет 5% своих свойств.

2. В нефтедобыче активно применяются ингибиторы нефтяной среды. Поскольку в нефти присутствуют примеси и сероводород, то и она является сильной коррозийной средой. Для уменьшения агрессивности нефтяной среды в нее добавляют антивоспламенители и смесь парафинообразования. На само изделие, взаимодействующий с нефтью, наносят замедлители на аминной основе, а также вещества, образующие на нем пленку с водоотталкивающим эффектом.

3. Ингибиторы атмосферной коррозии разделяются на:

• летучие;
• контактные.

Летучие средства представляют собой соли органических или неорганических кислот, концентрация которых увеличивается у поверхности детали, и тем самым происходит его защита. К летучим замедлителям относят бензоаты, нитробензоаты, фосфаты, нитриты и другие. Предъявляется особое требование к упаковке, в которой они содержатся. Она должна быть герметичной и непроницаемой.

Контактные ингибиторы наносят на сам металл, в результате чего на нем образуется пленка, не пропускающая влагу. Такой вид замедлителей не отличается высокой испаряемостью с поверхности. Чаще всего в основе используют бензотриазол, являющийся канцерогенным веществом и требующий особой осторожности при работе с ним. Также используются хроматы и серосодержащий каптакс. Этими веществами обрабатывают медь, бронзу, серебро.

4. Ингибиторы нейтральной среды подразделяются на три вида средств:

• образующие плохо растворимые соединения (бораты, карбонат натрия, фосфаты, силикаты);
• с окислительным воздействием (хроматы и нитрит натрия);
• со слабым окислением (например, вольфраматы).

Механизмы действия замедлителей ржавчины

Сами по себе вещества не контактируют с окружающей средой. Они взаимодействуют непосредственно с поверхностью металла.

Имеют место два способа взаимодействия ингибитора с металлической поверхностью:

• способ адсорбции;
• способ образования пленки.

При адсорбции летучее вещество концентрируется у поверхности металла и создает защитную среду. Образование пленки происходит при контактном нанесении средства на поверхность детали. В итоге на нем появляется водоотталкивающий слой, препятствующий возникновению ржы.

На электрохимическом уровне ингибиторы воздействуют на материал по трем процессам.

1. Первый процесс — анодное ингибитирование. В качестве замедлителей выступают такие окислители, как нитраты, молибдаты, силикаты, фосфаты, бензоат натрия.

Анодное ингибитирование эффективно в том случае, если в дополнение к указанным соединениям используется кислород. Он в значительной концентрации скапливается у поверхности металла, а соединения формируют защитную пленку. Необходимо, чтобы концентрация анодных веществ не была слишком низкой. В противном случае может пойти обратный процесс, ускоряющий разрушение металлических конструкций.

2. Второй процесс — катодное ингибитирование. Оно менее эффективно, чем действие анодных веществ. Катодные замедлители способны замедлять процесс ржавления за счет создания на поверхности изделий нерастворимых участков из соединений карбоната кальция. Это соединение образуется в щелочной среде. Для этого деталь помещают в щелочь.

Под ее воздействием карбонат кальция выпадает в осадок и формирует защитный нерастворимый слой. Катодные ингибиторы, как и анодные, малоэффективны в кислой среде.

3. Третий процесс — смешанный. Самый эффективный и равномерный способ защиты металла от коррозии, объединяющий в себе действие и анодных, и катодных веществ. Замедлителями смешанного процесса могут выступать полифосфаты, а также силикаты и хроматы.

Где и как применяются замедлители ржавчины

В целом, применение ингибиторов коррозии металлов связано с металлургией, нефтедобывающей промышленностью, а также в сфере производства и ремонта техники. Например, для изделий из бронзы, серебра и меди.

1. Распространенным в применении является Бензотриазол. Это контактное средство эффективно воздействует на медные и серебряные изделия, образуя защитный слой, который плохо растворяется в воде и устойчив при действии высокой температуры.

Бензотриазол эффективен для удаления темных пятен на медных, серебряных и бронзовых изделиях. Обычно используют 3-процентный раствор бензотриазола, нагретый до 50°C. Процесс антикоррозийной обработки будет эффективнее, если указанную температуру держать в течение 20 минут. В раствор помещается деталь, предварительно очищенная от грязи. После очистки, её необходимо протереть тканью. Не стоит забывать, что бензотриазол опасен для кожи. Необходимо работу выполнять в специальных перчатках и очках.

2. Из неорганических ингибиторов чаще всего используются хроматы. Это один из самых доступных в применении препарат. Обработку меди и серебра хроматами можно проводить при помощи катодного тока. Либо без его участия. В таком случае металл помещают в хромовую кислоту на пару минут. В результате на его поверхности появляется водонепроницаемая пленка.

3. Серебро же часто обрабатывают при помощи катодного тока. В этом случае берется электролит, содержащий едкий натр, бихромат натрия и карбонат калия, распределенный на 1 литр жидкости. Получившийся раствор должен быть комнатной температуры. В него помещается изделие, через раствор пропускается ток плотностью 0,1 ампер на 1см2 в течение 1 минуты.

Серебряные изделия можно просто окунать в раствор бихромата натрия. Важно, чтобы в растворе не было примесей. Эффективнее всего будет сочетание двух методов обработки: сначала обработка катодным током, а затем окунание детали в раствор бихромата натрия.

4. Зарекомендовал себя в применении и Каптакс.

В отдельных случаях он оказывается эффективнее Бензотриазола. Этот ингибитор содержит серу. Медь или бронзу достаточно опустить в нагретый до 800C раствор Каптакса на 30 минут. Благодаря этому увеличится устойчивость металлического изделия к коррозии.