Электрохимическая коррозия: описание процесса и методы борьбы

Причины электрохимической коррозии и способы защиты металла

Электрохимическая коррозия: описание процесса и методы борьбы

Электрохимическая коррозия металлов – одна из насущных проблем человечества с того момента, как в производстве различных, необходимых человеку предметов, стали использоваться изделия из металла.

Проблема защиты металлов от коррозии всегда стояла остро, потому что под действием разрушительных процессов окисления предметы теряли функциональность, деформировались и приходили в негодность, и нужно было искать способы их защиты.

Когда химия выделилась в отдельную науку, а использование металлов стало приобретать широкое промышленное значение, человечество начало исследовать эти процессы и искать способы борьбы с разрушениями от внешних воздействий.

Что такое коррозия

Процесс разрушения верхнего слоя металлического материала под влиянием внешних воздействий называется коррозией в широком смысле.

Термин коррозия в данном случае – только характеристика того, что металлическая поверхность вступает в химическую реакцию и теряет под её влиянием свои изначальные свойства.

4 основных признака, по которым можно определить, что этот процесс существует:

  • процесс, развивающийся на поверхности, и со временем проникающий внутрь металлического изделия;
  • реакция возникает самопроизвольно от того, что нарушается устойчивость термодинамического баланса между окружающей средой и системой атомов в сплаве или монолите;
  • химия воспринимает этот процесс не просто, как реакцию разрушения, но как реакцию восстановления и окисления: при вступлении в реакцию одни атомы замещают другие;
  • свойства и особенности метала при такой реакции претерпевают значительные изменения, или утрачиваются там, где она происходит.

Виды коррозии

В зависимости от типа металла и окислительно-восстановительной реакции, происходящей с ним, коррозия может быть:

  • равномерной или неравномерной;
  • местной и точечной (отдельные участки почему-либо вступили в реакцию, а другие – нет);
  • язвенной, известной еще как питтинг;
  • подповерхностной;
  • растрескивающейся;
  • межкристаллической, возникающая вдоль границ кристалла металла.

Также в зависимости от того, какие именно внешние факторы воздействуют на поверхность, коррозия бывает химической и электрохимической.

Химическая коррозия происходит в результате некоторых реакций под влиянием химических взаимодействий, но без участия электрического тока, и может быть присуща даже нефти и газу.

 Электрохимическая отличается определенными процессами, она более сложная, чем химическая.

На видео: коррозия металлов.

Причины и признаки электрохимической коррозии

Электрохимическая коррозия отличается от химической тем, что процесс разрушения проходит в системе электролитов, отчего внутри этой системы возникает электрический ток.

Два сопряжённых процесса, анодный и катодный, приводят к удалению из кристаллической решетки металла неустойчивых атомов.

Ионы при анодном переходят в раствор, а электроны от анодного процесса попадают в ловушку к веществу-окислителю и связываются деполяризатором.

Таким образом, деполяризация – это отвод с катодных участков свободных электронов, а деполяризатор – вещество, которое отвечает за этот процесс. Основные реакции происходят с участием водорода и кислорода в роли деполяризаторов.

Существует множество примеров электрохимической коррозии разного типа, которая оказывает воздействие на металлические поверхности в природе и проходит под влиянием различных условий. Водород при этом работает в кислой среде, а кислород – в нейтральной.

Практически все металлы подвергаются электрохимической коррозии, и по этому признаку их разбивают на 4 группы, определяют величину их электродного потенциала:

  • активные коррозируют даже в той среде, где нет окислителей;
  • среднеактивные вступают в реакцию окисления в кислотной среде;
  • малоактивные не вступают в реакцию при отсутствии окислителей и в нейтральных, и в кислых средах;
  • не вступают в реакцию — высокой стабильности (благородные металлы, палладий, золото, платина, иридий).

Самый распространенный вид электрохимической коррозии – атмосферная.

Но эта же реакция может протекать и в воде, в растворах оснований, солей и кислот. В узкоспециальном различии атмосферной коррозии различают почвенную и аэрационную, морскую и биологическую (протекающую под воздействием бактерий).

Есть даже электрическая коррозия, которая протекает под воздействием электрического тока, и является результатом работы блуждающих токов, возникающих там, где электрический ток используется человеком для осуществления определенной деятельности.

Гомогенная металлическая поверхность при этом разрушается из-за термодинамической неустойчивости к окружающей среде. А гетерогенная – из-за состава кристаллической решётки, в которой атомы одного металла держатся плотнее, чем атомы инородных вкраплений. Эти реакции отличаются скоростью протекания ионизации ионов, и восстановления окислительных компонентов окружающей среды.

Разрушение металлических поверхностей при электрохимической коррозии состоит в одновременном протекании двух процессов: анодного и катодного, и отличия процессов состоят в том, что растворение происходит на анодах, которые и контактируют с окружающей средой через множество микроэлектродов, которые входят в состав поверхности любого металла и замкнуты на себя.

Характерными примерами электрохимической коррозии можно считать протекание коррозионных процессов на днищах морских судов или в атмосфере на металлических конструкциях.

Необходимость антикоррозионной защиты

Защита металла от воздействий, которые разрушающе действуют на его поверхность – одна из основных задач, возникающих перед теми людьми, которые работают с механизмами, агрегатами и машинами, морскими судами и строительными процессами.

Любой металл, кроме благородных, в той или иной степени, подвергается воздействию разрушительных процессов.

Чем активнее эксплуатируется устройство или деталь, тем больше шансов у нее подвергнуться разрушительному воздействию и атмосферных условий, жидкостей, с которыми приходится сталкиваться в процессе работы. Над защитой металла от коррозии работают многие отрасли науки и промышленного производства, но основные способы остаются при этом неизменными, и состоят в создании защитных покрытий:

  • металлических;
  • неметаллических;
  • химических.

Неметаллические покрытия создаются с помощью органических и неорганических соединений, их принцип действия достаточно эффективен и отличается от остальных типов защиты.

Для создания неметаллической защиты в промышленном и строительном производстве используются лакокрасочные составы, бетон и битум и высокомолекулярные соединения, особенно активно взятые на вооружение в последние годы, когда больших высот достигла химия полимеров.

Химия внесла свой вклад в создание защитных покрытий методами:

  • оксидирования (создания защитной пленки на металле с помощью оксидных пленок);
  • фосфатирования (фосфатных пленок);
  • азотирования (насыщения поверхности стали азотом);
  • цементации (соединения с углеродом);
  • воронения (соединения с органическими веществами);
  • изменения состава металла путем введения в него антикоррозийных добавок);
  • модификации окружающей коррозийной среды путем введения ингибиторов, влияющих на нее.

Электрохимическая защита от коррозии – это процесс, обратный электрохимической коррозии.

В зависимости от смещения потенциала металла в положительную или отрицательную стороны, различают анодную и катодную защиту.

Путем подсоединения к металлическому изделию протектора или источника постоянного тока на металлической поверхности создается катодная поляризация, которая и препятствует разрушению металла через анод.

Электрохимические методы защиты состоят в двух вариантах:

  • металлическое покрытие защищено другим металлом, у которого более отрицательный потенциал (то есть, защищающий металл менее устойчив, чем защищаемый), и это называется анодное покрытие;
  • покрытие нанесено из менее активного металла, и тогда он является и называется катодным.

Анодная защита от коррозии – это, например, оцинкованное железо. Пока не израсходуется весь цинк с защитного слоя, железо будет в относительной безопасности.

Защита катодным способом – это никелирование или нанесение меди. В этом случае разрушение защитного слоя приводит и к разрушению того слоя, который он защищает.

Присоединение протектора для предохранения металлического изделия ничем не отличается от протекания реакции в других случаях.

Протектор выступает в роли анода, а то, что находится под его протекторатом, остается в сохранности, используя созданные ему условия.

Способы защиты металла

Электрохимическая коррозия – одно из основных препятствий, которые встречаются на пути человеческой деятельности. Защита от воздействия разрушительных процессов и их протекания на поверхности конструкций и сооружений – одна из перманентных и насущных задач любого промышленного производства, и любой бытовой деятельности человека.

Разработано несколько способов такой защиты, и все они активно применяются в повседневном цикле жизнедеятельности:

  • Электрохимическая защита – электролитическое по принципу работы использование химических закономерностей, защищает металл с помощью анодного, катодного и протекторного принципа.
  • Электроискровая обработка с использованием различных установок – бесконтактных, контактных, анодно-механических.
  • Электродуговое напыление – основное преимущество в толщине наносимого слоя и относительной дешевизне производимого процесса.
  • Эффективная антикоррозийная обработка – удаление загрязнений и очистка обрабатываемой поверхности, с последующим нанесением на поверхность сначала противокоррозионного, а затем и дополнительного защитного слоя.

Все эти способы наработаны в процессе деятельности человека с целью защиты инструментария, средств передвижения и транспортировки на стыке нескольких промышленных отраслей, и с использованием научных достижений.

Электрохимическая коррозия, которая является естественным процессом разрушения поверхности металла под воздействием нейтральных или агрессивных факторов окружающей среды, представляет собой сложную проблему. Убытки от нее терпят и машиностроительные, и транспортные, и промышленные предприятия, средства передвижения. И это проблема, которая требует ежедневного разрешения.

Электрохимическая коррозия: способы и устройства защиты трубопроводов или автомобиля от химической ржавчины, ее виды и примеры

Электрохимическая коррозия: описание процесса и методы борьбы

Коррозией называют процесс самопроизвольного разрушения поверхности материалов вследствие взаимодействия с окружающей средой. Ее причиной является термодинамическая неустойчивость химических элементов к определенным веществам.

Формально коррозии подвержены полимеры, дерево, керамика, резина, но к ним чаще применяют термин «старение». Наиболее серьезный ущерб наносит ржавление металлов, для защиты которых разрабатываются высокотехнологичные контрмеры. Но об этом мы поговорим позже. Учеными различается коррозия металлов химическая и электрохимическая.

Химическая коррозия

Она возникает обычно при воздействии на металлическую структуру сухих газов, жидкостей или растворов, не проводящих электрический ток. Суть этого типа коррозии – прямое взаимодействие металла с агрессивной средой.

Элементы химически корродируют во время термической обработки или в результате длительной эксплуатации при достаточно высоких температурах. Это касается лопаток газовых турбин, арматуры плавильных печей, деталей двигателей внутреннего сгорания и так далее.

В результате на поверхности образуются определенные соединения: оксиды, нитриды, сульфиды.

Электрохимическая коррозия

Она является следствием контакта металла с жидкой средой, способной проводить электрический ток. Вследствие окисления материал претерпевает структурные изменения, приводящие к образованию ржавчины (нерастворимого продукта), либо частицы металла переходят в раствор ионов.

Электрохимическая коррозия: примеры

Ее разделяют на:

  • Атмосферную, которая возникает при наличии на поверхности металла жидкостной пленки, в которой газы, содержащиеся в атмосфере (например, О2, СО2, SO2), способны растворяться с образованием электролитных систем.
  • Жидкостную, которая протекает в токопроводящей жидкой среде.
  • Грунтовую, что протекает под воздействием грунтовых вод.

Причины

  • Поскольку обычно любой металл, который используется для промышленных нужд, не является идеально чистым и содержит включения различного характера, то электрохимическая коррозия металлов возникает вследствие образования на поверхности железа большого количества короткозамкнутых локальных гальванических элементов.
  • Появление их может быть связано не только с наличием различных (особенно металлических) примесей (контактная коррозия), но и с неоднородностью поверхности, дефектами кристаллической решетки, механическими повреждениями и тому подобное.

Механизм взаимодействия

Процесс электрохимической коррозии зависит от химического состава материалов и особенностей внешней среды.

Если так называемый технический металл покрыт влажной пленкой, то в каждом из указанных гальванических микроэлементов, которые образуются на поверхности, протекают две независимые реакции.

Более активный компонент коррозионной пары отдает электроны (к примеру, цинк в паре Zn-Fe) и переходит в жидкую среду в качестве гидратированных ионов (то есть корродирует) по следующей реакции (анодный процесс):

  1. М + nH2O = Mz+* nH2O + ze.
  2. Эта часть поверхности является отрицательным полюсом локального микроэлемента, где металл электрохимически растворяется.
  3. На менее активном участке поверхности, которая является положительным полюсом микроэлемента (железо в паре Zn-Fe), электроны связываются за счет протекания реакции восстановления (катодный процесс) по схеме:
  4. Ox + ze = Red.

Таким образом, наличие окислителей в водяной пленке, которые способны связывать электроны, обеспечивает возможность дальнейшего хода анодного процесса. Соответственно, электрохимическая коррозия может развиваться только при условии одновременного протекания как анодного, так и катодного процессов. Вследствие торможения одного из них скорость окисления уменьшается.

Процесс поляризации

Оба вышеуказанных процесса вызывают поляризацию соответствующих полюсов (электродов) микроэлемента. Какие здесь есть особенности? Обычно электрохимическая коррозия металлов более существенно замедляется поляризацией катода. Поэтому она будет усиливаться под влиянием факторов, которые предотвращают эту реакцию и сопровождаются так называемой деполяризацией положительного электрода.

Во многих коррозионных процессах катодная деполяризация осуществляется разрядом ионов водорода либо восстановлением молекул воды и соответствует формулам:

  • В кислой среде: 2Н+ + 2е = Н2.
  • В щелочной: 2Н2О + 2е = Н2 + 2ОН–.

Диапазон потенциалов

Потенциал, который соответствует этим процессам, в зависимости от природы агрессивной среды, может изменяться от -0,83 до 0 В. Для нейтрального водного раствора при температурах, близких к стандартной, он равен примерно -0,41 В.

Следовательно, ионы водорода, содержащиеся в воде и в нейтральных водных системах, могут окислять только металлы с потенциалом, меньшим, чем -0,41 В (расположенные в ряду напряжений до кадмия).

Учитывая то, что некоторые из элементов защищены оксидной пленкой, число металлов, подверженных окислению в нейтральных средах ионами водорода, незначительное.

Если влажная пленка содержит растворенный кислород воздуха, то он способен, в зависимости от характера среды, связывать электроны эффектом кислородной деполяризации. В этом случае схема электрохимической коррозии выглядит следующим образом:

  • О2 + 4е + 2Н2О = 4ОН–
  • О2 + 4е + 4Н+ = 2Н2О.

Потенциалы указанных электродных реакций при температурах, близких к стандартной, изменяются от 0,4 В (щелочная среда) до 1,23 В (кислая среда). В нейтральных средах потенциал процесса восстановления кислорода при указанных условиях соответствует значению 0,8 В. Значит, растворенный кислород способен окислять металлы с потенциалом меньше 0,8 В (расположенные в ряду напряжений до серебра).

Важнейшие окислители

Виды электрохимической коррозии характеризуются окислительными элементами, важнейшими из которых являются ионы водорода и кислород.

При этом пленка, содержащая растворенный кислород, в коррозионном отношении значительно опаснее, чем влага, где кислорода нет, и которая способна окислять металлы исключительно ионами водорода, так как в последнем случае количество видов материалов, способных корродировать, значительно меньше.

Например, в стали и в чугуне присутствуют примеси углерода преимущественно в виде карбида железа Fe3C. В этом случае механизм электрохимической коррозии с водородной деполяризацией для указанных металлов выглядит следующим образом:

  • (-) Fe — 2e + nH2O = Fe2+· nH2O (может образовываться ржавчина);
  • (+) 2Н+ + 2е = Н2 (в подкисленной среде);
  • (+) 2Н2О + 2е = Н2 + 2ОН– (в нейтральной и щелочной среде).

Механизм коррозии железа, в котором содержатся примеси меди, в случае кислородной деполяризации катода описывается уравнениями:

  • (-) Fe — 2e + nH2O = Fe2+·nH2O;
  • (+) 0,5О2 + Н2О + 2е = 2ОН– (в подкисленной среде);
  • (+) 0,5О2 + 2Н+ + 2е = Н2О (в нейтральной и щелочной среде).

Электрохимическая коррозия протекает с разной скоростью. Этот показатель зависит от:

  • разности потенциалов между полюсами гальванического микроэлемента;
  • состава и свойств электролитной среды (рН, наличие ингибиторов и стимуляторов коррозии);
  • концентрации (интенсивности подачи) окислителя;
  • температуры.

Методы защиты

Электрохимическая защита металлов от коррозии достигается следующими способами:

  • Созданием антикоррозионных сплавов (легированием).
  • Увеличением чистоты индивидуального металла.
  • Нанесением на поверхность различных защитных покрытий.

Эти покрытия в свою очередь бывают:

  • Неметаллическими (краски, лаки, смазочные материалы, эмали).
  • Металлическими (анодные и катодные покрытия).
  • Образованными специальной обработкой поверхностей (пассивация железа в концентрированных серной или азотной кислотах; железа, никеля, кобальта, магния в растворах щелочей; образование оксидной пленки, например, на алюминии).

Металлическое защитное покрытие

Наиболее интересной и перспективной является электрохимическая защита от коррозии другим видом металла. По характеру защитного воздействия металлизированные покрытия подразделяют на анодные и катодные. Остановимся на этом моменте более подробно.

Анодным называется покрытие, образованное более активным (менее благородным) металлом, чем тот, что защищают. То есть осуществляется защита элементом, который стоит в ряду напряжений до основного материала (например, покрытие железа цинком или кадмием).

При местных разрушениях защитного слоя корродировать будет менее благородный металл-покрытие. В зоне царапин и трещин образовывается локальный гальванический элемент, катодом в котором является ограждаемый металл, а анодом – покрытие, которое окисляется. Целостность такой защитной пленки значения не имеет.

Однако чем она толще, тем медленнее будет развиваться электрохимическая коррозия, дольше будет длиться полезный эффект.

Катодным называется покрытие металлом с большим потенциалом, который в ряду напряжений стоит после защищаемого материала (например, напыление низколегированных сталей медью, оловом, никелем, серебром). Покрытие должно быть сплошным, так как при его повреждении образовываются локальные гальванические элементы, в которых основной металл будет анодом, а защитный слой – катодом.

Как уберечь металл от окисления

Электрохимическая защита от коррозии подразделяется на два типа: протекторную и катодную. Протекторная аналогична анодному покрытию. К материалу, который нужно защитить, присоединяют большую пластину более активного сплава.

Образуется гальванический элемент, основной металл в котором служит катодом, а протектор – анодом (он корродирует). Обычно для этого типа защиты применяют цинк, алюминий или сплавы на основе магния.

Протектор постепенно растворяется, поэтому его нужно периодически заменять.

Много неприятностей в коммунальном хозяйстве и в промышленности в целом доставляет электрохимическая коррозия трубопроводов. В борьбе с ней наиболее подходит метод катодной поляризации.

Для этого металлическая конструкция, которая защищается от разрушительных процессов окисления, подключается к отрицательному полюсу какого-либо внешнего источника постоянного тока (она после этого становится катодом, при этом возрастает скорость выделения водорода, а скорость коррозии снижается), а к положительному полюсу присоединяют малоценный металл.

Как предотвратить электрохимическую коррозию

Электрохимическая коррозия: описание процесса и методы борьбы

Коррозия – процесс разрушения металла под воздействием влаги, агрессивных веществ, с которым контактирует покрытие или изделие в процессе эксплуатации.

Это явление распространено, его можно увидеть дома, на улице и на работе. Когда металл оказывается в щелочной, кислой среде начинается окисление, которое со временем преобразуется в ржавчину.

Другими словами, происходит химическая коррозия.

Сегодня поговорим о другом типе коррозии, которая образуется из-за “блуждающих токов”. Именно она появляется на кранах, полотенцесушителях и прочем сантехническом оборудовании. Разрушение металла “блуждающими токами” называют электрохимической коррозией.

Этому коррозийному процессу подвержены многие металлы, включая надёжную и долговечную нержавеющую сталь. Под воздействием электромеханического влияния изделие быстро теряет привлекательность, происходит разрушение швов, соединений, стенок металла. В результате возникает угроза аварийных ситуаций, вплоть до серьезных протечек, грозящих соседям снизу затоплением и порчей имущества.

Как определить электрохимическую коррозию

Рассмотрим пример образования признаков электрохимкоррозии на полотенцесушителе.

Оборудование производят из всевозможного сырья. Лучшим вариантом считаются модели из нержавейки, так как эксплуатационный период такого изделия гораздо продолжительней, нежели срок использования аналогов из других металлов. Однако, нержавеющая сталь не всегда способна справиться с агрессивным воздействием электрохимической коррозии.

На начальный процесс разрушения указывают практически незаметные пятна ржавчины, которая образуется на поверхности изделия, далее они добавляют в размерах, а значит – процесс прогрессирует и становится глубже.

Если очистить ржавчину грубым абразивом, то под ней прячется черная точка, говорящая об активном развитии разрушения. Так, ржавчина “поедает” металл снаружи и изнутри, создавая небольшое отверстие. В подобных случаях повреждениям подвергаются все изделие, включая фитинги. Коррозия, как правило, начинает развиваться на слабых участках, которыми являются сварные швы.

Если ржавчина обнаружена на изделии, изготовленном из стали высокого класса, то наверняка проблема заключается в наличии в воде электричества.

Электрохимкоррозия работает при поддержке “помощников”, например, хлора, который используется предприятиями для обеззараживания воды, окислителя кислорода, солей кальция, магния и прочие вещества. Ржавчина активно распространяется под воздействием горячей воды – если жидкость внутри трубы нагревается свыше 70°С, разрушающее действие ускоряется.

Почему появляется коррозия?

Чтобы понимать всю схему появления ржавчины на сантехническом оборудовании, стоит знать, откуда в воде появляется электричество.

Среди причин:

  1. Если дом относится к старым постройкам, в нем может быть нереализованным качественное заземление, которое обязательно, если в квартире установлено множество бытовых приборов и современная сантехника, например, ванна с гидромассажем, водонагреватели и пр.

    Заземление обеспечивает безопасность использования техники.

    При эксплуатации оборудования, которое имеет те или иные дефекты, происходит утечка токов, которые отправляются в стояки и взаимодействуют с водой.

    Таким образом появляются точечные “пробои”, которые провоцируют образование ржавчины.

    Если заземление выполнено в соответствии с нормативами, подобные неприятности не появятся.

  2. Если в доме проживают любители сэкономить на оплате коммунальных счетов за электроэнергию, появляется проблема электрохимической коррозии. Так, недобросовестные жильцы используют стояк как нулевой провод или же применяют специальные приборы, чтобы “скрутить” показатели счетчика электроэнергии. В результате этих и других манипуляций высоки риски образования коррозийных процессов. Также ситуация небезопасна для жизни – при прикосновении к трубе существует риск удара током.
  3. Разница потенциалов между металлами провоцирует образование неприятности. Токи возникают, если два разных металла плотно контактируют друг с другом. Если проектирование дома выполнено с соблюдением норм и стандартов, подобной проблемы возникнуть не должно, ведь токопроводящие компоненты подвергаются заземлению. Защитные меры способствуют уравниванию потенциалов.
  4. Сегодня широко распространены новые материалы, используемые для изготовления труб и сантехнического оборудования: металлопластик, полиэтилен и пр. Вместе с этим появились и новые проблемы. Так, если при замене части трубы применяется пластиковый аналог, может образоваться разница потенциалов, способствующая появлению “блуждающих токов”. Несмотря на то, что пластик относится к группе диэлектриков, он находится в водной среде, которая становится проводником – появление ржавчины в этом случае практически неизбежно.
  5. Образованию токов подвержены не только стояки, но и коммуникации, находящиеся под землей. Блуждающее электричество, находящееся в них, может попасть и в квартиру. На подземные системы оказывают воздействие электрический транспорт (трамвай, троллейбус, поезда метро). Появляются токи утечки, а устранить проблему смогут только эксплуатирующие компании, обязанные проводить тщательные проверки.
  6. Проблемы нередко возникают, если невдалеке от труб, отвечающих за подачу воды и отопление, присутствует электропроводка с некачественной изоляцией. Повреждения провоцируют появление токов, которые блуждают по трубам водоснабжения.
  7. Среди причин коррозии – статическое электричество, накапливающееся на металле при контакте с водой.

Произвести контроль над соответствием рекомендованных норм и соблюдением правил монтажа и использования оборудования в высотном доме не представляется возможным. Зачастую подобные работы выполняют мастера без опыта или с его минимальным наличием.

Как следствие – аварийные ситуации и неприятные последствия для жильцов дома. Если полотенцесушитель подвергается коррозии, вы можете не иметь к этому отношения, а также не приостановите процесс из-за разрушения инженерного оборудования по причинам, независящим от вас.

Существует несколько мер, которые помогут предотвратить разрушение металла:

  1. Приобретая полотенцесушитель, откажитесь от его установки. Работу стоит доверить опытным мастерам, которые имеют допуск к проведению подобных мероприятий.
  2. Конструкции в обязательном порядке нуждается в заземлении, что особенно актуально для тех, кто врезал пластиковые трубы, расположенные между общим стояком и полотенцесушителем.

Для заземления оборудования можно предпринять несколько вариантов:

  1. Если стояк и его элементы изготовлены из металла, необходимо соединить стояк, например, с помощью хомута и медного провода, сечение которого не меньше 4 мм2. Затем от стояка горячего водоснабжения подключаются проводом к PE-шине и электрическому щиту, находящемуся на этаже.

    Для обеспечения полной безопасности при эксплуатации полотенцесушителя проводят заземления других токопроводящих объектов, включая ванны, изготовленные из нержавеющей стали и чугуна.

  2. Когда стояк и его компоненты изготовлены из полимеров, необходимо установить металлическую вставку, отвечающую диаметру трубы.

    Деталь вставляют между соединением полотенцесушителя и шаровым краном. На вставку монтируют зажим заземления. Используя провод из меди, подключаются к электрощиту.

  3. В случае, когда стояк состоит из пластиковых и металлических элементов, устанавливают вставку из металла между монтируемым оборудованием и шаровым краном.

    На нее крепят зажим и посредством медного кабеля подключаются к щиту.

  4. Еще одно решение задачи – установка системы для уравнивания потенциалов. Монтаж выполняют непосредственно в ванной. Такой шаг позволит избежать коррозии, а также минимизирует риски, связанные с ударом тока.

    Если за систему водоснабжения отвечают трубы из полимеров, то к ближайшему электрощиту также выполняются подключение заземляющих повод.

  5. В продаже представлено множество моделей полотенцесушителей. Эксперты рекомендуют не приобретать слишком дешевые конструкции.

    Для безопасной и длительной эксплуатации стоит обратить внимание на оборудование, снабженное защитой от “блуждающих токов”. Полотенцесушители работают на базе полимера, которым обрабатывают внутреннюю часть трубы. Он ликвидирует контакт воды с металлом.

  6. Полимер полностью безопасен, так как не содержит вредных веществ, способных навредить человеку.

    Он не боится чрезмерно высокой температуры, не подвержен разрушению. Стоимость подобной продукции немногим выше стандартных изделий, при этом срок службы превышает период работы аналогов в несколько раз.

  7. Электрическая коррозия устраняется также заменой оборудования на электрическое.

    В этом случае нагрев полотенцесушителя начинается при подключении устройства к розетке. Как правило, на корпусе присутствует кнопка, позволяющая включать или отключать его. Это хорошее решение для многих людей, ищущих безопасный и долговечный вариант.

    Прибор функционирует автономно, не зависит от работоспособности системы водоснабжения, а значит – вы сможет прогреть помещение и высушить вещи даже в том случае, если горячей воды в кране нет. Минус прибора – потребление электроэнергии, за которую придется платить.

Важно! Если выбор пал на электрическое оборудование, следует знать, что оно имеет невысокую мощность, поэтому может работать от стационарного источника питания – розетки. Однако, учитывайте, что прибор работает в ванной, где преобладает высокая влажность, а значит его подключение должно проводиться через УЗО и автомат.

Мы попытались рассказать все самое важное об электрохимической коррозии и методах ее предотвращения/устранения. Вероятно, вы не столкнетесь с подобной проблемой, но, если она уже обнаружена, лучше сразу заявить о неприятности инженеру управляющей компании.

Специалист должен рассказать, какие меры стоит предпринять, какое оборудование станет оптимальным вариантом для вашей ванной комнаты. После установки инженер выполнит проверку полотенцесушителя на предмет герметичности, а также подпишет акт ввода прибора в эксплуатации.

Монтаж полотенцесушителя желательно поручить опытному мастеру, ведь от корректности установки во многом зависит долговечность прибора, а также безопасность и комфорт пользователей.

Электрохимическая коррозия – виды и способы защиты

Электрохимическая коррозия: описание процесса и методы борьбы

Среди всех существующих видов разрушения металлов наиболее часто встречается электрохимическая коррозия, которая возникает в результате его взаимодействия с электролитически проводящей средой. Основная причина данного явления – это термодинамическая неустойчивость металлов в средах, которые их окружают.

Этому виду коррозии подвержены многие объекты и конструкции:

  • газовые и водные трубопроводы;
  • элементы транспортных средств;
  • другие конструкции, изготовленные из металла.

Коррозийные процессы, то есть, ржавчина, могут возникать в атмосфере, в грунте, и даже в соленой воде. Очистка металлоконструкций от проявлений электрохимической коррозии является сложным и длительным процессом, поэтому проще предотвратить ее возникновение.

Основные разновидности

При коррозии в электролитах происходит преобразование химической энергии в электрическую. В связи с этим ее называют электрохимической. Принято различать следующие виды электрохимической коррозии.

Межкристаллитная

Под межкристаллитной коррозией подразумевается такое опасное явление, при котором происходит разрушение границ зерна никеля, алюминия и других металлов избирательным образом. Как следствие, прочностные и пластичные свойства материала утрачиваются. опасность этой разновидности коррозии в том, что далеко не всегда она заметна визуально.

Питтинговая

Питтинговая электрохимическая коррозия представляет собой точечное поражение отдельных участков поверхности меди и других металлов. В зависимости от характера поражения, различают закрытый, открытый, а также поверхностный питтинг. Размеры пораженных участков могут варьироваться от 0,1 мм до 1,5 мм.

Щелевая

Щелевой электрохимической коррозией принято называть усиленный процесс разрушения металлических конструкций в местах расположения щелей, зазоров и трещин. Протекание щелевой коррозии может происходить в воздушной атмосфере, газовых смесях, а также морской воде. Данный вид разрушения характерен для газопроводов, днищ морских судов и многих других объектов.

Распространено протекание коррозии в условиях небольшого количества окислителя из-за затрудненного подхода к стенкам щели. Это приводит к накоплению коррозийных продуктов внутри зазоров. Электролит, содержащийся во внутреннем пространстве зазора, может изменяться под воздействием гидролиза продуктов коррозии.

С целью защиты металлов от щелевой коррозии принято применять несколько методов:

  • уплотнение зазоров и щелей;
  • электрохимическая защита;
  • процесс ингибирования.

В качестве профилактических методов следует использовать только те материалы, которые в наименьшей степени подвержены возникновению ржавчины, а также изначально грамотно и рационально конструировать газопроводы и другие важные объекты.

Грамотная профилактика во многих случаях представляет собой более простой процесс, чем последующая очистка металлоконструкций от въевшейся ржавчины.

Как проявляется коррозия разных видов

В качестве примера протекания коррозийного процесса можно привести разрушение различных приборов, компонентов автомобилей, а также любых конструкций, произведенных из металла и расположенных:

  • в атмосферном воздухе;
  • в водах – моря, реки, содержащиеся в почве и под слоями грунта;
  • в технических средах и т.д.

В процессе ржавления металл становится многоэлектронным гальваническим элементом. Так, например, если в электролитической среде происходит контакт меди и железа, медь является катодом, а железо – анодом.

Отдавая электроны меди, железо в виде ионов попадает в раствор. Ионы водорода начинают двигаться по направлению к меди и там разряжаются.

Становясь все более и более отрицательным, катод вскоре приравнивается к потенциалу анода, в результате чего коррозийный процесс начинает замедляться.

Разные виды коррозии проявляются по-разному. Более интенсивно электрохимическая коррозия проявляется в тех случаях, когда в катоде присутствуют вкрапления металла с меньшей активностью по сравнению с корродирующим – на них ржавчина появляется быстрее и является довольно выразительной.

Протекание атмосферной коррозии происходит в условиях влажного воздуха и обычной температуры. В данном случае на поверхности металла образуется пленочка из влаги с растворенным кислородом. Процесс разрушения металла становится интенсивнее по мере увеличения влажности воздуха и содержания газообразных оксидов углерода и серы при условии наличия:

  • трещин;
  • шероховатостей;
  • других факторов, провоцирующих облегчения процесса конденсации.

Почвенная коррозия в наибольшей степени поражает разнообразные подземные сооружения, газопроводы, кабели и другие конструкции.

Разрушение меди и других металлов происходит по причине их тесного соприкосновения с почвенной влагой, в составе которой также присутствует растворенный кислород.

Разрушение трубопроводов может произойти уже спустя полгода с момента их строительства в том случае, если для почвы, в которой они установлены, характерна повышенная кислотность.

Под воздействием блуждающих токов, исходящих от посторонних объектов, возникает электрическая коррозия. Ее главными источниками являются электрические железные дороги, линии электропередач, а также специальные установки, функционирующие на постоянном электротоке. В большей степени данный вид коррозии провоцирует разрушение:

  • газопроводов;
  • всевозможных сооружений (мосты, ангары);
  • электрокабелей;
  • нефтепроводов.

Действие тока провоцирует возникновение участков входа и выхода электронов – то есть, катодов и анодов. Наиболее интенсивным разрушительный процесс является именно на участках с анодами, поэтому на них ржавчина более заметна.

Коррозия отдельных компонентов газопроводов и водяных трубопроводов может быть вызвана тем, что процесс их инсталляции является смешанным, то есть, происходит с использованием различных материалов. Наиболее частыми примерами является точечная коррозия, возникающая в элементах из меди, а также коррозия биметаллов.

При смешанной установке железных элементов со сплавами меди и цинка, процесс коррозии отличается меньшей степенью критичности, чем при медном литье, то есть со сплавами меди, цинка и олова. Предотвратить коррозию трубопроводов можно, используя специальные методы.

Способы защиты от ржавления

Для борьбы с коварной ржавчиной применяются различные методы. Рассмотрим те из них, который являются наиболее эффективными.

Способ №1

Один из самых популярных методов – это электрохимическая защита чугуна, стали, титана, меди и других металлов. На чем же она основывается?

Электрохимическая обработка металлов представляет собой особый способ, направленный на изменение формы, размеров и шероховатости поверхности путем анодного растворения в электролите под воздействием электротока.

Чтобы обеспечить надежную защиту от ржавчины, необходимо еще перед началом эксплуатации металлических изделий обрабатывать их особым средствами, которые в своем составе содержат различные компоненты органического и неорганического происхождения. Данный метод позволяет предотвратить появление ржавчины на определенное время, однако позже придется обновлять покрытие.

Схема катодной защиты трубопроводов

Электрозащита представляет собой процесс, при котором металлическая конструкция подключается к внешнему источнику постоянного электрического тока. В результате этого на ее поверхности формируется поляризация электродов катодного типа, и все анодные области начинают преобразовываться в катодные.

Электрохимическая обработка металлов может происходить с участием анода или катода. В некоторых случаях происходит попеременная обработка металлического изделия обоими электродами.

Катодная защита от коррозии необходима в тех ситуациях, когда у металла, подлежащего защите, не наблюдается предрасположенность к пассивации. К металлическому изделию подключается источник внешнего тока – специальная станция катодной защиты.

Данный метод подходит для защиты газопроводов, а также трубопроводов водоснабжения и отопления.

Однако есть у этого метода определенные недостатки в виде растрескивания и разрушения защитных покрытий – это происходит в случаях значительного смещения потенциала объекта в отрицательную сторону.

Способ №2

Электроискровая обработка металлов может осуществляться при помощи установок различных типов – бесконтактной, контактной, а также анодно-механической.

Способ №3

Для надежной защиты газопроводов и других трубопроводов от ржавчины часто применяется такой метод, как электродуговое напыление. Преимущества данного способа очевидны:

  • значительная толщина защитного слоя;
  • высокий уровень производительности и надежности;
  • применение относительно недорогого оборудования;
  • несложный технологический процесс;
  • возможность применения автоматизированных линий;
  • невысокие энергетические затраты.

Среди недостатков данного метода – невысокая эффективность при обработке конструкций в коррозийных средах, а также недостаточная прочность сцепления со стальной основой в некоторых случаях. В любых других ситуациях такая электрозащита очень эффективна.

Способ №4

Для защиты разнообразных металлических конструкций – газопроводов, мостовых сооружений, всевозможных трубопроводов – требуется эффективная антикоррозийная обработка.

Данная процедура осуществляется в несколько этапов:

  • тщательное удаление жировых отложений и масел с применением эффективных растворителей;
  • очистка обрабатываемой поверхности от солей, растворимых в воде, – выполняется при помощи профессиональных аппаратов высокого давления;
  • удаление имеющихся конструкционных погрешностей, выравнивание кромок – это необходимо для предотвращения сколов наносимого лакокрасочного покрытия;
  • тщательная очистка поверхности при помощи пескоструйного аппарата – это делается не только для удаления ржавчины, но и для придания нужной степени шероховатости;
  • нанесение противокоррозийного материала и дополнительного защитного слоя.

Правильная предварительная обработка газопроводов и всевозможных металлоконструкций обеспечит им надежную защиту от электрохимической коррозии в процессе эксплуатации.

Электрохимическая коррозия: описание процесса, объекты разрушения, методы борьбы

Электрохимическая коррозия: описание процесса и методы борьбы

Тысячелетия развития цивилизации были бы невозможны без металла, из которого изготавливались как наконечники стрел и копий доисторического периода, так и сложнейшие машины современности.

Целые эпохи носят «металлические» названия: бронзовый, медный, железный. Металлургические комбинаты работают круглосуточно для обеспечения промышленности необходимым количеством металлических заготовок.

Машиностроительные предприятия изготавливают из них огромный ассортимент изделий от труб, рельсов и листов, до иголок и булавок.

Коррозия металлов, особенно ее основная разновидность — электрохимическая, всегда создавала трудности эксплуатации любых металлических изделий, безвременно разрушая их.

Простейшие орудия труда (нож, топор, плуг) быстро приходили в негодность во влажной среде.

Потребовались многочисленные и длительные исследования химических процессов разрушения, прежде чем были найдены технические решения, приостанавливающие коррозию металлов.

Описание процесса

Электрохимическая коррозия — это процесс, который протекает при обязательном присутствии:

  • электролита;
  • металлов с низким и высоким окислительно-восстановительными потенциалами (электродные потенциалы).

Электролит образуют вода, конденсат, любые природные осадки. Наличие двух видов металла практически не бывает всегда, и обусловлено двумя факторами:

  1. Неоднородностью изделия, то есть наличием инородных включений.
  2. Непосредственным касанием изделий из различных металлов.

В электролите неоднородные металлы образуют короткозамкнутый гальванический элемент, называемый коррозионным. Такое сочетание приводит к растворению металла с более низким электродным потенциалом, что и называют электрохимической коррозией. Скорость этого процесса сильно зависит от наличия солей в растворе и его температуры.

Основные объекты коррозии

Неоднородные металлические участки хаотично расположены на поверхности изделия и зависят от технологии и качества их изготовления, поэтому коррозионные разрушения чаще носят локальный характер. Кроме этого, локальность корродирования зависит от неоднородности:

  • защитных оксидных пленок;
  • электролита;
  • влияния внешних факторов (нагрева, облучения);
  • внутренних напряжений, вызывающих неравномерную деформацию.

Сварные и заклепочные соединения являются яркими представителями контакта инородных металлов, подвергающихся активной электрохимической коррозии. Сварка и заклепка — самые распространенные технологии в конструкции неразъемных соединений во всех ведущих отраслях промышленности и крупных трубопроводных системах:

  • машиностроение;
  • судостроение;
  • нефтепроводы;
  • газопроводы;
  • водопроводы.

Наиболее значительные разрушения сварных швов и заклепочных соединений возникают в морской воде, присутствие соли в которой, значительно ускоряет процесс коррозии.

Катастрофическая ситуация сложилась в 1967 году с рудовозом «Анатина», когда морская вода от высоких штормовых волн попала в трюмы корабля.

Медные конструкции во внутренней отделке трюмов и стальной корпус способствовали созданию коррозионного элемента в электролите из морской воды.

Скоротечная электрохимическая коррозия вызвала размягчение корпуса судна и создание аварийной ситуации, вплоть до эвакуации команды.

Положительный эффект от электрохимической коррозии встречается очень редко. Например, при монтаже новых труб в системах горячего отопления жилых домов. Резьбовые соединения муфт начинают течь при первичном пуске до тех пор, пока продукты коррозии, состоящие из гидратированного железа, не заполнят микропоры в резьбе.

Вне зависимости от вида коррозии, химической или электрохимической, ее последствия одинаковые — разрушение изделий огромной стоимости. Причем помимо прямых потерь от пришедших в негодность материалов, существуют косвенные потери, связанные с утечками продуктов, простоями при замене негодных материалов и деталей, нарушении регламентов технологических процессов.

Многочисленные исследования и развитие технического прогресса привели к созданию целой системы методов и средств в борьбе с коррозией. Можно отметить три основных направления в защите от коррозии:

  1. Конструктивные решения.
  2. Активные методы.
  3. Пассивные методы.

Конструктивные решения состоят в выборе материалов, которые минимально поддаются коррозии по своим физическим свойствам:

  • нержавеющие стали;
  • легированные стали;
  • цветные металлы.

Активные методы борьбы подсказала сама электрохимическая коррозия. Постоянное напряжение прикладывают к защищаемой металлической конструкции так, чтобы повысить его электродный потенциал и замедлить процесс электрохимического растворения. Второй вариант активной защиты — жертвенный анод, который имеет низкий электродный потенциал, вследствие чего разрушается вместо защищаемого объекта.

Пассивные методы состоят в нанесении защитных покрытий. Технический прогресс в этой области начал развиваться с нанесения простейших лакокрасочных покрытий, предотвращающих попадания кислорода, влаги и конденсата на поверхность металлов. Затем появились гальванические покрытия на основе:

  • цинка — цинкование;
  • хрома — хромирование;
  • никеля — никелирование.

Оцинкованное железо, никелированные и хромированные столовые приборы, консервные банки с продуктами служат многие годы, не поддаваясь электрохимической коррозии, сохраняя красивый внешний вид, предохраняя порчу продуктов.

Технический прогресс в развитии методов борьбы с коррозией

Так как коррозионные потери металла составляют астрономическую сумму, технический прогресс продолжает предлагать новые методы борьбы с ней, по мере развития научных исследований и совершенствования аппаратного обеспечения. К ним относятся:

  • газотермическое напыление, образующее сверхтонкие защитные покрытия;
  • термодиффузионные покрытия, создающие прочную поверхностную защиту;
  • кадмирование, обеспечивающее защиту стали в морской воде.

Рост промышленного производства происходит с постоянным увеличением выпуска металлических изделий. Электрохимическая коррозия, вне зависимости от исторической эпохи, представляет постоянную угрозу огромному объему конструкций и ответственных сооружений. Поэтому создание новых методов и средств борьбы — одна из задач исследований технического прогресса.

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.