Окисление — это один из наиболее часто встречающихся видов коррозии металла. Оно происходит в результате контакта сплавов с кислородом, содержащемся в воде и воздухе, и образует ржавчину, разрушающую структуру материала. В итоге срок службы металлоизделий сокращается в несколько раз, их жесткость, способность выдерживать большие нагрузки и стойкость к механическим воздействиям снижаются в критически малые сроки.
Несмотря на то, что полностью устранить окислительную реакцию невозможно, существуют действенные способы противостоять ей и продлевать срок службы металлоизделий.
Металлы, подверженные коррозии, называют корродирующими. Чтобы защитить их от окисления, используются различные методы, основными из которых являются:
- исключение контакта с влагой;
- добавление в сплавы определенных химических элементов;
- нанесение водоотталкивающих покрытий;
- использование комбинаций из двух металлов — биметалл.
Как исключить контакт металла с водой
Вода в сочетании с кислородом из воздуха создает условия для электрохимической коррозии. Этот процесс приводит к образованию гидроксида, который разрушает металлические поверхности, снижает срок службы и прочность металлоизделий.
Чтобы уменьшить вероятность образования ржавчины, необходимо максимально затруднить попадание влаги на поверхность и во внутренние слои металлов.
Способы защиты металлоизделий от воды:
- Герметизация швов и стыков силиконовыми герметиками или полиуретановыми составами.
- Нанесение на поверхность влагозащитных покрытий и лаков, красок и эмалей с водоотталкивающими свойствами.
- Изоляция металла для исключения контакта с водой при помощи силовых мембран и пленок из полимерных материалов.
- Учет определенных нюансов при проектировании металлоконструкций (исключение мест, где вода может скапливаться, устройство хорошей дренажной системы и другое).
- Установка физических препятствий для попадания воды к металлу (навесы, козырьки, устройство других барьеров).
- Контроль влажности в помещениях (организация эффективной вентиляции, установка осушителей воздуха в закрытых помещениях, иные способы поддержания низкой влажности воздуха).
- Регулярное обслуживание и осмотр, незамедлительное устранение обнаруженных следов ржавчины.
Применение перечисленных мер защиты сплавов от влаги позволяет значительно уменьшить вероятность контакта с кислородом и, соответственно, снизить риск окисления металла.
Химические элементы для противодействия окислению металла
Для улучшения коррозионной стойкости металлов в сплавы часто добавляют некоторые химические элементы, чаще всего металлы, с определенными свойствами. Благодаря таким добавкам на поверхности металлоизделий образуется тончайшая оксидная пленка, которая не пропускает активный кислород к сплаву, продлевая тем самым срок службы металлических изделий, улучшая их эксплуатационные характеристики.
Процесс образования пленки называется пассивацией. Она способна значительно замедлить и даже остановить уже возникшее окисление.
Некоторые металлы естественным образом образуют пассивные оксидные слои при контакте с кислородом воздуха. Однако процесс пассивации также может быть проведен искусственно — в промышленных условиях, например, с использованием кислот, щелочей или электрических методов (анодирование).
Вот некоторые из химических элементов, способствующих пассивации:
- Хром — образует на поверхности металла устойчивую оксидную пленку, защищающую металл от дальнейшего окисления. Используется для создания нержавеющей стали и других коррозионностойких сплавов.
- Никель — улучшает коррозионную стойкость, повышает механические свойства и термическую устойчивость металла. Его добавляют в аустенитные нержавеющие стали.
- Молибден — улучшает коррозионную стойкость, особенно в агрессивных средах (кислоты, соляные растворы, морская вода и т.д.). Используется в сплавах, предназначенных для эксплуатации в экстремальных условиях.
- Титан — образует прочные оксидные пленки на поверхности металла, предотвращая дальнейшее окисление. Применяется в авиации, космосе и медицинских имплантатах.
- Алюминий создает тонкую, прочно соединенную оксидную пленку, препятствующую окислению. Используется в авиации, строительстве и транспорте.
- Кремний — повышает стойкость к окислению при высоких температурах. Входит в состав различных легированных сталей и чугуна.
- Фосфор — включение небольшого количества вещества в состав сплава повышает стойкость металла к коррозии, увеличивает его твердость и прочность. Также используется в легированных сталях и чугунах.
- Марганец — помогает предотвратить образование сульфидных включений и устраняет негативное влияние серы, улучшает механические свойства и коррозионную стойкость.
Перечисленные вещества выполняют роль легирующих компонентов, улучшающих свойства сплавов, коррозионную стойкость, а процесс их добавления называют легированием.
Водоотталкивающие покрытия
Для предотвращения окисления металла можно также использовать специализированные средства, затрудняющие проникновение воды и воздуха к поверхности металлоизделий. К ним относятся:
- смазки и масла — WD-40, силиконовая смазка, моторное масло;
- антикоррозийные слои — цинковая грунтовка и краска, эпоксидные и полиуретановые покрытия;
- средства со специальными свойствами — парфюмерно-технические жидкости и тефлоновые спреи, комбинирующие гидрофобные и защитные характеристики.
При отсутствии возможности оперативно обработать металлоизделия водоотталкивающими средствами народные умельцы прибегают к временным мерам, например, наносят на поверхности автомобильный воск, пчелиный воск или натуральные растительные масла. Однако следует помнить, что эти вещества не предназначены для защиты от коррозии и могут служить барьером для ржавчины лишь в крайнем случае и только строго ограниченное время.
Каждое из перечисленных средств имеет свои особенности и применимость, поэтому выбор конкретного покрытия зависит от типа металла и условий его эксплуатации.
Биметаллы для предотвращения окисления металла
Биметаллы представляют собой комбинацию двух разных металлов, объединенных для улучшения эксплуатационных и антикоррозийных свойств изделий. Нержавеющая сталь, титан, бронза и другие сплавы обладают естественной способностью противостоять ржавчине. Создание слоев из таких материалов в ходе изготовления значительно влияет на устойчивость металлоизделия к воздействию кислорода.
Вот лишь несколько биметаллических комбинаций, способных предотвращать окисление:
- Медь и сталь. Медь обеспечивает высокую стойкость к коррозии, а сталь — прочность и долговечность.
- Алюминий и сталь. Алюминий сам обладает высокой стойкостью к окислению и защищает стали.
- Нержавеющая сталь и обычная сталь. Нержавейка в качестве внешнего слоя несет антикоррозийные свойства, а обычная сталь внутри дает механическую прочность.
- Никель и медь. Комбинация используется для производства изделий, которые предназначены для эксплуатации в агрессивных средах.
- Титан и сталь. Титан обладает отличной коррозионной стойкостью и небольшим весом, защищает сталь во время использования в морских и химических средах.
Использование биметаллов позволяет сочетать лучшие свойства каждого из металлов, обеспечивая защиту от коррозии и долговечность. Выбор конкретной комбинации зависит от конкретных условий эксплуатации и специфических требований к металлоизделию.
