Как борются с коррозией? (подробное описание).

Предохраняться надежнее «Ничто не вечно в этом мире» — это факт, и существует великое множество предпосылок, подкрепляющих это правило каждый день, чего только стоят человеческое упорство и нечеловеческий труд, что все перетрут. Но кроме этой движущей силы в мире предостаточно уже запущенных самой природой механизмов созидания и разрушения. Один из таких механизмов, хотя его пока и не принято относить к числу наиболее разрушительных стихий, заслуживает нашего особого внимания. Речь пойдет о коррозии, точнее о коррозии металла и ее звучании в современном автомобильном мире. Коррозия (от позднелатинского corrosio — разъедание) — самопроизвольное разрушение твердых тел, вызванное химическими и электрохимическими процессами, развивающимися на поверхности тела при его взаимодействии с внешней средой. При этом «твердое тело» — это далеко не всегда металл. Коррозия одинаково безжалостна и к бетону, и к строительному камню, и к дереву, и даже к некоторым видам пластмасс, слепа и равнодушна ко всему прекрасному, вспомнить хотя бы скульптуры из «Летнего сада» или гордость Флоренции — мраморную статую Давида работы Микеланджело Буонаротти и те усилия, что прилагают сегодня реставраторы для ее сохранения. За двести лет своего звучания фраза «Люди бьются за металл» и в наши дни ничуть не утратила своей актуальности, за минувшее время в ней лишь немного сместился акцент: с серебра и золота на обыкновенное железо. Конечно, произошел данный перенос не вдруг и не сразу. Железо долго занимало хоть и почетное, но все же достаточно скромное место в жизни человека. В основном железо и его сплавы применялись в военном деле. Из него выковывали наконечники для стрел, мечи, доспехи, позднее его начали использовать и для изготовления огнестрельного оружия. В быту его можно было встретить в виде украшений, инструментов, какого-нибудь «хитрого» механизма (дверного замка, к примеру) или лекарственного средства. Средневековые летописи полны сообщений о чудовищных пожарах, о торжествующей силе огня, чье беспощадное пламя нередко стирало с лица земли целые города. В те времена, времена неравного противостояния огня и дерева, железо и ржавчина мирно ждали наступления своего часа. ХVIII век, Англия, период промышленной революции, бурное развитие английской металлургии и машиностроения, вместе с тем стремительно меняются и английские ландшафты: 1779 год — открыт для проезда первый чугунный мост, 1814 год — на свет появляется первый локомотив, 1825 год — введена в эксплуатацию первая железная дорога, и пошло поехало, дальше больше. Такие качества железа, как пластичность, прочность, хорошая тепло- и электропроводность, легли в основу всего последующего промышленного прогресса. Железо — самый распространенный после оксида алюминия металл на земном шаре. Земная кора приблизительно на пять процентов состоит из железа. Как и большинство металлов (кроме золота, серебра, платины и меди), в природе железо встречается в ионном состоянии, в виде различных соединений: оксидов, сульфидов, силикатов, именуемых обычно рудами. Железо в свободном виде, т. н. химически чистое железо, содержащее менее 0,01 % примесей, чаще всего небесного т. е. метеоритного происхождения, гораздо реже в природе можно встретить феррит, химически чистое железо земного происхождения, продукт вулканической активности. Само по себе ионное состояние более выгодно, оно характеризуется меньшей внутренней энергией. Это заметно при выплавке железа из руд и в процессе его коррозии. Поглощенная энергия при восстановлении железа из соединений свидетельствует о том, что свободное железо обладает более высокой энергией, чем его соединение. Это приводит к тому, что железо, находящееся в контакте с коррозионно-активной средой, стремится перейти в энергетически выгодное состояние с меньшим запасом энергии. Первопричиной коррозии железа является термодинамическая неустойчивость железа в заданной среде. Попробуем проследить, чем на практике оборачивается данный закон природы. На сегодняшний день мировой объем промышленного производства железа примерно в 20 раз превышает объем производства всех остальных металлов вместе взятых, и в то же время объемы ежегодных потерь металла в результате коррозии уже составляют приблизительно 30 % от его ежегодного производства. Виды коррозии Только на первый, поверхностный взгляд процесс коррозии, и коррозии железа в частности, выглядит как нечто совершенно очевидное и простое. При этом даже краткий перечень коррозионных процессов различает такие ее виды: 1. По механизму: химическая и электрохимическая. 2. По типу разрушений: сплошная и местная. При этом четко отделить химическую коррозию от электрохимической почти всегда трудно, а иногда и просто невозможно. Химическая коррозия возникает при взаимодействии поверхностей металлов в сухих газовых средах и не сопровождается возникновением электрохимических процессов на границе фаз. К примеру, если взять железо, то в условиях умеренного климата процесс химической коррозии ведет к образованию на его поверхности равномерного (сплошного) слоя гидратированного оксида железа. Такой вид коррозии не представляет опасности для металлических конструкций, особенно в тех случаях, когда потери металлов (железа) не превышают технически обоснованных норм. Последствия такой коррозии могут быть сравнительно легко учтены и просчитаны. Гораздо опаснее вид местной коррозии, притом, что в этом случае потери металла, как правило, совсем невелики. Ее разрушительное действие состоит в том, что, глубоко въедаясь в структуру металла, она тем самым резко снижает прочность как отдельно взятых участков, так и всей конструкции в целом. Развитию местной коррозии благоприятствуют морская вода, растворы солей, в частности таких, как хлорид кальция, натрия, магния. К числу наиболее распространенных ее разновидностей относятся: язвенная, точечная, щелевая, контактная и межкристаллическая коррозия. Электрохимическая коррозия Процесс электрохимической коррозии возникает при контакте металлов с электролитами во влажных средах. Первая формулировка электрохимической теории коррозии появилась в период 30—40-х годов ХIХ века, ее суть сводилась к тому, что разнообразные примеси в металлах образуют микрогальванические элементы, в которых начинается перетекание электронов от анодных участков к катодным. Поскольку катодный и анодный процессы разделены на поверхности, то разделены и противоположные потоки ионов, атомов и молекул. Разделенные потоки не мешают друг другу, и потому данный вид коррозии протекает быстрее, чем в случае отсутствия микрогальванических элементов. Скорость течения процессов электрохимической коррозии во многом зависит от температуры и влажности окружающей среды, степени ее загрязнения химически активными веществами, химического состава самого металла. В повседневной жизни мы чаще всего сталкиваемся с атмосферной коррозией — коррозией металлов в условиях атмосферы и любого влажного газа, а также коррозией металлов, развивающейся в условиях оказываемого на них механического воздействия. Особого внимания заслуживает атмосферный вид коррозии, возникающий при контакте в среде электролита двух разнородных металлов, что приводит к образованию ими гальванической пары. В паре, где более активный металл играет роль анода и окисляется, активность того или иного металла характеризуется величиной его электродного потенциала. Ниже приведена таблица со стандартными электродными потенциалами некоторых металлов, расположенных в порядке снижения их активности. Таким образом, в паре железо-цинк будет растворяться цинк, а в паре железо-медь уже железо и т. д. На этом принципе основана коррозионно-стойкая и протекторная защита металлов. Для получения коррозионно-стойкой защиты на защищаемый металл наносят слой металла из числа более электроположительных, чем он, элементов, для протекторной — электроотрицательных. Морская защита История донесла до нас сведения о том, что еще в 1824 году английский ученный Гемфри Дейви рекомендовал для защиты медной облицовки морских судов использовать «жертвенные» полосы из железа, которые бы крепились снаружи к корпусу судна, что и было сделано. В результате коррозия медной обшивки действительно значительно снизилась, но на смену одной напасти пришла другая. Поскольку медь прекратила растворяться (коррозировать), вместе с тем прекратилось и поступление в морскую воду ионов меди (Cu2+) — сущего яда для многих микроорганизмов, что в итоге привело к обрастанию корпуса ракушками и снижению скоростных характеристик судна. А периодическая очистка днища судна от ракушек требовала больших трудозатрат. В общем и целом, данный опыт хоть и с небольшой натяжкой можно назвать положительным, но история хранит в своей памяти сведения и о других, куда менее успешных пробах и следовавших за ними ошибках. Так можно взять, к примеру, случай, произошедший на одной из американских судостроительных верфей в 20-х годах прошлого столетия. Тогда один весьма состоятельный американец пожелал, не считаясь с затратами, построить единственную в своем роде яхту. Днище строящейся чудо-яхты обшили дорогим монтель металлом (сплав 70 % никеля и 30 % меди), а киль, форштевень и раму руля изготовили из стали. При спуске яхты на воду в ее подводной части образовалась гальваническая пара с катодом из монтель и анодом из стали. Значительная разность электродных потенциалов у монтеля и стали заставляла гальванический элемент активно работать, в результате еще до завершения отделочных работ корпус яхты дал первую течь, а в дальнейшем сама яхта с примечательным названием «Зов моря» так ни разу и не вышла в открытое море. Автомобили начали портиться В ХХ веке автомобиль, как для человека, так и для коррозии, стал любимой игрушкой. Попробуем разобраться в природе этой исключительно крепкой привязанности «рыжей злодейки» к нашим с вами автомобилям. С точки зрения коррозии автомобиль — это некая субстанция, изготовленная из тонких листов железа невысокого качества. Конструкционные особенности данного сооружения таковы, что по окончании сборки в нем образуется большое количество скрытых, плохо проветриваемых полостей, способных прекрасно накапливать влагу, пыль, грязь — это раз! Вся машина сверху донизу насквозь испещрена сварными и вальцованными соединениями, крепежными и дренажными отверстиями — это два! При этом не стоит забывать и про тяжело нагруженные участки конструкции, испытывающие на себе постоянное воздействие знакопеременных и пульсирующих механических напряжений, приводящих к появлению в этих местах преждевременной усталости металла с неминуемым коррозионо-ржавым финалом — три! Ну разве можно не любить автомобиль за все это? Разумеется, ржавчине и исключительно в гастрономическом смысле этого слова. Итак, из всего вышесказанного однозначно следует то, что, даже не принимая во внимание фактор агрессивной дорожной среды, кузов любого автомобиля изобилует «слабыми» с точки зрения коррозионной устойчивости местами. А после того, как он отправится в путь, где его встретят грязь, вода, соль, летящие из-под колес камни, выбоины на дорогах, когда он будет вынужден стойко переносить все экологические и климатические превратности того или иного региона, справляться со всевозможными механическими и температурными перегрузками, все это вместе взятое да с учетом фактора времени способно «укатать» абсолютно любую технику. Вопрос — «Что делать?». Ответ — проводить обработку Раст стоп. Современная заводская антикоррозионная защита автомобильного кузова — это целый арсенал всевозможных химических средств и технологий, способных эффективно воспрепятствовать ржавлению автомобиля. К числу наиболее распространенных их видов относятся: · Фосфатирование — процесс, одновременно улучшающий сцепление лакокрасочного покрытия с металлом и его антикоррозионную защиту. · Электрофорезное грунтование (E-coat), в частности защитные покрытия, полученные при применении катафорезного метода грунтования. При малой толщине (ок.15 мкм) такие покрытия обеспечивают надежную антикоррозионную и химическую защиту металла. · Разнообразные виды металлических покрытий: химическое металлирование, гальваническое покрытие, напыление, горячее покрытие. · Обработка лакокрасочными материалами. Защитно-декоративные лакокрасочные покрытия обладают низкой газо- и паропроницаемостью, водоотталкивающими свойствами и поэтому препятствуют доступу к поверхности металла воды, кислорода и содержащихся в атмосфере агрессивных компонентов. · Дополнительная антикоррозийная обработка автомобильного днища и скрытых полостей. Может сложиться впечатление, что подобная эшелонированная оборона в состоянии надолго, если не навсегда, оградить кузов автомобиля от пагубного воздействия дорожной среды и ржавления, но практика доказывает обратное. «Шведский институт коррозии» — одна из старейших организаций в Европе, занимающаяся проблемами коррозии различных материалов, включая проблему ржавления автомобильных кузовов. В рамках проводимых исследований коррозионной устойчивости автомобилей разных марок «под пилу» работников института попадают в среднем от 800 до 1000 автомобильных кузовов 18—20 наиболее популярных в Европе автомобильных марок, определенной возрастной группы. Цель проводимых исследований — исследование коррозионной стойкости различных автомобилей, в частности, изучение конструкционных особенностей того или иного автомобильного кузова и то, как это сказывается на показателях его антикоррозионной защиты. Отдельно исследуются защитные свойства дополнительных антикоррозионных покрытий. В первую очередь специалистов института интересует состояние следующих мест автомобильного кузова: нижние кромки дверей, пороги, передняя часть капота, дренажные отверстия, крышка багажника/пятая дверь, задние крылья и колесные арки. Распиливание автомобильного кузова, вскрытие мест точечной сварки и вальцованных швов позволяет обнаружить очаги коррозии намного раньше того времени, как они станут хорошо заметны на лакокрасочном покрытии автомобиля. Регулярно публикуемые институтом отчеты о результатах данных исследований неизменно свидетельствуют о том, что автомобили различных марок и ржавеют по-разному, что для некоторых из них и один год идет как за три, а для других и пять лет не срок. Традиционно слабыми местами большинства автомобилей продолжают оставаться скрытые и плохо вентилируемые полости кузова, места точечной сварки, задние крылья, арки колес, места крепления элементов подвески к кузову. По мнению специалистов шведского института, улучшению антикоррозионной устойчивости автомобиля способствуют следующие условия: · конструкция несущего кузова должна быть выполнена с таким расчетом, чтобы она препятствовала прямому попаданию воды или грязи в места вальцованных соединений и точечной сварки; · использование стальных листов с защитным металлическим покрытием, при этом чем толще будет слой защитного металла, тем прочнее будет защита; · применение электрофорезного метода грунтования; · все стыки вальцованных соединений должны быть тщательно обработаны защитными составами, препятствующими проникновению в них воды и грязи; · обработка скрытых полостей кузова антикоррозионными препаратами с высокой проникающей способностью. При этом для автомобилей со «слабой» заводской антикоррозионной защитой рекомендуется как можно скорее пройти дополнительную антикоррозионную обработку. Автомобили со «средней» степенью антикоррозионной защиты могут подождать первые 3—4 года, и, наконец, владельцы автомобилей с «хорошо» обработанным с точки зрения антикоррозионной защиты кузовом не нуждаются в услугах мастера антикоррозионного участка в течении первых 6—7 лет. Для того, чтобы самостоятельно определить, к какой из вышеперечисленных групп относится ваш автомобиль, ниже приведена таблица с результатами независимых исследований, проведенных журналом «Vi Bilagre», ставившим перед собой цель определить степень коррозионной стойкости более чем у 100 автомобилей различных марок не старше 1998 г. в. Итак, допустим, вы пришли к мысли, что вашему автомобилю все-таки необходимо пройти дополнительную антикоррозионную обработку, даже несмотря на то, что знакомы вы с ним без году неделю, да и сам автомобиль приблизительно того же возраста. Сегодня процесс антикоррозионной обработки кузова уже давно не исчерпывается простой обработкой «Мовилем» внутренних полостей стоек, капота, дверей, багажника, и покрытие автомобильного днища, в лучшем случае чисто вымытого, слоем каучуково-битумной мастики. Современная антикоррозионная обработка предполагает дифференцированный подход к каждой в отдельности марке автомобиля. Необходимость такого подхода объясняется тем, что конструкция кузова каждой модели автомобиля, изначально изобилующая всевозможными усилителями, нахлестами, перемычками, фигурными ребрами, по-своему уникальна и неповторима. Соответственно, в каждом кузове по-своему гнездятся и потенциальные очаги коррозии, и тут надо добавить, что наибольшую угрозу для автомобильного кузова представляет коррозия, приходящая изнутри. С осознанием этого производители антикоррозионных материалов предложили свой вариант решения проблемы, смысл которого сводится к проведению тотальной антикоррозионной обработки всего автомобильного кузова со всеми скрытыми полостями вместе взятыми. Как и в случае с разработкой плана наступательной военной операции, для осуществления этого стратегического замысла компаниям-производителям антикоррозионных материалов предварительно предстояло провести большую и кропотливую работу. Сначала была проведена разведка, скрытая при помощи бороскопа, и разведка боем при помощи пилы по металлу, обе с целью выявления потенциально наиболее коррозионно-опасных зон, параллельно изучались пути подхода к этим зонам с использованием специального инструмента. Тут же, по месту, вырабатывались и рекомендации по применению тех или иных антикоррозионных препаратов. Затем все полученные таким образом данные суммировались и систематизировались. Результатом этих усилий стало создание подробных технологических карт для проведения антикоррозионной обработки кузовов различных марок автомобилей. Среди отечественных компаний-производителей, уже работающих по технологическим картам, надо упомянуть фирму «Нова и Ко». Среди зарубежных нельзя обойти вниманием большой практический опыт в области проведения тщательной антикоррозионной обработки кузова, накопленный шведскими корпорациями Eftec (торговая марка Dinitrol AB) и Geveko Industry AB (торговая марка Mercasol). На каком-то из этапов развития автомобилестроения кузов некоторых автомобилей стали изготавливать из алюминия, что самым благоприятным образом сказалось на его коррозионной устойчивости, позволило значительно уменьшить вес самого кузова, соответственно следом уменьшился и расход потребляемого автомобилем топлива. Но в то же время ожидать, что в ближайшем будущем алюминий займет место металлопроката в автомобилестроении, пока не приходится. Скорее в обозримом будущем можно рассчитывать на появление новых легких и прочных, износо- и коррозионно-устойчивых металлов, специально разработанных с учетом автомобильной специфики. Тем более что работы в этом направлении ведутся совместными усилиями крупнейших компаний-производителей стали для автомобилестроения уже более десяти лет. В 2006 году дебютировала новая модель «мерседес» М-класса. Конструкция кузова данной модели на 62 % состоит из упрочненной, но все же стали нового поколения. Как это сказалось на коррозионной устойчивости автомобильного кузова, ответ даст только время. Будем надеяться, что на этот раз с ответом нам придется подождать.