Продукти и технологии за защита от корозия Антикорозионната защита е един сигурен начин да удължите срока на експлоатация на сгради, съоръжения и инсталации. В областта на строителството корозията крие най-голяма опасност за металите и стоманобетонните конструкции. Последствията от корозията може да се окажат опасни и скъпо струващи повреди на съоръжения от всякакъв род – сгради, инфраструктурни обекти и промишлени инсталации. Това може да се избегне с надеждните методи и материали за защита от корозия, които ще Ви представим.
текст Вела Динкова
Естественото разрушаване на металите в резултат на химично и физично въздействие на заобикалящата ги среда се нарича корозия (от латински „corrodere” – гриза, разяждам). В общия случай това е нежелателно разрушаване на всякакви твърди тела - от метал, керамика, дърво, полимер или друг материал. Причината за корозията е термодинамичната неустойчивост на конструкционните материали към въздействието на вещества, намиращи се в контактната с тях среда. Влияние оказват освен видовете вещества в околната среда, също така и влажността, температурата, киселинността, налягането. Целият този комплекс от физични и химични въздействия на заобикалящата среда предизвиква на повърхността на телата да протекат електрохимични и химични реакции, насочени към възстановяване на термодинамичното равновесие. Това са естествени процеси на разрушаване, в резултат на които се получават стабилни съединения. Такъв е примерът с кислородната корозия на желязото. Под въздействие на кислорода от въздуха и при наличие на влажност желязото се окислява и се превръща в стабилното твърдо съединение хидратиран железен окис, представляващо ръжда. За сплавите на желязото често се използва терминът ръждясване вместо корозия. При полимерите не е толкова обичайно процесите на разрушаване да се наричат корозия. Аналогично на корозията при металите тук се използва понятието стареене на полимерите. Механизмът и кинетиката на процесите за неметали и метали обаче, са съвсем различни. В настоящия материал ще се спрем на класическия случай на корозия, която засяга металите и стоманобетонните конструкции и средствата за нейното предотвратяване.
Според типа агресивна среда, в която протичат процесите на разрушаване, корозията бива газова, атмосферна, електролитна, неелектролитна, подземна, биокорозия и други. Основната класификация на корозията е в зависимост от механизма на протичащите процеси и включва два главни типа – химична и електрохимична. Химичната корозия е взаимодействие на повърхността на метала с корозионно-активна среда, което не е съпроводено с протичане на електрохимични процеси на границата на фазите. А разрушаването на металите под действие на възникващи в корозионната среда галванични елементи се нарича електрохимична корозия. Тя е най-честата форма на корозия и винаги протича с наличие на електролит (роса, дъждовна вода и други), както е например при ръждясване на желязо във влажна атмосфера. Четирите елемента в този процес са катод, анод, проводник на електрони и проводник на йони. Проводникът на електрони е метал, провеждащ електрически ток. Проводникът на йони е провеждаща електрически ток течност или електролит. Електродите, или анод и катод, са електропроводници, които са в контакт с електролита. Разликата в електродните потенциали на двата електрода действа като движеща сила за електрохимичната корозия. Образува се корозионна двойка, в която единият от електродите (анода) представлява разрушаващият се метал. Всички мерки за антикорозионна защита са насочени към това да се предотврати образуването на корозионна двойка или действието да се намали.
Ако в електролита са разтворени соли, електропроводимостта му се увеличава, а заедно с това и скоростта на процеса. Особено силно действат хлорните йони, съдържащи се в морската вода или в топящите се снегове след употреба на сол по пътищата. Увеличена концентрация на йони има и в киселинните дъждове или под формата на аерозоли при определени промишлени условия. Такива йони действат като катализатори за процеса на корозия. С получаващите се в него Fe3+ (железни катйони) йоните на хлора образуват разтворими комплекси от (FeCl4)-, които ускоряват окислението на метала. Влияние върху процеса оказват и примесите в металите. Съвсем малко количество примеси на повърхността на метала с висок окислително-редукционен потенциал са достатъчни за възникване на корозионен елемент. На най-силен риск от корозия са изложени местата на съприкосновение на метали с различни потенциали, например при заварки и нитове. Корозионен елемент възниква не само при допир на два различни метала, но и в случай с един метал с нееднородна структура на повърхността си.
Корозията във всичките си описани форми води до милиарди евро загуби годишно. Действителните загуби от корозия са много повече от преките загуби на метал. Освен подмяна или ремонт на разрушените части, тук се включват разходи за корозионна защита, загуби от нарушени технологични процеси, а в крайни случаи и от разрушени цели конструкции. Решаването на този проблем е важна задача. То включва използване на съвременни методи и средства за защита от корозия, насочени към блокиране или забавяне на процесите, които описахме. Те могат да Ви спестят много средства и неприятности.
Антикорозионни технологии
Технологиите за защита от корозия се разделят в три основни направления – структурни, активни и пасивни. Структурните се изразяват в подбор на устойчиви на корозия конструкционни материали. Пасивните методи представляват използване на специализирани бои и лакове, а активните действат с преднамерено създадена електродна двойка, така че единият метал да защитава другия. Като цяло защитата на металите от корозия се базира на следните методи: повишаване на химичното съпротивление на конструкционните материали, изолация на повърхностите на метала от агресивни среди, понижаване на агресивността на контактната среда и забавяне на корозията с електрохимична защита. Изолиране на повърхностите и увеличаване на тяхното съпротивление на корозия може да стане със специализирани бои и лакове, които разглеждаме по-долу, в материалите за защита от корозия. Сега ще се спрем на електрохимичната защита и понижаване на агресивността на средата.
Електрохимичната защита се основава на това, че при промяна на окислително-редукционния потенциал на метала чрез пропускане на ток може да се промени скоростта на корозията му. Този вид защита е изключително ефективна и се осъществява чрез катодна и анодна поляризация. При катодната защита, защитаваният метал приема електрони и се превръща в катод. Така той не корозира. Катодната поляризация може да се осъществи или чрез свързване на металната конструкция с отрицателния полюс на външен източник на постоянен ток, или чрез осъществяване на контакт с по-активен метал – протекторна защита. В първия случай се използва отпадъчен материал, който се свързва с анода и впоследствие поема корозионния процес върху себе си. Във втория случай към метала се включва протектор с по-нисък редоксипотенциал. Така се формира галваничен елемент, при който протекторът се разрушава. Обикновено за анодни протектори се използват цинк, алуминий, магнезий и техни сплави. При другия вид електрохимичната защита – анодната поляризация, на повърхността на метала се образува оксидно покритие, което има пасивираща функция. В случая потенциалът на метала се измества в положителна посока и корозията му се забавя.
Друг често използван метод за защита от корозия е инхибиторната защита. Тя се изразява в добавяне в средата на забавители (инхибитори), които правят условията по-слабо агресивни. За различните метали инхибиторите действат специфично, при това в различни концентрации и при различно pH на средата. Могат да се използват окислители и редуктори. Трябва да се има предвид, че окислителите действат като инхибитори за анодните участъци, а редукторите - за катодните.
Материали за защита от корозия
Асортиментът от антикорозионни лако-бояджийски материали е голям. При избора на защитно покритие трябва да се отчитат редица експлоатационни, технологични и икономически фактори като вид на защитавания материал, необходима трайност на покритието, тип контактна среда, климат, степен на подготовка на повърхността, съвместимост с други методи на защита (например катодна), технологични изисквания, естетика, пожаробезопастност, санитарно-хигиенни изисквания и икономическа целесъобразност. Изключително ценна информация при избора можете да получите от международния стандарт ISO 12944, приет като действащ БДС. Той е за корозионна защита на стоманени конструкции чрез защитни лаковобояджийски системи. Стандартът разделя шест категории по корозионна активност за атмосферни условия и три категории за вода и почва. За всяка от категориите стандартът препоръчва схема от покрития, като се поясняват типа свързващо вещество, дебелината на покритието и броя на слоевете.
Образуването на защитно покритие с най-често използваните бои и лакове протича чрез три механизма – изпарение, химична реакция и окисление от кислорода. В първият случай покритието се образува за сметка на физичния процес на изпарение на разтворителя.
Качеството на покритието тук не зависи от температурата на околната среда, тя оказва влияние само върху скоростта на изсъхване. Затова материалите с физично образуване на покритието могат да се използват и при отрицателни температури. В тази група се отнасят бои и лакове на основата на акрилни полимери, винилхлоридни кополимери и хлориран каучук. За акрилните антикорозионни състави може да се каже, че имат отлична атмосферна и светлинна устойчивост. Притежават и високи декоративни възможности и се препоръчват за места с по-специални естетически изисквания. Проявяват добра адхезия към металите и между отделните слоеве на покритието. Трябва да се има предвид, че акрилните състави имат малка дебелина на слоевете (20-30 микрона) и са със слаба устойчивост към разтворители. Боите на основата на винилхлоридни кополимери пък имат предимството, че изсъхват бързо, имат висока атмосферна и водоустойчивост, голяма еластичност и издръжливост на удар. Те могат да се нанасят при ниски температури до -10°С. Също като акрилните бои и те са слабо устойчиви на разтворители, дават малка дебелина на слоя (40-50 микрона) и изискват прецизна подготовка на повърхността. Антикорозионните състави на основата на хлориран каучук пък могат да се нанасят при температури до -15°С и също изсъхват бързо. Имат висока устойчивост на вода, киселини и основи. Съдържанието на хлор прави покритието по-слабо горимо. Като недостатък за тях може да се посочи влошаване на физико-механичните им свойства под действие на слънчевата светлина, слабата устойчивост на разтворители и нефтопродукти, както и малката дебелина на слоя (50-70 микрона).
Във втория случай на образуване на защитно антикорозионно лаковобояджийско покритие протича химическа реакция. Тук се осъществява реакция на пространствено омрежване с термореактивни агенти като епоксидни смоли и полиуретан. Оптимална степен на омрежване се постига при температура над +10°С. Полиуретановите и епоксидните антикорозионни състави са изключително трайни и устойчиви на химични реагенти и вода. Заради големия си брой полярни групи епоксидните бои и лакове имат най-добра адхезия. Те са устойчиви на механично износване и имат голяма дебелина на слоя. В същото време и епоксидните и полиуретановите продукти са двукомпонентни, което означава, че след като се подготвят за употреба, времето за нанасяне е ограничено. Както споменахме, те са взискателни и към климатичните условия при нанасянето, както и към предварителната подготовка на основата. Да не забравяме и това, че полиуретановите състави са токсични по време на полагането им и трябва да се вземат мерки за безопасност. За сметка на това обаче, те имат отлични естетически качества, устойчиви са на светлина и атмосферни въздействия и имат голяма дебелина на слоя.
В третия случай лако-бояджийското антикорозионно покритие се образува в резултат на окисление от кислорода на въздуха. Тук се отнасят алкидните състави. Те са взискателни към температурата на нанасяне. Тя трябва да е над +5°С, в противен случай покритието изсъхва физически и не протича реакция на взаимодействие между свързващото вещество и кислорода. Такова покритие не осигурява необходимата антикорозионна защита. Ако условията на полагане са спазени, алкидната защита ще Ви даде добра декоративност. Освен това съставът е еднокомпонентен, относително евтин и има добра адхезия към металите и между отделните слоеве. Основно предимство на алкидните антикорозионни продукти е, че са изключително толерантни към основата.
Съставът им прониква в ръждата и не позволява да се разпространява. Като недостатъци могат да се посочат бавното изсъхване, високото съдържание на органични разтворители и малката дебелина на слоя – 25-30 микрона.
Независимо от вида на състава, поставянето на бои и лакове за защита от корозия е многоетапен процес, който включва подготовка на повърхностите на метала, подготовка на лака или боята, полагане на покритието и изсъхване до пълното втвърдяване на защитния слой. За обезпечаване на надеждна защита е необходимо да се създаде добър контакт между метала и боята/лака. Тъй като силите, които осъществяват физичните и химичните връзки между метала и полимерния слой боя, действат на много малки разстояния – не повече от 0.5нм (приблизително равно на диаметъра на молекулата на водата), то ефективен контакт може да се установи само в случаите, когато разстоянията между функционалните групи на соля боя и активните центрове на метала са не повече от 0.5нм. Трябва да се има предвид и това, че всякакви замърсявания скриват активните центрове на метала и нарушават адхезията му с антикорозионното покритие. В допълнение, замърсявания като разтворими соли, ако не бъдат отстранени от повърхността на метала преди нанасянето на боята, в последствие предизвикват осмотични явления, привличат вода и увеличават обема си. Така под филма защитно покритие се образуват мехури и защитата не е ефективна.
Именно затова преди нанасяне на антикорозионното покритие основата трябва да се почисти и да се придаде необходимия релеф на повърхността, при който се увеличава реалната площ за контакт между основата и покритието. Това може да стане с абразивно-струйна обработка на метала.
Както може би се убедихте, продуктите и технологиите за защита от корозия са доста разнообразни.
Различните методи на производство на металите, на тяхната последваща обработка и полагането на разнообразни защитни състави, дават целия набор от структурни, активни и пасивни методи на защита. Те могат да се комбинират по различен начин в зависимост от нуждите. Производителите и търговците на устойчиви на корозия метали, както и на антикорозионни бои и лакове могат професионално да Ви насочат за правилния избор на схема на защита във всеки конкретен случай. Така ще получите добро решение на сериозния проблем с корозията.27/09/2013 |
