Metallide korrosioon ja erosioon: põhjused ja kaitsemeetodid

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-17 10:25

Metalltoodete töökeskkonnas esineb sageli keemilisi, mehaanilisi ja elektrilisi välismõjusid. Selle tulemusena võib selliste elementide ebaõige hoolduse ja ohutusstandardite eiramise korral tekkida konstruktsioonide ja osade deformatsiooni- ja kahjustamise oht. Selle põhjuseks on esilekerkivad metallide korrosiooni- ja erosiooniprotsessid, mis pikemas perspektiivis aitavad kaasa toote struktuuri täielikule hävimisele.

Miks ilmub rooste

Söövitusreaktsioonis luuakse tingimused metalltoodete struktuurseks hävimiseks kokkupuutel keemiliste ja elektrokeemiliste ainetega. Esimesel juhul puutub materjal kokku naftatoodete, kivisöe, soola ja muude mineraalidega. Elektrivool sel juhul kaasatud ei ole. Peamine töökeskkond võib olla kuiv gaas või mittejuhtiv vedelik. Suurima hävitava mõjuga on heledad sordid.naftasaadused nagu petrooleum ja bensiin. Eelkõige võivad nende koostises olevad väävliühendid ja happelised jäägid mõjutada avameretransporditankeri kere.

Elektrokeemilise korrosiooni korral avaldab mõju ka vool. Metalli erosiooniga keeruka hävitamisega kaasneb mehaaniline kulumine. Olukorra võib keerulisemaks muuta asjaolu, et välismõjud ise hakkavad määrama looduskeskkonna omadused – näiteks võivad merevees toimuda keemilised reaktsioonid elektrolüütidega. Metallkorpus ise on struktuurilt heterogeenne materjal, mis põhjustab mikrogalvaaniliste paaride olemasolu. Just need koos konstruktsiooni metallosadega toimivad anoodidena, luues tingimused korrosiooniprotsessiks.

Erosiooni põhjused

Üldiselt viitab erosioon mehaanilisele kulumisele, mille tulemusena võib toote suurus, kuju, kaal ja muud omadused muutuda. Mis on metalli erosiooni põhjus? Välismõju füüsikalised protsessid, mis vähendavad konstruktsiooni või eraldiseisva osa pinnakihi mikromahtude tugevust. Pealegi ei ole mõjuvad ained ainult mehaanilised tegurid, nagu otsene kokkupuude kõvade abrasiividega.

Need võivad olla termilised, gaasilised ja keemilised aktiivained ning need võivad toimida nii iseseisv alt kui ka täiendava vahendinakulumistegur. Näiteks aitavad gaasivood kaasa tahkete osakeste liikumisele torujuhtme kaudu töösegude tarnimise ahelas, millel on metallpindadele kaudne hävitav mõju.

Meetodid metallide kaitsmiseks korrosiooni eest

Praktika näitab, et 80% materjalide korrosiooni eest kaitsmise tingimustest kehtestatakse pinna ettevalmistamise etapis. Ülejäänud 20% on juba töötamise ajal ette nähtud. Ligikaudu samasugust kaitsemeetmete tõhususe suhet täheldatakse metallide erosiooni korral, kui kasutatakse toorikute kulumist minimeerivaid vahendeid.

Peamised korrosioonivastase kaitse valdkonnad on struktuurne, passiivne ja aktiivne. Konstruktsioonikaitse on tingitud spetsiaalsete roostevabast terasest, Corteni terasest ja värvilisest metallist valmistatud sulamite kasutamisest. Aktiivsed meetodid hõlmavad materjali struktuuri muutmist kahekordse elektrikihiga - elektrokeemilise kaitse meetodiga. Mis puudutab passiivseid meetodeid, siis need hõlmavad spetsiaalsete kattekihtide kasutamist, mis takistavad söövitava elemendi teket.

Metalli kuumtöötluse erinevad variandid

Metallist toorikute tehnoloogilise töötlemise meetodite rühm, mis keskendub ka pinnakihi struktuurimuutusele, et kaitsta korrosioonikahjustuste eest. Eristatakse järgmisi sellise töötlemise tüüpe:

• Lõõmutamine. Kuumtöötlus, mille käigus metalli kuumutatakse, millele järgneb järkjärguline jahutamine.
• Kõvenemine. ATterased ja nende sulamid võivad olla sihttoodetena. Kõvenemisel struktuur rekristalliseerub ja peale materjali kriitilisel temperatuuril hoidmist järgneb jahtumine. Sellise töötluse läbinud osas moodustub mittetasakaaluline struktuur, mis on selle meetodi valimist piirav tegur.
• Puhkus. Alternatiivne meetod metalli kuumtöötlemiseks seoses kõvenemisega, mis võib toimida ka abietapina struktuuri muutmisel. Igal juhul eemaldatakse selle rakendamise ajal liigsed terasest pinged, mis suurendab korrosioonivastaseid omadusi.
• Normaliseerimine. Töötlemine sarnane anniilimisele. Erinevus seisneb selles, et lõõmutamise ajal toimub jahutamine ahjus, normaliseerimisel aga õhus.

Meetodid metallide kaitsmiseks erosiooni eest

Metallmaterjalide erosiooni eest kaitsmise põhisuund on spetsiaalsete kattekihtide väljatöötamine. Eelkõige suurendab metalliseerimine töödeldavale detailile korrosioonivastase sulami kandmise näol konstruktsiooni keemilisi ja mehaanilisi omadusi. Selle tulemusel väheneb kulumine ja osa disain võib säilitada oma varasema jõudluse.

Konkreetsete rakenduste jaoks töötatakse välja ka mittemetallist kulumiskindlaid katteid. Näiteks hõõrduvate pindade tingimustes tekkivat metallide erosiooni leidub sageli sõidukiosades. Selliseks kaitseks kasutatakse suurema tugevuse ja kõvadusega teemantilaadseid, keraamilisi ja kombineeritud ühendeid.

Omadusedgaasierosiooni kaitse

Sel juhul ei ole rõhk osade mehaanilisel kaitsel, vaid keemilis-füüsikalisel isolatsioonil. Kasutada saab nii spetsiaalseid materjalide hoidmise ja ladustamise režiime kui ka spetsiaalseid määrdeaineid, mis takistavad metalli erosiooni. Kulumiskaitse ja ennetamine sõltuvad ka soojusisolatsioonist.

Selles suunas kasutatakse selliseid materjale nagu puhas kroom ja NT kaubamärgi nairiit. Kroomi puuduseks on see, et seda iseloomustab vähene sitkus ja elastsus. Sel põhjusel kasutatakse seda harva konstruktsiooni isolatsiooni elemendina. Nairiidi osas valmistatakse selle baasil kummiga vedelaid segusid, mille kaudu moodustuvad monoliitsed kulumiskindlad tihendid.

Kaitsemeetod termilise pihustamise teel

See on mitmekülgne kaitsetehnoloogia, mis sobib nii korrosioonitõrjeks kui ka mehaaniliseks kulumisisolatsiooniks. Selle pealekandmise tehnika seisneb selles, et tsingiosakesed kantakse detaili pinnale gaasijoaga. Erinev alt teistest metalliseerimismeetoditest moodustab see meetod kuni kümnete mikronite paksuse kaitsekihi. Nii hoitakse ära erosiooniprotsessid, mis tekivad nii inseneriseadmete sõlmedes kui ka transpordivõrkudes ja suuremates naftajuhtmetes.

Järeldus

Metallkonstruktsioonidele avaldatava negatiivse mõju protsessid sunnivad tegutsevaid ettevõtteid kulutamasuuri summasid nende ülalpidamiseks. Samal ajal on kõige tõhusamad kaitsevahendid reeglina kallimad. Teisest küljest võivad toodete kasutustingimuste esialgsed uuringud rooste moodustumise või metallide erosiooni riskide osas selliseid kulusid minimeerida. Fakt on see, et paljud kriitiliste konstruktsioonide tehnilised ja kaitseomadused määratakse sulami valiku etapis. Legeerimisel ja modifitseerivate lisandite kasutuselevõtuga detaili valmistamise etapis on võimalik tagada sellele optimaalsed kaitseomadused.