Питтинг покрытия и его опасности

Питтинговая точечная коррозия: что это и какую опасность в себе несет

Люди часто заявляют, что каждый металл можно защитить при помощи особого оксидного покрытия, которое будет затруднить появление коррозии.

Но есть и особый вид ржавчины, которая называется питтинговой коррозией, которая затрагивает металлы с защитными покрытиями. В большинстве случаев такая коррозия будет затрагивать лишь верхний оксидный металлический слой, а вглубь будет проникать достаточно медленно.

Но как же появляется такая ржавчина? Правда ли то, что есть коррозия нержавеющей стали? Далее вы найдете ответы на все вопросы.

Этапы роста питтинга:

1) Зарождение питтинга происходит в местах дефектов пассивной пленки (царапины, разрывы) или ее слабых местах (если имеет место неоднородность сплава) при достижении определенного потенциала — потенциала питтингообразования (φ_по). Ионы-активаторы вытесняют адсорбированный на поверхности кислород или при взаимодействии разрушают оксидную защитную пленку.

2) Рост питтинга – происходит по электрохимическому механизму, вследствии интенсивного растворения пассивной оксидной пленки. Из-за активного растворения пленки происходит усиление анодного процесса в самом питтинге (активационный рост питтинга). Со временем, когда питтинг будет достаточно расширен, активационный рост замедляется, начинается диффузионный режим роста питтинга.

3) Иногда рост питтинга прекращается и наступает стадия репассивации. Основной причиной репассивации можно считать сдвиг потенциала поверхности в отрицательную сторону, т.е. сторону пассивации. Питтинг с диффузионным режимом роста (постепенно, стабильно растущий питтинг) не может перейти в стадию репассивации.

Подробности

Причины появления

Предлагаем рассмотреть основные причины питтинговой точечной коррозии.

• Деформация механического характера

Это может быть царапина, вмятина, растрескивание в области удара, а также другое. Этот фактор будет ключевым, потому что на большинстве металлических сплавов на поверхность есть весьма тонкий, но все-таки слой защиты, который способствует предотвращению коррозии. Естественно, что при повреждении такого слоя металл будет становиться незащищенным перед ржавчиной.

• Структурная неоднородность

Такой фактор тоже является крайне важным, потому что неоднородности часто будут создавать небольшие по размеру очаги, где спустя время начнет появляться ржавчина. Неопытные инженеры могут подумать, что такой фактор будет опасным лишь для металла и стали низкого качества, но это вовсе не так. Действительно, сплавы низкого качества будут иметь неоднородную структуру и ржавеют намного чаще, но еще структурная неоднородность может появиться и у деталей, которые обработаны, на которые забыли нанести покрытие с защитой. Простой пример – во время сверления отверстия будет нарушена целостность внешней пленки против коррозии – это будет привлекать внимание к появлению повреждений.

• Высокая степень шероховатости

Если поверхность объекта из металла является весьма шероховатой, то в подобном случае на ней вряд ли будет удерживаться особое антикоррозийное покрытие. По этой причине появление на подобной поверхности коррозии, но это лишь вопрос времени. Еще обращайте внимание на то, что тут будет действовать одно правило – чем больше шероховатость поверхности металла, тем скорее она станет покрываться коррозией. Гладкий однородный металл будет обладать прекрасной устойчивостью к ржавчине.

• Агрессивная среда

Не поверите, но может случиться даже точечная коррозия нержавеющей стали, если будет контакт с агрессивными средами (кислоты, воды с огромным содержанием солей, щелочей и прочего). Агрессивные среды тоже могут повредить внешний антикоррозийный слой, а это спустя время может привести к появлению питтинга. Также обратите внимание, что различные вещества будут влиять на металл разными способами – если морская вода при не долгосрочном контакте не будет наносить какие-либо повреждения, а вот при контакте с сильными кислотами могут появиться сильные повреждения. По этой причине следует соблюдать правила хранения и обработку металла.

Этапы появления точечной коррозии

Основной опасностью такой коррозии будет быстрое распространение. Все дело заключается в том, что по мере появления ржавчины будет разрушаться защитный внешний слой, и поэтому такую коррозию не удастся локализовать на определенном участке. Даже самые малые по размеру фрагменты растут и увеличиваются в размере, а при отсутствии своевременной обработки коррозия очень быстро станет целиком захватывать металл, что сделает его бесполезным и в какой-то мере опасным (к примеру, когда идет речь о навесной конструкции из металла).

Такая коррозия по металлу станет распространяться в несколько этапов:

• Точечная ржавчина начинает появляться в местах, где повреждено антикоррозийное покрытие (трещины, царапины, вмятины и прочее), а еще при неоднородной металлической структуре. Еще одной локализацией будет обработанный металл, на который по каким-то причинам не успели нанести защитное покрытие.
• На химическом уровне это будет происходить так – ионы-активаторы под воздействием электрохимической силы станут вытеснять кислород из оксидной пленки, которой покрыт лист металла или изделие. Это приведет к постепенному разрушению внешнего покрытия металла с появлением характерных язв и пятен рыжевато-коричневого цвета.
• По мере того, как будет разрушаться оксидная пленка, ржавчина станет захватывать новые участки поверхности объекта из металла, то это может привести к ухудшению свойств физического характера (теряется твердость/плотность/прочность и прочее). Реакция окисления будет идти по электрохимическому сценарию благодаря вытеснению кислорода из пленки оксида.
• После всецелого уничтожения оксидной пленки питтинг начнет проникать внутрь металлического сплава – и тогда наступит диффузный этап. Скорость протекания такого процесса будет достаточно низкой, а полное ржавление может занимать огромное количество времени.

Стоит обратить внимание на то, что иногда будет происходить пассивация металла самопроизвольного типа, что приведет к замедлению появления ржавчины. На практике такой сценарий встречается весьма редко, хотя подобные случаи можно встретить на практике. Стоит обратить внимание на то, что в случае перехода точечной коррозии на диффузный этап пассивация не будет возможна по физическим причинам.

Классификация

Есть несколько видов питтинга:

• Поверхностный. При подобном сценарии ржавчина начнет затрагивать исключительно верхнюю металлическую поверхность. Еще она будет распространяться в виде небольших и тоненьких линий с диаметром от 0.1 до 0.3 см. Поверхностная ржавчина на первоначальном этапе обычно будет захватывать углы, но спустя время она начнет распространяться в горизонтальном направлении по всей поверхности элемента из металла.
• Открытый. При подобном сценарии коррозии начнет появляться в виде частых больших точек, причем их диаметр будет составлять от 0.2 до 0.5 см. На поверхности сперва будут появляться несколько точек, которые размещено далеко друг от друга. Спустя время количество точек будет прямопропорционально расти, и они станут захватывать всю поверхность объекта из металла.
• Закрытый. При подобном сценарии питтинг будет захватывать сначала внутреннюю поверхность пленки из металла, а также распространение коррозии обычно идет виде недлинных линий или больших окружностей со средним диаметром (от 0.5 до 1.5 см). Такой сценарий будет встречаться крайне редко, и является самым опасным, а также губительным в связи со сложностью своевременного обнаружения. Подобная коррозия будет проявляться лишь на позднем этапе роста коррозии, когда металл спасти невозможно.

А теперь немного о том, как защитить объекты.

Защита объектов из металла

Главным методом защиты нержавейки и металла от коррозии питтингового типа будет пассивация. Для обработки обычно применяют особый раствор на основании лимонной и азотной кислоты. При необходимости кислотный раствор может усиливаться разными вспомогательными добавками. Определенные инженеры добавляют в раствор калия ферроцианид при концентрации 2.5%. Целью пассивации будет замедление коррозии до полного прекращения появления новой ржавчины. Такой кислотный раствор будет играть роль новой защитной пленки, которая будет образовываться на поверхности во время процесса.

Кроме этого можно использовать и другие вспомогательные защитные меры:

• Заделка дефектов и трещин. Одной из основных причин появления коррозии будет нарушение целостности оксидной пленки из-за внешних дефектов. Если такие повреждения заделать вовремя, то ржавчина не успеет появиться.
• Удаление шероховатостей и неровностей. Ржавчина крайне часто появляется на неровной поверхности, а зачистка поверхности металла будет надежно защищать элемент.
• Нанесение хромированного покрытия. Определенные виды стали можно защитить при помощи нанесения дополнительного покрытия на хромовой основе, а еще такой элемент будет препятствовать появлению ржавчины.

Надеемся, теперь вам станет проще защищать металлические элементы.

Условия возникновения и распространения точечной коррозии

На распространение питтинга влияют:

• Концентрация и природа ионов, присутствующих в растворе;
• Характер катодного процесса.

Визуально вы можете видеть области без точек (катодные области), которые питают анодные реакции питтинга в процессе развития. После образования питтинг развивается с автостимолантным эффектом. Процесс аккреции может придать питтингу разные и непредсказуемые морфологические аспекты. Точечная коррозия может следовать направлению силы тяжести с вертикальным ростом или иметь тенденцию избегать механически очень устойчивых поверхностей (закаленных).

После появления точечной коррозии скорость коррозии достигает очень высоких значений, что приводит к ухудшению качества изделия за короткое время. Может случиться, что питтинг не продолжит свое проникающее действие: в случае, если нет необходимых условий для его роста, не образуется питтинг большей активности, который будет поглощать весь ток, подаваемый из области, окружающей катод. На скорость развития точечной коррозии очень сильно влияет восстановление ионов металлов по отношению к воздействию кислорода, которое ограничено растворимостью в растворе и диффузионными параметрами.

В основном, на процесс точечной коррозии очень влияют:

• Температура;
• Концентрация специфических ионов (Cl-) – чем выше концентрация этих ионов, тем интенсивность точечной коррозии становится более выраженной. Насыщенные растворы хлора определяют уменьшение процесса точечной коррозии, поскольку триггерные точки быстро размножаются, а затем коррозия приобретает общий вид с низкой скоростью проникновения. В этих условиях процесс точечной коррозии также останавливается после снижения растворимости кислорода, что недостаточно стимулирует анодное действие хлоридов, которые в этой ситуации имеют очень высокие скорости. Морская вода с процентным содержанием соли, равным 3%, представляет собой оптимальные условия для коррозии;
• рН раствор;
• Продукты коррозии – они нерастворимы и могут вызывать другие процессы локальной коррозии (щелевая коррозия);
• Наличие ионов кислорода – их присутствие препятствует точечной коррозии;
• Заусенцы, шероховатость поверхности, геометрические факторы;
• Металлографические факторы – мартенситные и ферритные структуры более благоприятны для точечной коррозии, чем аустенитные структуры, которые содержат в себе такие вещества, как молибден, хром, никель, которые снижают подверженность коррозии.

Процесс распространения обусловлен созданием гальванической пары, представленной на рисунке ниже.

Учитывая активно-пассивное поведение металла в растворе хлорида натрия (NaCl, морская вода), катодная реакция протекает по всей поверхности металла с образованием ионов ОН-, которые образуют больше катодных поверхностей вне питтинга. Анодная реакция растворения металла происходит внутри точки с образованием ионов металла и развитием диффузионных явлений, которые приводят к постепенному обогащению ионов хлора. Действие ионов хлоридов и повышение кислотности (развитие ионов Н+) обеспечивают состояние активности металла внутри полости; одновременно, образование продуктов коррозии, которые благодаря их более высокому удельному весу способствуют процессу коррозии в вертикальном направлении, увеличивая проникающую способность процесса.

Методы защиты металлов и сплавов от коррозии

Защита металлов и сплавов от питтинговой коррозии:

• Электрохимическая защита. Этот вид защиты часто применяется вместе с применением ингибиторов.
• Так как наиболее подвержены питтинговым образованиям пассивные сплавы, то наилучшим решением будет минимизировать их величину в составе сплавов или совсем заменить на другой, более устойчивый к разрушению материал.

Существуют вещества, введение которых в сплав, повышает его антикоррозийную стойкость (например, кремний и хром).

• Применение ингибиторов, которые в замкнутой системе подавляют или задерживают развитие разрушающих процессов, вследствие химических и физико-химических воздействий (вещества на сульфатной основе, щелочи, нитраты).
• Нанесения защитного антикоррозийного покрытия на предварительно очищенную и подготовленную поверхность элемента.

Важно понимать, что представленные методы борьбы с точечной коррозией металла возможны только на производстве или на начальном этапе создания сплава для конструкции или детали.

Таким образом, наличие питтингов не ставит крест на работоспособности конструкции, если они были замечены вовремя. Стоит всегда тщательно следить за состоянием изделий, включенных в работ, во время проводить технические обследования и не скупиться на качественную антикоррозийную защиту для металлов.

Причины, инициирующие питтинг

Часто предпосылкой для появления точечной коррозии становится нарушение технологии производства металла. Например, при несоблюдении правил отливки в стали появляются микропримеси, включения, изменяющие нормальную структуру. Некачественный металл может быть слишком пористым либо в нем появляется остаточная окалина – это тоже способствует возникновению питтинга.

Также питтинг возникает при эксплуатации стали, иных металлов в агрессивной среде: растворах, содержащих окислители и активирующие анионы (соляная, азотная кислоты, морская вода, хлористые соединения).

Прочие причины образования точечной коррозии таковы:

• механическое воздействие, приводящее к появлению сколов, царапин и вызывающее повреждение внешней защитной пленки;
• излишнее внутреннее напряжение металла;
• эксплуатация изделия при высоких температурах.

На шероховатой нержавейке точечная коррозия появится с большей вероятностью, чем на гладкой, отполированной, поэтому неровная текстура поверхности тоже считается фактором риска.

Защита металлических объектов

Главным способом защиты нержавеющей стали и металла от питтинг-коррозии является пассивация. Для обработки обычно используется специальный раствор на основании азотной и лимонной кислот. При необходимости кислотный раствор для пассивации может усиливаться различными вспомогательными добавками. Некоторые инженеры добавляют в раствор ферроцианид калия в концентрации 2-3%.

Цель пассивации — это замедление коррозии вплоть до полного прекращения образования новой ржавчины. Пассивирующий кислотный раствор в данном случае выполняет роль новой защитной пленки, которая образуется на поверхности во время пассивации.

Помимо пассивации могут применяться другие вспомогательные меры защиты:

• Заделывание трещин и дефектов. Одной из главных причин появления ржавчины является нарушение целостности оксидной пленки в результате внешних дефектов. Если такие повреждения вовремя заделывать, то ржавчина не успеет образоваться.
• Удаление неровностей и шероховатостей. Ржавчина часто появляется на неровных поверхностях. Зачистка поверхности металла будет надежно защищать деталь.
• Нанесение хромированного покрытия. Некоторые стали можно защитить с помощью нанесения дополнительного покрытия на основе хрома. Этот элемент препятствует образованию ржавчины.

Способы защиты от питтинга

Существует ряд современных методов предотвращения коррозии, и многие из них применяются уже на стадии производства авто. Тем не менее, старые машины вследствие долгой эксплуатации, постоянного контакта с агрессивными реагентами подвержены ржавлению. Питтинг нередко возникает на различных деталях автомобиля: подшипниках, зубьях шестерен, а точки ржавчины на кузове и вовсе считаются распространенным явлением.

Точечная коррозия зачастую выявляется и на бытовых предметах, в том числе из нержавеющей стали. Для защиты металла можно применять механические и химические методики, некоторые из них подходят для самостоятельного использования.

Механический способ

Данный метод включает советы по удалению уже имеющейся ржавчины при помощи шлифования, лазерной обработки, а также механическое нанесение барьерных покрытий (в том числе лакокрасочных). Выбор вида покрытия зависит от типа металла и условий его эксплуатации. Обычно используется техника цинкования или никелирования, но в промышленных условиях также практикуется хромирование, покрытие медью, серебром, алюминием, оловом, кадмием. Созданная пленка изолирует металл от окружающей среды и не дает ему контактировать с кислотами, кислородом, хлором, чем продлевает срок службы.

В продаже есть наборы для самостоятельного проведения цинкования металла. Вначале производят очистку детали от уже имеющейся ржавчины путем обработки преобразователями. Через полчаса средства смывают, изделие чистят, полируют, наносят слой специального раствора и подключают электрод с цинковым наконечником. По истечении определенного времени на поверхности металла будет создана тонкая цинковая пленка, которая не позволит ржавчине и дальше разрушать материал.

Химический способ

Основным химическим методом избавления от коррозии является ликвидация замкнутой системы растворами щелочей, сульфатов, хроматов. Принцип действия заключается в уменьшении кислотности и сдвиге реакции в сторону щелочной, в которой процессы коррозии останавливаются. Важно только контролировать выделение водорода, поскольку этот элемент сам по себе увеличивает риск появления питтингов.

К сожалению, в быту полностью устранить опасность развития точечной коррозии невозможно. Есть шанс лишь ослабить влияние факторов риска. Лучше сразу правильно эксплуатировать изделие, не допускать повышения кислотности среды, чем можно продлить срок его службы на несколько лет.

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью: (Пока оценок нет) Загрузка...