Решение проблемы коррозии крепёжных изделий

Любые элементы крепления, произведенные из металла (болты, винты, гайки и др.), при работе в природных и технологических условиях, подвергаются воздействию коррозионных процессов. В число таких явлений входит самопроизвольное разрушение структуры сплавов, обусловленное их взаимодействием с внешней средой. Данное взаимодействие основано на различных реакциях химического и электрохимического типа, а также, хоть и реже, на механическом воздействии извне.

Разновидности коррозионных повреждений

В строительной сфере наблюдается много типов коррозионных повреждений. Рассмотрим лишь наиболее часто встречающиеся.

Точечная ржавчина

Другое название – питтинг. Точечная ржавчина является разновидностью локальной коррозии. Способна разрушить металл в течение непродолжительного отрезка времени за счет образования каверн – полостей большой глубины. Данный тип коррозии входит в число наиболее опасных ввиду того, что распространяется, преимущественно, внутри материала, а на его поверхности невооруженным глазом виден относительно плохо, да и то – в виде каких-то непонятных точек.

tochechaya rzhavchina.jpg

Точечной коррозии подвержены только определенные металлы, получившие название «активно-пассивные». В эту группу входят стали нержавеющие, цинксодержащие сплавы на основе меди – латуни, собственно медь (Сu), а также олово (Sn), цинк (Zn), цирконий (Zr), магний (Mg), алюминий (Al), никель (Ni), железо (Fe). Активизация питтинга происходит при контакте этих металлов с растворами, содержащими ионы определенной разновидности – перхлораты (соли хлорной кислоты НClО₄), галогениды и т.д.

Щелевая коррозия

Понятие «щелевая коррозия» обозначает протекание усиленного коррозионного разрушения металла в зазорах, например, фланцевых резьбовых соединений, в местах с признаками растрескивания, в щелях неплотного контакта металла с прокладочными материалами и, в целом, когда поблизости расположены 2 металлические поверхности

schelevaya korroziya.jpg

Коррозионное разрушение данного типа может происходить в:

электролитах, характеризующихся повышенной кислотностью;
растворах, в состав которых не входит окислитель О₂ – кислород.

Постепенно в полости зазора либо внутри образовавшейся щели происходит накапливание продуктов коррозии. Их гидролиз может вызвать изменения кинетики процессов анодного и катодного типов, а также показателя рН электролита, находящегося внутри зазора.

Стоит отметить возможность формирования в одной щели макроэлемента. В ее середине и на вершине накапливаются продукты коррозии в большом количестве. Они будут выступать в качестве анода, а исполнять роль катода будут края – участки, к поверхности которых окислитель подводится более свободно.

Снижение стойкости к ржавчине у нержавеющего крепежа под воздействием повышенных температур

Устойчивость нержавейки к воздействию коррозии обеспечивает образование на ее поверхности тонкого слоя оксида хрома (Сr), входящего в состав этой стали. Но повышенные температуры могут разрушить это защитное покрытие, образовавшееся естественным путем. Например, межкристаллическая ржавчина появляется, когда в непосредственной близости от нержавеющего крепежа проводится сварка.

Атмосферная коррозия

Коррозия данного вида не является самой разрушительной, хотя встречается она наиболее часто. Скорость протекания этого процесса является величиной производной от совокупности следующих факторов:

тип металла, из которого произведен крепежный элемент;
качественный состав атмосферы. Здесь прежде всего имеется в виду степень ее загрязнения. Если поблизости функционируют заводы, выбрасывающие в атмосферу химически агрессивные соединения, коррозия протекает интенсивней в десятки раз;
уровень влажности в регионе эксплуатации сформированного соединения. Если значение данного показателя не превышает 60%-70%, на поверхности крепежного элемента формируется оксидная пленка, замедляющая процесс коррозии. Иная картина наблюдается, когда влажность более высокая. В данном случае металл разрушается быстрее. Причина – на поверхность детали оседает губительная влага.

Контактная (гальваническая) коррозия

Происходит коррозия данного типа, когда непосредственно контактируют два металла с различными физико-химическими свойствами. Например, недопустимо создание соединения алюминиевых пластин посредством медных заклепок, поскольку при наступлении определенных условий в таком сочетании образуется сильная гальваническая пара.

Разные металлы, помимо всего прочего, отличаются электродным потенциалом. При наличии электролита, их функции распределяются так: один – анод, а другой – катод. Химическая реакция, которая протекает между ними, обусловливает начало коррозионного процесса. В его ходе катод (у нас – это медь) будет «безжалостно» разрушать анод (а это уже алюминий). Осуществить активацию электродного потенциала контактирующих между собой разнородных металлов способна даже атмосферная влага, выступая в роли электролита.

Но уязвимость разных пар отличается. Например, латунь плохо сочетается с цинком (Zn), алюминием (Al) и сталью. Алюминий хорошо переносит контакт с цинком, хромом (Сr), а также сталью.

Ржавчинное растрескивание или коррозия, возникающая под напряжением

Ржавчинное растрескивание под напряжением (далее сокращенно РРПН) отличается наличием трещин, распространяющихся:

вдоль границ металлических зерен (межкристаллитно);
транскристаллически.

Появление РРПН обусловливает совокупность следующих факторов:

наличие в металле растягивающего напряжения;
работа крепежа в агрессивных средах – особенно с содержанием сероводорода либо хлорида. В последнем варианте РРПН происходит при температуре Т≥60°C;

Процесс образования в металле трещин предполагает ускоренное протекание коррозии по траектории, характеризующейся повышенной коррозионной восприимчивостью. При этом основная часть металла, как правило не разрушается.

Приложенное напряжение обусловливает, главным образом, раскрытие трещин. Данное явление облегчает процесс дальнейшего распространения ржавчины.

Анализ вышеприведенной информации позволяет сделать вывод, что устойчивость к негативному воздействию коррозии зависит от следующих факторов:

уровень влажности условий эксплуатации;
температура воздуха;
наличие загрязняющих веществ;
разновидность металла изготовления крепежной детали;
напряжение;
специфика исполнения конструкции (зауженные щели/зазоры, стыки).

Как бороться со ржавчиной

Практика показывает, что полностью исключить протекание коррозионных процессов невозможно. Однако существуют методы, позволяющие свести скорость появления ржавчины, если и не до нуля, то, по крайней мере, минимизировать ее. Рассмотрим их несколько подробнее.

Борьба с атмосферной коррозией осуществляется следующими способами:

нанесение на рабочую поверхность защитных покрытий. Выполняется это посредством пленок, характеризующихся нейтральностью к контакту с атмосферным кислородом, либо грунтовкой с последующим окрашиванием метизов лучше всего алюминийсодержащими красками и эмалями;
изменение состава рабочей среды. Под этим подразумевается вакуумирование ответственных соединений, либо их размещение в среду с инертными газами. Эффективность этого метода зачастую нивелируется необходимостью в дополнительном оборудовании, в частности – защитных камер;
использование крепежа из углеродистой стали только если предполагаются подходящие условия эксплуатации (низкая влажность, отсутствие контакта с химически активными соединениями). При невозможности их обеспечения оптимальный выход – установка элементов крепления из нержавейки аустенитного класса A2. В прибрежных регионах, промышленных зонах, в крупных населенных пунктах с высоким содержанием в атмосферном воздухе солей кислоты НCl, применять нужно нержавейку A4.

Для препятствования появлению признаков точечной коррозии рекомендуется выполнить такие действия:

исключить контакт метизов с окислителями, а также хлоридами;
устанавливать только крепеж, изготовленный из материалов, устойчивых к воздействию агрессивной среды;
внедрять проекты, обеспечивающие корректный отвод воды;
использовать средства, замедляющие появление ржавчины. По-научному они называются «ингибиторами коррозии».

Предотвращение щелевой коррозии осуществляется путем:

уплотнения щелей и имеющихся в конструкции зазоров;
введения в эти небольшие проемы разнообразных смазок и уплотнительных паст. Если таких средств под рукой нет, временно поможет тщательная очистка поверхности от загрязнений и появившейся ржавчины;
грамотного проектирования конструкции. Необходимо предусмотреть, наряду с катодной защитой улучшение текучести рабочей среды;
ингибирования. Для этого рекомендуется использовать смешанные ингибиторы очень больших концентраций. Связано это с затрудненным подходом таких средств борьбы с коррозией к поверхности металла в зазорах. Именно поэтому их концентрация должна быть повышенной.

Чтобы не допустить коррозию под напряжением есть два актуальных метода. Это – осуществление контроля над:

процессами концентрирования веществ, способствующих появлению ржавчины;
возникновением растягивающих напряжений и их величиной.

Кроме того, и здесь помогут ингибиторы. При этом, эксперты особо рекомендуют использовать для предотвращения коррозионного растрескивания нитрат натрия (NаNО₂). И на то есть веские обоснования. В частности, если стальной крепеж обернуть бумагой, пропитанной этим веществом, он не будет покрываться ржавчинной на протяжении 5 лет при влажности, достигающей отметки 85%,

Борьба с контактной коррозией. Если проект конструкции предусматривает в обязательном порядке использование разнородных по физико-химическим свойствам металлов, уменьшить коррозию данного типа можно следующими способами:

установка в резьбовых соединениях неметаллических шайб, вкладышей/вставок, прокладок;
ограничение контакта соединения с внешней средой, вплоть до полной изоляции;
нанесение на поверхность только совместимых защитных металлических покрытий;
окраска поверхностей и граней деталей в месте их стыка;
обеспечение электрической изоляции.

Заключение

Если, все-таки, избежать коррозии метизов не удалось, торопиться выбрасывать их не следует. Можно попытаться очистить их от ржавчины. Сегодня в продаже имеется большое количество средств, позволяющих выполнить эту процедуру. А узнать ее методику позволит просмотр очень полезного и информативного видео. Для его воспроизведения курсор сначала наведите на изображение, которое размещено ниже, а затем действуйте так, как будет указано в высветившейся подсказке.