Poradnik dotyczący zapobiegania korozji przeznaczony dla wykonawców obróbki strumieniowo-ściernej

Skutki przypominające o ogromnych kosztach korozji możemy dostrzec wszędzie, a są to: rozerwane rurociągi naftowe, zawalone mosty, statki towarowe spoczywające na dnie mórz.

3,1%

GPD

       Prognozowane koszty korozji dla USA w roku 2015:

          ponad

            500 000 000 000 $

Naprawianie naszej rozpadającej się infrastruktury jest, według polityków, jednym z największych wyzwań Ameryki
i dlatego przeznaczane są na to wielkie fundusze.

To świetna wiadomość dla wykonawców obróbki strumieniowo-ściernej.

Przygotowanie powierzchni i powłoki ochronne to dwie branże spośród nielicznych, które korzystają na tym 
ogólnoświatowym procesie niszczenia. Stanowi to sposobność do rozwoju dla wykonawców obróbki strumieniowo-ściernej, którzy
wiedzą jak przygotować powierzchnie pod kątem ochrony przed rdzą.

 

 

 

1760 $

na osobę

rust-prevention-cover.jpg

CZYM JEST RDZA?

JAK POWSTAJE RDZA?

JAK MOŻNA UNIKNĄĆ RDZY?

 

 

CZYM JEST RDZA?

Wszystkie metale korodują na skutek reakcji chemicznych ze środowiskiem – z wyjątkiem czterech metali rzadkich: irydu, niobu, osmu i tantalu.

Gdy koroduje żelazo i stopy żelaza, nazywamy to rdzewieniem.

Produktem korozji jest rdza, znana również jako uwodniony tlenek żelaza:

TLENEK ŻELAZA: FE203

iron-III-oxide-molecule-fe2o3-notext.png

Fe2O3.xH2O

oxygen-iron1-notext.png

Tlen dąży do
połączenia się z
tymi dwoma
elektronami

JAKA JEST PRZYCZYNA POWSTAWANIA RDZY?

Tlen (O) jest pierwiastkiem bardzo reaktywnym. Tylko jeden pierwiastek (fluor) ma wyższą elektroujemność – to znaczy, że ma większą tendencję do przyciągania elektronów niż tlen. Tlen będzie tworzył stabilne wiązania praktycznie ze wszystkimi innymi pierwiastkami, tworząc tlenki.

Żelazo
dąży do przekazania
tych dwóch elektronów

oxygen-iron2-notext.png

 

 

Żelazo (Fe) jest metalem nieszlachetnym, co znaczy, że ma skłonność do oddawania elektronów (inaczej niż metale szlachetne, jak złoto i platyna, które nie oddają elektronów, nie wchodzą w reakcje i nie korodują w normalnych warunkach). Żelazo jest najbardziej rozpowszechnionym, pod względem masy, pierwiastkiem na Ziemi.

Gdy tlen i żelazo zbliżą się do siebie, tlen pobiera elektrony żelaza i pierwiastki te łączą się ze sobą, tworząc tlenek żelaza

Ta reakcja, utlenianie, zachodzi zawsze, gdy tlen styka się z powierzchnią, tworząc cienką błonę na podłożu (o grubości poniżej 0,005 mikrona). Ta pasywująca warstwa zapobiega dalszemu kontaktowi i reagowaniu tlenu z metalem.

passivating-layer-notext.png

Tlen i żelazo formują na powierzchni warstwę pasywującą tlenku żelaza, która jedynie w nieznacznym stopniu zapobiega dalszemu utlenianiu. 

Niemal wszystkie metale tworzą pasywujące warstwy tlenków. Miedź pokrywa się zieloną patyną. Srebro śniedzieje. Warstwa pasywująca tlenku chromu na stali nierdzewnej chroni stal przed korozją.

Jednakże w przypadku żelaza i stali węglowej pasywująca warstwa tkenku nie jest tak pomocna. Łamliwa i toporna warstwa tlenku żelaza nie tylko nie przylega do podłoża – nie zapewniając tym samym ochrony warstwie znajdującej się poniżej żelaza – ale jest też higroskopijna , co oznacza, że wciąga wilgoć z powietrza.

Sama obecność czystej wody na powierzchni nie jest wystarczającą przyczyną korozji.* Ale gdy woda zawiera rozpuszczone sole, albo ma odczyn kwaśny lub zasadowy, powstają warunki do tworzenia się ogniwa korozyjnego.

*Jeśli czysta woda dostanie się do pęknięcia lub szczeliny, brak tlenu może spowodować gromadzenie się jonów wodorowych, tworzących kwaśny roztwór, który może prowadzić do korozji.

 

Wewnątrz ogniwa korozyjnego

Ogniwo korozyjne powstaje, gdy mamy do czynienia z roztworem elektrolitu, tj. soli rozpuszczonej w wodzie, który otacza dwa miejsca na powierzchni metalu o różnych potencjałach elektrycznych, takie jak:

  • Granica styku pomiędzy dwoma odmiennymi metalami, między dwoma ziarnami w tym samym metalu lub pomiędzy dwoma gniazdami zanieczyszczeń w stopie
  • Wzdłuż krawędzi i naroży zdeformowanych struktur krystalicznych

[1] W takich warunkach żelazo (Fe) w anodzie oddaje swoje elektrony, wydzielając się w postaci jonów Fe2+.

[2] Jony Fe2+ i OH łączą się w szeregu reakcji, które ostatecznie tworzą rdzię, znaną również jako uwodniony tlenek żelaza

[3] Jony OH są przyciągane poprzez roztwór elektrolitu do nowych, przeciwnie naładowanych jonów Fe2+ w anodzie.

Corrosion Cell Callouts

Elektrony [4] przepływają z anody [6] do katody [7], gdzie wchodzą w reakcję z cząsteczkami wody i tlenu, wytwarzając jony hydroksylowe [5], OH.**

**To jest reakcja zachodząca w roztworze obojętnym lub zasadowym. W roztworze kwaśnym dwa jony wodorowe są redukowane do cząsteczki wodoru gazowego.

POSTACIE KOROZJI

NACE rozróżnia dziesięć postaci korozji.
Najbardziej istotne dla wykonawców obróbki strumieniowo-ściernej są:

 

Korozja ogólna

Korozja, która pojawia się równomiernie na większości lub całej powierzchni, na skutek „tanecznego” przemieszczania się anod i katod po powierzchni. Taka równomierna korozja odpowiada za większe straty metalu niż jakakolwiek inna jej postać, ale prawdopodobieństwo, że jej skutki spowodują zniszczenie konstrukcji jest mniejsze niż dla lokalnych postaci korozji – jednak jest to możliwe, jeśli pozwoli się jej rozwijać w sposób niekontrolowany.

 

general-corrosion-thumb.jpg

Korozja szczelinowa

Korozja, która występuje w ciasnych przestrzeniach pomiędzy powierzchniami. Kształt szczeliny uniemożliwia przedostawanie się do środka tlenu a jony wodoru namnażają się (proces zwany hydrolizą), tworząc kwaśny roztwór, który przyspiesza korozję. Szybkość korozji wewnątrz szczelin może być do 400 razy większa od szybkości korozji na płaskiej powierzchni.
 

Rdza upakowana

Niepowstrzymane gromadzenie się rdzy w szczelinie może prowadzić do powstania dużej ilości rdzy, która może deformować powierzchnie, rozpychać płyty i powodować naprężenia w konstrukcjach.
 

Pękanie wskutek korozji naprężeniowej

Ta trudna do wykrycia postać korozji może mieć katastrofalne skutki. Ponieważ napięcia strukturalne tworzą pęknięcia w podłożu, powstaje w nich rdza, osłabiając konstrukcję poprzez ubytki metalu. Tlenki żelaza zajmują większą objętość niż żelazo,a rdza w pęknięciu wytwarza dodatkowy nacisk, co dodatkowo pogarsza problem.

crevice-corrosion thumb.jpg

Korozja galwaniczna

Korozja, która występuje na linii styku dwóch różnych metali. Różnice potencjału elektrycznego tych metali powodują, że anoda tworzy się w mniej szlachetnym metalu, a katoda w metalu szlachetnym. Przypomnijmy, że metale nieszlachetne wykazują skłonność do oddawania elektronów, stawania się jonami i utleniania się.

galvanic-corrosion-thumb.jpg
pitting-thumb.jpg

Korozja wżerowa

Podczas korozji wżerowej ubytek metalu w miejscu anody powoduje powstanie wżeru w podłożu, co może prowadzić do perforacji metalu. Łatwo jest nie docenić dotkliwości korozji wżerowej podczas kontroli wzrokowej, ponieważ taki wżer może tworzyć jamę pod powierzchnią, a jej wlot może być przesłonięty rdzą. W razie niepowstrzymania korozja wżerowa może spowodować zniszczenie konstrukcji.

Powstawanie wżerów jest cechą wszystkich lokalnych ataków korozji. Proces ten ulega przyspieszeniu, gdy w roztworze obecne są agresywne jony, takie jak chlorkowe (Cl-), tj. sól (NaCl) rozpuszczona w wodzie, ponieważ agresywne jony atakują i rozpuszczają warstwę pasywującą.

chloride-attack-notext.png

Jony chlorkowe penetrują warstwę pasywującą, rozbijając cząsteczki tlenku żelaza i odsłaniając znajdujący się pod spodem metal. 

Jak chlorek atakuje warstwę pasywującą

Chlor jest drugim po tlenie najbardziej reaktywnym (elektroujemnym) pierwiastkiem. Jony chlorkowe chcą oddawać elektrony i podlegają silnemu przyciąganiu do przeciwnie naładowanych jonów żelaza znajdujących się na powierzchni.

Jony chlorkowe przyciągane w kierunku powierzchni przenikają przez pasywującą warstwę tlenku żelaza, reagując z nią i powodując jej rozpuszczanie dotąd, aż powierzchnia metalu zostaje wystawiona na działanie roztworu elektrolitu i powstaje ogniwo korozyjne.

Rdza nalotowa

Rdza nalotowa to atak korozji ogólnej, który stanowi znaczący problem dla wykonawców obróbki strumieniowo-ściernej.

Obróbka strumieniowa niszczy mechanicznie warstwę pasywującą, która chroni metal przed korozją. W przypadku obróbki strumieniowo-ściernej na mokro na powierzchni jest obecna także woda, która poprzez przerwaną warstwę pasywacyjną wchodzi w bezpośredni kontakt z metalem.

Jeśli na powierzchni będą sole, rozpuszczą się one w wodzie, tworząc roztwór elektrolitu i powstanie ogniwo korozyjne. Taki szybki atak może spowodować widoczne rdzewienie w ciągu zaledwie 30 minut.

Korozja nalotowa stanowi również problem w przypadku obróbki strumieniowo-ściernej na sucho – i dowolnego innego rodzaju przygotowania powierzchni. W przypadku dużej wilgotności sole będą wciągały wilgoć z atmosfery na powierzchnię metalu, tworząc ogniwo korozyjne. Chlorek sodu może wyciągać wilgoć z atmosfery przy wilgotności względnej równej 75%. Inne, rzadziej występujące sole przyciągają wilgoć nawet przy małej wilgotności względnej wynoszącej 25–35%. Przy czystym powietrzu (i powierzchni wolnej od soli) korozja atmosferyczna nie wystąpi przy wilgotności względnej mniejszej niż 45%. Ale przy wzrastającej wilgotności względnej szybkość korozji rośnie wykładniczo.

W trakcie obróbki strumieniowej w pomieszczeniu wilgotność może być regulowana za pomocą osuszaczy powietrza. Należy unikać obróbki strumieniowej w czasie deszczu. Wykonawcy obróbki strumieniowo-ściernej we wczesnych godzinach ostrzegają: rosa na świeżo obrobionej stali stanowi problem. Gdy powietrze się nagrzewa, metal pozostaje dłużej zimny i na stali zachodzi kondensacja.

 

Jaki stopień rdzy nalotowej jest dopuszczalny?

Podczas gdy niskie poziomy rdzy nalotowej mogą zawierać się w granicach tolerancji dla niektórych powłok, we wszystkich przypadkach będą obniżać przyczepność. Nałożenie powłoki na silną rdzę nalotową spowoduje osłabienie powłoki, a także uruchomi dalsze reakcje korozyjne.

Sprawdź u producenta powłoki, jakie są dopuszczalne poziomy rdzy nalotowej. Specyfikacje powłok mogą określać dopuszczalny przedział czasowy między obróbką strumieniową a nałożeniem powłoki.

flash-rust-grades-notext.jpg
Niski Średni Silny
Powierzchnia jest widoczna.
Daje się zauważyć małe ilości rdzy. 
Powierzchnia jest przesłonięta. 
Rdza dobrze przylega.
Powierzchnia jest przesłonięta.
Rdza przylega luźno.

Korozja nitkowa

Ta postać korozji szczelinowej rozwija się pod farbą, gdy przez powłokę przeniknie woda. Przybiera ona wygląd włókien, ponieważ wiąże się z rdzewieniem obszarów odsłoniętych przez pęcherzenie osmotyczne.

osmotic-blistering.png

Pęcherzenie osmotyczne

Sole (chlorek, siarczany i azotany) są również związane z rodzajem uszkodzenia powłoki zwanym pęcherzeniem osmotycznym.

Ta postać korozji szczelinowej rozwija się pod farbą, gdy przez powłokę przeniknie woda. Przybiera ona wygląd włókien, ponieważ wiąże się z rdzewieniem obszarów odsłoniętych przez pęcherzenie osmotyczne.

Powłoka jest półprzepuszczalną membraną, która umożliwia przepuszczanie wody, ale nie innych rozpuszczalnych jonów, takich jak sól lub kwas solny. Gdy woda przechodząca poprzez membranę, rozpuszcza jony na powierzchni metalu, obniża prężność pary roztworu pod powłoką a woda „utyka” pod pęcherzem. Jony nie mogą przenikać przez membranę, aby wyrównać ciśnienie, ale to nie powstrzymuje wody przed próbami wnikania. Większa ilość wody wpływającej do pęcherza niż opuszczającej go powoduje oderwanie powłoki. Wewnątrz pęcherza powstaje ogniwo korozyjne.

Rdza punktowa

W przeciwieństwie do innych rodzajów korozji rdza punktowa związana jest ze wzorem, a nie procesem. Gdy profil głębokościowy wzoru zakotwiczenia przekracza głębokość suchej warstwy nałożonej powłoki, nie może ona pokryć szczytów. Pokrycie jest bardzo cienkie i szybko ulega rozkładowi, wystawiając podłoże na korozję.

Nadrzędną zasadą pozwalającą zapobiegać rdzewieniu punktowemu jest nadanie wzoru zakotwiczenia, który będzie wynosił 25–30% zagłębienia grubości suchej powłoki całego systemu powłokowego. Profile głębokościowe zalecane przez producenta znajdują się w specyfikacjach powłok.
 

CZĘŚĆ II

ROZWIĄZANIA

Usuwanie soli

Czysta woda na czystej, płaskiej powierzchni metalowej nie spowoduje korozji. Ogniwo korozyjne działa w obecności elektrolitu, dlatego sól jest naszym wrogiem numer jeden.

Sól nie tylko pobiera wilgoć z atmosfery, ale po rozpuszczeniu się w roztworze jej agresywne jony powodują erozję warstwy pasywującej, odsłaniając metal, a powstający roztwór elektrolitu umożliwia przepływ jonów potrzebny do powstania ogniw korozyjnych.

A więc pierwszą linią obrony przed rdzą jest usunięcie z powierzchni rozpuszczalnych soli.

Metody mechaniczne (narzędzia ręczne i elektryczne, obróbka strumieniowa na sucho) w usuwaniu soli okazały się w dużej mierze nieskuteczne. Ponieważ sole są rozpuszczalne, preferowaną metodą ich usuwania jest rozpuszczenie w wodzie.

To tutaj doskonale sprawdza się obróbka strumieniowo-ścierna na mokro. Strumień wody pod ciśnieniem nie tylko transportuje materiał ścierny, ale także rozpuszcza i zmywa sól.

 

organic-passivator-notext.png

Azot na cząsteczce pasywatora organicznego łączy się z jonami FE. Łańcuch węglowodorów blokuje kontakt tlenu i chlorku z powierzchnią żelaza. 

Inhibitory korozji

Inhibitory korozji można dodawać do układu zaopatrzenia w wodę urządzenia do czyszczenia strumieniowo-ściernego na mokro, aby zapobiec rdzy nalotowej, ale mogą one również powodować niepożądane skutki uboczne.

Środki pasywujące tworzą błonę ochronną pomiędzy powierzchnią a środowiskiem. Cząsteczki organiczne, takie jak aminy, mają wolne pary elektronów, które łączą się z metalem, oraz długi węglowodorowy ogon hamujący adsorpcję napływających na powierzchnię metalu agresywnych jonów.

Wiadomo jednak, że pasywatory zakłócają przyczepność powłoki i skuteczność podkładów antykorozyjnych, zwłaszcza tych zawierających cynk, które muszą wejść w kontakt z metalem, aby wytworzyć efekt galwanizacyjny.

Środki do usuwania soli są chemicznie tak skomponowane, żeby rozpuszczały sole. Roztwory te rozkładają warstwę tlenkową i wchodzą w reakcje bezpośrednio z metalem. Jeśli jednak nie zostaną spłukane, dodatki te, często kwasowe, mogą pozostawić na powierzchni inne niepożądane osady, które mogą powodować pęcherzenie osmotyczne.

Surfaktanty zmniejszają napięcie powierzchniowe wody, czyniąc ją „bardziej wilgotną”, co pozwala wodzie lepiej wnikać i rozpuszczać osady soli. Mogą również pomóc w odparowaniu, nie pozostawiając żadnych resztkowych zanieczyszczeń na powierzchni.

Istnieje ponad 200 odmian inhibitorów rdzy. Wiele powłok nie będzie ich tolerowało, nie wszystkie są przyjazne dla środowiska, a niektóre są znanymi kancerogenami. Przed zastosowaniem takiego inhibitora należy skonsultować się z producentem powłoki w celu uzyskania informacji dotyczących zaleceń.

 

Zasada 1 – Nakładaj podkład JAK NAJSZYBCIEJ

Najbardziej skutecznym sposobem zapobiegania rdzewieniu jest nałożenie podkładu określonego przez producenta powłoki tak szybko, jak to jest praktycznie możliwe.

Istnieją podkłady odporne na wilgoć, które można nakładać na wilgotną stal. Podkłady na bazie cynku zapewniają dodatkową ochronę przed rdzą poprzez tworzenie wiązania galwanicznego z powierzchnią.

Sprawdź specyfikacje producenta dotyczące powłok dla zalecanych podkładów.

paint-spray1-thumb.jpg

 

 

best-practices-thumb.png

NAJLEPSZE PRAKTYKI

Aby uzyskać najlepsze wyniki w zakresie zapobiegania rdzewieniu i zachowywania przyczepności powłok, postępuj zgodnie z najlepszymi praktykami:

  • Nadaj powierzchni odpowiedni wzór zakotwiczenia.
  • Oczyść powierzchnię możliwie najlepiej.
  • Obrabiaj ją strumieniowo w warunkach małej wilgotności.
  • Nałóż podkład jak najszybciej.
  • Pracuj zgodne ze specyfikacjami dostarczonymi przez producenta powłoki.

Skontaktuj się z ekspertem ds. obróbki strumieniowo-ściernej

Wprowadź wartość
Wybierz
Wprowadź wartość
Wprowadź wartość
Wybierz
Wprowadź wartość
Wprowadź wartość
Graco