Руководство для операторов абразивоструйной обработки по предотвращению ржавчины

Напоминания об огромных затратах на коррозию присутствуют повсюду: лопнувшие нефтепроводы, рухнувшие мосты, груженые корабли на дне моря.

3,1 %

галлонов в сутки

       Расходы на устранение последствий коррозии для США в 2015 году:

          более

            500 000 000 000 дол. США

По словам политиков, ремонт разрушающейся инфраструктуры — одна из величайших проблем Америки,
и ими выделяются средства на это.

Это отличная новость для операторов абразивоструйной обработки.

Подготовка поверхности и защитные покрытия являются одними из немногих отраслей промышленности, которые выигрывают от подобного 
ухудшения в мировом масштабе. Эта ситуация дает возможность роста для операторов абразивоструйной обработки, которые
понимают, как подготовить поверхности для защиты от ржавчины.

 

 

 

1760 дол. США

на человека

rust-prevention-cover.jpg

ЧТО ТАКОЕ РЖАВЧИНА?

КАК ФОРМИРУЕТСЯ РЖАВЧИНА?

КАК ПРЕДОТВРАТИТЬ РЖАВЧИНУ?

 

 

ЧТО ТАКОЕ РЖАВЧИНА?

Все металлы корродируют вследствие химических реакций с окружающей средой (за исключением четырех редких металлов: иридия, ниобия, осмия и тантала).

Когда железо и сплавы железа корродируют, мы называем это ржавлением.

Продуктом коррозии является ржавчина, она же гидратированный оксид железа:

ОКСИД ЖЕЛЕЗА: FE203

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

Fe2O3.xH2O

oxygen-iron1-notext.png

Кислород стремится
объединиться в пару с
этими двумя
электронами

ПОЧЕМУ ОБРАЗУЕТСЯ РЖАВЧИНА?

Кислород (O) является высоко реактивным элементом. Только один элемент (фтор) имеет более высокую электроотрицательность — то есть больше склонен к «краже» электронов, чем кислород. Кислород будет формировать устойчивые связи практически со всеми другими элементами для образования оксидов.

Железо стремится
«отдать» эти
два электрона

oxygen-iron2-notext.png

 

 

Железо (Fe) является неблагородным металлом, что означает, что оно склонно к тому, чтобы отказываться от электронов (в отличие от благородных металлов, таких как золото и платина, которые не отдают электроны, не вступают в реакцию и не корродируют при нормальных условиях). Железо — самый распространенный элемент на Земле, по массе.

При встрече кислорода и железа, кислород забирает электроны железа и они связываются, образуя оксид железа.

Реакция  окисления происходит везде, где кислород сталкивается с поверхностью, образуя тонкую пленку на подложке (толщиной менее 0,005 микрона / 0,0002 мил). Такой пассивирующий слой предотвращает дальнейший контакт и реакцию кислорода с металлом.

passivating-layer-notext.png

Кислород и железо образуют на поверхности пассивирующий слой оксида железа, который препятствует дальнейшему окислению — но не в достаточной степени. 

Почти все металлы образуют пассивирующие оксидные слои. Медь имеет зеленую патину. Серебро имеет тусклый оттенок. На нержавеющей стали пассивирующий слой оксида хрома защищает сталь от коррозии.

Однако в случае с железом и углеродистой сталью пассивирующий оксидный слой не так полезен. Хрупкий и громоздкий слой оксида железа не только  не прилипает  к подложке, не обеспечивая таким образом защиту для лежащего в его основе железа, но и также является гигроскопичным , то есть  вытягивает влагу из воздуха.

Наличие воды на поверхности само по себе не является достаточным для того, чтобы вызвать коррозию.* Но когда вода содержит растворенные соли, или является кислой или основной, то появляются условия для образования коррозионного элемента.

*Если чистая вода попадает в трещину или щель, кислородная недостаточность может вызвать накопление ионов водорода, создавая кислый раствор, который может привести к коррозии.

 

Внутри коррозионного элемента

Коррозионный элемент образуется при наличии раствора электролита, т. е. соли, растворенной в воде, которая инкапсулирует два участка на металлической поверхности с различными электрическими потенциалами, например:

  • На границе встречи между двумя разнородными металлами, между двумя зернами внутри одного и того же металла или между двумя полостями примесей в сплаве
  • Вокруг краев и углов деформированных кристаллических структур

[1] В этих условиях железо (Fe) на аноде отдает свои электроны, разделяясь на ионы Fe2+ .

[2] Fe2+ и OH связываются в последовательности реакций, которые в конечном итоге производят ржавчину, также известную как гидратированный оксид железа.

[3] Ионы ОН проходят через раствор электролита к новому, противоположно заряженному Fe2+ ионы на аноде.

Corrosion Cell Callouts

Электроны [4] движутся от анода [6] к катоду [7], где они вступают в реакцию с молекулами воды и кислорода для производства ионов гидроксида [5], OH.**.

**Это реакция в нейтральном или основном растворе. В кислом растворе два иона водорода обращаются в молекулу газа водорода.

ФОРМЫ КОРРОЗИИ

NACE распознает десять форм коррозии.
Наиболее актуальны для операторов абразивоструйной обработки:

 

Сплошная коррозия

Коррозия, которая появляется равномерно на большей части или на всей поверхности, благодаря «танцующему» движению анодов и катодов по поверхности. Равномерная коррозия приводит к большей потере металла, чем любая другая форма, но ее последствия с меньшей вероятностью вызовут разрушение структуры, чем локальные формы коррозии — но все же это возможно, если допустить бесконтрольное протекание.

 

general-corrosion-thumb.jpg

Щелевая коррозия

Коррозия, имеющая место в тесных промежутках между поверхностями. Форма щели препятствует проникновению кислорода и распространению ионов водорода (процесс, называемый гидролизом), создавая кислотный раствор, который ускоряет коррозию. Скорость коррозии в трещинах может быть до 400 раз выше по сравнению со скоростью коррозии на плоской поверхности.
 

Заполняющая ржавчина

Оставленные без контроля скопления ржавчины в щели могут привести к появлению массы ржавчины, которая деформирует поверхности, разрывает на части пластины и разрушает структуры.
 

Коррозионное растрескивание под напряжением

Эта трудно обнаруживаемая форма коррозии может иметь катастрофические последствия. Поскольку структурные напряжения создают трещины в базовом металле, в трещинах образуется ржавчина, ослабляющая структуру из-за потери металла. Поскольку оксиды железа занимают больше объема, чем железо, ржавчина в трещине создает дополнительное давление, которое усугубляет проблему.

crevice-corrosion thumb.jpg

Электрохимическая коррозия.

Коррозия, возникающая на границе встречи двух разных металлов. Разница в напряжении металлов вызывает формирование анода на менее благородном металле, с катодом на благородном металле. Напомним, что неблагородные металлы склонны отдавать электроны, становиться ионами и окисляться.

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

Точечная коррозия

При точечной коррозии потери металла на аноде вызывают коррозионное углубление в подложке, что может привести к перфорации металла. Легко недооценить серьезность точечной коррозии при визуальном осмотре, поскольку углубление может образовывать полость под поверхностью, а устье углубления может быть затемнено ржавчиной. При оставлении без контроля, точечная коррозия может привести к структурному разрушению.

Точечная коррозия является особенностью всех локальных коррозионных атак. Она ускоряется, когда агрессивные ионы, такие как хлорид (Cl-), присутствуют в растворе, т. е. соль (NaCl), растворена в воде, поскольку агрессивные ионы атакуют и растворяют пассивирующий слой.

chloride-attack-notext.png

Ионы хлорида проникают в пассивирующий слой, разрушая молекулы оксида железа и подвергая воздействию лежащий в основе металл. 

Как хлорид атакует пассивирующий слой.

После кислорода следующим наиболее реактивным (электроотрицательным) элементом является хлор. Ионы хлорида стремятся отдавать электроныи испытывают сильное притяжение к противоположно заряженным ионам железа на поверхности.

Подталкиваемые к поверхности, ионы хлорида проникают сквозь пассивирующий слой оксида железа, реагируя с ним и заставляя его растворяться до тех пор, пока поверхность металла не подвергнется воздействию раствора электролита и не образуется коррозионный элемент.

Мгновенная ржавчина

Точечная ржавчина является общим воздействием коррозии, которая представляет собой значительную проблему для операторов абразивоструйной обработки.

Абразивоструйная обработка механически повреждает пассивирующий слой, который защищает металл от коррозии. В случае гидроабразивной обработки вода также присутствует на поверхности и находится в прямом контакте с металлом через разрушенный пассивирующий слой.

Если на поверхности есть соли, они растворяются в воде, формируя раствор электролита и образуя коррозионный элемент. Такая быстродействующая атака может вызвать видимую ржавчину уже через 30 минут.

Мгновенная ржавчина также является проблемой для сухой абразивной обработки – и любого вида подготовки поверхности. При высокой влажности соли будут притягивать влагу из атмосферы на поверхность металла, образуя коррозионный элемент. Хлорид натрия может вытягивать влагу из атмосферы при относительной влажности 75 %. Другие, менее обильные соли притягивают влагу при относительной влажности всего в 25–35 %. При чистом воздухе (и бессолевой поверхности) атмосферная коррозия не будет иметь место при относительной влажности менее 45 %. Но с увеличением относительной влажности скорость коррозии возрастает в геометрической прогрессии.

Если вы проводите абразивоструйную обработку в помещении, влажность можно контролировать с помощью осушителей. Избегайте абразивоструйной обработки под дождем. Тем, кто привык проводить абразивоструйную обработку ранним утром, следует проявлять осторожность: роса на стали, только что прошедшей абразивоструйную обработку, является проблемой. При нагревании атмосферы металл дольше остается холодным, и на стали образуется конденсат.

 

Какое количество мгновенной ржавчины допустимо?

В то время как для некоторых покрытий некоторый невысокий уровень мгновенной ржавчины может находиться в пределах допусков, во всех случаях мгновенная ржавчина ухудшает адгезию. Нанесение покрытия поверх значительной мгновенной ржавчины приведет к выходу покрытия из строя, а также к началу дальнейших коррозионных реакций.

Узнайте у производителя покрытия о допустимых уровнях мгновенной ржавчины. В технических характеристиках покрытий может быть указан допустимый промежуток времени между абразивоструйной обработкой и нанесением покрытия.

flash-rust-grades-notext.jpg
Легкий Средний Тяжелый
Поверхность видна.
Наблюдается небольшое количество ржавчины. 
Поверхность затемнена. 
Ржавчина хорошо прилегает.
Поверхность затемнена.
Ржавчина свободно прилегает

Нитевидная коррозия

Эта форма щелевой коррозии скапливается под краской после того, как покрытие смачивается водой.Коррозия принимает вид нитей, так как ржавеет поверхность, подверженная осмотическому вспучиванию.

osmotic-blistering.png

Осмотическое вспучивание

Растворимые соли (нитевидная коррозия)

Эта форма щелевой коррозии скапливается под краской после того, как покрытие смачивается водой.Коррозия принимает вид нитей, так как ржавеет поверхность, подверженная осмотическому вспучиванию. Несмотря на то, что хлориды, сульфаты и нитраты не имели достаточно плохой репутации, они также являются причиной разрушения покрытия, называемого осмотическим вспучиванием.

Покрытие представляет собой полупроницаемую мембрану, которая пропускает воду, но не другие растворимые ионы, такие как соль или хлористоводородная кислота. Когда вода, проходя через мембрану, растворяет ионы на поверхности металла, она снижает давление паров раствора под покрытием, и вода «застревает» под вспучиванием.Ионы не могут пройти через мембрану, чтобы выровнять давление, но это не мешает воде пытаться дальше. В участок вспучивания попадает больше воды, чем выходит из него, что приводит к отслоению покрытия. Внутри участка вспучивание образуется коррозионный элемент.

Ультраточечная ржавчина

В отличие от других видов коррозии, ультраточечная ржавчина — это рельеф, а не процесс. Когда глубинный профиль анкерного рельефа превышает глубину сухой пленки наносимого покрытия, покрытие не покрывает пиков. Пленка на этом участке становится сверхтонкой и быстро портится, подвергая подложку коррозии.

Чтобы надежно предотвратить ультраточечную ржавчину, необходимо использовать анкерный рельеф, составляющий 25–30 % от глубины толщины сухой пленки всей системы покрытия. См. спецификации покрытий для рекомендованных производителем профилей глубины.
 

ЧАСТЬ II

РЕШЕНИЯ

Удаление соли

Чистая вода на чистой, плоской металлической поверхности не вызовет коррозии. Коррозионный элемент требует электролита, а соль – враг номер один.

Соль не только вытягивает влагу из атмосферы, но и при растворении в растворе, ее агрессивные ионы разрушают пассивирующий слой, обнажая металл, и полученный раствор электролита способствует ионному потоку, необходимому для образования коррозионных элементов.

Поэтому первая линия защиты от ржавчины – это удаление растворимых солей с поверхности.

Механические методы (ручной и электроинструмент, сухая абразивная обработка) оказались в значительной степени неэффективными при удалении солей. Но поскольку соли растворимы, предпочтительным методом является их растворение в воде.

Именно здесь отличные результаты демонстрирует гидроабразивная обработка. Водяная струя под давлением не только транспортирует абразив, но и растворяет соль и смывает ее.

 

organic-passivator-notext.png

Азот на органической пассиваторной молекуле связывается с ионами FE. Углеводородная цепь блокирует кислород и хлорид от контакта с поверхностью железа. 

Ингибиторы коррозии

Ингибиторы коррозии могут добавляться в сеть водоснабжения установки гидроабразивной обработки для предотвращения мгновенной ржавчины, но они также могут иметь нежелательные побочные эффекты.

Пассиваторы создают защитную пленку между поверхностью и окружающей средой. Органические молекулы, такие как амины, имеют свободные пары электронов, которые связываются с металлом, а также длинный углеводородный хвост для ингибирования адсорбции поступающих агрессивных ионов на поверхность металла.

Тем не менее, известно, что пассиваторы препятствуют адгезии покрытия и эффективности антикоррозионных грунтов, особенно содержащих цинк, которые должны входить в контакт с металлом для получения гальванизирующего эффекта.

Удалители соли имеют соответствующий химический состав для растворения солей. Эти растворы разрушают оксидный слой для непосредственного взаимодействия с металлом. Однако, если их не смывать, такие часто кислые добавки могут оставлять на поверхности нежелательные осадки, которые могут вызвать осмотическое вспучивание.

Поверхностно-активные вещества снижают поверхностное натяжение воды, делая ее «более влажной», что позволяет воде лучше проникать и растворять солевые отложения. Они также могут способствовать испарению и не оставляют никаких остаточных загрязнений на поверхности.

Существуетболее 200 разновидностей ингибиторов ржавчины. Многие покрытия не выдерживают их, не все являются экологически чистыми, а некоторые являются известными канцерогенами. Перед использованием ингибитора коррозии обратитесь за рекомендациями к производителю покрытия.

 

Правило № 1 – Как можно быстрее применяйте грунт.

Наиболее эффективным способом предотвращения ржавчины является нанесение в кратчайшие сроки грунта, указанного производителем покрытия.

Существуют влагостойкие грунты, которые можно наносить на влажную сталь. Грунты на основе цинка обеспечивают дополнительную защиту от ржавчины, образуя оцинкованное соединение с поверхностью.

Изучите технические характеристики покрытий производителя на предмет рекомендаций по грунту.

paint-spray1-thumb.jpg

 

 

best-practices-thumb.png

ЛУЧШИЕ МЕТОДЫ

Для получения наилучших результатов для защиты от ржавчины и адгезии покрытия следуйте этим методам:

  • Используйте правильный анкерный рельеф.
  • Оставляйте поверхность как можно более чистой.
  • Осуществляйте абразивоструйную обработку в условиях низкой влажности.
  • Наносите грунт как можно скорее.
  • Работайте в соответствии с техническими условиями, предоставляемыми производителем покрытия.

Связаться со специалистом по абразивоструйному оборудованию

Укажите значение
Выберите
Укажите значение
Укажите значение
Выберите
Укажите значение
Укажите значение
Graco