Омедненная сварочная проволока – особенности и применение

Для получения омедненной проволоки используется метод контактного нанесения покрытия. Для этого стальная заготовка погружается в раствор медного купороса. Здесь в результате разности электродных потенциалов происходит реакция замещения: железо переходит в раствор, а медь осаждается на поверхности проволоки. После этого проволока пропускается через волок, который уплотняет медное покрытие. В результате его поверхность становится глянцевой, приобретая характерный розовый оттенок.

Толщина конечного покрытия составляет 6 мкм. Общее содержание меди в стальной проволоке, согласно ГОСТу 2246-70, не должно превышать 0,25 %. Европейский стандарт DIN 8559 допускает увеличение этого показателя до 0,30 %. Если сварочная проволока содержит большее количество меди, то сформированные с ее помощью швы отличаются пониженными показателями стойкости к образованию трещин и ударной вязкости.

Всего российские предприятия выпускают 77 различных марок сварочной проволоки. Из них 41 марка предназначена для работы с цветными металлами, 30 – с углеродистыми сталями и 6 – с низколегированными.

Почему обычная краска не защищает металл от коррозии?

Казалось бы, чего проще, взял краску и покрыл ей металлическую конструкцию. Красиво и от ржавчины защищает. Во всяком случае, так сказали в магазине, где вы эту краску купили. На самом деле краски бывают разные и металлы тоже. Не каждая краска подойдет любому металлу и далеко не все краски помогут защитить его от коррозии, а некоторые и вовсе – будут способствовать ее появлению, если подобраны неправильно.

Мы расскажем – какая краска действительно защищает от коррозии, а какая – нет и почему.

Что вы хотите получить от краски по металлу?

Мы хотим покрасить металлическую конструкцию или изделие по нескольким причинам: чтобы было красиво, чтобы дольше оставалось как новое и, самая главная причина, чтобы не ржавело. Нам предлагают огромное количество разнообразных ЛКМ, которые, по словам продавцов, соответствуют всем этим желаниям. В большом разнообразии выбора очень сложно разобраться – какая краска подойдет именно в вашем случае, что она будет нести в первую очередь – привлекательность или защиту.

Нужно ли защищать? Какие металлы нуждаются в покраске.

Чаще всего металлические конструкции, изделия или оборудование изготавливают из стали (нержавеющей или углеродной) или черных металлов, реже – алюминия, никеля, хрома, цинка.

В составе «нержавеющей стали» обычно присутствуют примеси других металлов, например, хрома. Он образует на поверхности оксид и дает защиту от коррозии, поэтому сталь и называют «нержавеющей». Однако, такой вид защиты является скорее барьерным, так как при повреждении покрытия процесс коррозии тут же запустится. Поэтому даже не ржавеющую сталь желательно покрывать дополнительной защитой.

Углеродная сталь – это железо, которое активно вступает в реакции с кислородом, водой, солями и другими загрязнениями, постепенно превращаясь в ржавчину. Такая сталь нуждается в надежной, долговечной защите от коррозии.

Цинк не нуждается в защите от коррозии, а сам используется в качестве антикоррозийной защиты других металлов. Также, как и алюминий. Исключением являются постоянные контакты с солями меди, щелочами и кислотами. Тогда и алюминию нужна дополнительная защита.

Черным металлам, из которых чаще всего и изготавливают конструкции из-за низкой цены, обязательно нужна покраска и надежная антикоррозийная защита. Иначе конструкции быстро потеряют свою прочность, разрушаться, не говоря уже о потере внешнего вида.

Краски и эмали для металлов бывают:

• Нитроэмали;
• Масляные и алкидные;
• Битумные составы;
• Акриловые;
• Эпоксидные краски и грунты;
• Содержащие антикоррозийные добавки;
• Цинкосодержащие.

Нитроэмали использовались раньше для покраски металлов. Сегодня уступают почти всем другим видам красок по стойкости и уровню защиты, почти не используются.

В масляных красках основой является олифа, как правило, из натуральных масел. Такие краски используются в быту, в помещениях и почти никогда — на открытом воздухе. В промышленности их использовать тоже нет смысла, они не выдерживают температуры выше 70-80°C, быстро выцветают, растрескиваются, от ржавчины почти не защищают.

Алкидные краски более стоки, обладают наилучшей адгезией (1 балл) из всех видов красок, однако высокие температуры так же держат плохо и сами по себе от коррозии не защищают, если не имеют специальных антикоррозийных добавок.

Битумные составы – обладают практически теми же характеристиками стойкости, как и алкидные, однако гораздо проще наносятся. Зато проигрывают эмалям во внешней привлекательности и используются только в скрытых местах.

Акриловые краски долговечны, не выцветают, не трескаются, выдерживают высокие температуры (до120°C), дают привлекательность. Но, для защиты от коррозии этого недостаточно. Смотрите внимательно на состав, не все из них содержат антикоррозийные добавки, ингибиторы коррозии, пудру металлов, не подверженных ржавчине, а это для защиты металлов обязательно.

Кремнийорганические эмали – применяются там, где используются повышенные температуры. Очень стойкие к нагреву и резким перепадам.

Эпоксидные краски и грунты могут иметь много функций, они образуют на поверхности стойкое покрытие, которое не поддается износу годами, устойчивое к погодным явлениям и механическим повреждениям, придающее привлекательный внешний вид. Защиту от коррозии такие краски обеспечат, но не продолжительную, при благоприятных условиях эксплуатации.

Водоэмульсионные краски – дают только внешнюю привлекательность, требуют стойкой защитной основы.

Краски, содержащие специальные антикоррозийные добавки или антикоррозийные краски – это те же алкидные или акриловые эмали, содержащие преобразователи и мощные подавители окисления металлов. Они действительно защищают от коррозии, дают внешнюю привлекательность, стойки к агрессивной среде и механическим повреждениям. Но, недолговечны.

Цинкосодержащая краска — та, что содержит большое количество цинка.

Вместо цинка в антикоррозийных красках иногда применяется алюминий, никель или хром. Содержание этих металлов в составе краски гарантирует защиту от коррозии. Распознать просто – такие краски содержат большое количество вышеуказанных металлов и специальные связующие, обычно не имеют возможностей колеровки и придают металлам матовый серый или алюминиевый блестящий оттенок. Лидерами в таких красках являются те, что содержат цинк. Так как он корродирует медленнее всего, к тому же продолжает защищать от коррозии даже при повреждении покрытия, в отличие от никеля или хрома.

Цинкосодержащие краски также обеспечивают только барьерную защиту, однако здесь этот барьер прочнее. При благоприятных условиях эксплуатации, такое покрытые может прослужить 10-12 лет без обновления.

Не верьте рекламе!

Все мы хотим, чтобы обеспечить защиту от коррозии было легко и просто, а главное доступно и дешево. На этом принципе и построена основная реклама антикоррозийной продукции. Самый простой и дешевый способ – купить ЛКМ и нанести на металл, создавая изолирующую пленку межу поверхностью и окружающей средой. Действительно, барьер есть, но слабый и недолговечный. Краска не препятствует проникновению влаги, плохо защищает от агрессивных сред и не отличается хорошей адгезией. Поэтому она не способна защитить металл от коррозии, разве что просто замаскировать ее на какой-то непродолжительный срок.

Вам могут предложить более стойкие, эпоксидные, полиуретановые или другие покрытия, которые стоят гораздо дороже. Но и их эффективность сильно преувеличена за счет маркетинговых ходов. В рекламе сообщают, что такие покрытия отличаются стойкостью, их можно наносить прямо на ржавчину, без очистки и обезжиривания. Благодаря рекламе даже появились такие термины, как «околокоррозийный», «цинконаполненные» покрытия, «молотковые» эмали и прочее. Все это заставляет покупать краски, не разобравшись в сути вопроса.

Действительно эффективным способом защиты металлов от коррозии является протекторная защита, так же называемая катодной или активной. Это покрытие одного металла другим, более активным. Более активный электрохимически металл, подвергается коррозии в первую очередь, защищая второй. Защита держится, пока слой защитного металла полностью не истощится. Самым лучшим в этом деле издавна признан цинк.

Против коррозии – только цинкование!

Цинк как раз является более активным металлом и «встает» на защиту более слабых металлов в борьбе с коррозией, жертвуя свои электроны. Цинк продолжает защищать даже тогда, когда в покрытии образовались царапины и повреждения. Кроме этого, цинк полностью безопасен для здоровья, прост в нанесении и доступен в цене.

Раньше цинк традиционно наносили горячим методом, гальваническим или термодиффузионным. Но, в 80-х годах изобрели метод холодного цинкования, который по своим характеристикам не уступает вышеуказанным методам, а по долговечности (25-50 лет) даже превосходит. Кроме этого, холодное цинкование наносится, как обычная краска и не дорого стоит, по сравнению с другими методами защиты.

После этого на рынке появилось множество суррогатов, которые выдаются за холодное цинкование. Их называют — краски с содержанием цинка, цинконаполненные краски и т.д. Они рассчитаны на тех покупателей, которые слышали, что цинк – лучшая защита от коррозии. Однако, все эти краски хоть и содержат цинк не дают нужного эффекта защиты, а в основном только маскируют коррозию. Все дело в том, что цинк не просто должен присутствовать в составе, а обеспечивать электрохимическое соединение с защищаемым металлом.

Этого можно добиться только при следующих условиях:

• Содержание цинка – не менее 94%;
• Чистота цинка – 98 и выше %;
• Частицы цинка максимально малого размера от 12-15 мкм, в идеале – 3-5 мкм;
• Желательно, чтобы частицы были овальной формы и были дополнительно защищены смолами – так покрытие будет еще эффективнее.

Но, для обычного потребителя, составы для холодного цинкования выглядят также, как обычная банка с краской. Поэтому очень легко поддаться рекламе и уговорам продавца, в итоге купив совсем не состав для холодного цинкования.

Как купить то, что действительно будет защищать от коррозии?

Очень легко сравнить по весу. Возьмите в руки в руки банку с обычной или даже цинкосодержащей краской, а потом состав для холодного цинкования.

Состав обязательно должен обладать электропроводностью и кроме цинка содержать полимерное связующее его вещество. Полимерный наполнитель может отличаться у разных производителей.

Стоит отметить покрытия в виде аэрозоли. Они также могут быть как обычными красками, ток и составом для холодного цинкования. Для того чтобы купить то, что нужно – внимательно изучайте упаковку. Условия содержания должны быть те же самые. Однако, холодное цинкование в виде спрея все же уступает тому, что продается в классических банках. Просто за счет толщины получаемого слоя. При нанесении из баллона выйдет слой толщиной 5-7 мкм, а если использовать краскопульт и нанести им покрытие из банки, слой получится толщиной 40 мкм. Угадайте, какой из слоев продержится дольше и надежнее?

Мы не отговариваем вас покупать спреи, в труднодоступных местах без них не обойтись. Для ремонта небольшого участка цинкового покрытия даже выгоднее купить цинк спрей 400 мл, нежели тратиться на целую банку. К тому же, их проще наносить – не нужны кисти, валики и прочие инструменты. Но, если вам нужно покрыть большой участок или конструкцию, рекомендуем вам приобрести состав для холодного цинкования в банке.

Чек-лист покупки состава для холодного цинкования

Как подобрать состав, подходящий вам?

Конечно, необходимо тщательно ознакомиться с описание состава – для чего он применяется, и какие условия эксплуатации выдержит.

Вы можете облегчить себе выбор и проконсультироваться со специалистом.

Что спросить у продавца?

1. Скажите менеджеру, что вас интересует именно состав для холодного цинкования, а не просто цинкосодержащая краска.
2. Сообщите, из какого металла сделана конструкция, которую вы собираетесь защищать от коррозии.
3. Расскажите, какие условия эксплуатации будут окружать эту конструкцию: высокие или низкие температуры, влияние кислот, щелочей, нефтепродуктов, пресной или соленой воды и т. д.
4. Спросите — на какой срок защиты от коррозии вам стоит рассчитывать?
5. Узнайте, что вам необходимо приобрести для нанесения состава холодного цинкования.

А также – как его качественно наносить (если вы не хотите привлекать специалиста).

Еще немного полезного о цинкосодержащих красках

Все-таки цинкосодержащие краски не бесполезны. Просто применять их нужно в сочетании с холодным цинкованием. Если нанести поверх состава цинковую краску, то вы продлите срок службы покрытия еще на 5-10 лет. К тому же составы для холодного цинкования всегда придают металлам матовый, серый цвет. А с помощью эмалей вы сможете создать блестящее, глянцевое или даже цветное покрытие, радующее глаз. Главное, подобрать эмаль, которая будет идеально сочетаться с составом для холодного цинкования, который вы выбрали. Для того чтобы подобрать нужную эмаль читайте ее описание или проконсультируйтесь со специалистом.

Дополнительная скидка в 350 рублей, при заказе через сайт.

У вас есть вопросы? Позвоните или напишите нам!

Мы поможем выбрать покрытие, которое окажется для вас оптимальным!

• Москва: +7 (495) 540-44-38
• Санкт-Петербург: +7 (812) 407-18-07
• Россия: 8 (800) 555-34-18 (Бесплатный номер)
• Email: info@zincor-lkm.ru

Звоните прямо сейчас и приобретите нашу продукцию по самой выгодной цене!

Подробности

Коррозионные качества

Медь представляет собой металл с высокими свойствами пластичности, которые имеют красновато-золотистый цвет, а после снятия оксидной пленки немного розоватым. По электрической проводимости он будет уступать только серебру, еще характеризуется огромной степенью тепловой проводимости. За счет низкого удельного сопротивления медь используется в электротехнике – она идет на изготовление пластинок из меди, обмотки электрической двигателей, проволоки.

Обратите внимание, что из-за прекрасных антикоррозионных свойств металл будет включаться в сплавы для усовершенствования их инженерных характеристик (латунь, бронза и прочие). В гальванической среде медь превращается в катод, и начинает вступать в электрохимические процессы, а еще вызывает ускоренный процесс ржавления остальных металлов.

Медь является неактивным химическим элементов, и потому она практически не взаимодействует с водой (морской или пресной), воздухом. Если воздух сухой, на поверхность материала будет формироваться оксидная пленка с толщиной до 50 мн. Изделие из меди начинает темнеть, становится зеленоватым или коричневым, и это называется патиной. Во множестве случаев патина воспринимается, как покрытие декоративного типа. Коррозионная интенсивность мала при контактировании с разведенной соляной кислотой, но при реакции со множеством остальных кислот, с галогенами, «царской водкой» металл будет окислен с образованием медного карбоната.

Условия для разрушения меди

Несмотря на стойкости к порче, даже изделия из меди при определенных условиях способны ржаветь. Меньше всего такие явления выражены в воде, влажном воздухе, почве и даже больше – в среде кислого типа. Ощутимо уменьшать коррозию можно посредством лужения – покрытия меди оловянным слоем. Качественный процесс лужения дает надежность и защиту от дефектов, а еще повышает устойчивость к коррозии, делает материал не подверженным воздействию высокой температуры, града, дождя и снега. Срок применения луженых изделий будет составлять больше сотни лет без потери первозданных качеств.

Воздействие воды

Защита меди от коррозии очень важна. Скорость ржавления меди в воде будет сильно зависеть от наличия пленки оксидного типа на ее поверхности, а также от уровня насыщенности воды посредством кислорода. Чем больше кислорода в воде, тем интенсивнее будет протекать разрушение материала. В целом же, медь можно считать устойчивой к вредоносному воздействию пресной и соленой воды, и негативно воздействуют на нее лишь растворенные хлорные ионы, а еще низкая степень рН. Прочность, а также неподверженность ржавлению дает возможность применять материалы для изготовления трубопровода.

Обратите внимание, что, если на поверхности изделия, которое покрыто посредством меди, имеет зеленая или даже коричневая оксидная корочка, разрушающие компоненты в малой степени будут проникать внутрь. Как правило, слой оксида образуется спустя 2 месяца нахождения металла в воде. Намного прочнее будет считаться зеленая корочка (то есть карбонатная), рыхлой и не такой крепкой – черная (сульфатная).

В воде из моря степень коррозии почти такой же, как и в обычной, то есть пресной. Лишь при ускорении передвижения воды ржавление станет ударным, и потому более интенсивным. Медь является материалом, который не может обрастать морскими микроскопическими организмами, потому что его ионы губительные для водорослей и моллюсков. Такое свойство металла применяется в судоходстве, а также в рыбном хозяйстве.

Влияние щелочей и кислот

В щелочах медь не будет портиться, потому что материал сам по себе является щелочным, зато кислоты для нее будут являться самыми негативными по воздействию. Самая быстрая и значимая коррозия будет происходить при контактировании с серой и ее кислотными типами соединений, а азотная кислота способна полностью разрушать структуру материала. В концентрированной кислоте медь начинает растворяться, и потому при изготовлении оборудования для промышленности нефтегазового типа требуется дополнительная защита.

С такой целью применяют ингибиторы – замедлители химической реакции:

1. Экранирующие – создают пленку, которая не дает кислотам достигать медной поверхности.
2. Окислительные – помогают превратить верхний слой в окись, которая начнет вступать в реакцию с кислотами без вреда непосредственно для самого металла.
3. Катодные – увеличивают катодное перенапряжение, чем замедлят реакцию.

Рассмотрим еще кое-что, касающееся коррозии

Коррозия от влажного воздуха и почвы

В почве проживает большое количество микроскопических организмов, которые способны вырабатывать сероводород, так как среда тут кислая, а скорость коррозии меди возрастет. Чем больше отклонение значения рН в стороне окисления, тем скорее будут протекать разрушительные процессы. Если почва оснащена кислородом, то металл начинает окисляться, но ржаветь будет меньше. При длительном нахождении изделий из меди в земле они начинают зеленеть, становятся рыхлыми и способны даже рассыпаться. Краткосрочное пребывание в грунте вызывает образование патины, от которой предмет можно очищать. Кстати, влажный воздух способен плохо сказываться на состоянии материала лишь при длительном контакте, а для начала тоже вызывает образование патины (оксидного слоя). Исключение будет составлять пар, который насыщенный сульфидами, хлоридами, углекислотой – в нем коррозия будет развиваться стремительнее.

Виды коррозии и ее причины

Перед тем как говорить о ржавчине на железе, кратко рассмотрим другие ее типы.

Коррозии подвержены не только металлы, но и неметаллические изделия. В этом случае коррозию еще называют «старением». Старению подвержены пластмассы, резины и другие вещества. Для бетона и железобетона существует термин «усталость». Происходит их разрушение или ухудшение эксплуатационных характеристик из-за химического и физического воздействия окружающей среды. Корродируют и металлические сплавы — медь, алюминий, цинк: в процессе их коррозии на поверхности изделий образуется оксидная пленка, плотно прилегающая к поверхности, что значительно замедляет дальнейшее разрушение металла (а патина на меди еще и придает ей особый шарм). Драгоценные металлы являются таковыми не только из-за своей красоты, ценимой ювелирами, но и за счет стойкости к коррозии. Золото и серебро до сих пор используется для покрытия особо чувствительных электронных контактов а платина применяется в космической отрасли.

Корродировать металл может в некоторых участках поверхности (местная коррозия), охватить всю поверхность (равномерная коррозия), или же разрушать металл по границам зерен (межкристаллитная коррозия). Коррозия заметно ускоряется с повышением температуры.

Как цинк защищает железо от коррозии

Тонкая пленка цинка обеспечивает активную (катодную, электрохимическую) и пассивную (барьерную) защиту металлов от ржавчины. Без антикоррозионной защиты металл под воздействием кислорода и воды начинает окисляться. Окисление приводит к образованию ржавчины, которая может полностью разрушить железо. Цинк образует на поверхности металлов тонкую пленку, защищающую материал от влияния внешней среды. Цинковое покрытие препятствует воздействию кислорода даже при нарушении целостности защитной пленки.

Цинкование также обеспечивает электрохимическую защиту металлических конструкций. Цинк, образуя с железом гальваническую пару, является более активным металлом. Контактируя с влагой и кислородом, электроны цинка-анода вступают в реакцию, защищая металл-катод.

Как алюминий защищен от коррозии?

Сплавы других металлов подвержены появлению ржавчины. Она проявляется достаточно быстро. Если создать для алюминия определенные условия, то он не будет разрушаться долгие годы. Для защиты алюминия от коррозии на нем образуется специальная пленка. Она ложится тонким слоем, который составляет от 5 до 10 миллиметров. Состоит подобное покрытие из оксида алюминия.

Пленка является прочной и дает металлу дополнительную защиту от внешних негативных воздействий. Благодаря такому слою воздух и влага не попадают в структуру материала. Если целостность оксидного покрытия нарушается, то начинается процесс коррозии алюминия. Металл теряет свои свойства.

2 Коррозия меди и других цветных металлов – признаки и особенности

Вообще коррозия алюминия и многих его сплавов встречается достаточно редко, а все благодаря особенностям данного металла – он способен пассивироваться в различных агрессивных средах. Другими словами, он переходит в пассивное состояние, так, например, при взаимодействии с воздухом на его поверхности образуется оксидная пленка, выполняющая защитные функции. Причем в зависимости от условий толщина пассивного слоя может быть различной.

Также пленка устойчива и к воздействию влаги, а вот в кислой среде нет однозначного ответа, тут все зависит от вида кислоты. Таким образом, изделия из алюминия практически не боятся ни азотной, ни уксусной (при нормальной температуре), а вот щавелевая, серная, муравьиная и соляная губительно влияют на металл. Но особенно этот материал боится щелочной среды, так как при воздействии данного вещества разрушается оксидная пленка алюминия.

Теперь рассмотрим, в каких случаях встречается коррозия меди и содержащих ее сплавов. Этот металл разрушается при взаимодействии с серой и разными ее соединениями. Также она боится окислительных и некоторых аэрированных неокислительных кислот, солей и тяжелых металлов. Что же насчет водной среды, так в этом случае все зависит от того, насколько она насыщена кислородом, чем его содержание больше, тем скорее происходит разрушение.

Признаки коррозии латуни выражаются в основном в растрескивании (во влажной среде интенсивность повышается) и обесцинковании этого сплава, последнему же способствуют растворы, которые содержат ионы хлора. Также происходят данные процессы при взаимодействии материала с аммиаком, растворами различных кислот-окислителей и солей. Кроме того, губительными для латуни являются ртуть, оксиды азота, трехвалентное железо и медь. Еще одной причиной растрескивания могут послужить растягивающие напряжения.

Коррозия трубопроводов — причины и последствия. Часть 2. Трубопроводы водоснабжения

Продолжим цикл наших публикаций о коррозии трубопроводов различного назначения. В данном обзоре затронем вид трубопроводов, с которым мы очень часто сталкиваемся в повседневной жизни: в домашнем хозяйстве, в учебных заведениях, в медицинских учреждениях, в ресторанах, в гостиницах и на производстве — трубопроводы систем горячего и холодного водоснабжения. Современный человек не может жить без постоянной работы этих водопроводных систем. Короткий летний период отключения горячей воды для профилактических работ воспринимается некоторыми городскими жителями катастрофой. Однако, не всем известно, что для обеспечения безаварийной эксплуатации водопроводных систем приходится прикладывать много усилий. Коррозия водопроводных труб ежегодно приводит к огромному количеству аварий и потерям сотен миллионов рублей. О видах коррозии водопроводов и способах ее предотвращения мы и поговорим в настоящем обзоре.

На сегодняшний день для холодного (ХВС) и горячего водоснабжения (ГВС), а также отопления применяются металлические трубы: из углеродистой стали оцинкованные и неоцинкованные (ГОСТ 3262-75, ГОСТ 10704-91, ГОСТ 8732-78), из нержавеющей стали (ГОСТ 9941-81) или меди (ГОСТ Р 52318-2005). Трубы водоснабжения обычно подвержены наружной почвенной коррозии при прямом контакте поверхности трубопровода с грунтом или водой и внутренней коррозии в случае агрессивных коррозионных свойств самой транспортируемой водной среды.

Наружная коррозия водопроводов протекает в случае прокладки трубопроводов в земле или в тоннелях, заполняемых постоянно или сезонно водой, и может быть разделена на электрохимическую, биокоррозию и коррозию под действием блуждающих токов. Основные механизмы такой коррозии аналогичны соответствующим механизмам, присущим магистральным и промысловым трубопроводам (о них можно прочитать более подробно здесь или здесь ). В данной статье остановимся только на некоторых нюансах наружной коррозии, характерных именно для водопроводных систем.

Одним из таких нюансов является коррозия трубопроводов, проложенных в различных подземных каналах и тоннелях. В случае слабой герметизации таких тоннелей их постоянно или сезонно, в период наибольшей увлажненности грунта, может затапливать почвенными водами, причем как полностью, так и частично. В таком случае, для увеличения эффективности катодной защиты, необходимо применять специальные системы защиты. Одним из нестандартных вариантов является применение так называемых стержневых протекторов, устанавливаемых на поверхности трубопроводов или на поверхности теплоизоляционной конструкции водопроводных систем и систем теплоснабжения. Варианты схем расположения таких протекторов выбираются в зависимости от потенциальной опасности затопления канала — полностью или частично. Примеры схем размещения таких протекторных систем на поверхности трубопровода показаны на рисунке ниже. Для более подробного ознакомления с системами противокоррозионной защиты внешней поверхности трубопроводов канальной (и бесканальной) прокладки рекомендуем обратиться к СТО НОСТРОЙ 2.18.116-2013 «Инженерные сети наружные. Трубопроводы тепловых сетей. Защита от коррозии. Технические требования, правила и контроль выполнения работ», разработанному ООО «Трансэнергострой».

Расположение стержневых протекторов на поверхности трубопровода

Перейдем к процессам внутренней коррозии водопроводных систем и теплосетей. Сразу следует отметить, что во многих случаях коррозионный отказ водопровода или теплопровода связан с совместным действием процессов наружной и внутренней коррозии. Механизм совместного действия примерно такой. Самые распространённые внутренние коррозионные дефекты стенок трубопровода — сквозные язва и питтинг, маленькие отверстия в стенке трубы. Потери воды через такие «дырки» невелики, поэтому их трудно вовремя обнаружить и устранить. Выходящая вода из такого отверстия растекается по наружной поверхности металла тонким слоем. Этот слой поверхностной воды является электролитом, в котором протекают электрохимические реакции, способствующие протеканию наружной коррозии на большой площади трубы, а также разрушающие гидро- и теплоизоляцию. В результате стенки трубопровода на большой поверхности утончаются, что приводит к отказу с масштабными потерями воды. Таким образом, внутренняя коррозия является первопричиной многих отказов на трубопроводах водоснабжения и теплосетей, хотя на первый взгляд причиной является наружная коррозия.

Основной механизм коррозии водопроводов и тепловых сетей — электрохимический. Скорость внутренней коррозии теплосети и систем водоснабжения зависит от состава и характеристики воды: значения водородного показателя рН, содержания растворенного кислорода, углекислого газа, наличия хлоридов и сульфатов, микроорганизмов, температуры, давления, скорости движения воды, эрозии, контактной коррозии (наличие фасонных частей из разноименных металлов).

Главная сложность в определении механизмов коррозионного разрушения — разностороннее действие большинства вышеописанных факторов внутреннего коррозионного разрушения. В зависимости от внешних условий и сочетаний всех факторов изменения в каком-то одном факторе могут приводить как к торможению, так и к ускорению внутренней коррозии водопроводных систем. Например, наличие в воде растворенного углекислого газа и, соответственно, карбонатов кальция, магния или натрия может приводить как к образованию стабильных гомогенных защитных пленок нерастворимых карбонатов на всей поверхности трубы и торможению процесса коррозии, так и к образованию нестабильных осадков и негомогенных пленок, что ускоряет коррозионное разрушение.

Влияние кислорода на скорость коррозии стали также проявляется в двух противоположных направлениях. С одной стороны кислород увеличивает скорость коррозионного процесса, так как эффективно деполяризует катодные участки, с другой стороны — оказывает пассивирующее действие на поверхность стали, замедляя коррозию. Следует отметить, что кислородная коррозия стали в горячей воде носит, преимущественно, язвенный характер и приводит к образованию сквозных дефектов.

Внутренняя коррозия трубопровода ГВС — до и после очистки от продуктов коррозии

Внутренняя кислородная коррозия может ускоряться хлоридами и сульфатами, содержащимися в воде. Эти вещества являются активаторами коррозионного процесса, разрушая пассивные защитные пленки на поверхности металла. Например, хлорид-ионы при некоторых условиях замещают собой кислород в защитной оксидной пленке, что приводит к образованию в ней пор, в которых и начинается ускоренное локальное коррозионное разрушение с образованием язв. Сульфаты ускоряют коррозию непосредственно, увеличивая электропроводность водной среды, и косвенно, способствуя развитию биологической коррозии.

С повышением температуры водной среды скорость коррозии стали обычно возрастает. Но для открытых систем, из которых растворенный кислород может улетучиваться в атмосферу, т.е. концентрация растворенного кислорода в воде уменьшается, скорость коррозии после 80 °C падает до очень низкого значения, хотя в закрытых системах скорость коррозии продолжает расти по линейной зависимости. Следует отметить, что оптимальная температура горячей воды для продления срока службы трубопроводов и их защиты от коррозии должна быть в границах от 45 дo 50 °C. Однако, в связи с санитарными требованиями по предотвращению развития в трубопроводных системах бактерии Legionella, температура горячей воды поддерживается не менее 60 °C.

В сетях горячего водоснабжения также иногда наблюдается биокоррозия при температурах 60-70 °C при малых скоростях движения воды — застое, при наличии в воде органических веществ и сульфатов. Многие виды бактерий являются активными коррозионными агентами. Наибольшее значение имеют группы бактерий, участвующих в превращениях железа и серы. Железобактерии, например Gallionella, поселяясь в трубах, образуют на их стенках слизистые скопления, обладающие высокой механической прочностью и поэтому не смываемые током воды. Участки под колониями бактерий оказываются изолированными от воды и доступ кислорода к ним затруднен. Таким образом, развитие железобактерий приводит к образованию на поверхности трубы зон с различной степенью аэрации, т.е. создаются условия для развития коррозии.

Сульфатредуцирующие бактерии восстанавливают сульфат-ионы, содержащиеся в водной среде до сероводорода H₂S, который химически растворяет сталь с образованием сульфидов железа, придающего воде темный цвет и неприятный сероводородный запах. Еще один тип бактерий, тионовые, окисляют серу, тиосульфаты, тионаты до серной кислоты, которая также напрямую участвует в химической коррозии стали.

Одним из дополнительных и необычных механизмов коррозионного разрушения внутренних водопроводных систем является коррозия с участием токов утечки. Токи утечки — это токи других электропотребителей, которые тем или иным способом попадают в трубопровод. Трубопровод является протяженным проводником, поэтому место выхода такого тока из трубопровода, которое и является основным местом его разрушения, может быть довольно далеко от места входа. Действие токов утечки на водопроводные системы в целом приводит к тем же последствиям, что и коррозионное действие постоянных и переменных блуждающих токов, хотя токи утечки могут активировать и процессы электрохимической коррозии.

Основными причинами возникновения токов утечки и попадания их на трубопроводы являются:

• непрофессиональная эксплуатация действующей системы электроснабжения, например, преднамеренное использование трубопроводных систем в качестве нулевых рабочих проводников, подключение нулевого рабочего проводника к клемме нулевого защитного и наоборот и т.д.;
• неправильное подключение электропотребителей (водонагревательные котлы, стиральные машины и т.д.), связывающих трубопроводные системы с системой электроснабжения зданий;
• возникающие в процессе эксплуатации повреждения изоляции кабельных линий и/или электрооборудования, механические повреждения нулевых рабочих проводников.

Выявление токов утечки в водопроводных системах — сложный и трудоемкий процесс. Обычно данные работы выполняются в следующей последовательности:

• Определение наиболее вероятных источников тока и возможности их попадания на металлоконструкции и трубопроводы здания.
• Выполнение комплекса диагностических электрометрических работ по выявлению токов утечки.
• Выполнение полного комплекса стандартных проверок электроустановки здания.
• Выполнение проверок наличия, правильности выбора сечений и монтажа нулевых защитных проводников.
• Устранение токов утечки.

Диагностика токов утечки

Переходя к технологиям защиты от коррозии трубопроводных систем, также обратим особое внимание на внутренний коррозионный процесс. Наружная поверхность таких трубопроводов обеспечивается средствами противокоррозионной защиты аналогично любым другим трубопроводам. Защита внутренней поверхности в основном сконцентрирована на 2х направлениях — создание барьерных защит между металлом и средой, и снижение коррозионной активности самой среды. Использование более коррозионно-стойких нержавеющих труб в данной статье рассматриваться не будет — при наличии интереса к данной тематике с кратким обзором коррозионных свойств нержавейки можно ознакомиться здесь .

В качестве примера первого способа защиты следует указать на применение защитных покрытий из материалов, обладающих более благоприятной противокоррозионной стойкостью по сравнению с углеродистой сталью — лакокрасочные, цинковые покрытия и т.д. Здесь, правда, опять может проявиться «разносторонность» коррозионных процессов. Например, цинковое покрытие, служащее коррозионным барьером и, при необходимости, жертвенным анодом, при повышении температуры выше 60-70 °C начинает ускорять коррозию самой углеродной стали.

Примерами снижения коррозионной активности среды являются:

• коррозионно-безопасные технологии устройства водопроводных систем (исключение подсосов воздуха, застойных зон, наличие постоянной циркуляции воды, поддержание оптимальной температуры, создание условий для образования стабильных естественных защитных слоев и т.д.).
• стабильное поддержание в воде заданных эксплуатационных норм допустимого содержания взвешенных веществ, солей, органических примесей.
• деаэрация воды.
• ингибирование воды.

Универсальных средств защиты от микробиологической коррозии не существует. Применяется химическая дезинфекция — хлорирование и купоросование воды (в месте водозабора), а также обработка воды ионами меди и серебра, йодом и озоном, и физическая дезинфекция с помощью ультрафиолетового и ультразвукового облучения.

Подводя итоги написанному, можно сказать, что проблема внешней и внутренней коррозии систем теплоснабжения и ГВС стоит очень остро. Решать ее необходимо, разбирая каждый частный случай отдельно, особенно, если рассматривается система индивидуального отопления и подготовки и потребления горячей воды, так как в этом случае подготовка воды для систем осуществляется, как правило, самостоятельно, без использования подготовленной воды на ТЭЦ или тепловых пунктах.

§ 8.2. Реакции на границе металл–раствор

Электрохимическая коррозия

Все металлы и изделия из них (за исключением золота и платины) подвергаются разрушению в результате химического взаимодействия с окружающими их веществами. В самом общем случае эти процессы называются коррозионными, или просто коррозией. Суммарный химический процесс коррозии в системе «вещество–окружение» всегда самопроизволен, т.е. G 0, проходя под воздействием других реакций.
Ниже пойдет речь об электролитной, или электрохимической, коррозии металлов. Эта коррозия обусловлена образованием гальванических элементов при контакте различных металлов. Корродирующие и заставляющие корродировать вещества создают сложнейшую систему взаимосвязанных реакций, имеющих различные значения изобарных потенциалов, констант скорости и энергий активации. Эта система настолько сложна, что часто для новых металлических материалов или сред коррозия оказывается непредсказуемой.
Почему гвоздь во влажной древесине доски ржавеет и через некоторое время полностью превращается в бурую непрочную массу (рис. 8.9)?

Рис. 8.9.
Схема образования ржавчины на железном гвозде

В кристаллической решетке железа находятся ионы и электроны:

Fe (кр.) – 2е = Fe 2+ (кр.).

Для электрохимической коррозии железа необходимы вода и кислород воздуха. Начало коррозии заложено в известном вам процессе самопроизвольного перехода ионов Fe 2+ в раствор:

Fe (кр.) – 2e = Fe 2+ (р-р).

Ионы Fe 2+ диффундируют по влажной древесине и одновременно переходят в ионы Fe 3+ :

Fe 2+ – е = Fe 3+ .

Этот переход совершается благодаря тому, что кислород воздуха, реагируя с водой, использует образовавшиеся электроны:

Далее ионы Fe 3+ образуют с ионами ОН – тригидроксид железа:

Это самая примитивная схема ржавления железа. Одновременно протекают многочисленные параллельные и последовательные реакции. Ионы Fe 2+ и Fe 3+ гидролизуются с образованием осно’вных ионов и гидроксидов Fe(ОН)₂ и Fe(ОН)₃. Гидроксид Fe(ОН)₃ может быть представлен также формулой 2Fe(ОН)₃ или Fe₂О₃•3Н₂О. Это одна из формул вещества ржавчины. В действительности состав тригидроксида железа или гидратированного триоксида железа неопределенен: Fe₂О₃•nН₂О.
К этим реакциям добавляются реакции гидроксидов и осно’вных ионов с углекислым газом, в результате чего образуются осно’вные соли железа типа Fe(ОН)СО₃ или (Fе(ОН)₂)₂СО₃.
Приведенные выше реакции взаимосвязаны, и все смещают равновесие перехода ионов железа в раствор.
Суммарно и приближенно процесс ржавления железа может быть выражен следующим уравнением:

Если со столба электричество подается к дому алюминиевым проводом, который у наружной стены скручивается с медным проводом, то место соединения двух проводов скоро перестает проводить электричество из-за образования в месте контакта гидроксида или оксида алюминия. Точно так же алюминиевая заклепка, соединяющая два листа меди, быстро разрушается, если место контакта не было покрыто краской. Причина этого неприятного явления вам станет понятной, если вы сравните электродные потенциалы меди и алюминия:

Алюминий обладает большей способностью отдавать электроны по сравнению с медью, поэтому в водном растворе проходят реакции:

Следовательно, при контакте меди с алюминием алюминий будет в виде ионов переходить в раствор и далее осаждаться в месте контакта в виде гидроксида Al(OH)₃.
На рис. 8.10 показано, что происходит в месте контакта алюминия и меди.

Рис. 8.10.
Схема процесса коррозии
при контакте алюминия и меди

Ионы алюминия из кристаллической решетки алюминия переходят в раствор, а электроны поступают на медь и на ее поверхности реагируют с водой с образованием гидроксид-ионов, которые с ионами алюминия образуют гидроксид алюминия. Коррозия алюминия продолжается, т.к. электроны непрерывно уходят из него, смещая тем самым равновесие в сторону образования ионов. Это самое простое описание коррозии при контакте двух металлов.
Аналогичные процессы происходят, если металл не чистый и содержит вкрапления других металлов.
Изучение коррозии всегда преследует цель ее предотвращения или замедления. Простейшая защита железа от коррозии заключается в его изоляции от влаги и воздуха, для чего железо покрывают краской, полимерной пленкой или жироподобными веществами. Однако самыми эффективными способами защиты являются способы, основанные на термодинамических и кинетических принципах. Некоторые важнейшие способы защиты от коррозии состоят в следующем.
Электрохимическая коррозия предотвращается контактом разрушающегося от нее металла с металлом, имеющим более отрицательный электродный потенциал. Например, железо в контакте с цинком или покрытое им (оцинкованное железо) не подвергается коррозии в связи с тем, что в образующемся гальваническом элементе растворяется цинк, а на железе выделяется водород.

Из справочных данных:

следует, что цинк по сравнению с железом обладает большей способностью к передаче ионов в раствор:

Цинк будет реагировать с ионами железа, если они образуются при коррозии, и будет выделяться металлическое железо. Другими словами, цинк смещает равновесие между железом и его ионами в сторону металлического железа.
Цинк в контакте с железом растворяется в водной среде, а образовавшийся отрицательный заряд в виде электронов переходит на железо.
Возникающая повышенная концентрация электронов в железе препятствует его переходу в виде ионов в раствор, т.е. защищает его от коррозии. В результате благодаря реакции с водой на железе выделяется водород:

Цинк, защищая железо от коррозии, переходит в гидроксид цинка:

Поэтому железо с цинком имеет белый налет – слой или даже скопления гидроксида цинка (или оксида цинка).
Электрохимическая коррозия главным образом вызывается примесями и различного вида неоднородностями, выходящими на поверхность металла. При соприкосновении металла с электролитом, которым может быть просто влага, адсорбируемая или конденсирующаяся на поверхности, возникают гальванические элементы.

Благодаря этим гальваническим элементам металл растворяется, а на загрязнениях и примесях в кислотной среде выделяется водород, а в нейтральной и щелочной – кислород:

Почему в скобках второго и третьего уравнений указана концентрация ионов водорода – 10 –7 М, а в первом уравнении концентрация не указана (чему она равна?)?

Заметим, что в обычных условиях при коррозии водород в свободном виде не выделяется, т.к. окисляется атмосферным кислородом и превращается в воду уже в момент образования.
Интересна одна особенность коррозии – в течение весьма длительного начального периода скорость коррозии довольна низкая и значительно возрастает со временем. Это связано с постепенным накоплением на поверхности тех включений, которые в начале коррозии находились не на поверхности металла и не образовывали микрогальванических элементов.
Другой способ защиты состоит в том, что легко корродирующий металл в виде куска размещается поблизости от защищаемого металла и соединяется с ним проводником. Это может быть цинк или магний. Для магния:

Mg 2+ + 2e = Mg, E = –2,37 B.