Методы защиты металлических конструкций от коррозии

Методы защиты металлических конструкций от коррозии

Физическое и химическое взаимодействие окружающей среды с металлами приводит к образованию коррозии. Слово происходит от латинского «corrodo», что в дословном переводе означает «грызу». Содержащийся в воздухе кислород буквально разъедает металл, приводя к значительному ухудшению его физических свойств. Одним из самых распространенных видов коррозии, с точки зрения визуального определения, является ржавчина или оксид железа — яркий пример воздействия влажного воздуха и воды на поверхности из сплавов. Но разновидностей химических реакций, ведущих к разрушению металлов, на самом деле гораздо больше. Огромное количество сред, в которых могут протекать окисление, формирует обширную классификацию коррозионных процессов.

Механизм и основные факторы атмосферной коррозии металлов

Атмосферной коррозии подвержены все металлоконструкции, эксплуатируемые на открытом воздухе (около 50 % от всего имеющегося металлофонда), а именно: трубопроводы и емкостное оборудование надземного расположения, металлические части строений, опор, мостов, транспортные и погрузочно-разгрузочные средства. Поверхности конструкций при эксплуатации неизбежно подвергаются увлажнению и загрязнению, что является первопричиной возникновения и развития коррозионных процессов.

По механизму протекания данный вид коррозии в большинстве случаев является электрохимическим процессом, за исключением «сухой» коррозии, протекающей по химическому механизму. Электрохимический процесс подразумевает наличие на корродирующей поверхности катодных и анодных участков, а также электролита, роль которого выполняет пленка влаги (толщиной от нескольких молекулярных слоев до одного миллиметра), постоянно присутствующая на поверхности металла. Возникновение гальванических элементов «катод – анод» на основных конструкционных материалах – углеродистых сталях происходит из-за дифференциации их поверхности на участки с различными электродными потенциалами (теория локальных коррозионных элементов).

Причины дифференциации могут быть различны:

• неоднородность структуры металла (в углеродистых сталях присутствуют фазы – феррит и цементит, структурные составляющие – перлит, цементит и феррит, имеющие различные электродные потенциалы);
• наличие на поверхности сталей оксидных пленок, загрязнений, неметаллических включений и т.п.;
• неравномерное распределение окислителя на границе «металл-электролит», например, различные влажность и аэрация на различных участках поверхности металла;
• неравномерность распределения температуры;
• контакт разнородных металлов.

В настоящее время известно более тридцати пяти факторов, влияющих на скорость атмосферной коррозии, основными из которых являются: степень увлажнения металла, состояние поверхности конструкции (пористость, загрязненность), химический состав атмосферы (наличие гигроскопичных и агрессивных продуктов).

По степени увлажнения корродирующей поверхности различают:

мокрую атмосферную коррозию – при относительной влажности воздуха около 100 % и наличии на поверхности металла видимой пленки влаги;

влажную атмосферную коррозию – при относительной влажности воздуха ниже 100 % и наличии на поверхности металла пленки влаги, образующейся в результате капиллярной, адсорбционной или химической конденсации;

сухую атмосферную коррозию – коррозию при относительной влажности воздуха менее 50 % и толщине пленки влаги до 10 нм.

Различие это достаточно условно, т.к. в практических условиях возможен взаимный переход одного типа коррозии в другую. На рис. 1 приведена качественная зависимость скорости атмосферной коррозии металлов от толщины слоя влаги на поверхности корродирующего металла. Загрязнение воздушных сред и, как следствие, поверхности конструкций агрессивными примесями происходит в результате функционирования объектов промышленности, из-за технического несовершенства узлов химического и другого оборудования, негерметичности разъемных соединений, случайных проливов технических жидкостей, разгерметизации коммуникаций, наличия микродефектов в металле и т.п. Загрязнения подразделяют на две группы: органического и неорганического происхождения. Первые попадают на поверхность извне, вторые могут попадать извне и возникать в результате взаимодействия газов, загрязняющих атмосферу (оксиды серы и азота, хлор, хлористый водород и т.д.), с поверхностью металла. Примеси, способные растворяться в воде, активируют электрохимическую реакцию вследствие образования разбавленных кислот и увеличения электропроводности пленок влаги, а малорастворимые, рыхлые, несплошные продукты коррозии создают условия для возникновения и работы макрогальванических пар. Помимо агрессивных газов в атмосфере могут содержаться частицы твердых веществ и аэрозоли солей. Их источниками могут служить разрушающиеся горные породы, солончаковые почвы, приморские зоны, имеющие повышенное содержание хлоридно-сульфатных натриевых солей. Также твердые частицы выделяются при сгорании различного топлива, производстве цемента и удобрений. Частицы переносятся воздушными массами на расстояния до одной тысячи километров и, оседая на поверхности металла, становятся центрами конденсации влаги из воздуха. Практически установлено, что скорость атмосферной коррозии в загрязненной различными газами и твердыми примесями атмосфере в десятки раз выше, чем в чистой.

Антикоррозионные покрытия, используемые при ремонтах

В большинстве случаев для обеспечения высоких сроков службы антикоррозионных покрытий их необходимо наносить на поверхность подготовленную методом абразивоструйной очистки до степени 2 по ГОСТ 9.402 (Sa 2 ½ по ISО 8501-1). В случаях проведения ремонтных работ на объектах, где абразивоструйная подготовка поверхности нецелесообразна или неэкономична, рекомендуется применение толстослойной эпоксидной грунт-эмали ИЗОЛЭП–mastic. Она допускает нанесение на поверхности с остатками ржавчины и старых красок. Для придания покрытию стойкости к УФ-излучению на ИЗОЛЭП–mastic наносят покрывной слой композиции ПОЛИТОН-УР (УФ). Срок службы покрытия не менее 10 лет при условии проведения предварительной механизированной очистки поверхности до степени 3 по ГОСТ 9.402 (St 3 или St 2 по ISО 8501-1).

3 Покрытия с ингибиторами

Особую надежность металлическим конструкциям обеспечивают ЛКМ, содержащие фосфорную кислоту или соли хромовой кислоты. Названные элементы способны противостоять появлению «жучка» — коррозии, которая может происходить под защитным слоем.

Краски, имеющие в составе один из ингибиторов, тоже не наносятся на неподготовленную поверхность.

Эффект будет, конечно, в любом случае, но неподготовленная поверхность находится под защитой на протяжении всего лишь около 10 лет. В тех случаях, когда подготовка (зачистка) невозможна по причине конструктивных особенностей или экономически нецелесообразна, поверхность обрабатывается преобразователями ржавчины. Такой химический состав выдерживается на поверхности определенное время (указанное производителем состава), удаляется сухой ветошью и только после этого наносится защитный слой.

Пассивная антикоррозийная защита металлоконструкций

Менее эффективной на данный момент видится пассивная защита строительных конструкций от коррозии. Заключается она в нанесении на поверхность любого лакокрасочного покрытия. Такая защита стальных конструкций не может быть эффективной на протяжении большого промежутка времени по нескольким причинам:

• металлы отличаются очень хорошей теплопроводностью, следовательно, лакокрасочное покрытие будет многократно подвергаться перепадам температур и быстро (в течение 5 лет) придет в негодность;
• перед нанесением лакокрасочного покрытия, защищаемую поверхность необходимо подвергать специальной очистке от оксидной пленки, после этого поверхность грунтуется, и лишь потом наносится основной слой защиты. Для объемных стальных конструкций такая технология нанесения защиты является слишком трудоемким процессом.

В настоящий момент отмеченные недостатки частично устранены: появились новые химические составы для обработки, которые самостоятельно справляются как с оксидной пленкой, так и со ржавчиной. Как правило, такие средства поступают к изготовителю конструкций в раздельном варианте и смешиваются непосредственно перед нанесением. Производители этих средств обещают защитить каждую стальную конструкцию при любых погодных условиях на протяжении десятилетий.

Разновидности коррозийных процессов

Коррозия стали по типу может быть химической и электротехнической. В первом случае атомы металла и окислителя вступают в реакцию и образуют прочные связи. Образовавшаяся структура не проводит электричество, в отличие от первоначального состава изделия. Для электротехнической коррозии характерно полное разложение металла, который становится непригоден в дальнейшей эксплуатации.

Кроме химической и электротехнической можно выделить и другие виды коррозии:

• чаще других встречается газовая коррозия, протекающая при высокой температуре и минимальном содержании влаги в рабочей среде;
• атмосферная коррозия развивается при нахождении металлического изделия в газовой среде высокой влажности;
• биологические микроорганизмы также могут оказывать негативное влияние на прочность и целостность стальных конструкций, вызывая окисление материала;
• при взаимодействии различных металлов, состав и стационарный потенциал которых отличается, пятна ржавчины могут появиться в точках соприкосновения изделий;
• воздействие радиоактивного излучения приводит к разрушению структуры стали и развитию коррозийных процессов.

В большинстве случаев сложно выделить какой-то один вид коррозии, негативно воздействующий на состояние металлоконструкций. Разрушение и деградация стали вызвана влиянием нескольких факторов, таких как повышенная влажность, неблагоприятный состав атмосферы, биологическая активность микроорганизмов, радиационный фон. Единственным способом исключить или снизить скорость распространения коррозии является защита материала специальными составами и средствами.

Виды коррозии металлов

Коррозионные процессы различаются по характеру разрушения, механизму протекания процесса, типу агрессивной среды, вызывающей коррозию.

Характер разрушения

По этому признаку выделяют следующие типы коррозии:

• Сплошная – равномерная или неравномерная. Затрагивает равномерно всю поверхность металлоизделия или конструкции.
• Местная. Поражаются отельные участки поверхности.
• Питтинг-коррозия (точечная). Поражения – отдельные, глубокие или сквозные.
• Межкристаллитная. Разрушающиеся области располагаются вдоль границ зерен.

Механизм протекания коррозии

Основные типы коррозии – химическая и электрохимическая. Химические коррозионные процессы протекают в результате химреакций, при которых разрушаются металлические связи, а образуются новые – между атомами металла и окислителя. Химическая коррозия возникает при контакте металлов и сплавов со средами, не проводящими электрический ток. Она может быть жидкостной и газовой.

• Газовая коррозия протекает в агрессивных газовых и паровых средах при отсутствии сконденсированной влаги на поверхности металлоизделия или металлоконструкции. Она может стать причиной полного разрушения железа и сплавов на его основе. На поверхности алюминия и алюминиевых сплавов в газовых средах образуется защитная пленка, защищающая их от коррозии. Примеры газов, которые становятся причиной возникновения химических коррозионных процессов: кислород, диоксид серы, сероводород.
• Жидкостная коррозия протекает при контакте металлической поверхности с жидкими неэлектролитами – нефтью и нефтепродуктами. При наличии даже небольшого количества воды этот химический процесс легко превращается в электрохимический.

Электрохимическая коррозия возникает при контакте металлов и сплавов с жидкостями-электролитами вследствие протекания двух взаимосвязанных процессов:

• анодный – ионы металла переходят в раствор электролита;
• катодный – электроны, которые образовались на стадии анодного этапа, связываются частицами окислителя.

В зависимости от среды, в которой протекают электрохимические коррозионные процессы, различают следующие типы коррозии:

• Атмосферная. Самая распространенная. Протекает в условиях атмосферы или другого влажного газа.
• В растворах электролитов – кислотах, щелочах, солях, обычной воде.
• Почвенная. Скорость процесса зависит от состава грунта. Наименее агрессивны песчаные почвы, наиболее – кислые почвы.
• Аэрационная. Ее вызывает неравномерный доступ воздушной среды к разным частям изделий и конструкций.
• Биологическая. Ее провоцируют микроорганизмы, которые в результате жизнедеятельности вырабатывают углекислый газ, сероводород и другие газы, вызывающие коррозионные процессы.
• Электрическая. Возникает из-за блуждающих токов, которые появляются при эксплуатации электротранспорта.

Общий вывод! Коррозионные процессы активнее всего развиваются на поверхностях, удобных для отложения пыли, осадков, плохо обдуваемых воздушными струями. Поэтому они подвержены застою воздуха, накоплению и длительному сохранению на поверхности влаги.

Есть ли защита от коррозии?

Для любых металлических конструкций и условий их эксплуатации наиболее простым и доступным способом защиты от коррозии является применение специальных лакокрасочных материалов для металла.
Лакокрасочные покрытия имеют ряд преимуществ по сравнению с другими видами защитных покрытий:
• простота нанесения составов;
• возможность получения покрытия любого цвета;
• возможность обработки металлоконструкций больших габаритов и сложной конфигурации;
• дешевизна по сравнению с другими видами защитных покрытий.

Долговечность защиты металла от коррозии зависит от типа и вида применяемого лакокрасочного материала. Кроме этого, срок службы металла зависит от тщательности подготовки поверхности металла под окраску.

Подготовка поверхности как первый этап защиты металла от коррозии

Одним из самых важных факторов для качественной защиты металла от коррозии будет являться его первичная подготовка (тщательность и методы подготовки металла к нанесению ЛКМ).

Методы подготовки металла к окрашиванию для дальнейшей защиты металлоконструкции от коррозии устанавливает Международный стандарт ISO «Подготовка стальной основы перед нанесением красок и подобных пок­рытий. Визуальная оценка чистоты поверхности. Степени коррозии и степени подготовки непокрытой стальной осно­вы после полного удаления прежних покрытий» (подробнее в статье «Как подготовить поверхность металла к покраске? (стандарты ISO 8501-1)»).

В основном, чаще всего, для качественной защиты металла от коррозии используются три стандарта подготовки ISO – Sa2, Sa2 ½ и St. Данные стандарты включают в себя либо пескоструйную обработку поверхности металла (поверхностную или тщательную) или механическую подготовку металла абразивным материалом. Выбор нужного метода подготовки будет определять:

• исходное состояние окрашиваемой поверхности (наличие очагов коррозии и окалины);
• требуемый класс износостойкости ЛКП после окрашивания металла;
• среда использования металлоконструкции после окрашивания (внутри или снаружи помещений, агрессивная или не агрессивная внешняя среда).

Мы не будем сильно останавливаться в этой статье на описании методов подготовки металла перед окраской. Подробнее узнать, как выбрать метод подготовки описано в статье – статья «……..».

Готовые системы защиты металла от коррозии

Самый простой способ защитить металл от коррозии с помощью ЛКМ – использовать лакокрасочные продукты 3 в 1, то есть сразу грунт и эмаль в одном продукте. Важный момент — краска для металла 3 в 1 должна обладать специальными антикоррозийными свойствами. Узнать о таких свойствах можно из технического листа продукта или у специалистов-технологов.

Для самой простой защиты металла от коррозии подойдут продукты 3 в 1 с антикоррозийными свойствами от итальянского концерна ALCEA , например:

Такие однокомпонентные или двухкомпонентные грунт-эмали для защиты металла от коррозии используются в качестве полуматового антикоррозийного грунтовочного и финишного покрытия при покраске любых промышленных объектов и металлоконструкций, которые используются на улице. Промышленные грунт-эмали обладают очень сильными антикоррозийными свойствами. Например, у продукта 5812 была установлена его антикоррозионная стойкость 500 часов при толщине сухой пленки 90-100 мкм (при испытании в солевой камере (ISO 9227)). Такая эмаль подойдет для защиты от коррозии любого металла — стали, алюминия, листового металла и даже оцинкованной стали и может использоваться даже для защиты металла в бытовом применении.

Важный момент — такие продукты необходимо наносить только на подготовленную пескоструйной обработкой поверхность (стандарты Sa2 и Sa2 ½)

Коррозия металла на поверхности

Для наиболее сильной антикоррозийной защиты, например для достижения Класса износостойкости С4 (подробнее о классах износостойкости в статье «Окраска металла | Международные стандарты ISO 12944») необходимо использовать более сложные системы окраски с продуктами, в составе которых присутствуют, так называемые, ингибиторы коррозии.

Одним из ингибиторов коррозии металла является фосфат цинка, поэтому для достижения более сильной защиты металла от коррозии можно использовать специализированные грунты с фосфатом цинка, например Эпоксидный грунт с фосфатом цинка 5204 от концерна ALCEA.

Эпоксидный грунт с фосфатом цинка 5204 от концерна ALCEA обладает превосходной адгезией к стали, нержавеющей стали, алюминию, легким сплавам, оцинкованной стали и даже бетону. Грунты для металла с ингибиторами коррозии применяются в промышленном производстве для окраски металлоконструкций, покраски алюминиевых лодок, алюминиевых катеров, яхт с алюминиевым корпусом, а так же грузовых автомобилей и спецтехники, находящихся постоянно в сильной агрессивной внешней среде.

Двухкомпонентные грунты для защиты металла от коррозии обязательно должны покрываться финишными красками по металлу. Конечно, если стоит задача высокой защиты металла и металлоконструкции от коррозии, то в такой системе окраски требуется использование финишных покрытий, которые так же после высыхания дают определенные классы износостойкости (от С2 до С5). Для финишной окраски и защиты металла от коррозии отлично подойдет Полуглянцевая полиуретановая эмаль T532. Полиуретановая краска для металла T532 обладает высокой механической и химической стойкостью и может использоваться для окраски сельско-хозяйственной техники, кузовов автомобиля и любых других металлоконструкций, эксплуатируемых вне помещения (эмаль имеет класс износостойкости С3).

Системы защиты металла от коррозии при отсутствии возможности подготовки подложки

Из металла производят абсолютно разные изделия, и часто эти изделия требуют перекраски или осуществления обновления антикоррозийного покрытия для дальнейшей защиты.

В таких сложных случаях необходимо выбирать продукты для защиты металла от коррозии, которые имеют повышенную адгезию к поверхности и могут наноситься на изделия без тщательной предварительной подготовки. Например, можно использовать итальянский промышленный грунт с цинком по металлу 0259, который обладает отличными адгезионными свойствами и высокой степенью защиты от коррозии, даже в случае плохой подготовки подложки.

Защищенная от коррозии металлоконструкция

Такой продукт создан специально для промышленной защиты металла от коррозии. Грунт с цинком по металлу 0259 обладает очень высоким сухим остатком и может наноситься даже на совсем необработанную поверхность распылением, кистью или валиком с очень большим расходом (около 200 мкр).

Где купить краски для защиты металла от коррозии?

На сегодняшний день рынок лакокрасочных материалов переполнен предложением различных лакокрасочных материалов для защиты металла от коррозии. Но всегда нужно учитывать тот момент, какое качество покрытия Вы хотите получить в результате (простая антикоррозийная защита металла в бытовых условиях или достижение определенных классов износостойкости при окраске промышленных объектов).

Использование самогрунтующихся красок для защиты металла от коррозии (грунт-эмали 3 в 1) существенно упростят процесс защиты металла от коррозии, сэкономят денежные средства и время, но всегда нужно понимать, что достичь такими продуктами определенных классов защиты по Международным стандартам ISO 12944 вряд ли получиться.

Получить подробную консультацию по подбору идеальной антикоррозийной системы для любых металлоконструкций и купить качественные профессиональные материалы для защиты металла от коррозии и можно у ведущих специалистов компании «Системы Индустриальных Покрытий» по бесплатному телефону 8-800-100-01-75 или отправив запрос на нашу электронную почту info@icsspb.ru.

Еще больше полезной информации по окраске металла и пластика в нашем INSTAGRAM — @icsspb