Что нужно знать об электрохимической коррозии?

Что нужно знать об электрохимической коррозии?

Начать эту статью хотелось бы с одной цифры: ежегодно из-за коррозии, промышленный сектор теряет до 10% от общего валового продукта. Переводя это значение в денежный эквивалент, сумма будет феноменальной. В нее входят сами потери, борьба с коррозией, а также снижающийся срок службы изделий. Не менее удручающая ситуация с коррозией, поражающей привычные в нашем обиходе металлические полотенцесушители. И ведь именно ржавчина становится первопричиной дальнейших проблем с эксплуатацией и внешним видом изделия.

Специалисты разделяют много видов коррозии. Ее делят по типу распространения, по виду и по скорости протекания. Электрохимическая коррозия – это механизм протекания процесса, возникающего при взаимодействии металла с электролитической средой. Под электролитом в данном случае подразумевается любая среда, способная проводить ток, а это и контакт с почвой, и нахождение металла в воде (влажной среде) и даже коррозия, возникающая при атмосферном воздействии.

С научной точки зрения это обусловлено тяготением металла к растворению. Плотная атомная связь при контакте с электролитом разрушается, и начинается процесс растворения. На практике – это ржавчина, появляющаяся сначала на поверхности изделия, и постепенно распространяющаяся по всей площади. Появление ржавчины говорит о разрушении целостности атомной решетки, следовательно, в месте появления коррозии, металл уже является ослабленным и необходимо принимать меры. В противном случае коррозия будет распространяться, пока не уничтожит все атомные соединения.

Именно коррозии, вызванной «блуждающими токами», подвержены полотенцесушители. Причем не сыграет роли и материал изготовления. Со временем ей будет покрыта даже нержавейка.

Как определить электрохимическую коррозию?

За редким исключением, коррозия формируется на поверхности металла, постепенно разрастаясь и проникая в глубокие слои. Существует несколько типов повреждений разной степени тяжести.

На рисунке показаны виды коррозионного разрушения:

1. Сплошная. Покрывает всю поверхность изделия равномерным слоем. Возникает при полном контакте с электролитом, например, при нахождении изделия в растворе кислоты.
2. Неравномерная. Коррозионная пленка покрывает всю поверхность изделия, но внутренние повреждения распространяются неравномерно.
3. Пятна. Возникают в разных местах и не проникают на большую глубину.
4. Язвы. Повреждения с глубоким проникновением. Распространение хаотичное.
5. Точечная. Поражение на большую глубину. Сложный вид коррозии, так как на поверхности может выглядеть как обычное пятно, но при этом с очень глубоким проникновением.
6. Межкристаллическая. Поражает кристаллическую решетку и в некоторых случаях не имеет выхода на поверхность.
7. Растрескивающая. Коррозия, возникающая при одновременном контакте с электролитом, и при механическом воздействии на металл. Один из признаков старения механизмов и подвижных деталей.

Сплошная или равномерная коррозия наименее опасна в техническом плане. Она возникает по всей поверхности металла. Легко определяется на глаз и относительно просто поддается удалению. Более сложные процессы, особенно с глубоким проникновением остановить сложнее, а выявить зачастую невозможно без специальной экспертизы.

Электрохимическая коррозия – процесс неизбежный и необратимый. Однако, своевременное обнаружение позволяет принять меры по замедлению этого процесса.

Визуальное определение не дает полной картины происходящего. В частности оно не позволяет выявить кинетическую связь, то есть определить скорость протекания процесса. Для этого были разработаны различные меры контроля и преодоления коррозии:

• Металлография. Ряд методов, часть из которых позволяет проводить анализ без необходимости изъятия образцов. Существуют металлографические методы для определения межкристаллитной коррозии, благодаря которым можно выявить склонность металла к разрушению, а также скорость процесса при определенных условиях эксплуатации.
• Химические методы позволяют определить целостность структуры кристаллической решетки. Их также довольно много, а самым распространенным является кипячение нержавеющих сталей в натриевом растворе. Анализируется сам раствор на процентное соотношение в нем атомов железа к атомам хрома.
• Механические испытания. В зависимости от эксплуатационного назначения исследуемого объекта применяют методы испытания на растяжение, прочность, изгиб, вязкость, а также прочность на выдерживание давления.
• Рентген. Один из наиболее точных методов определения электрохимической коррозии, но самый трудоемкий и затратный.

Выбор метода испытания зависит от многих факторов. В частности от опасности эксплуатации поврежденного металла. В бытовых условиях коррозия определяется визуально, и в большинстве случаев этого достаточно для понимания общей картины происходящего и необходимости принятия мер.

Возвращаясь к разговору о полотенцесушителях, отметим, что наиболее стойким материалом к возникновению электрохимической коррозии считается нержавеющая сталь марки AISI 304 (наиболее качественная). Но и она может со временем дать слабину и тогда вы заметите сначала небольшие темные пятна на поверхности, увеличивающиеся в размерах и в глубине со временем.

Характерным признаком коррозии является точка-отверстие на очищенной (механическим путем) поверхности, которая свидетельствует о том, что процесс поражения водой с электричеством проходит и внутри. Конечно, существуют и дополнительные способствующие составы, присутствующие в воде — это кислород, хлор, кальций, магний, а также высокая температура! Наиболее подверженными коррозии элементами полотенцесушителя являются сварные швы, на которых в последствие появляются свищи и подтеки.

Из-за чего появляется электрохимическая коррозия?

Следует понимать, что электрохимический процесс неизбежен, но в зависимости от агрессивности среды, факторов воздействия и прочих нюансов меняется время протекания этого процесса. Практически все металлы являются термодинамически неустойчивыми, то есть их структура сама стремится к растворению. Существуют и устойчивые типы, такие как золото, платина и другие металлы, называемые благородными. В природе они встречаются в самородном виде. В то время как привычное железо в рудном, то есть требующем предварительного восстановления.

Электрохимическая коррозия возникает в процессе контакта изделия с электролитом. В природе электролитом является практически все, в том числе воздух. Выделяют три основных типа:

1. Атмосферную коррозию также относят к разновидностям электрохимического процесса. В процессе эксплуатации металлического изделия, на его поверхности образуется конденсатная пленка, которая и становится проводником. Соответственно, чем в более влажной среде находится объект, тем быстрее в нем будут развиваться коррозионные процессы. Кинетически атмосферная коррозия имеет привязку к уровню влажности. Чем он выше, тем быстрее процесс, и наоборот. При снижении уровня влажности процесс резко замедляется, и это является одним из методов защиты и предотвращения разрушения металла.
2. Подземная коррозия – отдельный вид. Тут на процесс влияет не только взаимодействие с влажной структурой почты, но и так называемые, блуждающие подземные токи. Они существенно ускорят коррозию, и лучшим методом защиты является изоляция эксплуатируемого изделия. Еще одним важным фактором является температура электролита, то есть проводника, в котором находится металл.
3. Наиболее распространенная среда для возникновения электрохимической коррозии – вода. Не секрет, что в воде металл быстрее покрывается ржавчиной, однако это не совсем верно. Наибольшему влиянию подвержены металлы, имеющие непостоянный контакт. В судостроении это наблюдается как раннее ржавление ватерлинии. То есть, металл, постоянно находящийся в воде стареет медленнее, чем тот, который находится над ее поверхностью. Более того, чем больше глубина погружения, тем медленнее процесс разрушения и обусловлено это понижающейся концентрацией кислорода. А вот полотенцесушители, находящиеся как раз в непостоянном контакте с водой, а также в условиях высокой концентрации кислорода, попадают в зону максимального риска.

То есть, электрохимическому воздействию подвержены все металлы, и один из методов защиты связан с изменением эксплуатационной среды, если это возможно. В промышленности тщательно контролируют влажность в помещении и температуру. Но при уличной эксплуатации эти процессы контролировать невозможно, поэтому разрабатываются специальные методы защиты металла.

Откуда же берется электрический ток, поражающий стенки полотенцесушителя, в системе водоснабжения? Вариантов, к сожалению, много и далеко не от всех можно обезопасить себя:

• Неправильная организация заземления (или его отсутствие), которым становятся трубы ХВС, ГВС и отопления, расположенные в земле. «Блуждающие токи» в этом случае появляются от неисправной бытовой техники, которой в каждой квартире сегодня достаточно. Не решенная с заземлением проблема может сказаться не только на выводе приборов из строя за счет электрохимической коррозии, но и быть опасной для жизни людей, контактирующих с ними, в случае скачка напряжения.
• Неправильная прокладка электропроводов. Токи могут попасть в трубы из-за повреждения кабеля или контактов.
• Недобросовестные соседи, использующие «нулевые» провода для остановки показаний счетчика за электричество. Опасность аналогичная первому пункту, но риск получения «смертельного» удара током значительно выше.
• Разница потенциалов между материалами изготовления труб. Этот момент актуален для старого жилого фонда, где наряду с нержавейкой устанавливалась обычная черная сталь. Токи возникают от взаимодействия этих металлов. Минимизировать риск возникновения коррозии можно только на этапе проектирования и монтажа коммуникаций дома, то есть на инженерном уровне.
• Те самые популярные сегодня металлопластиковые трубы! А именно в случае установки пластиковой трубы в отрезок от стояка до полотенцесушителя. Здесь возникает мощнейший диссонанс потенциалов, а сама вода проносит ток внутри трубы к полотенцесушителю, находя его слабые места. Не менее опасный момент — это статическое электричество, накапливаемое внутри труб при трении воды о пластиковые стенки.
• Токи извне. В полотенцесушитель электричество может попасть из стояка, а оттуда из труб, проложенных глубоко под землей на далеком расстоянии от жилья. Как он попадает туда? За счет воздействия других мощных приборов, транспорта и подстанций электричества.

Одним словом — полностью предупредить возникновение на полотенцесушителе электрохимической коррозии нельзя, так как от владельцев зависит крайне мало. А, если быть точнее, то совсем ничего.

Как предотвратить появление электрохимической коррозии?

Процесс защиты начинается еще на этапе создания металлического объекта. Существуют определенные нормы эксплуатации. Они разрабатываются исходя из экономической целесообразности и безопасности. Яркий пример — цинкование. Оцинкованные металлы гораздо меньше подвержены электрохимической коррозии, однако магистральные трубопроводы из них не делают. Экономически это невыгодно, поэтому для трубопроводов разрабатываются другие методы, например изоляция.

Цинковый слой на полотенцесушителях из нержавеющей стали — одно из наиболее часто встречающихся методов сохранения целостности и защиты поверхности.

Легирование – наиболее распространенный способ повышения коррозионной устойчивости. На этапе создания сплава в его состав добавляется определенный процент металлов, с наименьшей подверженностью коррозии. К сожалению, периодическая таблица элементов не дает описания фактора устойчивости, однако некоторые закономерности прослеживаются. Наименее устойчивыми являются щелочные металлы, находящиеся в 1 и 2 группах. Однако в подгруппах, обозначенных в таблице синим цветом, прослеживается связь с атомным номером. Чем он выше, тем устойчивее металл:

• медь (29);
• цинк (30);
• серебро (47);
• кадмий (48);
• золото (79).

Также закономерность наблюдается в побочных подгруппах 4 и 6:

• титан (22);
• хром (24);
• цирконий (40);
• молибден (42).

И так далее. А наиболее устойчивые металлы находятся 8 группе (осмий, иридий, платина), но ввиду их дороговизны, в легировании сталей они используются крайне редко.

Что касается защиты готового изделия, то тут выделяется 4 типа, каждый из которых делится на несколько способов. Например, металлические покрытия разделяют на:

• диффузионные;
• гальванические;
• металлизационные.

Разнится технология нанесения защитного слоя, но объединяет их суть защиты. Металлическое изделие покрывается слоем другого металла, более устойчивого к электрохимической коррозии. Это позволяет сохранить характеристики изначальной стали, используемой при производстве изделия, но повышает уровень защиты, так как коррозия воздействует на верхний слой.

Неметаллические методы защиты также делятся на несколько категорий:

• лакокрасочные;
• оксидные;
• фосфатные;
• эмалевые;
• полимерные.

Суть этих методов в нанесении на поверхность неметаллического компонента. Они менее затратные, но уступают по качеству металлизированным видам. Любое покрытие имеет ограниченный срок службы, зато можно обновлять покрытие без существенных затрат.

Помимо этого, существуют методы защиты, не связанные с самим изделием. Они заключаются в снижении агрессивности среды. Сюда можно отнести понижение уровня влажности в помещении, или добавление в среду специальных ингибиторов, то есть замедлителей процесса. С подземными сооружениями часто применяют электрическую защиту, направляя на изделие отрицательный заряд тока, тем самым превращая его в самостоятельный проводник. Это защищает изделие от блуждающих токов, но не снижает воздействия влаги.

Как защитить полотенцесушитель от воздействия «блуждающих токов»? Вот несколько реальных способов:

1. И крайне важное. Доверять установку полотенцесушителя только профессионалам с определенным уровнем квалификации, подтверждающей возможность осуществлениями ими такого рода работ!
2. Обязательно заземлить прибор. Это можно сделать несколькими способами. Технически для металлических труб потребуется подсоединиться к РЕ-шине электрического щита на этаже с помощью медного провода. Для металлопластиковых труб потребуется установить между шаровым краном и элементом подсоединения металлическую вставку, например, нипель — на него подсоединить провод из меди и также связать с ближайшим электрощитом. В комбинированной системе потребуется дополнительно соединить проводом разорванные металлические части стояка.
3. Уровнять потенциалы в пределах комнаты. Для этого используется специальная система уравнивания и устанавливается коробка с пластиковым корпусом с заземляющей шиной. К шине с помощью медного кабеля подсоединяются все «потенциально» проводящие ток приборы. Саму шину, имеющую большее сечение, соединяют с этажным электрощитом.
4. Есть выход из ситуации попроще — приобретение полотенцесушителя из цельнотянутой трубы, пример это полотенцесушитель компании МСталь «Вираж».
5. Заменить водяной полотенцесушитель на электрический. Все электрические полотенцесушители имеют небольшую мощность, поэтому включать их можно в обычную электрическую розетку. Но, так как в ванной комнате постоянно присутствует вода и бывает высокая влажность, подключение прибора должно производиться только через устройство защитного отключения (УЗО) и автоматический выключатель (автомат). Заземление здесь также обязательно!!!
6. Приобрести полотенцесушитель из меди (материал), так как медь устойчива к электрокоррозии

Возможно ли устранить следы появления электрохимической коррозии?

К сожалению, не существует стопроцентного метода защиты от коррозии, по крайней мере, экономически обоснованного. Любое изделие рано или поздно подвергнется старению, и избавиться от него будет сложно. Если изделие начало покрываться ржавчиной, в первую очередь следует определить причину.

В быту чаще всего встречается атмосферная коррозия, а способ ее устранения – нанесение неметаллических компонентов, или проще говоря, окрашивание. Однако и тут есть свои нюансы, так как если не устранить следы коррозии, она продолжит распространяться и под покрытием, сведя все старания к нулю.

Для начала необходимо устранить источник заражения. В большинстве это поверхностные очаги, которые удаляются механическим путем, то есть зачисткой. Сложности возникают с очагами глубокого проникновения, когда нет возможности снять такой слой, чтобы устранить дефект. Также особое внимание следует уделить устранению оксидной пленки с поверхности. Она является тем самым электролитом. А простой способ – это обезжиривание. Применяются любые средства с октановым числом: бензин, растворитель и так далее. Не стоит пренебрегать этим процессом, так как если на окрашенной поверхности останется пленка, разрушение продолжится даже под слоем эмали или полимера.

А еще лучше — обратиться к инженеру-проектировщику УК. Он подскажет корень проблемы и поможет с ее решением.