Что такое нержавеющая сталь?
Сталь является одним из основных материалов промышленности и применяется в различных отраслях. Данный металл имеет высокую прочность, устойчивость к износу и коррозии, а также относительно низкую стоимость. Сталь производится путём обработки железной руды с добавлением различных легирующих элементов, таких как углерод, марганец, хром и никель (рис. 1).
Основным компонентом, который вводится в нержавеющие стали, является хром, и его количество может варьироваться от 12% до 20%. Добавление других элементов в состав сплава позволяет придать сталям нужные физико-химические свойства, но именно хром обеспечивает устойчивость к коррозии.
Нержавеющие стали с содержанием 12% хрома проявляют высокую устойчивость к коррозии только при контакте с воздухом. Если добавить больше хрома и достичь 17%, изделия из такой стали смогут без проблем взаимодействовать с азотной кислотой, не потеряв при этом своих эксплуатационных свойств. [1]
Но, несмотря на вышеперечисленные преимущественные эксплуатационные свойства нержавеющей стали, металл всё-таки может быть подвержен коррозии при следующих условиях:
1) длительное высокотемпературное воздействие на металл;
2) контакт стали физико-механическим методом с низколегированными сталями;
3) воздействие агрессивных сред на нержавеющую сталь;
4) наличие на поверхности стали ионов инертных частиц;
5) нарушение поверхностного оксидного слоя стали;
6) отсутствие правильного процесса пассивации поверхности нержавеющей стали после механической обработки или сварки.
Коррозия и её виды
Коррозия - это процесс разрушения материала, связанный c физико-химическим взаимодействием поверхности металла c окружающей средой. Различают несколько видов коррозии нержавеющей стали:
1) общая коррозия - процесс разрушения стали, вызванный взаимодействием металлической поверхности с окружающей средой, содержащей большое количество хлора;
2) щелевая коррозия возникает чаще в местах крепежа или узких щелях, в которых происходит скопление агрессивных элементов;
3) питтинговая коррозия - локальное разрушение металла, которое может быть вызвано наличием химических или электрохимических концентрированных воздействий на поверхности стали;
4) гальваническая коррозия - процесс коррозии, который возникает при наличии двух различных металлов или сплавов, находящихся в токопроводящей среде;
5) эрозивная коррозия - коррозии, возникающая в результате механического воздействия абразивной среды на поверхность стали;
6) межкристаллитная коррозия - форма коррозии, которая происходит вдоль границ зёрен металла в результате нагрева стали в диапазоне температур 500-1000ºС с образованием карбидов хрома(рис). Межкристаллитная коррозия представляет собой процесс избирательного разрушения границ зёрен в металле, сопровождающийся потерей прочности и пластичности материала, а также разрушением конструкции путём распада на зерна. Этот процесс обусловлен образованием рыхлых малопрочных продуктов коррозии между зёрнами. Основной причиной склонности к межкристаллитной коррозии являются структурные изменения или сегрегация примесей на границах зёрен, что приводит к образованию активных анодов и изменению состава электролита в образующихся канавках, наглядный пример таких процессов на практике - образование температурного поля в металле от источника теплоты во время сварки(рис. 2; рис. 3).
Коррозия металлов является одной из наиболее распространённых проблем в промышленности. Данный процесс может привести к существенному ухудшению качества и производительности металлических конструкций, а также стать причиной аварий и неисправностей. В связи с этим, разработка эффективных методов пассивации нержавеющей стали, способных предотвратить коррозию металлов, является важной задачей.[2]
Физико-химические процессы на поверхности стали
Более 150 лет назад была открыта пассивация, которую связывают с именем английского физика М. Фарадея, хотя первое описание этого явления можно найти в работах М.В. Ломоносова (1738 год). Именно пассивация является одним из самых эффективных способов борьбы с коррозией и в наши дни.
В условиях, когда происходит коррозия, скорость процесса увеличивается при увеличении потенциала (функция, описывающая взаимодействие заряженных частиц в стали и окружающей его среде) в положительном направлении. Когда достигается определённый потенциал, скорость коррозии резко снижается. Эта область считается началом процесса пассивации металла. При понижении потенциала скорость коррозии металла обычно почти не изменяется. Металл в этом диапазоне потенциалов является пассивным.
Основная задача процесса пассивации - не допустить нарушение пассивного состояния металла, то есть увеличение потенциала, которое называется его активацией или депассивацией. Скорость коррозии начнёт увеличиваться, так как железо в активной области переходит в раствор в виде двухзарядных ионов
(Fe2+,например FeO), а в области депассивации - в виде трехзарядных ионов(Fe3+, например, Fe2 O3), все это естественные продукты коррозии - ржавчина.[3]
Методы пассивации
Пассивация - процесс создания на поверхности металла защитной тонкой плёнки, которая будет предотвращать контакт металла с кислородом и агрессивными средами. Существует два основных метода пассивации нержавеющей стали:
1) электрохимическая защита представляет собой метод защиты металлических материалов от коррозии путём изменения их электродного потенциала.
Основная идея метода заключается в создании условий, при которых скорость коррозии снижается до минимальных значений. Снижение скорости коррозии происходит при поляризации электрода от источника постоянного тока или при контакте с добавочным электродом. В результате атомы железа не переходят в раствор в виде положительно заряженных ионов, а pH электролита, контактирующего непосредственно с металлом, смещается в щелочную область. Благодаря высокому рН на защищаемую поверхность осаждаются гидроксид магния, карбонаты кальция и магния, образуя плёнку, подобную накипи. Эта плёнка предотвращает диффузию кислорода и других коррозионно-активных веществ к металлической поверхности, что способствует снижению скорости коррозии.
Для обеспечения электрохимической защиты необходимо подводить постоянный электрический ток к защищаемому элементу, что может быть осуществлено с помощью гальванического элемента или выпрямителя. Плотность защитного тока зависит от толщины защитной плёнки и может уменьшаться по мере её роста.
Метод электрохимической защиты применяется в случаях, когда потенциал свободной коррозии материала находится в области активного растворения или перепассивации, т.е. материал подвержен высокой скорости коррозии. В зависимости от направления смещения потенциала металла электрохимическая защита подразделяется на катодную (рис. 5) и анодную (рис. 6).
Электрохимическая пассивация считается современным и эффективным методом защиты стали от коррозии, но при этом имеет некоторые недостатки: необходимость приобретения в специального аппарата, проведение работ при наличие источника тока и использование нескольких единиц оборудования и реактивов.
2) химическая пассивация основывается на создании защитной плёнки на поверхности стали при контакте металла и, ингибирующего коррозию, раствора. Получаемая, таким образом, плёнка предотвращает контакт металла с окружающей средой, что приводит к уменьшению скорости коррозии и увеличению срока службы металлических конструкций. В компании «Boldrex» в данный момент развиты два направления химической пассивации:
u пассивация оксидным слоем: нержавеющая сталь при контакте с рабочим раствором пассиватора образует тонкий оксидный слой на поверхности, который предотвращает дальнейшую коррозию. Этот слой может быть усилен путём обработки поверхности кислотами.
u пассивация органическими комплексами: защита металлов от коррозии органическими комплексами связана с химической адсорбцией, включающей изменение заряда адсорбирующегося вещества и перенос заряда с одной фазы на другую, создавая защитный слой на поверхности металла.
Какую продукцию использовать для пассивации?
Рассмотрим подробнее методы химической пассивации, описанные в предыдущем разделе.
Пассивация оксидным слоем - это процесс формирования тонкого слоя оксида на поверхности нержавеющей стали, который служит защитной плёнкой. Нержавеющая сталь содержит хром, который обладает способностью реагировать с кислородом из воздуха и образовывать плотный оксидный слой на поверхности. Этот слой состоит главным образом из оксида хрома( Cr2 O3) и небольших количеств других оксидов, таких как оксид железа (Fe2 O3). Оксидный слой является непроницаемым для кислорода и влаги, что предотвращает их доступ к металлической поверхности и, следовательно, замедляет процесс коррозии. Более того, оксидный слой обладает самовосстанавливающимися свойствами - если поверхность стали повреждается или царапается, оксидный слой восстанавливается благодаря реакции с кислородом из воздуха. Однако, для того чтобы оксидный слой был достаточно прочным и эффективным, его можно усилить путём обработки поверхности стали.
Одним из методов является обработка кислотами, такими как азотной. Это позволяет создать более плотный и стойкий оксидный слой. Для осуществления данного способа отличным продуктом является «Passivator A»(рис.7), благодаря оптимальным концентрациям поверхностно-активных веществ в сочетании с азотной кислотой и функциональным компонентам, разработанным в компании «Boldrex».
Процесс пассивации стали органическими комплексами - пассивирующее действие органических соединений определяется за счёт электронной плотности на адсорбционном центре молекулы и растворимостью пассиватора. Органические соединения, используются для создания более прочного и стой-кого оксидного слоя.В процессе пассивации органическими комплексами, поверхность стали обрабатывается раствором, содержащим органический комплекс.
Органические молекулы взаимодействует с поверхностью стали, образуя адсорбционный слой. Этот слой состоит из органических молекул, которые адсорбируются на поверхность металла. Органические молекулы образуют плотное покрытие на поверхности, предотвращая проникновение кислорода и влаги. Это помогает предотвратить коррозию и увеличить стойкость стали. Органические комплексы образовывают химические связи с поверхностью металла, улучшая адгезию оксидного слоя и повышая его стойкость к воздействию окружающей среды. Ингибирующая активность таких соединений обусловлена наличием реакционных центров, при этом c поверхностными атомами железа вступают во взаимодействие атомы азота, кислород карбонила, несколько эфирных атомов кислорода полиокcиэтиленовых группировок.
В состав средства «Passivator S» (рис.8) входят компоненты, способные образовывать на поверх-ности корродирующих металлов защитные оксидные плёнки c участием катионов металлов, которые при адсорбции на поверх-ности атомов кислорода образуют хемоcорбированный слой, замедля-ющий процесс коррозии как по каталитическому механизму так и по электрохимическому, исходя из этих свойств пассиватора можно судить об эффективных свойствах рецептуры разработанной в компании «Boldrex».
Итоги:
Нержавеющая сталь является одним из основных материалов в промышленности благодаря своей высокой прочности, стойкости к износу и коррозии. Однако, под воздействием определенных условий, таких как высокие температуры, влиянием агрессивных сред и контакт со специфическими материалами, нержавеющая сталь может подвергаться коррозии.
Коррозия является серьезной проблемой, которая может ухудшить качество и эксплуатационные характеристики стали.
Для предотвращения растворения металла и продления срока службы нержавеющей стали необходимо применять соответствующие методы защиты и ухода. Одним из эффективных способов является химическая пассивация стали с использованием органических комплексов или смесей кислот. Эти компоненты позволяют создать защитный оксидный адсорбционный слой на поверхности металла, предотвращая воздействие окружающей среды на сталь.
Составы "Passivator A" и "Passivator S" разработанные в компании "Boldrex", содержат высокоэффективные поверхностно-активные вещества, уникальные кислотные композиции и функциональные добавки, которые обеспечивают эффективную пассивацию стали.
Пассиваторы от компании "Boldrex" формируют качественную защитную пленку на поверхности металла и создают препятствия для проникновения влаги и кислорода. Это гарантирует требуемое повышение коррозионной стойкости нержавеющей стали в агрессивных средах.
В заключение можно с уверенностью сказать, для тех, кто ищет качественное решение для защиты нержавеющей стали, компания "Boldrex" является надежным партнером.
Не упустите возможность получить пассиватор бесплатно! Свяжитесь с нашей компанией, и мы с большим удовольствием отправим вам один из наших продуктов. Наша команда ждет вашего звонка!
Список литературы:
2. Томашов Н.Д. Теория коррозии и защиты металлов /Издательство АНСССР, 1959. - 592 с.2.
3. Химическое сопротивление материалов и защита оборудования нефтегазопереработки от коррозии: учебное пособие / Н.Г. Кац, В.П. Стариков, С.Н. Парфенова. – Москва: Машиностроение, 2011. – 436 с.
4. Лаборатория металлографии : учеб. пособие для металлург. вузов и фак / под ред. Б.Г. Лившица ; Е.В. Панченко, Ю.А. Скаков, Б.И. Кример и др