Korrosjon er en naturlig prosess som skjer for alle metaller, men den kan bremses kraftig med noen få forskjellige behandlinger
Det er forårsaket av tilstedeværelse av oksidasjonsmidler i miljøet, som vann eller luft. Det kan være et stort problem for de som er involvert i store byggeprosjekter som bruker metallmaterialer, som inkluderer bygninger, biler, broer, fly og mer. Men selv små metallprodukter blir korrodert og mister sin styrke eller skjønnhet. Heldigvis kan du forhindre at denne prosessen skjer så raskt som normalt med materialer som finnes i hjemmet eller med avanserte teknikker for en sterkere effekt.
Trinn
Metode 1 av 3: Forstå vanlige typer metallkorrosjon
Fordi så mange forskjellige metalltyper er i bruk i dag, må byggere og produsenter beskytte seg mot mange forskjellige typer korrosjon. Hvert metall har sine egne unike elektrokjemiske egenskaper som bestemmer hvilke typer korrosjon (hvis noen) metallet er sårbart for. Tabellen nedenfor beskriver et utvalg av vanlige metaller og typer korrosjon de kan gjennomgå.
| Metall | Metals korrosjon (e) sårbarhet | Vanlige forebyggende teknikker | Galvanisk aktivitet* |
|---|---|---|---|
| Rustfritt stål (passiv) | Uniform angrep, galvanisk, grop, sprekk (alt spesielt i saltvann) | Rengjøring, beskyttende belegg eller tetningsmasse | Lav (innledende korrosjon danner motstandsdyktig oksidlag) |
| Jern | Uniform angrep, galvanisk, sprekk | Rengjøring, beskyttende belegg eller tetningsmasse, galvanisering, rustbeskyttende materialer | Høy |
| Messing | Uniform angrep, avsinking, stress | Rengjøring, beskyttende belegg eller tetningsmasse (vanligvis olje eller lakk), tilsetning av tinn, aluminium eller arsen til legering | Medium |
| Aluminium | Galvanisk, grop, sprekk | Rengjøring, beskyttende belegg eller tetningsmasse, anodisering, galvanisering, katodisk beskyttelse, elektrisk isolasjon | Høy (innledende korrosjon danner motstandsdyktig oksidlag) |
| Kobber | Galvanisk, gropende, estetisk flekk | Rengjøring, beskyttende belegg eller tetningsmasse, tilsetning av nikkel til legering (spesielt for saltvann) | Lav (innledende korrosjon danner motstandsdyktig patina) |
*Vær oppmerksom på at "Galvanisk aktivitet" -kolonnen refererer til metallets relative kjemiske aktivitet som beskrevet i tabeller i galvaniske serier fra referansekilder. I forbindelse med denne tabellen, jo høyere metallets galvaniske aktivitet, desto raskere vil den gjennomgå galvanisk korrosjon når den er forbundet med et mindre aktivt metall.
Trinn 1. Forhindre jevn angrepskorrosjon ved å beskytte metalloverflaten
Uniform angrepskorrosjon (noen ganger forkortet til "ensartet" korrosjon) er en type korrosjon som oppstår på passende måte på en jevn måte over en eksponert metalloverflate. I denne typen korrosjon er hele overflaten av metallet angrepet av korrosjon, og korrosjonen fortsetter dermed med en jevn hastighet. For eksempel, hvis et ubeskyttet jerntak regelmessig utsettes for regn, vil hele takflaten komme i kontakt med omtrent samme mengde vann og dermed korrodere med en jevn hastighet. Den enkleste måten å beskytte mot jevn angrepskorrosjon er vanligvis å sette en beskyttende barriere mellom metallet og korroderingsmidlene. Dette kan være en rekke ting - maling, et oljetetningsmiddel eller en elektrokjemisk løsning som et galvanisert sinkbelegg.
I underjordiske eller nedsenket situasjoner er katodisk beskyttelse også et godt valg
Trinn 2. Forhindre galvanisk korrosjon ved å stoppe ionestrømmen fra et metall til et annet
En viktig form for korrosjon som kan oppstå uavhengig av den fysiske styrken til metallene som er involvert, er galvanisk korrosjon. Galvanisk korrosjon oppstår når to metaller med forskjellige elektrodepotensialer er i kontakt med hverandre i nærvær av en elektrolytt (som saltvann) som skaper en elektrisk ledende bane mellom de to. Når dette skjer, flyter metallioner fra det mer aktive metallet til det mindre aktive metallet, noe som får det mer aktive metallet til å korrodere med en akselerert hastighet og det mindre aktive metallet til å korrodere med en lavere hastighet. Rent praktisk betyr dette at korrosjon vil utvikle seg på det mer aktive metallet ved kontaktpunktet mellom de to metallene.
- Enhver beskyttelsesmetode som forhindrer ionestrømning mellom metallene kan potensielt stoppe galvanisk korrosjon. Å gi metallene et beskyttende belegg kan bidra til å forhindre elektrolytter fra omgivelsene i å skape en elektrisk ledende bane mellom de to metallene, mens elektrokjemiske beskyttelsesprosesser som galvanisering og anodisering også fungerer godt. Det er også mulig å hindre galvanisk korrosjon ved elektrisk å isolere områdene av metallene som kommer i kontakt med hverandre.
- I tillegg kan bruk av katodisk beskyttelse eller offeranode beskytte viktige metaller mot galvanisk korrosjon. Se nedenfor for mer informasjon.
Trinn 3. Forhindre gropkorrosjon ved å beskytte metalloverflaten, unngå miljømessige kloridkilder og unngå hakk og riper
Pitting er en form for korrosjon som finner sted i mikroskopisk skala, men kan ha store konsekvenser. Pitting er en stor bekymring for metaller som får korrosjonsbestandighet fra et tynt lag med passive forbindelser på overflaten, siden denne formen for korrosjon kan føre til strukturelle feil i situasjoner der beskyttelseslaget normalt ville forhindre dem. Pitting oppstår når en liten del av metallet mister sitt beskyttende passive lag. Når dette skjer, oppstår galvanisk korrosjon i mikroskopisk skala, noe som fører til dannelse av et lite hull i metallet. Innenfor dette hullet blir lokalmiljøet svært surt, noe som fremskynder prosessen. Pitting forhindres vanligvis ved å legge et beskyttende belegg på metalloverflaten og/eller bruke katodisk beskyttelse.
Eksponering for et miljø med mye klorider (som for eksempel saltvann) er kjent for å akselerere gruveprosessen
Trinn 4. Forhindre spaltekorrosjon ved å minimere trange mellomrom i objektets design
Spaltekorrosjon forekommer i mellomrom av en metallgjenstand hvor tilgangen til væsken som omgir seg (luft eller væske) er dårlig - for eksempel under skruer, under skiver, under braketter eller mellom leddene i et hengsel. Spaltekorrosjon oppstår der gapet nær en metalloverflate er stort nok til at væske kan komme inn, men smalt nok til at væsken har problemer med å forlate og blir stillestående. Lokalmiljøet i disse små mellomrom blir etsende og metallet begynner å tære i en prosess som ligner gropkorrosjon. Å forhindre korrosjon i sprekker er generelt et designproblem. Ved å minimere forekomsten av tette hull i et metallobjekts konstruksjon gjennom å lukke disse hullene eller tillate sirkulasjon, er det mulig å minimere sprekkkorrosjon.
Spaltekorrosjon er særlig bekymringsfull når det gjelder metaller som aluminium som har et beskyttende, passivt ytre lag, ettersom mekanismen for spaltekorrosjon kan bidra til nedbrytning av dette laget
Trinn 5. Forhindre spenningskorrosjon ved å bruke bare sikre laster og/eller gløding
Spenningskorrosjon (SCC) er en sjelden form for korrosjonsrelatert konstruksjonssvikt som er spesielt bekymringsfull for ingeniører som er belastet med bygningsstrukturer beregnet på å bære viktige belastninger. I tilfelle SCC danner et bærende metall sprekker og brudd under den angitte lastgrensen - i alvorlige tilfeller, på en brøkdel av grensen. I nærvær av etsende ioner forplanter små, mikroskopiske sprekker seg i metallet forårsaket av strekk fra store belastninger når de etsende ionene når spissen av sprekken. Dette får sprekken til å vokse gradvis og potensielt forårsake eventuell strukturell svikt. SCC er spesielt farlig fordi det kan oppstå selv i nærvær av stoffer som naturlig bare er veldig lett etsende for metallet. Dette betyr at den farlige korrosjonen oppstår mens resten av metalloverflaten overfladisk virker upåvirket.
- Å forhindre SCC er delvis et designproblem. For eksempel, ved å velge et materiale som er SCC-motstandsdyktig i miljøet der metallet vil operere, og sikre at metallmaterialet er skikkelig stresstestet, kan det bidra til å forhindre SCC. I tillegg kan prosessen med gløding av et metall eliminere restspenninger fra produksjonen.
- SCC er kjent for å forverres av høye temperaturer og tilstedeværelsen av væske som inneholder oppløste klorider.
Metode 2 av 3: Forhindre korrosjon med hjemmeløsninger
Trinn 1. Mal metalloverflaten
Den kanskje vanligste og rimeligste metoden for å beskytte metall mot korrosjon er ganske enkelt å dekke det til med et lag med maling. Korrosjonsprosessen innebærer fuktighet og et oksidasjonsmiddel som interagerer med metallets overflate. Når metallet er belagt med en beskyttende malingsbarriere, kan verken fuktighet eller oksidasjonsmidler komme i kontakt med selve metallet, og det oppstår ingen korrosjon.
- Malingen i seg selv er imidlertid sårbar for nedbrytning. Påfør malingen på nytt hver gang den blir fliset, slitt eller skadet. Hvis maling nedbrytes til det punktet at det underliggende metallet blir utsatt, må du kontrollere om det er korrosjon eller skade på det eksponerte metallet.
-
Det finnes en rekke metoder for påføring av maling på metalloverflater. Metallarbeidere bruker ofte flere av disse metodene sammen for å sikre at hele metallobjektet får et grundig belegg. Nedenfor er et utvalg av metoder med kommentarer til bruken:
- Pensel-brukes til steder som er vanskelig å nå.
- Rulle - brukes til å dekke store områder. Billig og praktisk.
- Luftspray - brukes til å dekke store områder. Raskere, men mindre effektiv enn ruller (malingsavfall er høyt).
- Airless spray/elektrostatisk airless spray - brukes til å dekke store områder. Rask og gir mulighet for varierende nivåer av tykk/tynn konsistens. Mindre sløsing enn vanlig luftspray. Utstyr er dyrt.
Trinn 2. Bruk marin maling for metall utsatt for vann
Metallgjenstander som regelmessig (eller konstant) kommer i kontakt med vannet, som båter, krever spesiell maling for å beskytte mot den økte muligheten for korrosjon. I disse situasjonene er "normal" korrosjon i form av rusting ikke den eneste bekymringen (selv om den er en stor), ettersom marint liv (havfugler osv.) Som kan vokse på ubeskyttet metall kan bli en ekstra kilde til slitasje og korrosjon. For å beskytte metallgjenstander som båter og så videre, må du bruke en maritim epoksymaling av høy kvalitet. Ikke bare beskytter denne typen maling det underliggende metallet mot fuktighet, men motvirker også veksten av marint liv på overflaten.
Trinn 3. Påfør beskyttende smøremidler på bevegelige metalldeler
For flate, statiske metalloverflater gjør maling en god jobb med å holde ut fuktighet og forhindre korrosjon uten å påvirke metallets nytteverdi. Imidlertid er maling vanligvis ikke egnet for å flytte metalldeler. For eksempel, hvis du maler over et dørhengsel, når malingen tørker, vil den holde hengslet på plass og hindre bevegelsen. Hvis du tvinger døren åpen, vil malingen sprekke, og etterlate hull for fuktighet for å nå metallet. Et bedre valg for metaldeler som hengsler, ledd, lagre og så videre er et egnet vannuoppløselig smøremiddel. Et grundig strøk av denne typen smøremiddel vil naturlig frastøte fuktighet og samtidig sikre jevn, enkel bevegelse av metalldelen din.
Fordi smøremidler ikke tørker på plass som maling, degraderes de over tid og krever av og til påføring. Påfør smøremidler på metalldeler med jevne mellomrom for å sikre at de forblir effektive som beskyttende tetningsmidler
Trinn 4. Rengjør metalloverflater grundig før maling eller smøring
Enten du bruker vanlig maling, marinemaling eller et beskyttende smøremiddel/tetningsmasse, vil du sørge for at metallet ditt er rent og tørt før du starter påføringsprosessen. Sørg for at metallet er helt fritt for smuss, fett, rester av sveiseavfall eller eksisterende korrosjon, da disse tingene kan undergrave din innsats ved å bidra til fremtidig korrosjon.
- Smuss, skitt og annet rusk forstyrrer maling og smøremidler ved å hindre at malingen eller smøremidlet fester seg direkte til metalloverflaten. For eksempel, hvis du maler over et stålplate med noen få metallspon på, vil malingen sette seg på sponene og etterlate tomme mellomrom på det underliggende metallet. Hvis og når sponene faller av, vil det utsatte stedet være sårbart for korrosjon.
- Hvis du maler eller smører en metalloverflate med noen eksisterende korrosjon, bør målet ditt være å gjøre overflaten så glatt og regelmessig som mulig for å sikre best mulig klebing av tetningsmassen til metallet. Bruk en stålbørste, sandpapir og/eller kjemiske rustfjernere for å fjerne så mye løs korrosjon som mulig.
Trinn 5. Hold ubeskyttede metallprodukter borte fra fuktighet
Som nevnt ovenfor forverres de fleste former for korrosjon av fuktighet. Hvis du ikke klarer å gi metallet et beskyttende belegg av maling eller tetningsmasse, bør du passe på at det ikke utsettes for fuktighet. Å gjøre et forsøk på å holde ubeskyttede metallverktøy tørre kan forbedre nytten og forlenge levetiden. Hvis metallgjenstandene dine blir utsatt for vann eller fuktighet, må du rengjøre og tørke dem umiddelbart etter bruk for å forhindre korrosjon.
I tillegg til å se etter eksponering for fuktighet under bruk, må du lagre metallgjenstandene innendørs på et rent, tørt sted. For store gjenstander som ikke får plass i et skap eller skap, dekker du objektet med en presenning eller klut. Dette forhindrer fuktighet fra luften og forhindrer støv fra å samle seg på overflaten
Trinn 6. Hold metalloverflatene så rene som mulig
Etter hver bruk av en metallgjenstand, uansett om metallet er malt eller ikke, må du rengjøre de funksjonelle overflatene og fjerne smuss, skitt eller støv. Ansamlinger av smuss og rusk på metalloverflaten kan bidra til slitasje og øre på metallet og/eller dets beskyttende belegg, noe som kan føre til korrosjon over tid.
Metode 3 av 3: Forhindre korrosjon med avanserte elektrokjemiske løsninger
Trinn 1. Bruk en galvaniseringsprosess
Galvanisert metall er metall som er belagt med et tynt lag sink for å beskytte det mot korrosjon. Sink er mer kjemisk aktivt enn det underliggende metallet, så det oksiderer når det utsettes for luft. Når sinklaget oksiderer, danner det et beskyttende belegg som forhindrer ytterligere korrosjon av metallet under. Den vanligste typen galvanisering i dag er en prosess som kalles varmgalvanisering der metaldeler (vanligvis stål) er nedsenket i et kar med varm, smeltet sink for å få et jevnt belegg.
-
Denne prosessen innebærer håndtering av industrikjemikalier, hvorav noen er farlige ved romtemperatur, ved ekstremt varme temperaturer og derfor ikke bør prøves av andre enn opplærte fagfolk. Nedenfor er de grunnleggende trinnene i varmgalvaniseringsprosessen for stål:
- Stålet rengjøres med en kaustisk løsning for å fjerne smuss, fett, maling osv. Og skylles deretter grundig.
- Stålet syltes i syre for å fjerne kvernskala, og skylles deretter.
- Et materiale som kalles en fluss påføres på stålet og får tørke. Dette hjelper det endelige sinkbelegget til å feste seg til stålet.
- Stålet dyppes i et kar med smeltet sink og får varme opp til temperaturen av sink.
- Stålet avkjøles i en "slokketank" som inneholder vann.
Trinn 2. Bruk en offeranode
En måte å beskytte et metallgjenstand mot korrosjon på er å feste et lite, reaktivt metallstykke som kalles en offeranode til det elektrisk. På grunn av det elektrokjemiske forholdet mellom det større metallobjektet og det lille reaktive objektet (forklart kort nedenfor), vil bare det lille, reaktive metallstykket gjennomgå korrosjon og etterlate det store, viktige metallobjektet intakt. Når offeranoden tærer helt, må den byttes ut, ellers begynner den større metallgjenstanden å korrodere. Denne metoden for korrosjonsbeskyttelse brukes ofte for nedgravde strukturer, for eksempel underjordiske lagertanker, eller gjenstander i konstant kontakt med vann, som båter.
- Offeranoder er laget av flere forskjellige typer reaktivt metall. Sink, aluminium og magnesium er tre av de vanligste metallene som brukes til dette formålet. På grunn av de kjemiske egenskapene til disse materialene, brukes sink og aluminium ofte til metallgjenstander i saltvann, mens magnesium er mer egnet for ferskvannsformål.
- Årsaken til at en offeranode virker har å gjøre med kjemien i selve korrosjonsprosessen. Når et metallgjenstand korroderer, dannes naturlig områder som ligner anodene og katodene i en elektrokjemisk celle kjemisk. Elektroner strømmer fra de fleste anodedelene av metalloverflaten til elektrolytter rundt. Siden offeranoder er veldig reaktive sammenlignet med metallet til objektet som skal beskyttes, blir selve objektet veldig katodisk i sammenligning, og dermed strømmer elektroner ut av offeranoden, noe som får det til å korrodere, men spare resten av metallet.
Trinn 3. Bruk imponert strøm
Fordi den kjemiske prosessen bak metallkorrosjon innebærer elektrisk strøm i form av elektroner som strømmer ut av metallet, er det mulig å bruke en ekstern kilde til elektrisk strøm for å overmanne den etsende strømmen og forhindre korrosjon. I hovedsak gir denne prosessen (kalt imponert strøm) en kontinuerlig negativ elektrisk ladning på metallet som beskyttes. Denne ladningen overmanner strømmen som får elektroner til å strømme ut av metallet, og stopper korrosjon. Denne typen beskyttelse brukes ofte for nedgravde metallkonstruksjoner som lagertanker og rørledninger.
- Vær oppmerksom på at strømtypen som brukes for systemer for imponert strømbeskyttelse vanligvis er likestrøm (DC).
- Vanligvis genereres korrosjonshindrende imponert strøm ved å begrave to metallanoder i jorda nær metallobjektet som skal beskyttes. Strøm sendes gjennom en isolert ledning til anodene, som deretter renner gjennom jorden og inn i metallobjektet. Strøm passerer gjennom metallobjektet og går tilbake til strømkilden (generator, likeretter, etc.) gjennom en isolert ledning.
Trinn 4. Bruk anodisering
Anodisering er en spesiell type beskyttende overflatebelegg som brukes til å beskytte metall mot korrosjon og også påføre påføring av dyser og så videre. Hvis du noen gang har sett en fargerik metallkarabiner, har du sett en farget anodisert metalloverflate. I stedet for å involvere fysisk påføring av et beskyttende belegg, som med maling, bruker anodisering en elektrisk strøm for å gi metallet et beskyttende belegg som forhindrer nesten alle former for korrosjon.
- Den kjemiske prosessen bak anodisering innebærer det faktum at mange metaller, som aluminium, naturlig danner kjemiske produkter som kalles oksider når de kommer i kontakt med oksygen i luften. Dette resulterer i at metallet normalt har et tynt ytre oksydlag som beskytter (i varierende grad, avhengig av metallet) mot ytterligere korrosjon. Den elektriske strømmen som brukes i anodiseringsprosessen skaper i hovedsak en mye tykkere oppbygging av dette oksydet på overflaten av metallet enn det som normalt ville forekomme, og gir god beskyttelse mot korrosjon.
-
Det er flere forskjellige måter å anodisere metaller på. Nedenfor er de grunnleggende trinnene i en anodiseringsprosess. Se Hvordan anodisere aluminium for mer informasjon.
- Aluminiet rengjøres og smøres av.
- Aluminiumets overflate urenheter fjernes med en de-smut løsning.
- Aluminiumet senkes ned i et syrebad ved konstant strøm og temperatur (for eksempel 12 ampere/kvadratfot og 70-72 grader F (21-22 grader C).
- Aluminium fjernes og skylles.
- Aluminium er eventuelt nedsenket i fargestoff ved 38-60 grader C (100-140 grader F).
- Aluminium forsegles ved å legge det i kokende vann i 20-30 minutter.
Trinn 5. Bruk et metall som viser passivasjon
Som nevnt ovenfor danner noen metaller naturlig et beskyttende oksydbelegg ved eksponering for luft. Noen metaller danner dette oksydbelegget så effektivt at de til slutt blir relativt kjemisk inaktive. Vi sier at disse metallene er passive med henvisning til passiveringsprosessen der de blir mindre reaktive. Avhengig av ønsket bruk, trenger en passiv metallgjenstand ikke nødvendigvis noen ekstra beskyttelse for å gjøre den korrosjonsbestandig.
-
Et velkjent eksempel på et metall som viser passivering er rustfritt stål. Rustfritt stål er en legering av vanlig stål og krom som effektivt er korrosjonssikkert under de fleste forhold uten å kreve annen beskyttelse. For de fleste daglige bruksområdene er korrosjon vanligvis ikke et problem med rustfritt stål.
Imidlertid må det nevnes at rustfritt stål under visse forhold ikke er 100% korrosjonssikkert - spesielt i saltvann. På samme måte blir mange passive metaller ikke-passive under visse ekstreme forhold og kan derfor ikke være egnet for alle bruksområder
