КОРРОЗИЯ - УЩЕРБ ЭКОНОМИКЕ И СПОСОБЫ БОРЬБЫ С НЕЙ

УДК 66.10167 Роствинская Анастасия Сергеевна студентка, Нижегородский Государственный Университет им. Р.Е. Алексеева, Россия, г. Нижний Новгород Роствинская Вероника Сергеевна студентка, Нижегородский Государственный Университет им. Р.Е. Алексеева, Россия, г. Нижний Новгород КОРРОЗИЯ - УЩЕРБ ЭКОНОМИКЕ И СПОСОБЫ БОРЬБЫ С НЕЙ Аннотация: Настоящая статья посвящена теме «наносимый коррозией ущерб экономике и производству». В данной статье мы даем оценочное мнение экономической выгоды различных способов защиты от коррозии. Особое внимание уделяем понятию коррозия и ее виды. Ключевые слова: коррозия, ущерб, способы защиты от коррозии, покрытия, окружающая среда. Rostvinskaya Anastasia Sergeevna student Nizhny Novgorod State University named after R.E. Alekseev Russia, Nizhny Novgorod Rostvinskaya Veronika Sergeevna student Nizhny Novgorod State University named after R.E. Alekseev Russia, Nizhny Novgorod CORROSION- DAMAGES TO THE ECONOMY AND METHODS OF STRUGGLE WITH IT Abstract: This article is devoted to the topic “damage to the economy and production caused by corrosion”. In this article, we give an estimated opinion on the economic possibilities of corrosion protection. We pay special attention to the concept of corrosion and its types. Key words: corrosion, damage, corrosion protection methods, coatings, environment. 1 https://tribune-scientists.ru Журнал «Трибуна ученого» Выпуск 02/2020 Настоящая статья посвящена теме «наносимый коррозией ущерб экономике и производству». Данная проблема достаточно актуальна в наши дни. Как нам известно- коррозия разрушает металл, что в свою очередь наносит приносит ощутимый ущерб экономике. Черная металлургия обеспечивает значительный вклад в экономический потенциал государства и является одной из базовых отраслей российской промышленности. В России ежегодно добывается от 101– 110 млн тонн товарной руды. Однако, по данным Института физической химии РАН, каждая шестая домна работает "впустую", так как коррозия съедает до 10 % производимого металла. Опираясь на государственный доклад «О состоянии и использовании минерально-сырьевых ресурсов Российской Федерации в 2016 и 2017 годах» Россия располагает внушительными запасами железных руд, составляющими 110,3 млрд т. Данный факт говорит о колоссальных потерях для экономики нашей страны. Коррозия- является самопроизвольным процессом [1]. В свою очередь коррозия разрушает металл как изнутри, так и снаружи, что сказывается на прочности технических сооружений, таких как мосты, опоры линий электропередач, оборудования, транспорта, трубопровод. Каждый год на борьбу с коррозией выделяется значительная часть бюджета страны. По данным китайских специалистов на борьбу с коррозией ежегодно выделяется до 3,3% от внутреннего валового продукта страны. Однако данные расходы можно сократить, если использовать современные способы по защите от коррозии. Сначала разберем виды коррозии и перейдем к способам защиты от нее. Коррозию можно классифицировать следующим образом. Различают два основных вида- это химическая и электрохимическая коррозии. Химическая коррозия — это процесс окисления металла и восстановления компонента-окислителя коррозионной среды. Электрохимическая коррозия — это процесс разрушения металла в коррозионной среде ( в растворе электролита), который сопровождается появлением электрического тока. Окислительно-восстановительные процессы в 2 https://tribune-scientists.ru Журнал «Трибуна ученого» Выпуск 02/2020 данном случае не идут одновременно и зависят от электродных потенциалов металла и окислителя среды. Так же можно классифицировать коррозию по виду окружающей среды. Основные типы коррозии: Газовая коррозия – относится к химической коррозии. Происходит в средах с минимальным содержанием влаги или при повышенных температурах [3]. Если же разрушение металла происходит во влажной среде, например, в атмосфере воздуха, то это атмосферный тип коррозии [2]. Подземная коррозия — так же называется почвенной или грунтовой коррозией, один из видов электрохимической коррозии. Разрушение металла в почве и грунтах, из-за наличия в них влаги. Если в среде присутствуют микроорганизмы, а в частности сульфатовосстанавливающие бактерии, то это обуславливает появление биокоррозии - разрушение металла продуктами их жизнедеятельности. К данному типу коррозии также относится коррозия от захвата металла руками. Скорость процесса зависит от состава пота и свойств основы металла. Фреттинг-коррозия — это коррозия при одновременном воздействии коррозионной среды и трении. Тела, находящиеся во взаимодействии друг с другом и под воздействием окружающей среды, скользят и трутся относительно друг друга. Это обуславливает появление коррозии. Представлена не вся классификация по виду среды, различают также коррозию в неэлектролитах, коррозию при ударном воздействии окружающей среды, контактную коррозию (взаимодействие двух металлов с разными потенциалами), термоконтактную коррозию и другие. Так же коррозию классифицируют по характеру поражений. Существуют сплошная и местная коррозии, равномерная и неравномерная, точечная, сквозная, межкристаллическая, нитевидная, избирательная коррозии. Разнообразие видов коррозии говорит о сильной зависимости обработки металлов от этого самопроизвольного процесса. Большое количество видов коррозии обязует к появлению такого же количества и способов защиты о неё. 3 https://tribune-scientists.ru Журнал «Трибуна ученого» Выпуск 02/2020 К каждому выше перечисленному виду коррозии необходимо подбирать индивидуальный способ защиты, но чаще всего, для достижения ощутимого экономического эффекта, необходимо принимать целый комплекс мер. Рассмотрим современные способы защиты от коррозии. К ним относятся: 1. Повышение химического сопротивления материалов. 2. Обработка поверхности материала, в целях изоляции ее от агрессивной среды. 3. Понижение агрессивности окружающей среды. 4. Электрохимическая защита. К первому способу защиты от коррозии относится введение в сплав таких металлов как хром, никеля, кобальта и меди [4]. Данный способ нельзя напрямую отнести к методам защиты от коррозии, так как мы изменяем сам состав материала, что в свою очередь позволяет получить сплавы различными свойствами. Например, коррозионная стойкость циркония, основное применение который находит в атомной энергетике, ощутимо зависит от чистоты материала. Наиболее высокой коррозионной стойкостью обладает йодидный цирконий. Ho уже сотые доли примеси азота и углерода приводят к резкому уменьшению коррозионной стойкости. Таким образом содержание азота в цирконии не должно превышать 0,005%, а углерода 0,04%, но введение ниобия нейтрализует действие углерода, а введение олова — азота. Основными плюсами данного метода являются широкий спектр необходимых технических свойств сплава, таких как тугоплавкость, пластичность, сопротивление, магнитные свойства и относительно низкая цена сплава по сравнению с чистым металлом. Рассмотрим второй метод защиты от коррозии- изоляция поверхности металла антикоррозийными материалами [5]. Суть метода заключается в покрытии металла пленкой, которая защищает поверхность от воздействия агрессивной окружающей среды и предохраняет металл от разрушения. Такие покрытия можно распределить на металлические и неметаллические. К неметаллическим покрытиям относятся лакокрасочные покрытия. Лакокрасочные покрытия применимы при условии долговечности 4 https://tribune-scientists.ru Журнал «Трибуна ученого» Выпуск 02/2020 эксплуатации не более 10 лет и скорости коррозии металла до 0,05 мм/год, при невыполнении данных условий необходимо применят комбинированные покрытия. Например, цинковые и лакокрасочное покрытие позволяет увеличить срок защиты до 30 лет. Покрытие металла лакокрасочным слоем лишь тормозит процесс коррозии, но не исключает ее навсегда. Основные достоинства лакокрасочных покрытий — это низкая цена, простота нанесения, возможность покрытий любого цвета, что в свою очередь расширяет цветовой спектр покрытий, сочетаемость с другими способами защиты от коррозии. Но данный способ относительно недолговечен, в процессе длительной эксплуатации лакокрасочное покрытие разрушается. Даже при незначительной царапине барьер нарушается, что ведет не только к потере его защитно-декоративных свойств, но и разрушению окрашиваемой поверхности (металла). Металлические покрытия получают путем осаждения на защищаемой детали тонкого слоя другого металла, более стойкого в условиях эксплуатации, чем защищаемый металл. По способу защиты металлические покрытия можно раздить на катодные и анодные. В свою очередь металлические покрытия по способу нанесения подразделяются на: металлизация напылением, распыление на обрабатываемую поверхность расплавленного металла сжатым воздухом или инертным газом. Основными минусами данного метода являются: 1.пористая структура покрытия в результате неравномерного застывания; 2. адгезия покрытия относительно основы довольно слабая. Раскалённая капля малого объема, ударяясь о холодную поверхность, остывает быстро и прочная взаимная диффузия не успевает произойти. Горячий способ, металлическое покрытие наносится путем окунания изделия в ванну с расплавленным металлом. Существенным недостатком этого метода является невозможность получения гарантированной толщины покрытия, а также большой расход наносимого металла. Электролитический. Принцип нанесения покрытий гальваническим методом основан использование электролиза. Но данный метод имеет ряд недостатков: большие затраты на оборудование, для данного метода необходимы 5 https://tribune-scientists.ru Журнал «Трибуна ученого» Выпуск 02/2020 специальные электролитические ванны (дополнительные помещения на заводе), и необходимость тщательной обработки поверхности покрываемого изделия до нанесения покрытия. Термомеханический. Данный метод защиты наиболее распространен в авиастроении [6]. Суть метода заключается в соединении металла покрытия с металлом основы. Металл покрытия более устойчив к агрессивной окружающей среде. Так в авиастроении металл основы покрывается тонким пластом алюминия и в горячем состоянии проходит через валы. На поверхности алюминия образуется очень устойчивая к окружающей среде оксидная пленка. Данный метод защиты обеспечивает рациональное использование дорогостоящих металлов и их сплавов, что делает получаемые изделия дешевле. Диффузионный. Данный метод нанесения основан на проникновении металла с более высокой коррозионной стойкостью в поверхностный слой металла-основы под воздействием высокой температуры. Основным минусами является несколько аспектов: 1. Скорость диффузии небольшая. С этим связанно длительное поддержание высокой температуры, что существенно увеличивает затраты. 2. Данный метод нанесения уступает в прочности другим выше перечисленным способам нанесения. К третьему способу защиты относится понижение агрессивности окружающей среды. В основном главным агрессорами можно считать кислород и ионы 𝐻+. Таким образом можно выделить два способа понижения агрессивности окружающей среды: деаэрация и подщелачивание. Но в современном мире наиболее популярным методом понижения агрессивности окружающей среды является введение ингибиторов. В основном таким методом осуществляют защиту трубопроводов. Основные требования к ингибитору это: Ингибитор должен обладать хорошей растворимостью в коррозионной среде, не оказывать отрицательное воздействие на продукт, и обладать высокой адсорбционной способностью на поверхности металла. 6 https://tribune-scientists.ru Журнал «Трибуна ученого» Выпуск 02/2020 Данный метод защиты значительно снижает скорость коррозии, а в некоторых случаях полностью ее исключает [7]. К наиболее распространенным неорганическим ингибиторам относятся фосфаты, а именно тиофосфаты, фосфорамиды, фосфонаты и др, и азотсодержащие соединения- аминокислоты, аминоспирты, анилины, имиды, а также ряд хромосодержащих соединения. К наиболее распространенным неорганическим соединениям относятся пирины, пираны, фенолы, эфиры аллиловых спиртов, спирты, димочевины. Но к сожалению, используемые реагенты не всегда обеспечивают достаточно высокий защитный эффект, что дает повод задуматься над созданием еще более универсальных ингибиторных композиций. Иногда невозможно использовать лакокрасочное покрытие в качестве защиты от коррозии. Возобновить покрытие у днищ судов или подземных трубопроводов практически невозможно и дорого для промышленности, вследствие этого используют электрохимическую защиту. Суть данного метода защиты состоит в переадресации коррозии с металла на внешний анод. К металлическому изделию подключается постоянный ток, создается поляризация гальвано пар и анодные участки металла становятся катодными, происходит изменение потенциала металла и смотря по тому, как он смещается, электрохимическую защиту делят на анодную и катодную. К минусам электрохимической защиты нужно отнести замену внешнего анода. Коррозионная реакция идет по цепи анодный электрод – почвенный электролит – объект защиты от коррозии. Вследствие этого почвенный анод разрушается и необходимо его заменять для дальнейшей защиты. В России на данный момент наиболее совершенной катодной станцией считается «Минерва- 3000» она малогабаритна, имеет высокий уровень мощности, абсолютно герметична и быстро восстанавливается при возникновении перегрузки. Одна такая станция позволяет обеспечить безопасность около 30 км пролегающего под землей трубопровода. Её срок службы примерно 20 лет. Катодные станции защиты в настоящее время стоят от 100 до 700 тысяч рублей, «Минерва-3000» 7 https://tribune-scientists.ru Журнал «Трибуна ученого» Выпуск 02/2020 имеет цену от 650 тысяч рублей, что обходится довольно дорого для среднего и крупного бизнеса. Подводя итог выше сказанному, хотим отметить, что проблема наносимого коррозией вреда в настоящий момент изучена не до конца. На данном этапе развития химии нельзя сказать, что коррозия не наносит никакого вреда производству и не требует создания новых методов и подходов решения данной проблемы. Необходимо создавать новые более дешевые методы защиты от коррозии. Коррозия- ущерб экономике и способы борьбы с ней. Список литературы: 1. Федосова Н.Л Антикоррозионная защита металлов. Учебное пособие. Иваново: Ивановский государственный архитектурно-строительный университет, 2009. 187 с. 2. Ву Динь Вуй Атмосферная коррозия металлов в тропиках. М.: Наука, 1994. 242 с. 3. Арчаков Ю.И. Водородная коррозия стали. М.: Металлургия, 1985. 192 с. 4. Родников С.Н., Лихачев В. А., Шишкина С.B., Кондратов В.М. Вопросы металловедения в гальванотехнике и коррозии: Учебное пособие. Горький: Изд. ГГУ, 1989. 104 с. 5. Герасименко А.А. Защита от коррозии, старения и биоповреждений машин, оборудования и сооружений. Справочник. М.: Машиностроение, 1987: Том 1, 688 с. 6. Герасименко А.А. Защита от коррозии, старения и биоповреждений машин, оборудования и сооружений. Справочник. М.: Машиностроение, 1987: Том 2. 784 с. 7. Иванов Е.С. Ингибиторы коррозии металлов в кислых средах. Л.: Металлургия, 1986. 175 с. 8 https://tribune-scientists.ru Журнал «Трибуна ученого» Выпуск 02/2020