Виды коррозии металлов и способы защиты

Коррозия металлов — это самопроизвольное разрушение металлов и сплавов под воздействием окружающей среды. Процесс протекает на границе металла с газом, жидкостью, почвой или агрессивной средой и приводит к потере прочности, герметичности и внешнего вида конструкций.

По оценкам, ежегодные мировые потери от коррозии составляют 3–4 % мирового ВВП. До трети всего произведённого металла за срок службы изделия уходит на компенсацию коррозионных разрушений. Правильный выбор способа защиты позволяет продлить срок эксплуатации конструкций в разы.

В этой статье разберём, какие виды коррозии металлов существуют, чем они отличаются, почему возникают и какие способы защиты применяются на практике.

Что такое коррозия и почему она возникает

С точки зрения химии коррозия — это окислительно-восстановительный процесс, при котором атомы металла теряют электроны и переходят в ионное состояние, образуя оксиды, гидроксиды и соли. Проще говоря — металл стремится вернуться в то состояние, в котором находился в руде.

Основные причины коррозии металлов:

• контакт с водой и влагой (дождь, конденсат, технологические жидкости);
• воздействие кислорода воздуха;
• агрессивные химические среды — кислоты, щёлочи, солевые растворы;
• электрохимические пары — контакт разнородных металлов в присутствии электролита;
• повышенная температура и перепады температур;
• механические напряжения и деформации;
• блуждающие токи от рядом расположенных электроустановок.

На скорость коррозии влияют состав и структура самого металла, характер среды и условия эксплуатации. Железо и углеродистые стали корродируют быстрее всего; нержавеющие стали, алюминий и медь — значительно медленнее благодаря защитным оксидным плёнкам.

Классификация коррозии по механизму протекания

Базовая классификация, которая используется в химии (в том числе в школьном курсе 9 класса) и в инженерной практике, делит коррозию на два основных вида по механизму протекания — химическую и электрохимическую. Это деление закреплено в ГОСТ 5272-68 «Коррозия металлов. Термины».

Химическая коррозия

Химическая коррозия — это разрушение металла при прямом взаимодействии с агрессивной средой без участия электрического тока. Среда может быть газовой или жидкой неэлектролитной.

Виды химической коррозии:

• Газовая коррозия — окисление металла при контакте с газами (O₂, SO₂, H₂S, Cl₂) при высокой температуре. Типичный пример — окалина на стальных деталях после термической обработки или на лопатках газовых турбин. Скорость растёт с увеличением температуры. Уравнение реакции (окисление железа): 4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃.
• Коррозия в неэлектролитах — растворение металла в жидких неэлектролитах: органических растворителях, безводных нефтепродуктах, расплавленных полимерах. Встречается реже, характерна для химической промышленности.

Химическая коррозия протекает равномерно по поверхности и прогнозируется через потерю массы на единицу площади за единицу времени (г/м²·ч).

Электрохимическая коррозия

Электрохимическая коррозия — самый распространённый вид. Протекает в присутствии электролита (вода, растворы солей, кислот, щелочей, влажная почва) и представляет собой работу множества коротко замкнутых гальванических пар на поверхности металла.

Механизм:

• Анодный процесс: атомы металла окисляются и переходят в раствор в виде ионов (Fe → Fe²⁺ + 2e⁻). Эти участки — анодные зоны, они разрушаются.
• Катодный процесс: электроны, высвободившиеся на аноде, перемещаются к катодным зонам и восстанавливают компоненты среды — растворённый кислород (O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻) или ионы водорода (2H⁺ + 2e⁻ → H₂).

Виды электрохимической коррозии:

• Контактная (гальваническая) коррозия — возникает при контакте двух разнородных металлов в электролите. Более активный металл (с меньшим электродным потенциалом) разрушается ускоренно. Пример: стальной болт в алюминиевой конструкции — алюминий корродирует вокруг крепежа.
• Атмосферная коррозия — протекает во влажном воздухе. Тонкая плёнка влаги на поверхности металла действует как электролит. Это наиболее массовый вид коррозии: ржавление металлоконструкций, кузовов автомобилей, инженерных коммуникаций.
• Почвенная (грунтовая) коррозия — разрушение подземных металлоконструкций и трубопроводов. Электролит — влага в грунте, насыщенная солями. Скорость зависит от типа почвы, влажности, кислотности и аэрации.
• Коррозия блуждающими токами — вызвана токами утечки от электрифицированного транспорта, промышленных установок, линий заземления. Блуждающие токи входят в металлоконструкцию (катодная зона) и выходят из неё (анодная зона) — в месте выхода происходит ускоренное растворение металла.
• Коррозия в электролитах — разрушение металлов, погружённых в растворы кислот, щелочей, солей. Агрессивность среды зависит от концентрации, температуры и аэрации раствора. Характерна для оборудования химических производств, систем водоснабжения и теплосетей.
• Биокоррозия — электрохимическая коррозия, инициированная или ускоренная жизнедеятельностью микроорганизмов (сульфатредуцирующих бактерий, железобактерий). Типична для подземных и подводных конструкций, систем охлаждения.

Виды коррозии по характеру разрушения

Помимо механизма протекания, коррозию классифицируют по тому, как выглядит разрушение — это важно для диагностики и выбора защиты.

• Равномерная (сплошная) коррозия — металл разрушается примерно одинаково по всей поверхности. Наименее опасный вид: скорость разрушения предсказуема, запас по толщине можно заложить при проектировании. Пример — равномерное ржавление открытой стальной поверхности.
• Неравномерная коррозия — скорость разрушения различается на разных участках. Часть поверхности может оставаться почти нетронутой, а на отдельных участках — глубокие повреждения.
• Точечная (питтинговая) коррозия — образование отдельных глубоких язв (питтингов) при общей сохранности поверхности. Особенно коварна, потому что незначительное внешне повреждение приводит к сквозной перфорации. Характерна для нержавеющих сталей и алюминия в хлоридных средах.
• Щелевая коррозия — развивается в узких щелях и зазорах (под прокладками, под крепежом, в нахлёсточных соединениях). В щели затруднён доступ кислорода, возникает дифференциальная аэрация — и участок внутри щели становится анодом.
• Межкристаллитная коррозия (МКК) — распространяется по границам зёрен металла, не затрагивая тело зерна. Визуально поверхность может выглядеть нетронутой, а механические свойства уже утрачены. Характерна для аустенитных нержавеющих сталей после неправильной термообработки.
• Коррозия под напряжением (КРН) — совместное действие коррозионной среды и механических растягивающих напряжений. Приводит к образованию трещин и внезапному хрупкому разрушению. Особенно опасна для трубопроводов, котлов и сосудов давления.
• Коррозионная эрозия — разрушение под совместным действием коррозионной среды и механического износа (поток жидкости, абразивные частицы). Типична для трубопроводов, насосов, рабочих колёс.
• Подповерхностная (подплёночная) коррозия — начинается на поверхности, но распространяется вглубь под защитным слоем (краской, оксидной плёнкой). Продукты коррозии вспучивают покрытие, образуя пузыри и отслоения.

Виды коррозии по условиям среды

Ещё одна практическая классификация — по условиям, в которых эксплуатируется конструкция:

• Атмосферная — на открытом воздухе и в помещениях с переменной влажностью.
• Подводная — при полном погружении в пресную или морскую воду.
• Подземная (грунтовая) — в контакте с почвой.
• Газовая — в газовых средах при высокой температуре (печи, турбины, выхлопные системы).
• Коррозия в жидких средах — в технологических растворах, нефтепродуктах, теплоносителях.
• Коррозия в условиях трения — при скольжении, фреттинге, кавитации.

Условия среды определяют выбор защитного решения. Атмосферная коррозия — самая массовая: ей подвержены металлоконструкции зданий, мосты, опоры ЛЭП, резервуары, промышленное оборудование. Именно для защиты от атмосферной и промышленной коррозии чаще всего применяют лакокрасочные покрытия.

Основные способы защиты от коррозии

Методы защиты металлов от коррозии делятся на несколько групп. На практике их часто комбинируют — например, легирование + защитное покрытие + ингибитор.

Защитные покрытия

Самый распространённый и доступный способ. Покрытие изолирует поверхность металла от агрессивной среды.

• Лакокрасочные покрытия (ЛКП) — грунты, эмали, лаки, в том числе многослойные системы «грунт + промежуточный слой + финишная эмаль». Могут содержать активные антикоррозионные пигменты (цинковая пыль, фосфат цинка). Область применения — от бытовых конструкций до промышленных объектов. Для типовых задач атмосферной защиты подходят универсальные составы формата «грунт-эмаль 3 в 1», которые совмещают преобразователь ржавчины, грунт и финишное покрытие в одном продукте — это упрощает нанесение и сокращает сроки работ.
  → Пример: грунт-эмаль 3 в 1 KOVALI — универсальный антикоррозионный состав для металла
• Металлические покрытия — нанесение слоя другого металла. По механизму делятся на анодные (цинк, алюминий — защищают даже при повреждении слоя, т. к. корродируют первыми) и катодные (олово, никель, хром — защищают только при целостности слоя). Методы: горячее цинкование, гальваника, металлизация напылением, плакирование.
• Цинкнаполненные грунты — лакокрасочные материалы с высоким содержанием цинковой пыли (до 90–95 % в сухой плёнке). Работают по принципу анодной защиты — цинк корродирует вместо стали — и одновременно создают барьерный слой. Применяются как самостоятельное покрытие или как первый слой в многослойных системах «цинк + эпоксид + полиуретан» на ответственных объектах: мостах, нефтегазовом оборудовании, морских платформах.
  → Пример: цинконаполненный грунт KOVALI — протекторная защита для ответственных металлоконструкций
• Неметаллические неорганические покрытия — оксидирование, фосфатирование, хроматирование, эмалирование. Создают химически стойкие плёнки на поверхности. Часто служат основой (подложкой) под лакокрасочное покрытие.
• Герметизирующие жидкости — специализированный вид защиты для оборудования теплоэнергетики. Жидкость наливается в ёмкость и формирует плавающий слой на поверхности воды (антиаэрация) и самовосстанавливающуюся плёнку на стенках (антикоррозия). Применяются в баках-аккумуляторах горячей воды на ТЭЦ и котельных.
  → Пример: герметизирующая жидкость АГ-4И KOVALI — комплексная защита баков-аккумуляторов от коррозии и аэрации

Легирование

Введение в состав металла компонентов, повышающих коррозионную стойкость: хром (≥ 10,5 % — нержавеющие стали), никель, молибден, титан. Легирование не устраняет коррозию полностью, но снижает её скорость в десятки и сотни раз. Минус — высокая стоимость материала, поэтому для массовых конструкций чаще экономичнее использовать углеродистую сталь с защитным покрытием.

Электрохимическая защита

Принудительное смещение потенциала защищаемого металла с помощью внешнего источника тока (катодная защита) или протекторов — анодов из более активного металла (цинк, магний, алюминий). Применяется для трубопроводов, подземных резервуаров, корпусов судов, морских свай. Часто комбинируется с покрытиями.

Ингибиторы коррозии

Химические вещества, которые при добавлении в агрессивную среду в малых концентрациях замедляют коррозию. Бывают анодные (пассиваторы — хроматы, нитриты), катодные (замедляют катодную реакцию) и смешанные. Применяются в системах охлаждения, водоподготовке, нефтедобыче, при кислотной обработке оборудования.

Конструктивные решения

Правильное проектирование снижает риски коррозии: исключение зон застоя влаги, обеспечение стока и вентиляции, избегание контакта разнородных металлов, применение прокладок и изоляторов в соединениях, закладка коррозионного припуска на толщину стенки.

Обработка среды

Снижение агрессивности среды: деаэрация воды (удаление растворённого кислорода), нейтрализация кислотности, осушение воздуха, снижение температуры. Широко применяется в теплоэнергетике и водоподготовке.

Сводная таблица: виды коррозии и методы защиты

Ниже — краткая схема соответствия видов коррозии и наиболее эффективных способов борьбы с ними.

Как подобрать антикоррозионное покрытие

Выбор защиты зависит от четырёх факторов: тип конструкции, условия эксплуатации (агрессивность среды), требуемый срок службы и бюджет.

Для большинства строительных и промышленных задач оптимальное решение — лакокрасочные покрытия. Они дешевле легирования, проще в нанесении, чем гальваника или металлизация, и допускают ремонтное подкрашивание.

Ориентировочный подбор:

• Бытовые и неответственные конструкции (заборы, ограждения, ворота, мелкий металлопрокат) — универсальная грунт-эмаль «3 в 1», наносится прямо на ржавчину.
• Промышленные металлоконструкции средней ответственности (каркасы зданий, опоры, лестницы, фасадные элементы) — двухслойная система: грунт + эмаль, или грунт-эмаль в 2 слоя.
• Ответственные объекты с повышенными требованиями к сроку службы (мосты, нефтегазовое оборудование, объекты энергетики) — многослойная система: цинконаполненный грунт + эпоксидный грунт + полиуретановая эмаль.
• Оборудование теплоэнергетики (баки-аккумуляторы, деаэраторные баки) — герметизирующие жидкости для комплексной защиты от коррозии и аэрации.

Компания KOVALI — российский производитель антикоррозионных лакокрасочных материалов и герметизирующих жидкостей. Линейка включает грунт-эмали, промышленные грунты, эмали и специализированные составы для теплоэнергетики. Подобрать покрытие под конкретную задачу можно в каталоге или по запросу у технических специалистов.

→ Каталог антикоррозионных покрытий KOVALI
→ Оставить заявку или запросить расчёт
→ Герметик АГ-4И: что это такое и где применяется