Коррозия, окисление и ржавчина: в чем основные различия?

Коррозия против окисления против ржавчины

Результаты металлообработки впечатляют разнообразием деталей и компонентов, но она не лишена трудностей. Ключевой проблемой, с которой сталкиваются производители, является вопрос о том, что является причиной коррозии, окисления и ржавчины. Что есть что, и каковы способы решения этой проблемы?

Коррозия — это разрушение металлов и других материалов в результате химических реакций в окружающей среде. Когда этот процесс происходит с железом и его сплавами, он называется ржавчиной. Окисление происходит, когда материал теряет электроны при участии кислорода. 

Эти процессы деградации металла оказывают существенное влияние на функциональность, производительность и внешний вид деталей. Тип используемого материала, технологический процесс и окружающая среда являются одними из факторов, способствующих ржавению, коррозии и окислению. 

В данной статье рассматриваются эти виды деградации металлов, особое внимание уделяется их причинам, поражаемым материалам, механизмам предотвращения и основным различиям. 

 

Что такое окисление?

Окисление металла — это химическая реакция, в которой металл теряет электроны, передавая их другому элементу. Эта реакция играет центральную роль во многих промышленных процессах. Окисление способствует многим полезным процессам в производстве, но также вносит вклад в разрушительные процессы, такие как ржавление стали и другие виды коррозии металлов. 

Поэтому целесообразно изучить это явление, как с точки зрения того, как его защитные свойства решают некоторые промышленные задачи, так и с точки зрения того, как можно контролировать его потенциальную способность повреждать металлы в деталях, обработанных на станках с ЧПУ, и в других условиях.

 

Химическая реакция окисления 

Окисленное состояние металла — это состояние, при котором металл подвергается воздействию кислорода. В этом случае металл теряет электроны, как показывает пример магния. 

2 Mg + O2 → 2 [Mg2+][O2-], 

Это можно записать в двух частях, как показано ниже:

Mg → Mg2+ + 2 e-

O2 + 4 e- → 2 O2-

В условиях обработки на станках с ЧПУ регулярно происходит окисление различных обрабатываемых металлов, включая алюминий, железо и сталь. Скорость окисления каждого из этих материалов зависит от условий эксплуатации и параметров электронного оборудования. 

Схема химической реакции, иллюстрирующая это явление, показывает, почему каждому металлу требуется специфическая стратегия защиты. ПролинТехСклонность к окислению является одним из важнейших факторов, которые необходимо учитывать при производстве деталей, обработанных на станках с ЧПУ. 

 

Примеры окисления 

Окисление металлов происходит различными способами в процессе повседневного взаимодействия с ними. На серебре химическая реакция проявляется в виде черного налета на металлических деталях. Алюминий подвергается окислению, в результате чего образуется тускло-серый слой оксида алюминия. В естественных условиях пассивация В результате этого процесса образуется защитный барьер, предотвращающий дальнейшее повреждение. 

Алюминиевая пассивация

Также на стальных и железных деталях можно обнаружить окисление в виде красновато-коричневого налета. Магний, химическая реакция которого указана выше, образует серовато-белый порошкообразный налет. Помимо различий во внешнем виде, эти окисления по-разному влияют на функциональность и долговечность деталей. 

Определение коррозии

Коррозия — это медленное разрушение металла, вызванное воздействием химических веществ, микроорганизмов, влаги, окисления и контакта с разнородными металлами. Коррозия представляет собой более широкий процесс, чем описанное выше окисление с переносом электронов, поскольку в нем задействовано множество факторов окружающей среды и других факторов. Эти факторы в совокупности ускоряют процесс разрушения металла. Это различие важно, поскольку, хотя окисление присутствует во всех процессах коррозии, оно не обязательно является разрушительным. Некоторые процессы окисления полезны в услуги листового металла. 

 

Какие существуют два типа коррозии? 

Два наиболее распространенных типа коррозии деталей, обработанных на станках с ЧПУ, — это гальваническая коррозия и точечная коррозия. Однако существуют и другие типы коррозии, перечисленные здесь;

• расщелина 
• Межкристаллитный 
• Равномерная атака
• Эрозия-коррозия
• Биологическая коррозия
• Коррозионное растрескивание под напряжением 
• Селективное выщелачивание

Тип коррозии зависит от условий окружающей среды и состава материала. Каждый тип воздействует на металл по-разному. 

Более подробная информация о механизмах будет представлена ​​далее.

Гальваническая коррозия 

Гальваническая коррозия возникает, когда два типа металлов подвергаются воздействию агрессивной среды. Образуется электродный потенциал, приводящий к коррозии. Электрическое соединение между двумя такими металлами побуждает более активный из них стать анодом. 

Гальваническая коррозия 

Этот тип коррозии наблюдается, в частности, там, где стальные болты используются для крепления медных пластин. Существуют различные способы борьбы с гальванической коррозией, но наиболее эффективным является отказ от использования разнородных металлов.   

Точечная коррозия

Точечная коррозия — это тип коррозии, при котором в металле образуются отверстия, особенно если металл покрыт защитной оксидной пленкой. Нержавеющая сталь особенно подвержена этой коррозии. Эта разрушительная коррозия часто инициируется вторичными факторами, например, щелевой коррозией, царапинами или химическим воздействием. 

Щелевая коррозия

Щелевая коррозия

Щелевая коррозия связана с локальными повреждениями в щелях нахлесточных соединений. При воздействии агрессивных сред на этот участок может возникнуть коррозия. Частично защищенные участки металла также подвержены щелевой коррозии. 

Межзерновая Коррозия

Межкристаллитная коррозия

Границы зерен в металле могут истощать или накапливать примеси, что приводит к межкристаллитной коррозии. Этот тип коррозии часто встречается в сварных нержавеющих сталях. Термическая обработка также может усиливать эту коррозию. 

Равномерное воздействие (коррозия)

При равномерной коррозии вся поверхность материала подвергается в основном равномерному коррозионному воздействию. Этот тип коррозии возникает в областях катода и анода, контактирующих с электролитом, и постоянно изменяется. 

Эрозия-Коррозия

Эрозионная коррозия происходит, когда электролит течет с высокой скоростью, создавая абразивную среду, которая усиливает коррозию. Коррозия усиливается, если электролит содержит твердые частицы. Именно поэтому для некоторых металлов существуют определенные пороговые значения скорости потока электролита. 

Биологическая коррозия

Коррозия металла также может быть вызвана биологическими элементами. Эта коррозия может быть либо вызвана микроорганизмами (MIC), либо макрообрастанием. 

Коррозионное растрескивание под напряжением

Коррозионное растрескивание под напряжением наблюдается в некоторых сплавах при выполнении любого из следующих пороговых условий:  

• Коррозионная среда
• Металлический состав 
• Металлическая конструкция
• Растягивающее напряжение
• Температура 

Коррозионное растрескивание под напряжением — распространенное явление в нержавеющей стали и латунных сплавах. 

Селективное выщелачивание (деаллоирование)

Селективное выщелачивание

Селективная коррозия, вызванная выщелачиванием, происходит в металлах с металлургически различными поверхностями. Эта проблема может встречаться, например, в латуни, сплаве меди и цинка. При воздействии агрессивной среды цинк может корродировать, оставляя после себя медь, что приводит к изменению цвета. 

Эффекты коррозии 

Финансовые результаты бизнеса страдают из-за снижения безопасности, ухудшения надежности, сокращения срока службы компонентов и общей надежности. Риск внезапного отказа деталей или компонентов постоянен. Такие риски можно снизить за счет надлежащего применения... Отделка листового металла а также другие виды обработки металлических деталей. 

Наличие этих последствий уже само по себе серьезно, но еще более тревожным является то, что со временем они усугубляются. Проблема может начаться как простой поверхностный дефект, но в течение нескольких месяцев она перерастает в серьезное разрушение конструкции, как это уже наблюдалось в мостах и ​​других сооружениях. 

Коррозия в мосту

Материалы, подверженные коррозии 

Все металлы и сплавы подвержены коррозии, но скорость и интенсивность коррозии зависят от окружающей среды, реакционной способности металла и его химического состава. В то время как коррозионностойкие металлы Подобно платине и золоту, которые являются исключительными металлами, цинк и магний относятся к числу наиболее подверженных коррозии. Это изменяющееся сопротивление можно определить или предсказать по электродному потенциалу металла. 

Электродный потенциал — это показатель, используемый в электрохимии и теории коррозии. Он измеряет способность материала терять или приобретать электроны в электрохимической реакции. 

Ниже приведена таблица, показывающая электродные потенциалы для некоторых металлов, часто обрабатываемых на станках с ЧПУ.

Металл	Электродный потенциал
Магний (Mg)	-2.37
Алюминий (Al)	-1.66
Цинк (Zn)	-0.76
Железо (Fe)	-0.44
Сталь (углеродистая сталь, приблизительно железо)	-0.44
Никель (Ni)	-0.25
Титан (Ti)	-0.17
Медь (Cu)	+0.34
Нержавеющая сталь (сплав Fe-Cr-Ni)	+0.40 (прибл.)
Латунь (сплав меди и цинка)	+0.45 (прибл.)

 

Как предотвратить коррозию

Эффективная защита от коррозии в процессы изготовления листового металла Это предполагает сочетание стратегий, в основном методов электрохимической защиты, правильного выбора материалов, использования ингибиторов коррозии, обработки поверхности и финишной обработки поверхности. 

Эти стратегии разработаны для борьбы с различными стадиями окислительно-коррозионного разложения. Наиболее эффективные методы ингибирования коррозии сочетают в себе различные стратегии с учетом условий окружающей среды, типа материала и стоимости. 

 

Разница между окислением и коррозией

Окисление и коррозия — это различные химические процессы, оказывающие различное воздействие на детали, обработанные на станках с ЧПУ, в зависимости от типа процесса, защитных свойств и обратимости. 

Ниже в сравнительной таблице представлены основные различия:

Элемент	Окисление	Коррозия
Определение	Химическая реакция с участием кислорода	Разрушительная деградация металла
Затронутые материалы	Все металлы	Конкретные металлы и их сплавы
Влияние на материал	Вредный или защитный	Часто приводит к деградации материала.
обратимость	Иногда это обратимо.	Необратимый ущерб
Скорость	Может быть быстрым или медленным	Как правило, медленная деградация.
Пример	Слой оксида алюминия	Ржавление стали
Protection	Может обеспечить защитный барьер	Требуется защита

 

Что такое ржавление?

Ржавчина — это исключительно коррозия железа или железосодержащих металлов, в результате которой в результате реакции между железом, водой и кислородом образуется оксид железа. Ржавление — это прогрессирующий и необратимый процесс. В связи с этим всегда рекомендуется профилактика, а не устранение последствий. 

 

Три типа ржавчины

Ржавчина может проявляться в трех различных формах: черная ржавчина, красная ржавчина и желтая ржавчина. Каждый тип отличается внешним видом, степенью опасности и способом образования. 

Черная ржавчина

Черная ржавчина

Черная ржавчина — это тонкий слой оксида железа (II) (Fe3O4), образующийся в условиях низкого содержания кислорода. Обычно металл покрывается какой-либо защитной пленкой, препятствующей быстрому разрушению. 

Красная ржавчина

Красная ржавчина — это гидратированный оксид Fe2O3•H2O, который образуется в средах с высоким содержанием кислорода и воды. Коррозия имеет характерный вид, как показано на изображении ниже.

Красная ржавчина

Желтая ржавчина

Желтая ржавчина, или оксид-гидроксид железа FeO(OH)H2O, образуется там, где много влаги. Чаще всего ее можно обнаружить вблизи стоячей воды. 

Желтая ржавчина

Ржавление — это химическая реакция? 

Да, ржавление — это химическое изменение, происходящее при воздействии влаги и кислорода на железо или его сплавы. В этом часто медленном процессе атомы железа связываются с атомами кислорода, образуя оксиды железа. В результате связи между атомами железа ослабевают. 

Сначала железо реагирует с кислородом и теряет электроны. Присутствие воды усиливает этот процесс. Затем происходит образование гидроксидов железа. Итак, что же такое оксид железа? При потере воды (высыхании) гидроксиды железа превращаются в оксиды, например, Fe₂O₃, которые проявляются в виде красновато-коричневой ржавчины. 

Общая химическая реакция образования ржавчины выглядит следующим образом:

4Fe+3O2​+6H2​O→4Fe(OH)3​

Затем он высыхает и обезвоживается, образуя оксид, как показано ниже:

4Fe(OH)3​→2Fe2​O3​⋅3H2​O+3H2​O

 

Как возникают ржавчина в зависимости от условий? 

Ржавчина образуется и ускоряется в особых условиях, включая влажность, наличие кислорода, температуру, окружающую среду и состояние поверхности.

Наличие воды (влажности)

Влажная среда

Вода является важным электролитом в процессе образования ржавчины. Она участвует в окислительно-восстановительных реакциях, необходимых для образования ржавчины. 

Присутствие кислорода

Кислород является основополагающим элементом в процессе ржавления. Наиболее опасны участки с высокой влажностью, поскольку в них много кислорода. 

Температура 

Температура играет решающую роль в процессе ржавления. Как правило, высокие температуры ускоряют химические реакции, включая ржавление. 

Окружающая среда 

Как кислая, так и щелочная среда способствуют образованию ржавчины, но в кислой среде этот процесс протекает более интенсивно.  

Состояние поверхности

Влага может оседать на загрязненных поверхностях, способствуя образованию ржавчины. Мусор или даже сама конструкция поверхности могут способствовать оседанию влаги. 

 

Материалы, наиболее подверженные ржавчине

Степень воздействия окружающей среды и восприимчивость определяют, как ржавчина влияет на материал. 

Вкратце, вот список материалов, которые чаще всего подвергаются воздействию: 

• Углеродистая сталь (особенно низкоуглеродистая сталь)
• Сварочное железо 
• Чугун 
• Чистое железо 
• Низко- и среднеуглеродистые легированные стали

ржавчина углеродистой стали

Альтернативный текст: Ржавые трубы из углеродистой стали с ржавчиной и сине-зелеными отложениями на поверхности.

 

Какие металлы не ржавеют?

К металлам, которые не ржавеют, относятся:

• Нержавеющая сталь
• оцинкованная сталь
• алюминий
• Медь 
• Латунь 
• Бронза 
• Титан 
• Платина 
• Золото 

 

Как предотвратить ржавчину

Следующие общие меры помогут предотвратить коррозию деталей и оборудования: 

1. Регулярно мойте оборудование и механизмы. 
2. Храните предметы в сухом месте.
3. Регулярные проверки оборудования, подверженного коррозии.
4. Использование коррозионностойких материалов, таких как оцинкованный листовой металл
5. Оборудование для покраски или нанесения покрытий 
6. Использование осушителей
7. Смазка движущихся частей
8. Применение ингибитора ржавчины

 

Ржавчина — это то же самое, что и коррозия?

Нет, и понимание разницы между коррозией и ржавчиной имеет ключевое значение для различения этих терминов. Ржавчина — это тип коррозии, поражающий железо и его сплавы. Другими словами, коррозия — это общий термин для постепенного разрушения металлов в результате химических или электрохимических реакций.

 

Можно ли назвать ржавление окислением?

Да, ржавление можно назвать окислением. В частности, это окисление железа или его сплавов с образованием оксидов железа. 

 

Сравнительная таблица: Коррозия, окисление и ржавчина

Ниже представлена ​​сравнительная таблица различных параметров коррозии, окисления и ржавчины. 

Элемент	Коррозия	Окисление	Ржавчина
Определение	Разрушение металлов вследствие химических реакций	Потеря электронов из материала	Коррозия железа с образованием оксидов.
Эффекты	Потеря структурной целостности	Изменения в материальном составе	Образование красновато-коричневых фрагментов
Затронутые материалы	Все металлы	Металлы и неметаллы	Железо и сплавы железа
Реактивы	Металл, кислород, влага.	Кислород	Железо, кислород, влага.
Профилактика и контроль	Покрытие, катодная защита	Предотвратите воздействие кислорода.	Гальванизация, покраска

Свяжитесь с нами чтобы узнать больше о профилактических и защитных стратегиях против вышеуказанных проблем.

В заключение 

Три явления, связанные с металлами, могут иметь некоторое сходство, но, как показало это обсуждение, каждое из них имеет уникальные причины и последствия. Металлы и сплавы для обработки на станках с ЧПУ и связанных с этим проектов следует выбирать, исходя из того, как они реагируют на эти проблемы. 

Существуют также способы использования различных металлов, несмотря на их уязвимость к ржавчине, коррозии и окислению. С помощью наших экспертов вы сможете узнать все тонкости этих явлений и способы их предотвращения. Для получения более подробной информации свяжитесь с Boda. Получить предложение Cегодня!