Korrosion und Erosion von Metallen: Ursachen und Schutzmaßnahmen

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-17 10:23

In Betriebsumgebungen mit Metallprodukten treten häufig chemische, mechanische und elektrische äußere Einflüsse auf. Infolgedessen können bei unsachgemäßer Wartung solcher Elemente sowie bei Missachtung von Sicherheitsstandards Verformungen und Schäden an Strukturen und Teilen auftreten. Dies ist auf die aufkommenden Korrosions- und Erosionsprozesse von Metallen zurückzuführen, die langfristig zur vollständigen Zerstörung der Produktstruktur beitragen.

Warum entsteht Rost

Bei einer korrosiven Reaktion werden durch den Kontakt mit chemischen und elektrochemischen Medien die Voraussetzungen für die Strukturzerstörung metallischer Produkte geschaffen. Im ersten Fall kommt das Material mit Erdölprodukten, Kohle, Salz und anderen Mineralien in Kontakt. Elektrischer Strom ist in diesem Fall nicht beteiligt. Das Hauptbetriebsmedium kann ein trockenes Gas oder eine nichtleitende Flüssigkeit sein. Leichte Sorten haben die größte zerstörerische Wirkung. Erdölprodukte wie Kerosin und Benzin. Insbesondere der Rumpf eines Offshore-Transporttankers kann durch in seiner Zusammensetzung enth altene Schwefelverbindungen und Säurerückstände angegriffen werden.

Bei der elektrochemischen Korrosion gibt es auch eine Stromeinwirkung. Eine komplexe Zerstörung durch Metallerosion wird von mechanischem Verschleiß begleitet. Die Situation kann dadurch erschwert werden, dass die äußeren Einflüsse selbst durch die Eigenschaften der natürlichen Umgebung bestimmt werden - beispielsweise können im Meerwasser chemische Reaktionen mit Elektrolyten stattfinden. Der Metallkörper selbst ist ein heterogenes Material in seiner Struktur, was zum Vorhandensein von mikrogalvanischen Paaren führt. Sie wirken zusammen mit den Metallteilen der Struktur als Anoden und schaffen Bedingungen für den Korrosionsprozess.

Erosionsursachen

Im Allgemeinen bezieht sich Erosion auf mechanischen Verschleiß, wodurch sich das Produkt in Größe, Form, Gewicht und anderen Eigenschaften verändern kann. Was ist die Ursache für Metallerosion? Physikalische Prozesse äußerer Einwirkung, die die Festigkeit von Mikrovolumina der Oberflächenschicht einer Struktur oder eines separaten Teils verringern. Außerdem sind die einwirkenden Medien nicht nur mechanische Faktoren, wie etwa der direkte Kontakt mit harten Schleifmitteln.

Dies können thermische, gasförmige und chemisch aktive Medien sein, die sowohl eigenständig als auch ergänzend wirken könnenVerschleißfaktor. Beispielsweise tragen Gasströmungen zur Bewegung von Feststoffpartikeln im Kreislauf zur Förderung von Arbeitsgemischen durch die Rohrleitung bei, was eine indirekte zerstörerische Wirkung auf Metalloberflächen hat.

Methoden zum Schutz von Metallen vor Korrosion

Die Praxis zeigt, dass 80 % der Bedingungen für den Korrosionsschutz von Materialien in der Phase der Oberflächenvorbereitung festgelegt werden. Die restlichen 20 % werden bereits während des Betriebs bereitgestellt. Etwa das gleiche Verhältnis der Wirksamkeit von Schutzmaßnahmen wird bei der Erosion von Metallen beobachtet, wenn Mittel zur Minimierung des Verschleißes von Werkstücken verwendet werden.

Die Hauptbereiche des Korrosionsschutzes sind konstruktiver, passiver und aktiver. Der Bautenschutz erfolgt durch die Verwendung von Speziallegierungen auf Basis von Edelstahl, Cortenstahl und Buntmetall. Aktive Methoden beinh alten die Änderung der Materialstruktur mit einer doppelten elektrischen Schicht - eine Methode des elektrochemischen Schutzes. Bei passiven Methoden werden spezielle Beschichtungen verwendet, die die Bildung eines korrosiven Elements verhindern.

Sorten der Metallwärmebehandlung

Eine Gruppe von Verfahren zur technologischen Bearbeitung von Metallplatinen, die ebenfalls auf eine strukturelle Veränderung der Randschicht zum Schutz vor Korrosionsschäden abzielt. Folgende Arten einer solchen Verarbeitung werden unterschieden:

• Glühen. Wärmebehandlung, bei der das Metall erhitzt und anschließend allmählich abgekühlt wird.
• Härtung. BEIAls Zielprodukte können Stähle und deren Legierungen dienen. Während des Härtens rekristallisiert das Gefüge, und nach dem H alten des Materials auf einer kritischen Temperatur folgt das Abkühlen. In einem Teil, das einer solchen Bearbeitung unterzogen wurde, bildet sich eine Nichtgleichgewichtsstruktur, was ein einschränkender Faktor bei der Wahl dieses Verfahrens ist.
• Urlaub. Ein alternatives Verfahren zur Wärmebehandlung von Metall in Bezug auf das Härten, das auch als Hilfsschritt bei der Änderung des Gefüges dienen kann. In jedem Fall werden während seiner Implementierung übermäßige Stahlspannungen entfernt, was zu einer Erhöhung der Korrosionsschutzeigenschaften führt.
• Normalisierung. Verarbeitung ähnlich wie Glühen. Der Unterschied besteht darin, dass beim Glühen in einem Ofen gekühlt wird, während beim Normalisieren an der Luft.

Methoden zum Schutz von Metallen vor Erosion

Die Hauptrichtung beim Schutz metallischer Werkstoffe vor Erosion ist die Entwicklung von Spezialbeschichtungen. Insbesondere die Metallisierung in Form des Aufbringens einer Korrosionsschutzlegierung auf das Werkstück erhöht die chemischen und mechanischen Eigenschaften des Gefüges. Dadurch wird der Verschleiß reduziert und das Teiledesign kann seine bisherige Leistung beibeh alten.

Nichtmetallische verschleißfeste Beschichtungen für spezielle Anwendungen werden ebenfalls entwickelt. Zum Beispiel wird die Erosion von Metallen, die unter den Bedingungen des Reibens von Oberflächen gebildet wird, oft in Fahrzeugteilen gefunden. Für diese Art von Schutz werden diamantähnliche, keramische und kombinierte Verbindungen mit erhöhter Festigkeit und Härte verwendet.

FunktionenGaserosionsschutz

Hier steht nicht der mechanische Schutz der Teile im Vordergrund, sondern die chemisch-physikalische Isolierung. Es können sowohl spezielle Arten der Aufbewahrung und Lagerung von Materialien als auch spezielle Schmiermittel verwendet werden, die eine Metallerosion verhindern. Verschleißschutz und -prävention setzen auch auf Wärmedämmung.

In dieser Richtung werden Materialien wie reines Chrom und Nairit der Marke NT verwendet. Der Nachteil von Chrom ist, dass es sich durch mangelnde Zähigkeit und Duktilität auszeichnet. Aus diesem Grund wird es selten als Element der Baudämmung verwendet. Wie bei Nairit werden auf seiner Basis gummierende Flüssigkeitsmischungen hergestellt, durch die monolithische verschleißfeste Dichtungen gebildet werden.

Schutzverfahren durch thermisches Spritzen

Dies ist eine vielseitige Schutztechnologie, die sowohl für den Korrosionsschutz als auch für die mechanische Verschleißisolierung geeignet ist. Die Technik seiner Anwendung besteht darin, dass Zinkpartikel mit einem Gasstrahl auf die Oberfläche des Teils aufgebracht werden. Im Gegensatz zu anderen Metallisierungsverfahren bildet dieses Verfahren eine Schutzschicht mit einer Dicke von bis zu zehn Mikrometern. Dadurch werden Erosionsprozesse verhindert, die in den Knoten der technischen Ausrüstung sowie in Transportnetzen und großen Ölpipelines auftreten.

Schlussfolgerung

Die Prozesse der negativen Auswirkungen auf Metallstrukturen zwingen die Betreiber zu Ausgabengroße Summen für ihren Unterh alt. Gleichzeitig sind die wirksamsten Schutzmittel in der Regel teurer. Andererseits können Voruntersuchungen der Einsatzbedingungen von Produkten für Risiken der Rostbildung oder Metallerosion solche Kosten minimieren. Tatsache ist, dass viele technische und schützende Eigenschaften kritischer Strukturen in der Phase der Legierungsauswahl festgelegt werden. Durch das Legieren und Einbringen von modifizierenden Additiven in der Phase der Herstellung des Teils ist es möglich, ihm optimale Schutzeigenschaften zu verleihen.