Пожалуй, нет такой области техники, где проблема защиты металла от коррозии была бы полностью решена. В результате коррозии ежегодно около 10 % мирового производства черных металлов съедается ржавчиной. Сейчас средний срок жизни железных изделий примерно 35 лет. И это благодаря всесторонним мерам их защиты. В прошлые века железо разрушалось гораздо быстрее.
Предохранение от ржавчины деталей машин, пролетов мостов, резервуаров с горючим, трубопроводов и других металлических конструкций — одна из важнейших задач современного научно-технического прогресса, огромный резерв экономии металла. Получение новых антикоррозийных материалов и специальных защитных покрытий — это миллионы тонн стали, проката, отвоеванных у ржавчины, возвращенных народному хозяйству.
Наиболее известные способы предотвращения коррозии это окраска или покрытие изделий из железа металлами, неподверженными ржавению (цинка, алюминия, хрома, никеля и др.). Например, хромирование гильз цилиндров И поршневых колец двигателей автомобилей повышает их долговечность в 15 раз, а никелевое покрытие увеличивает износостойкость инструментов более чем в 10 раз. Стойкость железа к коррозии повышает й насыщение его поверхностного слоя молекулами углерода, азота, бора и других газов и металлов. Они как бы цементируют его поверхность, препятствуя ее разрушению.
Сделать сталь антикоррозийной можно легированием — добавляя при ее плавке никель, вольфрам, молибден и другие специальные компоненты. Но при этом требуется дорогостоящее оборудование и много электроэнергии. Избавиться от ржавчины помогают и ингибиторы — вещества, снижающие скорость химической реакции окисления железа.
В последнее время все шире используется покрытие металла специальными полимерными пленками и фторопластами, которые по своим антикоррозийным свойствам не уступают краскам, но зато намного их долговечнее. Перспективно применение вместо краски для защиты металлических поверхностей от ржавчины полимерного порошка.
Обычно на предприятиях детали и узлы сложной формы окрашиваются пневмораспылителем. Вокруг него непременно рассеяны мельчайшие частицы краски. Такой лакокрасочный туман и токсичен и пожароопасен, не говоря уже о том, что часть краски при этом уносится вентилятором в трубу. Избавиться от этого можно, применяя вместо краски полимерный порошок. Его частички ровно ложатся на поверхность металла, не поднимаясь в воздухе. Это происходит за счет сильного электростатического поля, в котором осуществляется процесс напыления порошка. После нагрева в инфракрасной печи такое покрытие приобретает необходимую прочность.
Специалисты Ленинградского всесоюзного проектно-технологического института электротехнической промышленности разработали полуавтоматическую линию «Прогресс» для нанесения порошка на металл. Применение ее на производстве повышает эффективность окрасочных работ в 1,5— 2 раза, снижает их трудоемкость. В 50 раз сокращает потребность в антикоррозийных материалах, улучшая условия труда. Годовой экономический эффект от внедрения одной линии «Прогресс» — 45 тыс. руб.
Сейчас для защиты от коррозии шире используются алюминиевые покрытия, особенно если они напыляются на сталь в вакууме. Применение вакуумного алюминирования повышает качество защитного покрытия и уменьшает расход материалов. Сибирский завод тяжелого электромашиностроения «Сибэлектротяжмаш» выпускает установку для нанесения тонкого алюминиевого слоя на поверхность деталей в вакууме. Производительность этой установки 8 кв. м поверхности изделий в час. Она может успешно применяться на многих машиностроительных предприятиях.
Установка состоит из вакуумной камеры, пульта управления, тележки для загрузки деталей, электродов очистки, испарителя алюминия, блока питания, стола для тележки, диффузионного насоса, арматуры с трубопроводом, вакуумного насоса. Управление этим технологическим процессом может быть автоматическим или выполняется с пульта.
Очень важно не только надежно защитить металл от коррозии, но и вовремя обнаружить ее очаги. Визуально их найти очень трудно. Своеобразный индикатор коррозии разработали ученые Латвийского государственного университета им. П. Стручки. Этот индикатор, основу которого составляют оксиды металлов, наносится в вакууме на металлические конструкции или трубы. Как только ржавчина начнет разъедать металл, он меняет цвет. Благодаря этому поверхность металла, разрушаемого коррозией, становится хорошо заметной. Подобная реакция называется хемихром- ной.
Хемихромный метод помогает обнаружить ржавчину не только на внешних, но и на внутренних поверхностях резервуаров или трубопроводов. Для этого на внешнюю стенку трубы наносится индикаторное покрытие. Если ее внутренняя поверхность повреждена коррозией, то выделяющийся атомарный водород достигает внешней поверхности и реагирует с покрытием, цвет которого изменяется. Испытания нового метода поиска невидимых очагов коррозии показали его высокую эффективность. В недалеком будущем индикаторные покрытия станут наносить, как краску, кисточкой или распылителем, повысится чувствительность индикатора к скрытым очагам коррозии.
К каким только хитроумным приемам не прибегают, чтобы уберечь от ржавчины детали машин. Исследования показали, что бороться с коррозией можно и с помощью… ржавчины! Сейчас ведутся испытания таких химических препаратов, которые превращают ее в плотный монолитный слой, крепко связанный с металлической поверхностью деталей. Он препятствует дальнейшему распространению коррозии, защищая от нее металл, например, как эмаль или краска. При распылении такого препарата над поверхностью стали, слой рыхлого ржавеющего металла через некоторое время покрывается твердой пленкой. Его можно наносить даже на мокрые поверхности во время дождя. Новый препарат найдет широкое применение не только в машиностроении, но и для защиты от ржавчины трубопроводов, высоковольтных опор, резервуаров и других металлических конструкций. Трубопроводы наиболее подвержены разрушительному действию коррозии. Находясь долгое время под землей, особенно в засоленных почвах, стальные трубы буквально рассыпаются на глазах. Кроме того, если по ним идет природный газ, сероводород, содержащийся в нем, разъедает металл за несколько месяцев.
У трубопроводов есть еще один враг — блуждающие токи от электрифицированных железных дорог и трамваев. Известно, что заземляющим проводом там служат рельсы. Ток, текущий по ним, может перейти и на трубопровод, а если он плохо изолирован, разрушение труб от коррозии пойдет еще быстрее. Например, ток силой в 1 Ампер способен ежегодно превращать в ржавчину 9 кг железа. А ведь блуждающие токи могут быть силой до 40 А! Чтобы спасти металл от их разрушительного действия, трубопровод надежно изолируют, а на трассе газопровода устанавливают станции катодной защиты.
Идеальный вариант борьбы с коррозией трубопроводов — изготовлять их из пластмассы. Но пока пластмассовые трубы еще недостаточно прочны. Более реально применение полимеров для покрытия ими внешних и внутренних стенок труб. Например, ученые Академии наук Казахской ССР разработали оригинальное антикоррозийное покрытие пластобит. Его применение значительно снижает разрушение труб даже при высокой влажности и засоленности почв. Такое покрытие сбережет сотни тонн высококачественного стального листа, который идет на производство труб большого диаметра. Кроме того, упрощается обслуживание трубопроводов, покрытых пластобитом, уменьшается число их осмотров и ремонтов. Сейчас это покрытие используется на новых участках нефтепроводов в различных районах нашей страны. Им уже защищено от коррозии более 350 км труб, а экономический эффект от применения пластобита составил 2,5 млн. руб.
Внутреннюю поверхность труб большого диаметра можно изолировать от ржавчины и эпоксидной смолой с необходимыми добавками. Для этого сначала останавливают перекачку по таким трубам нефти или газа. Затем в трубу запускается специальный агрегат, который сначала зачищает поверхность, а затем, покрывая ее эпоксидной смолой, равномерно наносит защитный слой, не давая образовываться подтекам. Такая пластиковая рубашка не только предохраняет трубу от коррозии, но и препятствует осаждению на ее внутренней поверхности парафина нефти, который в обычных трубах нефтепроводов нужно периодически очищать.