Подпишитесь на обновления сайта. Получайте новые статьи на почту:

ОСОБЕННОСТИ ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ ПРИ ЗАЩИТЕ МЕТАЛЛОВ ОТ КОРРОЗИИ

 

УДК 620.193.01:504.064.4

 

Л.О.Чуняева канд.техн.наук, О.Н.Чуняев

ОСОБЕННОСТИ ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ
ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ ПРИ ЗАЩИТЕ
МЕТАЛЛОВ ОТ КОРРОЗИИ

Розглянуто проблеми ресурсозбереження та головні фактори впливу на довкілля пов’язані із захистом металопродукції від корозії.

 

Одним из важнейших методов природоохраны является переход к современным ресурсосберегающим и малоотходным технологиям во всех отраслях производства. Среди проблем ресурсосбережения особое место занимает защита металлической продукции от коррозии.

Объемное легирование металлопродукции не может рассмат­риваться как один из способов ресурсосбережения из-за больших расходов легирующих элементов и их дефицита. Такие металлы, как хром, никель и титан, в основ­ном используемые при производстве коррозионно-стойких сталей, в зем­ной коре распространены значительно меньше железа (содержание 0,0083%, 0,0058%, 0,57% и 4,65% соответственно). Их по­лучение требует добычи и переработки значительных объемов минераль­ного сырья, свя­зано с большим энергопотреблением, выбросами в атмосферу огромных объемов пыли и кислотных оксидов (NХOY, SO2, CO2), сбросами сточных вод, содержащих широкий спектр загрязнителей. Проведению рудных разработок сопутствует уничтожение естественных ландшафтов, накопление отвалов пустой породы, и нарушение экологического равновесия на огромных площадях. Обогащение руд сопровождается активным водозабором. Совокупность перечисленных факторов оказы­вает сильное негативное воздействие на состояние окру­жающей природ­ной среды в глобальных масштабах.

Самые распространенные ныне методы защиты черных металлов – гальванические и лакокрасочные по­крытия не всегда обеспечивают доста­точную коррозионную стойкость, то есть не полностью удовлетворяют требованиям ресурсосбережения, а по своему воздействию на окружаю­щую природную среду могут расцени­ваться как небезопасные.

Гальванические покрытия нашли широкое применение благодаря хорошей изученности и достаточно высокой коррозионной стойкости защищенных изделий в умеренно агрессивных средах (например, атмосферной, водной). При этом недостаточная износостойкость и остаточная пористость, а также слабая стойкость в агрессивных средах химических производств, при сильном негативном воздействии технологии на окружающую природную среду, не позволяют эффективно решать задачи ресурсосбережения.  Наибольшую опасность для окружающей природы при использовании гальванических покры­тий представляют сточные воды гальванических цехов. Они содержат высокие концентрации ио­нов тяжелых металлов, а также, в некоторых случаях, токсичные комплек­сообразователи, например, циан ионы. Некоторые из них с трудом под­даются химическому осаждению, что сильно усложняет очистку стоков и делает ее экономически неэффективной (концентрация наиболее опасных загрязнителей после станции нейтрализации составляет: Zn2+ 1,025мг/л, CN- 1,5мг/л, Cd2+ 0,5мг/л, Cr3+ 1,411мг/л, Cr6+ 1,42мг/л, Fe2+ 31мг/л). Проблема стоков гальванических цехов особенно сильно сказывается в промышленно-развитых районах Ук­раины из-за их малой водообеспеченности, и, как следствие, малой асси­миляционной емкости водоемов и рек.

Лакокрасочные покрытия представляют экологическую опасность в виде выбросов в атмосферу органических растворителей (кетоны, толуол, бутиловый спирт), основная масса которых является токсичными или канцерогенными веществами. Эти вы­бросы имеют место, как при нанесении покрытий, так и при производстве лакокрасочной продукции.

Менее распространенные термодиффузионные методы, металлизация, а также метод карбидного легирования фирмы Тоета, ионно-плазменное напыление не оказывают сильного негативного влияния на окружающую природную среду, однако имеют свои недостатки не позволяющие считать их эффективными ресурсосберегающими процессами.

Защитные слои, полученные термодиффузионными методами, склонны ко всем видам локальной коррозии из-за невозможности достичь высоких концентраций насыщающего элемента на поверхности (~40% максимум), а также рассасыванию при нагреваниях. Как следствие – необходимость формирования глубоких диффузионных слоев (до 200мкм), нагрева объемов насыщающей шихты, многократно превышающих объем обрабатываемого изделия и значительная длительность процесса обработки (8-24) часа сильно снижают тепловой КПД метода, что приводит к нерациональным затратам энергии.

Металлизация, в отдельных случаях, обеспечивает достаточно эффективную защиту от коррозии при малых материальных и энергетических затратах, однако адгезионная связь с основой, остаточная пористость и низкая износостойкость сильно ограничивают область применения данного метода.

Метод карбидного легирования, разработанный фирмой Тоета, позволяет получать стойкие во многих средах защитные карбидные слои с возможностью варьирования их характеристик в широких пределах. Покрытие наносится путем погружения деталей с предварительно подготовленной поверхностью в расплав борного натрия с растворенными в нем карбидообразователями (Cr, Ti, Nb, V и др.), иногда вместе с их карбидами, и выдержке в течение 4-8часов. По извлечении из расплава деталь требует тщательной финишной обработки (удаление остатков расплава, шлифовка и доводка поверхности), в результате которой теряется часть полученного защитного слоя.  Быстрый, и как правило неравномерный, нагрев деталей усиливает поводку, что усложняет защиту деталей сложной геометрической формы.. Такое сложное технологическое решение делает метод бесперспективным в крупных промышленных масштабах.

Ионно-плазменное напыление достаточно часто используется для нанесения антикоррозионных, и особенно антиэрозионных защитных покрытий. Метод обеспечивает наилучшую адгезию по сравнению с другими адгезионными покрытиями и меньшую пористость. Возможность нанесения тугоплавких металлов, нитридов и карбидов позволяет получать покрытия с исключительной износостойкостью, благодаря чему в основном метод используется для упрочнения режущего инструмента. Однако наличие остаточной пористости ухудшает коррозионную стойкость защищенных изделий. Сложность и дороговизна оборудования, взрывоопасность метода, его низкая производительность и ограничение габаритных размеров номенклатуры защищаемых изделий определяет узкоспециализированное использование ионно-плазменных покрытий.

Эффективным современным способом защиты металлических изделий от коррозии является нанесение органических полимерных защитных покрытий. Возможность выбора наиболее стойкого к требуемой среде полимера из их колоссального ассортимента, незначительная ресурсоемкость метода и постоянное совершенствование технологий нанесения таких покрытий открывает перед ними большие перспективы. Однако органические покрытия не могут играть ведущую роль в защите металлоконструкций от коррозии из-за следующих факторов:

-          невозможность придать поверхности прочностные характеристики металла основы

-          низкая стойкость к эрозионному износу

-          низкая термостойкость

-          технологическая сложность получения многих универсально-стойких полимеров

Одним из самых современных методов защиты металлов от коррозии является метод диффузионного карбидного поверхностного легирования (ДКПЛ). Технология создана с целью замены объемно легированных ста­лей, работающих в самых агрессивных средах химической и добывающей промышленности, на поверхностно легированные. Это позволит насытить рынок коррозионно-стойкими материалами при существенной экономии таких дефицитных и дорогих металлов как титан, хром и никель.

Материалы, полученные путем диффузионного карбидного легиро­вания углеродистых сталей или чугуна по своей коррозионной стойкости не уступают, а в некоторых случаях превосходят, объемно легированные материалы (срок службы в неагрессивных средах 75-100лет, в агрессивных средах химических производств 10-15лет). Это достигается благодаря следующим основным отличитель­ным особенностям диффузионного карбидного слоя:

-          концентрация легирующего компонента на поверхности изделия, защищенного ДКПЛ значительно выше, чем у самых высоколеги­рованных марок сталей (до 86%)

-          карбиды хрома и титана (основных легирующих компонентов) химически более инертны, чем чистые металлы и их оксидные пленки

-          высокая твердость карбидного слоя (до1800 Нv для СrхСу, и    3000 Нv для ТiС) обеспе­чивает стойкость к абразивному износу

-          когезионная связь с металлом основы исключает отслаивание

Технологические отходы, возникающие при промышленном исполь­зовании методов ДКПЛ (частично окисленная и обедненная легирующими компонентами шихта, производственная пыль) могут полностью подвер­гаться вторичной переработке. В зависимости от доступности одного из методов возможна присадка твердых отходов в асфальт, либо, переплавка в металлургических печах (отходы содержат более 50% феррохрома либо ферротитана в смеси с Al2O3).

Перечисленные особенности технологии ДКПЛ обеспечивают ее ка­чественное отличие от методов, распространенных ныне, в отношении воздействия на окружающую природную среду:

-          высокая коррозионная стойкость защищенных металлов обеспе­чивает их минимальные потери

-          низкий расход легирующих элементов обеспечивает максималь­ный эффект ресурсосбережения

-          возможность вторичной переработки отходов усиливает эффект ресурсосбережения и позволяет исключить выбросы в окружаю­щую природную среду.

-          сокращение времени изотермической выдержки до 1-5 часов сокращает затраты энергии

Поэтому диффузионное карбидное поверхностное легирование можно считать самым совершенным методом защиты металлов от корро­зии, наилучшим образом отвечающим экологическим требованиям.

 

Список литературы: 1. Колотыркин Я. М., Заец И. И., Зайцев И. Д., и др. Открытие №368 ; Опубл. 1989 г.,Сб. Открытия в СССР- 13с. 2. Колотыркин Я. М., Новаковский В. М., Заец И.И. и др.// Защита металлов.-1984.-Т.20,№1.-С.3. 3.Временная типовая методика оценки экономического ущерба, причиняемого народному хозяйству загрязнением окружающей природной среды и определения экономической эффективности  природоохранных мероприятий. Одобрена Президиумом АН СССР, Госпланом СССР, Госстроем СССР в 1983.

Понравилась статья? Расскажите друзьям.
Общайтесь с нами:

Добавить комментарий