Что такое Электрохимическая коррозия?

Электрохимическая коррозия представляет собой разрушение металла в результате электрохимических реакций, которые протекают при наличии электролита. Для строительных металлических конструкций таким электролитом чаще всего становится не отдельная емкость с жидкостью, а тонкая пленка воды на поверхности. Она появляется после дождя, таяния снега, образования конденсата или длительного нахождения конструкции во влажной среде. Если в воде присутствуют растворенные соли и другие вещества, ее электропроводность увеличивается, а условия для коррозионного процесса становятся более благоприятными.

Для кровли и фасада этот механизм особенно важен в местах повреждения защитного покрытия, на кромках, около крепежа, в нахлестах и других узлах, где влага может задерживаться. Электрохимическая коррозия объясняет и то, почему непосредственный контакт разных металлов иногда становится проблемой. Скорость процесса зависит не от одного фактора, а от сочетания материала, влажности, состава электролита, состояния покрытия и конструкции конкретного узла.

Как происходит электрохимическая коррозия

На поверхности металла возникают участки с различным электрохимическим потенциалом. Одни из них становятся анодными, другие катодными. На анодном участке металл окисляется и переходит в раствор в виде ионов, то есть именно здесь происходит его фактическое разрушение.

Для железа процесс можно упрощенно представить реакцией:

Fe → Fe²⁺ + 2e⁻.

Атом железа теряет два электрона и превращается в ион. Освободившиеся электроны перемещаются через металлическую часть системы к катодному участку, где участвуют в другой электрохимической реакции. Электролит обеспечивает перенос ионов и замыкает процесс.

Таким образом, для образования коррозионной электрохимической ячейки необходимы анодная и катодная зоны, электрический контакт между ними и электролит. Если убрать одно из необходимых условий, течение соответствующего процесса затрудняется.

Почему обычная вода может стать электролитом

Чистая вода проводит электрический ток сравнительно плохо. В реальных условиях на кровле или фасаде вода практически никогда не остается химически чистой. В ней растворяются соли, атмосферные загрязнения и вещества, присутствующие на поверхности материала.

Чем больше в растворе подвижных ионов, тем выше его электропроводность. Поэтому соленая вода обычно создает более неблагоприятные условия для металлических конструкций, чем чистая. Это одна из причин, по которой солевые загрязнения поверхности заслуживают отдельного внимания.

Для запуска процесса не требуется погружать лист в воду. Достаточно тонкой влажной пленки, которая одновременно контактирует с несколькими участками металлической поверхности. Поэтому продолжительность увлажнения становится важным эксплуатационным фактором.

Поверхность, которая намокла и быстро высохла, находится в иных условиях, чем постоянно влажный нахлест или плохо вентилируемое соединение.

Анодные и катодные участки

Анод и катод могут возникать даже на одном металлическом изделии. Поверхность реального металла неоднородна на микроскопическом уровне. Отличаться могут структура, химический состав отдельных участков, доступ кислорода, состояние поверхности и другие условия.

Анодная зона постепенно теряет металл. Катодная зона непосредственно по этому механизму не разрушается, но участвует в общей электрохимической реакции. Именно поэтому коррозия способна концентрироваться на сравнительно небольшой площади.

Особенно неблагоприятна ситуация, когда площадь анода мала, а связанная с ним катодная поверхность значительно больше. В таком случае коррозионный ток может концентрироваться на небольшом анодном участке, повышая интенсивность локального разрушения.

Это имеет практическое значение для крепежа, повреждений покрытий и соединений разнородных металлов.

Как влажность влияет на металлическую кровлю

На открытой кровле вода после осадков обычно стекает по уклону. Но условия на разных участках конструкции неодинаковы. На свободной поверхности лист может высохнуть относительно быстро, тогда как внутри нахлеста, около уплотнения или в месте скопления загрязнений влага сохраняется значительно дольше.

Именно продолжительность контакта с влагой часто оказывается важнее самого факта дождя. Несколько коротких циклов намокания и высыхания отличаются от постоянного присутствия электролита на поверхности.

На фасаде похожая ситуация возникает в горизонтальных соединениях, около отливов и в других местах, где вода может задерживаться. Если конструкция обеспечивает отвод воды и нормальную вентиляцию, продолжительность увлажнения сокращается.

Поэтому защита от электрохимической коррозии начинается не только с выбора металла или покрытия, но и с правильного устройства узлов.

Как соли ускоряют процесс

Растворенные соли повышают электропроводность воды. В результате перенос электрического заряда внутри электролита облегчается, что способно увеличить интенсивность электрохимических процессов.

Солевые загрязнения опасны еще и тем, что могут оставаться на поверхности после испарения воды. При следующем увлажнении соли снова растворяются, и цикл повторяется. Поэтому условия эксплуатации определяются не только количеством осадков, но и составом загрязнений на поверхности.

Что происходит при контакте разных металлов

Если два разных металла имеют электрический контакт и одновременно соприкасаются с электролитом, может образоваться гальваническая пара. Один металл становится более анодным и разрушается интенсивнее, другой получает более катодное поведение.

Самого физического соседства материалов недостаточно. Для выраженного гальванического взаимодействия необходимы одновременно электрический контакт и электролит. Если между металлами находится надежный изолирующий слой или участок остается сухим, условия меняются.

Практическое значение имеет и соотношение площадей. Небольшой анод, электрически связанный с большой катодной поверхностью, может находиться в неблагоприятной ситуации. Поэтому при подборе крепежа, металлических деталей и соединительных элементов важно учитывать не только прочность и размеры, но и совместимость материалов.

Особое внимание требуется узлам, которые регулярно намокают. На сухом внутреннем элементе потенциальная пара может практически не проявлять себя, тогда как на наружной конструкции с постоянными циклами увлажнения ситуация становится другой.

Как работает цинковое покрытие

Цинк применяется для защиты стали не только потому, что физически закрывает ее от окружающей среды. Он также обладает более отрицательным электрохимическим потенциалом по отношению к железу и способен выполнять роль жертвенного материала.

Если оцинкованная сталь получает небольшое повреждение и одновременно присутствует электролит, цинк около дефекта может окисляться преимущественно вместо железа. Именно этим объясняется способность оцинкованного покрытия защищать небольшие открытые участки стальной основы.

Но запас цинка не бесконечен. В процессе защиты он постепенно расходуется. Чем больше площадь открытой стали, чем агрессивнее среда и чем дольше поверхность остается влажной, тем сложнее обеспечить эффективную защиту поврежденной зоны.

Поэтому наличие оцинковки не означает, что глубокие повреждения покрытия можно игнорировать. Небольшая царапина и крупный скол создают совершенно разное соотношение защищаемой площади и доступного цинка.

Почему повреждение покрытия создает локальный очаг

На окрашенном металлическом листе стальная основа отделена от окружающей среды несколькими защитными слоями. Пока они остаются непрерывными, непосредственный контакт стали с влагой существенно ограничен.

Глубокая царапина или скол меняют эту ситуацию локально. Если повреждение достигает металла, именно небольшой открытый участок становится местом, где могут активно протекать электрохимические реакции. При неблагоприятных условиях процесс способен распространяться дальше, в том числе под соседнее покрытие.

Поэтому небольшая площадь видимого дефекта не всегда соответствует площади последующего повреждения. Если коррозия начинает развиваться под пленкой и ухудшает ее сцепление с основанием, зона разрушения может постепенно увеличиваться.

Этим электрохимическая коррозия связана с другими видами повреждений металлических изделий, включая кромочную и подпленочную коррозию.

Где риск выше на кровле и фасаде

Наиболее чувствительными являются не обязательно самые большие поверхности. Гораздо важнее локальные условия, создающиеся около конкретного узла.

Повышенного внимания требуют:

• обрезанные кромки, глубокие царапины, отверстия и места крепления, где нарушена непрерывность защитной системы;
• нахлесты, соединения разных металлов, участки скопления металлической стружки и зоны, где вода задерживается или поверхность медленно высыхает.

Например, стальная стружка после сверления может остаться на окрашенной поверхности. После намокания мелкие частицы начинают корродировать и оставляют рыжие следы. Это еще не обязательно означает разрушение самого листа, но стружку необходимо удалять после монтажных работ.

В нахлестах ситуация другая. Здесь влага может проникать в узкий зазор и сохраняться дольше, чем на открытой поверхности, поэтому конструкция соединения непосредственно влияет на условия коррозии.

Электрохимическая и химическая коррозия

Главное различие заключается в механизме процесса. При электрохимической коррозии существуют анодные и катодные реакции, происходит перенос электронов через металл и ионов через электролит.

Химическая коррозия представляет собой непосредственное взаимодействие металла с окружающей средой без формирования такой электрохимической системы. Она может происходить, например, при воздействии определенных газовых сред и повышенных температур.

Для наружных строительных конструкций электрохимический механизм особенно важен именно из-за регулярного присутствия воды. Дождь, снег, конденсат и влажные загрязнения создают условия, необходимые для образования электролита.

Поэтому при анализе ржавчины на кровельном или фасадном изделии в первую очередь рассматривают состояние поверхности, наличие влаги, защитное покрытие и особенности конкретного узла.

Как снизить риск электрохимической коррозии

Полностью исключить контакт наружной металлической конструкции с влагой невозможно. Практическая задача заключается в сокращении времени увлажнения, защите металлической основы и предотвращении неблагоприятных сочетаний материалов.

Нужно сохранять целостность защитных покрытий, правильно выполнять резку и сверление, удалять металлическую стружку и не оставлять глубокие повреждения без внимания. Конструкция узлов должна обеспечивать отвод воды и возможность высыхания.

При соединении разных металлических элементов необходимо учитывать их электрохимическую совместимость. Особенно это важно для крепежа, дополнительных деталей и узлов, находящихся под воздействием атмосферной влаги.

Таким образом, электрохимическая коррозия определяется не одним свойством металла. Для ее развития необходима целая система условий: электрохимически различающиеся участки, электрическая связь и электролит. Именно поэтому одинаковая сталь способна десятилетиями работать в одном узле и значительно быстрее повреждаться в другом, если там регулярно присутствуют вода, соли, повреждения покрытия или неблагоприятный контакт различных металлов.