Вплив внутрішніх і зовнішніх факторів на швидкість корозії

Внутрішні фактори – стан поверхні, хімічний склад і структура металу і т.д. Тонка обробка поверхні (шліфування, полірування) підвищує корозійну стійкість металів, що сприяє утворенню більш однорід-ної суцільної плівки оксиду на поверхні металу. При грубій обробці істинна поверхня контакту з агре-сивним середовищем зростає, що посилює корозію.

Зовнішні фактори, що впливають на швидкість корозії металів, визначаються природою і власти-востями корозійного середовища і його параметрами (температура, тиск, швидкість рузу розчину елктроліту і т.д.).

Вплив рН середовища: Концентрація іонів водню в розчині електроліту визначає швидкість електро-хімічної корозії металів. До металів, малостійких в кислих середовищах, відносяться залізо, магній, мідь, марганець. При невеликих рН швидкість їх руйнування велика: легко виділяється водень, продук-ти корозії розчинені. При рН 4,0 – 8,5 швидкість корозії цих металів не залежить від рН, бо в цих умовах не змінюється розчиненість кисню головного катодного деполяризатора. В лужних середовищах (рН > 10), якщо розглядати залежність k = f (pH) для заліза, утворюються нерозчинені гідроксиди і швидкість корозії різко падає. При дуже високих концентраціях гідроксид-іонів (рН > 14) утворюються розчинені ферити і гіпоферити заліза, швидкість корозії при цьому підвищується.

Цинк, алюміній, олово, свинець стійкі в нейтральних середовищах, але руйнуються в лужних і кис-лих. Останнє пояснюється їх амфотерністю, тобто розчиненістю їх оксидів в кислотах і лугах. До мета-лів, стійких в кислих, але нестійких в лужних середовищах, відносяться молибден, тантал, вольфрам. Малостійкі в кислих, але стійкі в лужних середовищах – нікель, кадмій. Для кожного металу існує певне значення рН розчину електроліту, при якому швидкість корозії мінімальна: для алюмінію – 7,0, свинець – 8,0, олово – 9,0, цинк – 10,0, залізо – 14,0.

Вплив температури на швидкість корозії: Такий вплив обумовлено тим, що при зміні температури змінюються швидкість дифузії, розчиненість продуктів корозії, величина перенапруження на електро-дах. При підвищенні температури середовища швидкість електрохімічної корозії, як правило, зростає. Залежність швидкості корозії k від температури Т К виражається рівнянням:

k = A e ^–(Q/RT),

де А – константа, е – основа натуральних логарифмів, Q – величина енергії активації, R – молярна газова постійна.

Вплив тиску на швидкість корозії: Основна причина такого впливу – зміна розчиненості газу, що бере участь в цьому процесі. Тому при підвищенні тиску зростає швидкість корозійних процесів, що йдуть з кисневою деполяризацією, і тиск не впливає на процеси з водневою деполяризацією. Зростання тиску і температури підвищує швидкість корозії (карбонільна корозія вуглецевих сталей).

Вплив швидкості руху електроліту на швидкість корозії: більш значний цей вплив коли корозія про-тікає з кисневою деполяризацією, ніж – з водневою. Якщо при русі електроліту на окремих ділянках поверхні металу чергуються низький і високий тиск, то має місце посилене руйнування не тільки захис-них плівок, але і металевої поверхні. Це явище – кавітаційна ерозія (характерна для втулок циліндрів дизелей зі сторони, що охолоджується водою, гребних гвинтів, лопаток гідравлічних турбін). Руйнуван-ня, визвані кавітаційною ерозією, проявляються у вигляді тріщин, заглиблень, раковин. Агресивність середовища сприяє руйнуванню металу кавітаційною ерозією.

Вплив складу нейтральних розчинів: з підвищенням концентрації розчину швидкість корозії спочатку зростає, потім падає. Це пояснюється підвищенням електропровідності розчину і відповідною активіза-цією анодного процесу. При зростанні концентрації солі в розчині вище 3% NaCl подальше зниження розчиненості кисню стає домінуючим фактором і швидкість корозії падає. Розчини солей інших лужних металів (наприклад, KCl, LiCl, Na₂SO₄, KI, NaBr) впливають на швидкість корозії аналогічним чином. Розчини солей лужно-земельних металів дещо менше корозійно-активні, ніж солі лужних металів.

На процес корозії більшості металів в розчинах солей суттєво впливає природа аніону солі. Розчини солей галогено-водневих кислот не сприяють утворенню захисної нерозчиненої плівки на поверхні металів. Найбільш агресивними є розчини, що вміщують фторид-іони, і замикають групу розчини з іодид-іонами. Розчини солей, які мають окислювальні властивості, підвищують швидкість електрохіміч-ної корозії мееталів, якщо ці розчини є катодними деполяризаторами (корозія заліза в розчинах гіпо-хлоритів). Але, якщо ці розчини виявляють пасивуючий вплив на метал, швидкість корозії при досяг-ненні певної концентрації розчину різко знижується (корозія заліза в розчинах нітратів).

Атмосферна корозія – руйнування металів і сплавів в атмосфері і в середовищі вологих газів в результаті електрохімічних і хімічних процесів. При А.к. гетерогенний електрохімічний процес часто супроводжується кисневою деполяризацією, але в умовах промислової атмосфери, яка містить різні агресивні гази, корозійний процес може відбуватись і завдяки водневій деполяризації. Вологість, тем-пература і ступінь забрудненості атмосфери сильно впливають на якість і склад виникаючих плівок вологи, причому в таких шарах можливе виникнення концентраційної поляризації. В залежності від вологості атмосфери розрізняють мокру, вологу і суху атмосферну корозію.

Корозія металів в грунті: Наявність в грунті вологи визначає електрохімічний характер підземної корозії. Агресивні властивості любого грунту залежать від пористості, вологості, аерації, рН грунту, електропровідності, наявності розчинених солей. Помітний вплив на розвиток процесу підземної корозії спричиняють мікроорганізми і продукти їх життєдіяльності. Цей вид корозії – біокорозія. Біокорозія може відбуватись в аеробних і в анаеробних умовах. Наприклад, під дією сіркобактерій – в аеробних умовах. В процесі своєї життєдіяльності вони окиснюють сірководень спочатку в сірку, потім в сірчану кислоту по схемі:

2 H₂S + O₂ = 2 H₂O + S₂

S + 2 H₂O + 3 O₂ = 2 H₂SO₄

В анаеробних грунтових умовах мікроорганізми можуть напрацьовувати сірководень, вуглекислоту, вуглеводні і інші хімічні сполуки, тим самим впливаючи на перебіг і швидкість процесу підземної корозії.

Корозія металів і сплавів в морській воді: Агресивність морської води обумовлена вмістом кисню і на-явністю в ній хлоридів металів, які перешкоджають утворенню ефективних захисних плівок.

Корозія металів і сплавів під дією блукаючих струмів (тих, що відхиляються від свого шляху): джерелом виникнення б.с. в грунті є рельсові колії трамвайних і електричних залізних доріг, електро-зварювальні апарати, установки катодного захисту, електролізери, установки гальванопокриття. Такий вид корозії особливо небезпечний, коли струм постійний. При проходженні блукаючого струму по ділянці трубопроводу можна виділити три зони:

1. Катодну зону – ділянка входу струму в трубопровід. Зона в корозійному відношенні безпечна.

2. Нейтральну зону – ділянка протікання блукаючого струму по трубопроводу. Зона також безпечна в корозійному відношенні.

3.Анодну зону – ділянка виходу таких струмів із трубопроводу в грунт. Це ділянка інтенсивної корозії, яка виявляється у вигляді глибокої виразки і скрізних руйнувань; на цій ділянці чавунні трубопроводи піддаються графітизації.

Для конструкцій із амфотерних металів (алюміній, цинк, свинець, олово), які кородують в кислих, лужних середовищах, небезпечні катодні зони, тому що при накопиченні лугу на катодній ділянці в результаті електролізу амфотерні метали руйнуються. Величина сили блукаючих струмів поблизу колій електричних залізних доріг досягає значень 200-300 А. Для підземних трубопроводів характерні блука-ючі струми силою в 10-20 А. Про руйнівну здатність таких струмів можна судити по таким даним: струм силою в 1 А за рік руйнує 9 кг заліза, 11 кг цинку і міді, 34 кг свинцю, 3 кг алюмінію. Радіус зони дії блукаючих струмів досягає десятків км, підвищуючи небезпечність такого виду корозії. Основні види захисту металевих конструкцій від дії блукаючих струмів: ізоляція металевих конструкцій, що знахо-дяться в грунті, спеціальний дренажний захист і ін..

Серед видів корозії, що розрізняються за характером додаткових дій, можна виділити:

1. Корозію під дією напруження – корозію металу, яка розвивається в зоні дії механічних напружень;

2. Корозію при терті (корозійна ерозія) – руйнування металу при одночасній дії корозійного середо-вища і сил тертя;

3. Кавітаційну корозію – руйнування металу при одночасній корозійній і ударній дії агресивного середо-вища (корозія лопаток гребних гвинтів).

Типи корозійних руйнувань. При рівномірному розподіленні корозійних руйнувань по всій поверхні металу корозію називають рівномірною; якщо ж значна частина поверхні металу вільна від корозії і остання зосереджена на окремих ділянках, її називають місцевою. Нижче описані коротко типи місцевої корозії.

Виразкова, точкова або пітінгова корозія. Головною причиною подібного корозійного руйнування є робота корозійних пар, у яких катоди – ділянки поверхні, що знаходяться у пасивному стані, а аноди – ділянки поверхні в активному стані. Цей вид корозії особливо небезпечний для конструкцій, де важливе збереження герметичності або непроникненості, наприклад різного роду ємностей, апаратів, трубопро-водів і т.д.. Розвиткові точкової і виразкової корозії сприяє, наприклад, одночасна присутність в розчині пасиваторів (кисень, окиснювач) і сильних активаторів (іони хлору, брому або йоду).

Щілинна корозія. Причиною розвинення такої корозії є переважно анодна робота частково екрано-ваної поверхні металу по відношенню до відкритоі поверхні металу, що відіграє роль катоду. Корозійно-му руйнуванню в основному піддається ділянка конструкції, що знаходиться в зазорі (щілині), або ді-лянка, якимось чином частково екранована від зовнішнього середовища.

Контактна корозія – різновид електрохімічної місцевої корозії, коли переважно руйнується ділян-ка конструкції, виготовлена із матеріалу, що має більш негативний стаціонарний електрохімічний по-тенціал.

Міжкристалітна корозія. В цьому випадку корозійне руйнування локалізується по межах зернин структури сплаву.

Корозійне розтріскування – виникає при одночасній дії на метал агресивного середовища і меха-нічної напруги; в металі з”являються тріщини транскристалітного характеру, які часто приводять до повного руйнування виробів. Ці два види корозії найбільш небезпечні для конструкцій, що несуть меха-нічні навантаження (мости, троси, ресори,осі, автоклави, парові котли...).

Методи захисту від корозії.

Широко застосовуються наступні методи захисту металевих конструкцій від корозії:

1) захисні покриття

2) обробка середовища з метою зниження корозійної активності (особливо при постійних об”ємах корозійних середовищ). Приклади такої обробки – нейтралізація або обезкиснення середовища, а також застосування різного роду інгібіторів корозії

3) захист металів електрохімічний

4) розробка і виробництво нових металічних конструкційних матеріалів підвищеної корозійної стійкості шляхом видалення із металу або сплаву домішок, які прискорюють корозійний процес (видалення заліза з магнієвих або алюмінієвих сплавів, сірки із залізних сплавів і т.д.), або введення до сплаву нових компонентів, що сильно підвищують корозійну стійкість (напр., хрому – більше 12% - в залізо, марганцю в магнієві сплави, нікелю у залізні сплави, міді у нікелеві сплави і т.д.). Для жаростійких сплавів на основі заліза лсновними легуючими компонентами є хром, кремній, алюміній, які сильно гальмують дифузійні процеси в захисних оксидних шарах

5) перехід в ряді конструкцій від металевих до хімічно стійких матеріалів (пластичні високополімерні матеріали, скло, кераміка...)

6) рацiональне конструювання і експлуатація металічних споруд і деталей (виключення несприятливих металічних контактів або їх ізоляція, щілин та зазорів в конструкції, зон застою вологи, ударної дії струміня і різких змін швидкості потоку в конструкції і др.).

Класифікацію захисних міроприємств можна також здійснити, виходячи із механізму їх захисної дії (теорії електрохімічної корозії). Тоді всі захисні дії розподіляються на такі:

- що зменшують ступінь термодинамічної нестабільності системи (легирування металу більш благородним компонентом, ізоляція його від корозійного середовища)

- що підвищують катодний контроль корозійної системи (зменшення катодних компонентів в сплаві, введення катодних інгібіторів в розчин, зниження концентрації катодних деполяриза-торів в розчині, застосування катодного електрохімічного захисту і др.)

- що підвищують анодний контроль (легування сплаву пассивуючими компонентами, введення у сплав ефективних катодів, додавання анодних інгібіторів у розчин, анодний електрохімічний захист і ін.)

- що підвищують омічний опір системи (підвищення омічного опору корозійного середовища, шарів продуктів корозії або захисних покриттів).

Дата добавления: 2014-01-04