Способы выражения скорости коррозии. Способы защиты металлов от коррозии

Лекция 2.

Скорость коррозии может быть выражена в различных единицах.

-по потере металла, отнесенной к единице поверхности и к единице времени, например, г (см². ч) или г (м². год);

-по глубинному показателю, т.е. по уменьшению толщины металла вследствие коррозии, выраженному в линейных единицах и отнесенному к единице времени, например, ммгод;

-по коррозии, связанной с разрушением кристаллической решетки металла, при этом учитывается механически показатель, т.е. относительное изменение прочности металла за определенный период, например, уменьшение временного сопротивления на разрыв, кг (см². год).

Коррозионная стойкость металлов в настоящее время оценивается по десятибалльной шкале с учетом глубинного показателя.

Кроме массовых способов измерения потерь металла нередко используют объемные способы. Это возможно в тех случаях, когда окисление металла сопровождается расходом или выделением газа.

Так, при атмосферной коррозии расходуется кислород, а при кислотной – выделяется водород.

Объем израсходованного кислорода или выделившегося водорода пропорционален массе окислившегося металла.

Измерения объема менее точно, чем взвешивание, но при массовом методе необходимо прервать испытание, удалить продукты коррозии и лишь тогда определять уменьшение массы образца.

За изменением объема газа в некоторой замкнутой системе можно следить не прерывая испытания, что дает более содержательную информацию о кинетике процесса коррозии.

Массовые потери металла (в г) в первом случае определяются по формуле:

;

во втором:

;

где V, V_мол - объем израсходованного кислорода (объем выделившегося водорода) и их молярные объемы в условиях опыта;

А – атомная масса металла;

z- валентность металла в продуктах коррозии.

Массовый показатель скорости коррозии при этом определяется по формуле:

;

где поверхность корродированного участка;

t- время.

Массовый показатель скорости коррозии можно определить также через плотность тока, используя, законы Фарадея:

;

где К- коэффициент, учитывающий в каких единицах выражена плотность тока (если j выражена в Асм², то К=1)

j- плотность тока;

F- константа (число Фарадея).

Применение этих методов оценки массового показателя скорости иногда затруднительно из-за того, что неизвестна валентность (). Например, при коррозии железа в воде или на воздухе в ржавчине могут содержаться одновременно ионы двух и трехвалентного железа в разных соотношениях.

Однако эти методы нашли широкое применение в практике научно- исследовательских работ.

В связис тем, что коррозия - естественный процесс, обусловленный термодинамической нестойкостью металлов в эксплуатационных условиях, срок службы металлических изделий часто бывает относительно коротким. Продлитьего можно в основном четырьмя способами, которые широко используются в практике:

- изоляция поверхности металлических изделий от агрессивной среды;

- воздействие на металл с целью повышения его коррозионной устойчивости;

- воздействие на окружающую среду с целью снижения ее агрессивности;

- поддержание такого энергетического состояния металла, при котором окисление его термодинамически невозможно или сильно заторможено.

Первый способ носит название пассивной защиты. К нему относятся следующие методы:

1. Нанесение на поверхность металла слоя химически инертного относительно металла и агрессивной среды вещества с высокими диэлектрическими свойствами. Этот метод является наиболее распространенным. Он предполагает использование различного рода мастик, красок, лаков, эмалей и пластмасс, жидких в момент нанесения, а затем образующих твердую пленку, которая обладает прочным сцеплением (адгезией) с поверхностью металла. К этому методу следует отнести также и спе­циальные методы укладки, часто используемые для защиты подземных сооружений на территории городов и заводов (например, коллекторная прокладка, при которой подземные трубопроводы располагают в специальных каналах, изолирующим слоем в данном случае является воздушный зазор между стенкой трубопровода и каналом).

2. Обработка изделий специальными окислителями, в результате которой на поверхности металла образуется слой малорастворимых продуктов коррозии. Примером может служить образование нерастворимых фосфатов на поверхности стальных изделий (фосфатирование) или окиси алюминия на изделиях из алюминиевых сплавов.

3. Нанесение на изделия из малостойкого металла тонкого слоя другого металла, обладающего меньшей скоростью коррозии в данной среде (например, оцинкование, хромирование или никелирование стальных изделий).

4. Обработка металлических изделий растворами окислителей (пассиваторов) для перевода поверхностного слоя металла из активного состояния в пассивное, при котором резко уменьшается переход ионов металла в раствор и тем самым снижается интенсивность коррозионного процесса.

Второй способ защиты - введение в металл компонентов, повышающих его коррозионную стойкость в данных условиях, или удаление вредных примесей, ускоряющих коррозию. Он применяется на стадии изготовления металла, а также при термической и механической обработке металлических деталей. Общую теорию коррозионного легирования предложил Н. Д. Томашов. Во многих случаях легирование металла, мало склонного к пассивации, металлом, легко пассивируемым в данной среде, приводит к образованию сплава, обладающего той же (или почти той же) пассивируемостью, что и легирующий металл. Таким путем получены многочисленные коррозионностойкие сплавы, например нержавеющие стали, легированные хромом и никелем.

Третий способ защиты предусматривает дезактивационную обработку агрессивной среды путем введения ингибиторов (замедлителей) коррозии. Действие ингибиторов сводится в основном к адсорбции на поверхности металла молекул или ионов ингибитора, тормозящих коррозию. К этому способу можно отнести и удаление агрессивных компонентов из состава коррозионной среды (деаэрации водных растворов, очистка воздуха от примесей и осушка его).

Обработкой коррозионной среды различными ядохимикатами достигается значительное снижение интенсивности деятельности микроорганизмов, что уменьшает опасность биокоррозии металлов.

При борьбе с подземной коррозией осуществляется обработка агрессивного грунта с целью его гидрофобизации (несмачиваемости водой), нейтрализации и ча­стичной замены на менее агрессивный грунт или специальную засыпку. Последнее мероприятие может быть квалифицировано также как изоляция металла от пря­мого воздействия среды.

Четвертый способ носит название активной защиты. К нему относятся следующие методы:

1. Постоянная катодная поляризация изделия, эксплуатирующегося в среде с достаточно большой электропроводностью. Такая поляризация, осуществляемая от внешнего источника электрической энергии, носит название катодной защиты. В некоторых случаях катодная поляризация может осуществляться не постоянно, а пе­риодически, что дает ощутимый экономический эффект. При катодной защите изделию сообщается настолько отрицательный электрический потенциал, что окисление металла становится термодинамически невозможным.

2. Катодная поляризация, вызванная электрическим контактом изделия с металлом, обладающим более отрицательным электродным потенциалом, например стального изделия с магниевой отливкой. Более электроотрицательный металл в среде с достаточно высокой электропроводностью подвергается окислению, а следовательно, разрушается. Его следует периодически заменять. Такой металл называется протектором, а метод - протекторной защитой.

К этому методу можно отнести мероприятия по борьбе с блуждающими токами, которые ведутся по двум основным направлениям: предупреждение или уменьшение возможности возникновения блуждающих токов на самом источнике тока и проведение специальных работ на защищаемом подземном сооружении. Мероприятия первого направления - обязательная, но только начальная мера. Независимо от их результатов следует проводить работы по защите самих подземных сооружений, к которым относятся использование высокоизолирующих совершенных покрытий, устройство электрических экранов, установка изолирующих соединений (фланцев) на трубопроводах, укладка трубопроводов в подземных коллекторах и каналах, электродренажная защита, катодная поляризация и др.

3. Анодная поляризация, которая в некоторых случаях способствует поддержанию пассивного состояния металла в средах, не пассивирующих металл и являющихся весьма агрессивными.

К способам защиты от коррозии часто относят использование неметаллических материалов, обладающих высокой химической стойкостью (асбоцемента, бетона, керамики, стекла, пластмассы и т. д.).

Дата добавления: 2014-01-20