Степен на корозия на металите. Методи за оценка на корозионните процеси

Скоростта на корозия е многофакторен параметър, който зависи както от външните условия на средата, така и от вътрешните свойства на материала. В нормативната и техническата документация съществуват определени ограничения относно допустимите стойности на повредите на метала по време на експлоатацията на оборудването и строителните конструкции, за да се гарантира тяхната безаварийна работа. Не се предлага в дизайна на универсален метод Определяне на скоростта на корозия. Това се дължи на трудността да се вземат предвид всички фактори. Най-надеждният метод е да се проучи експлоатационната история на съоръжението.

Критерии

Понастоящем в инженерното проектиране се използват няколко показателя за скоростта на корозия:

• Чрез пряк метод на оценяване: намаляване на масата на метална част на единица повърхност - индикатор за тегло (измерва се в грамове на 1 m² дълбочината на корозията (или пропускливостта на процеса на корозия), mm/година; количеството на газообразната фаза, отделяна от продуктите на корозията; продължителността на времето, през което се появяват първите корозионни повреди; броят на корозионните центрове на единица повърхност, възникващи за определен период от време.
• За непряка оценка: електрохимичен корозионен ток; електрическо съпротивление; промяна във физичните и механичните свойства.

Първият показател по метода на пряката оценка е най-широко използваният.

Формули за изчисление

По принцип загубите на тегло, които определят скоростта на корозия на даден метал, се определят по следната формула:

V_kp=q/(St),

където q - редукция на масата на метала, g

S - площ на повърхността, от която е пренесен материалът, m²;

t - период от време, h.

За ламарината и произведените камбани се определя индексът на дълбочина (mm/година):

H=m/t,

m е дълбочината на проникване на корозията в метала.

Между първия и втория показател, описани по-горе, съществува следната връзка:

H=8,76V_kp/ρ,

където ρ - плътност на материала.

Основните фактори, влияещи върху скоростта на корозия

Скоростта на разрушаване на метала се влияе от следните групи фактори:

• вътрешни, свързани с физическата и химическата природа на материала (фазова структура, химически състав, грапавост на повърхността на детайла, остатъчни и работни напрежения в материала и други);
• външни (условия на околната среда, скорост на корозионната среда, температура, състав на атмосферата, наличие на инхибитори или стимулатори и т.н.);
• механични (развитие на корозионни пукнатини, разрушаване на метала при циклични натоварвания, кавитация и фретинг корозия);
• конструктивни характеристики (избор на клас метал, разстояния между компонентите, изисквания за грапавост).

Физикохимични свойства

Най-важните от вътрешните фактори на корозията са следните:

• Термодинамична стабилност. Във водни разтвори той може да се определи с помощта на референтните таблици на Пурбей, в които рН на средата е нанесено по абсцисата, а окислително-редукционният потенциал - по ординатата. Изместването на потенциала в положителна посока означава, че материалът е по-устойчив. Приблизително определен като нормалния равновесен потенциал на метала. В действителност материалите корозират с различна скорост.
• Позиция на атома в периодичната система на химичните елементи. Най-податливи на корозия са алкалните и алкалоземните метали. Скоростта на корозия намалява с увеличаване на атомния номер.
• Кристална структура. Той има нееднозначно въздействие върху фрактурата. Грубозърнестата структура сама по себе си не води до увеличаване на корозията, но е благоприятна за развитието на междукристално селективно разрушаване на границите на зърната. Металите и сплавите с хомогенно разпределение на фазите корозират равномерно, а тези с хетерогенно разпределение - чрез фокален механизъм. Относителното разположение на фазите действа като анод и катод в агресивната среда.
• Енергийна нееднородност на атомите в кристалната решетка. Атомите с най-висока енергия се намират в ъглите на микропространствата и са активни центрове на разтваряне при химическата корозия. Ето защо внимателната обработка (шлайфане, полиране, притриване) на металните компоненти повишава тяхната устойчивост на корозия. Този ефект се дължи и на образуването на по-дебели и по-продължителни оксидни филми върху гладки повърхности.

Влияние на киселинността на средата

По време на химическата корозия концентрацията на водородни йони влияе върху следните моменти:

• Разтворимост на продуктите на корозията;
• Образуване на защитни оксидни филми;
• степен на разрушаване на метала.

В диапазона на рН 4-10 (киселинен разтвор) корозията на желязото зависи от интензивността на проникване на кислорода до повърхността на обекта. В алкални разтвори скоростта на корозия първо намалява поради пасивация на повърхността, а след това, при рН>13 се увеличава в резултат на разтварянето на защитния оксиден филм.

За всеки вид метал съществува зависимост на скоростта на корозия от киселинността на разтвора. Благородните метали (Pt, Ag, Au) са устойчиви на корозия в киселинна среда. Zn, Al корозират бързо както в киселини, така и в основи. Ni и Cd са алкалоустойчиви, но лесно корозират в киселини.

Състав и концентрация на неутрални разтвори

Скоростта на корозията в неутрални разтвори зависи до голяма степен от свойствата и концентрацията на солта:

• При хидролизата на солите в корозионна среда се образуват йони, които действат като активатори или забавители (инхибитори) на разграждането на метала.
• Съединенията, които повишават рН, също увеличават скоростта на разграждане (напр. калцинирана сода), а съединенията, които намаляват киселинността, също я намаляват (амониев хлорид).
• Ако в разтвора присъстват хлориди и сулфати, разрушаването се засилва до достигане на определена концентрация на солите (което се обяснява със засилването на анодния процес под въздействието на хлорните и серните йони), а след това постепенно намалява поради намаляване на разтворимостта на кислорода.

Някои видове соли могат да образуват трудно разтворим филм (напр. фосфорно желязо). Помага за защита на метала от по-нататъшно разграждане. Това свойство се използва при прилагането на инхибитори на ръждата.

Инхибитори на корозията

Корозионните инхибитори (или инхибитори) се различават по механизъм на действие върху окислително-редукционния процес:

• Аноден. Те образуват пасивен филм. Тази група включва съединения на основата на хромати и бихромати, нитрати и нитрити. Последният тип инхибитор се използва за защита на частите при взаимодействие. Когато се използват инхибитори на анодната корозия, първо трябва да се определи минималната защитна концентрация, тъй като добавянето на малки количества може да доведе до повишена скорост на разрушаване.
• Катоден. Механизмът им на действие се основава на намаляване на концентрацията на кислород и следователно забавяне на катодния процес.
• Екраниране. Тези инхибитори изолират металната повърхност, като образуват неразтворими съединения, които се отлагат като защитен слой.

Последната група включва инхибитори на ръждата, които се използват и за почистване на оксиди. Обикновено те съдържат ортофосфорна киселина. Той предизвиква фосфатизация на металите - образуване на здрав защитен слой от неразтворими фосфати. Неутрализиращите агенти се нанасят чрез пръскане или търкаляне. След 25-30 минути повърхността придобива бяло-сив цвят. След като сместа изсъхне, се нанася боя.

Механично въздействие

Засилената корозия в агресивна среда се улеснява от механични действия, като например

• Вътрешни (по време на формоване или термична обработка) и външни (под въздействието на външни натоварвания) напрежения. Това води до електрохимична хетерогенност, намаляване на термодинамичната стабилност на материала и корозионно напукване. Корозията протича особено бързо при натоварване на опън (напукване в перпендикулярни равнини) в присъствието на окислителни аниони, например NaCl. Типичен пример за изделия, подложени на този вид корозия, са частите на парните котли.
• Динамични и осцилаторни удари, вибрации (корозионна умора). Силата на умората е силно намалена, като се образуват множество микропукнатини, които след това се сливат в една голяма пукнатина. Броят на циклите до разрушаване силно зависи от химичния и фазовия състав на металите и сплавите. Валовете на помпите, пружините, лопатките на турбините и други елементи от оборудването са податливи на такава корозия.
• Триене на компонента. Бързата корозия се причинява от механичното износване на защитните филми по повърхността на детайла и от химическото взаимодействие с околната среда. Скоростта на счупване е по-бавна в течността, отколкото във въздуха.
• Кавитационно въздействие. Кавитацията възниква, когато потокът на течността се нарушава от образуването на вакуумни мехурчета, които се свиват и създават пулсиращо действие. Резултатът е локално и дълбоко увреждане. Този вид корозия често се наблюдава в химическата апаратура.

Структурни фактори

При проектирането на компоненти, подложени на корозионни условия, трябва да се гарантира, че скоростта на корозия се увеличава в следните случаи

• при контакт на разнородни метали (колкото по-голяма е разликата в електродния потенциал между тях, толкова по-голяма е силата на тока при електрохимичния процес на разрушаване);
• При наличие на механични концентратори на напрежение (канали, прорези, отвори и други);
• в случай на ниска чистота на повърхността, тъй като се образуват локални галванични двойки с късо съединение;
• Когато има значителни температурни разлики между отделните части на апарата (образуване на термохалванични елементи);
• При наличие на застойни зони (прорези, пролуки);
• в образуването на остатъчни напрежения, особено в заварените съединения (за отстраняването им е необходимо да се осигури топлинна обработка - отгряване).

Методи за оценка

Има няколко начина за оценка на скоростта на разрушаване на метали в агресивни среди:

• Лаборатория - изпитване на проби при изкуствено симулирани условия, близки до реалните. Тяхното предимство е, че позволяват по-кратък период на разглеждане.
• полеви - извършват се в естествена среда. Отнема много време. Предимството на този метод е, че предоставя информация за свойствата на метала при бъдещи условия на експлоатация.
• In situ - изпитване на готови метални предмети в естествена среда.