Локальные виды коррозии

Несмотря на многообразие форм проявления коррозионных про­цессов на металлических материалах, существует классификация, позволяющая более или менее четко относить каждое из наблюдае­мых на практике коррозионных поражений к определенному классу. В один класс выделены так называемые локальные коррозионные процессы, общей чертой которых является то, что все они протека­ют на сравнительно небольших по площади участках поверхности металла и развиваются с крайне высокой скоростью. В результате происходит быстрая потеря металлическими конструкциями эксплу­атационных свойств из-за разрушения их сравнительно небольших участков. Повышенная опасность локальных коррозионных процес­сов связана с тем, что из-за малых размеров пораженных ими пло­щадей поверхности и высоких скоростей растворения металла в них существование самого очага зачастую обнаруживается только в момент выхода оборудования из строя. Постоянное ужесточение условий эксплуатации металлического оборудования и вовлечение в промышленную сферу все новых металлических конструкционных материалов приводит к тому, что с течением времени доля локальных коррозионных поражений неуклонно возрастает.

К основным видам локальной коррозии относится питтинговая, язвенная, щелевая, межкристаллитная, селективное вытравливание и контактная коррозия.

Питтинговая коррозия(ПК) является одним из наиболее опас­ных видов локальной коррозии. Ей подвержены многие пассивиру­ющиеся металлы и сплавы.

К питтинговой коррозии склонно подавляющее большинство ме­таллов (Fе, Ni, Со, Мп, Сг ,Т1, А1, Мs, Zг, , Та, Си, Zп и др.) и конструкционных материалов на их основе. Питтинговая коррозия возникает в морской воде, растворах солей, в охлаждающих системах холодильных машин, в системах оборотного водоснабжения химиче­ских предприятий. Термин «питтинг» применяют для описания как точечной коррозии, так и специфических коррозионных поражений . Название питтинг обычно используют применительно к глубоким точечным поражениям.

В зависимости от условий формирования и развития (темпера­тура, кислотность

Часто крупные (полусферические) питтинги возникают в резуль­тате слияния множества более мелких кристаллографических

Для протекания питтинговой коррозии необходимо выполнение ряда условий:

• питтинг образуется на поверхности металлов, находящихся в пассивном состоянии

• развитию питтинга способствуют дефекты пассивирующей пленки (структурные неоднородности, посторонние включе­ния, поры). Особенно уязвимы для питтинга ребра, риски, границы лакокрасочных покрытий;

• в растворе должны одновременно присутствовать активаторы питтинговой коррозии и пассиваторы металла.

Стимуляторами питтинговой коррозии металлов в водных сре­дах являются ионы С1^-, Вг^-, I^- Анионы-активаторы в тех или иных количествах присутствуют в подавляющем большин­стве природных и технологических сред, в которых эксплуатируется металлическое оборудование и конструкции.

Относительная эффективность действия анионов-активаторов располагается в ряду С1~ > Вг~ > .

Язвенная коррозияпо характеру своего развития очень напомина­ет ПК, однако локализация коррозионного процесса при этом менее острая, и диаметр очагов язвенной коррозии гораздо больше, чем при ПК. Диаметр язв, как правило, существенно больше их глубины. Язвенная коррозия протекает как на пассивных, так и на активно растворяющихся металлах. Повышенной склонностью к язвенной коррозии обладают углеродистые и низколегированные стали.

Язвенная коррозия, как правило, протекает на поверхности актив­но растворяющихся металлов (в некоторых случаях коррозионные язвы могут образовываться и при слиянии питтингов, растущих на пассивном металле) и по характеру своего развития напоминает питтинговую коррозию, вследствие чего четкая квалификация локально­го коррозионного процесса часто бывает затруднена. Склонностью к язвенной коррозии обладают углеродистые и низколегированные стали, эксплуатирующиеся в водных хлоридсодержаших средах, на­пример, водоводы, водопроводы, теплоэнергетическое оборудова­ние.

Щелевая коррозияпроявляется в условиях, когда из-за близости расположения двух поверхностей (то есть в местах застоя раство­ра) возникают узкие зазоры или щели. При этом не имеет большого значения, что явилось причиной образования щели — особенно­сти металлической конструкции или свойства структуры металла. Щелевой коррозии подвержены многие металлы и металлические изделия.

Межкристаллитная коррозия(МКК) возникает в поликристал­лических материалах, преимущественно сплавах железа, алюминия и меди, протекает на границах зерен и является следствием различия химического состава тела зерна и его зернограничных областей.

Межкристаллитной коррозии (МКК) под­вержены легко пассивирующиеся металличе­ские материалы, например, нержавеющие ста­ли, сплавы на основе никеля, алюминий и его сплавы. Причиной МКК является ускоренное растворение металла границ зерен (рис. 5.3). Практически важен случай, когда скорость рас­творения приграничных областей на несколько

порядков величины превышает скорость растворения основного ме­талла. При этом происходит нарушение связи между отдельными зернами металла и их последующее выкрашивание, вследствие ко­торого металлические конструкции теряют свои эксплуатационные свойства.

Селективное вытравливаниехарактерно для конструкционных материалов, состоящих из двух или более фаз, сильно отличающих­ся по своим свойствам, вследствие чего одна из них подвергается преимущественному растворению, тогда как другие растворяются с гораздо более низкими скоростями. Это приводит к образованию в металле полостей различной глубины и конфигурации, вследствие чего металл теряет свою сплошность, а, следовательно, и эксплуа­тационные качества. Характерен этот вид растворения для нержаве­ющих сталей, когда селективному растворению подвергаются выде­ляющиеся по границам их зерен карбиды.

Контактная коррозия развивается при возникновении контакта между двумя или более разнородными металлами.

Контактная коррозияразвивается в растворах электролитов при контакте металлов, обладающих различными электрохимическими свойствами, например, системы углеродистая сталь/нержавеющая сталь, углеродистая сталь/алюминий (или его сплавы) и др. Контакт­ная коррозия может возникать также в случаях, если различие элек­трохимических свойств обусловлено применением пайки или сварки при изготовлении конструкции из одного и того же металла; или при контакте деталей, изготовленных из металла одной и той же марки, но существенно различающегося по своим свойствам в ее пределах. Механические напряжения, приводящие к изменению электрохими­ческих характеристик металла, также могут вызвать возникновение контактной коррозии при соединении деталей из одного и того же металла, но по-разному механически обработанных. Таким образом, плохо продуманные с точки зрения конструкционного оформления сложные металлические объекты могут досрочно выходить из строя вследствие контактной коррозии.

При контактной коррозии на поверхности обеих составляющих системы реализуется компромиссный потенциал, определяемый пересечением суммарных анодной и катодной поляризационных кри­вых. Скорости растворения обеих составляющих системы при этом потенциале будут отличаться от индивидуальных скоростей раство­рения каждой из составляющих в том же растворе.

Если бы раствор электролита обладал бесконечной электропро­водностью, эквипотенциальность поверхности распространялась бы на сколь угодно большое расстояние. В реальных случаях, когда экс­плуатационная среда обладает конечной электропроводностью, эк­випотенциальность будет соблюдаться лишь на части поверхности биметаллической системы, непосредственно прилегающей к месту контакта. По мере удаления от места контакта потенциал каждой из составляющих системы будет все сильнее отклоняться от компро­миссного потенциала, приближаясь к собственному значению. Зона эквипотенциальности тем протяженнее, чем выше электропровод­ность среды. Такое поведение обусловлено наличием в слабоэлек­тропроводной среде омических потерь — 1К погрешности.

Отличительной чертойпроцессов локальной коррозии является поражение ими малых участков поверхности металлических кон­струкций, скорость растворения металла в которых существенно превышает скорость растворения основной доли поверхности. Ско­рость проникновения очагов локальной коррозии в глубь металла может достигать десятков см/год. Большинство процессов локаль­ной коррозии (за исключением селективного растворения и контакт­ной коррозии) носит вероятностный характер. Указанные черты хотя и являются общими, но не раскрывают особенностей механизма ло­кальных коррозионных процессов. Более важны сходства, наблюда­емые при рассмотрении механизма процессов локальной коррозии металлов.

Как правило, все локальные коррозионные процессы протека­ют через несколько последовательно сменяющих друг друга ста­дий, каждой из которых соответствует свой лимитирующий процесс. Основными являются:

• стадия зарождения, соответствующая нарушению равномерно­го протекания коррозии и переходу процесса к стационарному развитию очагов локальной коррозии; стадия имеет достаточ­но высокую продолжительность и называется индукционным периодом т_инд;

• стадия устойчивого функционирования очага локальной корро­зии, в течение которой происходит катастрофически быстрое разрушение локально активированных участков металла;

• завершающая стадия развития — залечивание (репассивация) очагов локальной коррозии.

В процессе развития локальных коррозионных процессов часто происходит переход одного вида в другой. Так, например, началь­ной стадией развития язвенной, межкристаллитной и щелевой кор­розии, а также ряда коррозионно-механических повреждений при коррозионно-усталостных процессах или при статической коррозии под напряжением, часто является питтинговая коррозия. Вид корро­зии, подобный питтинговой, развивается а местах несплошности и отслоения покрытий различного типа.

2.14. 2.КОРРОЗИОННО-МЕХАНИЧЕСКИЕ РАЗРУШЕНИЯ МЕТАЛЛОВ.

Металлические конструкции, работающие в условиях одновре­менного воздействия агрессивных сред и механических напряжений, подвергаются более сильному разрушению.

В химической промышленности можно найти многочисленные примеры совместного влияния этих двух факторов.

Процессы синтеза аммиака, мочевины, метилового спирта протекают в агрессивных средах, в условиях повышенных темпе­ратур при движении газового потока под давлением 35-40 МПа.