Коррозионные процессы

В зависимости от условий эксплуатации металлических изделий внешняя среда состоит из газообразных или жидких веществ. Поэтому коррозия на границе «металл – газ», «металл – жидкость», является гетерогенным процессом, протекающим с изменением поверхности. Продукты коррозии, как правило, образуют на поверхности металла твердую фазу в виде пленок. Следовательно, коррозия должна включать в себя стадию диффузии реагентов через эти пленки.

Таким образом, коррозия является сложным физико-химическим процессом, включающим в себя как химические реакции, так и диффузию. Скорость коррозии определяется как природой металла и химическим составом окружающей среды, так и свойствами ее продуктов и зависит от температуры. Обычно скорость коррозии оценивают по убыли металла с единицы площади (К) или по скорости проникновения, т. е. по одностороннему уменьшению толщины нетронутого металла (П).

Массовый показатель (K) скорости коррозии представляет собой изменение массы металла (Dm) за единицу времени (t), отнесенное к единице поверхности образца (S): . Чаще всего единицей измерения является г/(м²×сут).

Глубинный показатель (П) скорости коррозии характеризует среднюю глубину (h) разрушения металла за единицу времени (t): . Обычная единица измерения – мм/год.

Установлена 10-балльная шкала общей коррозионной стойкости металлов.

Необходимо отметить, что коррозионная стойкость металла в различных средах может значительно различаться.

Пример. Показатели коррозионной стойкости некоторых металлов в кислоте, щелочи и морской воде:

В особых случаях коррозия может оцениваться и по другим показателям (потеря механической прочности и пластичности, рост электрического сопротивления, уменьшение отражательной способности и т. д.), которые выбираются в соответствии с видом коррозии и назначением изделия или конструкции.

Коррозия наносит существенный урон хозяйственной деятельности. Потери, наносимые ею, включают в себя:

- потери металла за счет окисления (~ 20%, из них ~1,5 – 2 % безвозвратно);

- стоимость оборудования, выведенного из строя в результате коррозии отдельных элементов;

- косвенные потери, связанные с ремонтом, простоем оборудования и т.д.

Знание основных закономерностей коррозионных процессов и способов борьбы с ней необходимо для повышения надежности и долговечности работы оборудования.

Классификация коррозионных процессов.

Вследствие огромного разнообразия коррозионных процессов они классифицируются по различным признакам: по характеру коррозионных разрушений металла, по составу коррозионной среды, по механизму коррозионного процесса, по характеру дополнительных воздействий, которым подвергается металл одновременно с действием коррозионной среды, и т. д.

По виду, геометрическому характеру разрушений поверхности или объема металла различают сплошную (общую) и местную (локальную) коррозию.

В случае сплошной коррозии разрушению подвергается вся поверхность металлического изделия, причем она может быть равномерной (рис. 9.1, а) и неравномерной (рис. 9.1, б) в зависимости от того, одинакова ли глубина коррозионного разрушения на разных участках.

При местной коррозии (рис. 9.1, в–д) поражения локальны. Значительная часть поверхности остается практически незатронутой. В зависимости от степени локализации (соотношение поверхности и глубины проникновения коррозии) различают коррозионные пятна(разрушение отдельных участков на небольшую глубину), язвы (большая глубина поражения металла) и питтинг (точечное разрушение металла на относительно большую глубину).

Рис. 9‑1 Основные виды коррозионных разрушений поверхности металла: сплошная равномерная (а) и неравномерная (б) коррозия; местная коррозия – пятна (в), язвы (г) и питтинг (д)

Коррозия может приводить к микроскопическим разрушениям в металле (рис.9.2). Все металлы являются поликристаллическими материалами, состоящими из большого числа произвольно ориентированных относительно друг друга мелких монокристаллов (зерно металла) одинакового или разного химического состава. Часто коррозионные процессы развиваются на границах зерен металла, продвигаясь вглубь материала, ослабляя химические связи между микрокристаллами. Процесс такого типа называется межкристаллитной коррозией (рис.9.2, а). В металлическом изделии, находящемся под действием механических напряжений, коррозия может развиваться в виде трещины, рассекая металл прямо через зёрна, транскристаллитная коррозия (рис.9.2, б). Эти два вида местной коррозии являются наиболее опасными, поскольку могут приводить к полной потере прочности и разрушению детали или конструкции. Они почти не оставляют видимых следов на поверхности, их трудно обнаружить и своевременно принять необходимые меры.

При коррозии сплавов может происходить избирательноеразрушение одного из компонентов. Коррозия такого типа называется селективной (рис.9.2, в).

Рис. 9‑2 Основные виды микроскопических коррозионных разрушений металла: межкристаллитная (а), транскристаллитная (б), селективная (избирательная) (в)

Отдельные коррозионные среды и вызываемые ими разрушения столь характерны, что по их названию классифицируют и протекающие в них коррозионные процессы.

Выделяют газовую коррозию, протекающую под действием газов в условиях, исключающих образование на поверхности металла жидкой фазы. В отдельный тип выделяют атмосферную коррозию – разрушение металлов под действием природной атмосферы при относительно низкой температуре, приводящей к возможности образования жидкой фазы воды на поверхности металла.

Коррозия металлов при контакте с жидкими агрессивными средами делится на коррозию в электролитах (водные растворы кислот, щелочей и солей) и неэлектролитах (нефть, топливо, смазки и др.).

Коррозия металлических конструкций в грунтах и почвах называется почвенной или подземной коррозией.

В ряде случаев металл подвергается дополнительным воздействиям, которые могут существенно увеличивать скорость коррозии и изменять тип коррозионных разрушений. К таким воздействиям относятся механические нагрузки, блуждающие токи, ионизирующее излучение, жизнедеятельность микроорганизмов и т.д.

В каждом случае при коррозии металлов протекают химические реакции, имеющие свои закономерности и особенности. Выделяют два основных механизма взаимодействия металла с коррозионной средой: химическую и электрохимическую коррозию.