Фактори, що впливають на корозію металу
Витяги з класичної книги
І.Л.Розенфельд, В.П.Персіанцева "Інгібітори атмосферної корозії", М. "ХІМІЯ", 1985р.
Фактори, що впливають на швидкість атмосферної корозії
Найбільш важливими факторами, що визначають швидкість атмосферної корозії є: вологість атмосфери; склад атмосфери; сумарна тривалість перебування плівки вологи, що утворилася на поверхні металу; її хімічний склад; Температура повітря.
Вологість атмосфери. Абсолютна вологість повітря (кількість водяної пари в одиниці об'єму повітря) при незмінних інших умовах визначає товщину адсорбційної плівки, що утворюється на поверхні металу. Так, наприклад, товщина шару вологи, що утворюється на поверхні заліза при відносній вологості повітря 55%, становить 15 молекулярних шарів, а при відносній вологості 100% - 90 - 100 молекулярних шарів.
Від відносної вологості залежить і кількість води, яке сконденсіруется на поверхні металу при охолодженні вироби, однак і в цьому випадку при подальшому її випаровуванні корозія при менших відносних вогкості, наприклад при 76%, може виявитися вище, ніж при 100% вологості. Позначається ефект саморазмешіванія ... Малі швидкості корозії спостерігаються лише при відносних вогкості до 60%. Перевищення цієї вологості при будь-якій кількості сконденсованої на поверхні металу вологи призводить до різкого зростання швидкості корозії. Однак при великій кількості сконденсованої вологи корозія при 80% -ної відносної вологості вище, ніж при 100%.
Кількість же сконденсованої на поверхні металу вологи залежить від температурного перепаду: чим він вищий, тим більше вони вбирають води при заданій вологості.
Кількість сконденсованої вологи може змінюватися також від присутності на поверхні металу сторонніх речовин. Їх вплив позначається на капілярної конденсації. Крім того, вони здатні стати центрами кристалізації. Особливо небезпечні речовини, що відрізняються високою гігроскопічний. В їх присутності змінюються значення відносної вологості повітря, при якій спостерігається різке зростання швидкості корозії металів (Hk - критична вологість). Так, наприклад, при наявності на поверхні заліза амонійних солей швидкість корозії різко зростає, а вологість повітря спускається з 80 до 50%.
Природа продуктів корозії заліза надає також сильний вплив на критичну вологість; для заліза, покритого продуктами корозії, утвореними в дистильованої воді, критична вологість дорівнює 65%, а для морської води критична вологість знижується до 50% [194].
Крім зниження критичної вологості сторонні частинки, що осідають на поверхні металу, можуть підвищувати швидкість руйнування металів внаслідок зміни структури захисних плівок, а також їх адгезії з поверхнею металу.
Виникнення поверхневого натягу між твердими частинками і продуктами корозії може призводити до того, що останні будуть прилипати до твердої частинки, а не до поверхні металу, послаблюючи цим захисні властивості продуктів, що утворяться корозії. Це спостерігається також в тому випадку, якщо природа частинок така, що вони можуть взаємодіяти з перехідними в розчин іонами металу з утворенням розчинних продуктів корозії замість нерозчинних гідроксидів металів.
Звідси випливає дуже важливий висновок: що виникли з яких-небудь причин продукти корозії навіть у вигляді дрібних вогнищ повинні бути якомога швидше видалені, щоб вони не сприяли подальшому розвитку корозії. Слід також уникати попадання сторонніх часток на поверхню виробу.
Склад атмосфери. Агресивні властивості атмосфери по відношенню до металів визначаються не тільки вологістю, а й тими забрудненнями, які в неї потрапляють. Найбільш несприятливими видами забруднень є сірчистий газ і хлористий натрій. Перший потрапляє в атмосферу разом з продуктами, що утворюються при спалюванні сірчистого палива, другий - за рахунок солі, що буря вітром з поверхні океанів і морів.
Сірчистий газ. З деякої критичної концентрації сірчистий газ сильно збільшує швидкість корозії таких металів, як залізо, алюміній, цинк, мідь і інші. При постійній концентрації сірчистого газу в атмосфері швидкість корозії металів зростає з підвищенням відносної вологості атмосфери. Зростання швидкості корозії металів спостерігається і в тому випадку, коли в атмосфері немає сірчистого газу, але поверхню металу попередньо піддавалася його впливу. Корозія при цьому протікає так, як ніби атмосфера містить сірчистий газ. такий негативний ефект пов'язаний з тим, що сірчистий газ в присутності адсорбированной вологи на металі утворює кристалогідрати, які залишаються з поверхні металу навіть при відкачці і сприяють виникненню і розвитку корозійного процесу. Найбільш небезпечними в промисловій атмосфері є осідання на поверхні конструкції частинок вугільного пилу.
Хлористий натрій. Хлористий натрій, подібно сірчистому газу, досить помітно підсилює корозію ряду металів в атмосферних умовах. Основною причиною прискорення корозії хлористим натрієм є утворення в його присутності розчинних продуктів корозії замість нерозчинних гідроксидів, що виникають під чистою плівкою вологи. Крім того, іони хлору перешкоджають утворенню пасивуючих плівок. Агресивна дія хлористого натрію в умовах атмосфери слід також пов'язувати з його здатністю адсорбувати вологу з відносно сухих атмосфер. Уже при відносній вологості повітря, що дорівнює 70%, хлористий атрій адсорбує вологу, що супроводжується сильним збільшенням швидкості корозії.
З інших забруднень повітря найбільш агресивними є хлор, аміак, сірководень і вуглекислий газ ... Не зупиняючись детально на розгляді впливу цих забруднень атмосфери на механізм і швидкість корозійних процесів, відзначимо те спільне, що є в дії цих сполук, а також їх деякі відмінні риси.
Відмінною особливістю хлору є його агресивність як у вологих, так і у відносно сухих атмосферах (Н = 42%). При високих відносних вогкості настає різке зростання швидкості корозії. Останнє пов'язано з тим, що хлор є сильним катодних деполяризатором при високих відносних вогкості. Крім того, в результаті освіти хлористих сполук він зрушує критичну вологість до більш низьких значень.
Корозійна активність сірководню, подібно сірчистому газу, настає лише при досягненні певного значення відносної вологості атмосфери. У сухій атмосфері в присутності сірководню корозія цинку, кадмію, олова, алюмінію, сурми, вісмуту, хрому, заліза, чавуну, легованих сталей, кобальту і нікелю незначна. Загальним для розглянутих видів забруднень є їх більш низька (в більшості випадків) агресивність у порівнянні з сірчистим газом і хлористим натрієм. Аміак сам по собі для заліза і сплавів на його основі не є небезпечним. Однак для мідних сплавів він становить велику небезпеку, викликаючи корозійне розтріскування.
Тривалість перебування плівки вологи на поверхні металу. в атмосферах, незабруднених помітними кількостями специфічних корозійно-активних домішок, процес атмосферної корозії виникає і розвивається лише в тому випадку, якщо на поверхні металу присутній плівка вологи певної товщини (10-20 молекулярних шарів), що набуває властивості електроліту. Тривалість розвитку корозійного процесу і кількість металу, який перетворився на продукти корозії, залежить від тривалості перебування плівки електроліту на поверхні металу. Чим довше не висихає плівка, що утворилася на металі, або чим частіше вона відновлюється, тим довше протікає процес корозії, а отже, при всіх інших рівних умовах тим більшого корозійного руйнування піддається метал.
Суттєве значення тривалості загального часу перебування плівки вологи для корозійного руйнування підтверджується також тим, що, наприклад, в Батумі, де випадає максимальна по Союзу кількість опадів (число днів з росою - 68) і де, здавалося б, корозія повинна бути найбільшою, вона виявляється нижче, ніж, скажімо, в приморських умовах Харцизька, де кількість опадів значно менше число днів з росою - 25). Це пояснюється тим, що в Батумі, де багато сонячних днів, умови для видалення плівки з поверхні металу більш сприятливі, ніж в Харцизьку. Тому загальний час контакту металу з електролітом в Батумі значно менше, ніж в Харцизьку, а отже, і корозія там менше. Цим же ефектом можна пояснити, чому сильніше кородує та сторона зразка або конструкції, яка звернена до землі, а не та, на яку безпосередньо випадають атмосферні опади.
Температура повітря. Швидкість корозії з температурою зазвичай зростає, оскільки з ростом температури збільшується кінетика електрохімічних реакцій, що обумовлюють корозійний процес.
При атмосферної корозії, що протікає. в видимих шарах електролітів, найчастіше з катодних обмеженням, температура змінює швидкість процесу головним чином завдяки зміні кінетики катодного реакції відновлення кисню, швидкість якої визначається швидкістю дифузії кисню до електрода.
Оскільки коефіцієнт дифузії кисню з температурою зростає (коефіцієнт дифузії змінюється за законом D = RT / (6p r h),
де R - постійна Больцмана; r - радіус дифундуючої частки; h - в'язкість середовища), а товщина дифузійного шару зменшується (внаслідок посилення саморазмешіванія, обумовленого конвекцією), то підвищення температури має привести до зростання граничного дифузійного струму і, отже, швидкості корозії. Необхідно, однак, мати на увазі, що при корозії металів в атмосфері зі зміною температури змінюється тривалість контакту електроліту з металом. Тому загальний корозійний ефект залежить від зміни кінетики електродних реакцій і від зміни часу перебування електроліту на поверхні металу.
Зважаючи на наявність двох факторів, що діють в прямо протилежному напрямку (тривалість контакту металу з електролітом зменшується з підвищенням температури, а швидкість реакцій, що обумовлюють корозійний процес, збільшується), залежність швидкості атмосферної корозії від температури є досить складною і її не завжди легко передбачити. Якщо ефекти, що виникають від тривалого перебування металу в контакті з електролітом, перевищують ефекти, що виникають за рахунок більш інтенсивного протікання процесу при більш високій температурі, то корозія в районах, що характеризуються відносно низькою температурою, може бути більше, ніж в районах, які вирізняються високими температурами. Однак високі температури, що поєднуються з тривалим перебуванням металу в контакті з електролітом, що, наприклад, спостерігається у вологому тропічному кліматі, сприяють посиленій корозії