Швидкість корозії металу - класифікація, оцінка та методи зниження

Корозією називають мимовільне руйнування металевих поверхонь під впливом взаємодії металу з навколишнім середовищем. Особливо сильно проявляючи себе при підвищених механічних і температурних напружених, корозійні процеси завдають великої шкоди сталевих конструкцій. Правильно оцінити швидкість корозії означає підвищити довговічність вироби.

• Класифікація видів іржі
• Механізми виникнення і розвитку корозійних явищ
• Електролітична
• У присутності кислот
• У присутності навантажень
• Методи оцінки корозійних процесів
• Визначення швидкості процесів корозії
• Практика корозійних випробувань металів
• Способи зниження корозії: механізм і ефективність
• покриття металами
• фарбування

Класифікація видів іржі

Корозія класифікується за такими ознаками:

Інтенсивність корозії значно збільшується, якщо крім несприятливих змін / коливань температури і вологості на контактну поверхню металу додатково впливають напруги розтягнення, а також хімічно агресивне середовище.

Інтенсивність корозії багаторазово зростає через розтріскування між суміжними кристаллитами і їх блоками. Ще агресивніше на сталь впливають зовнішні растягівающе-стискають напруги.

Механізми виникнення і розвитку корозійних явищ

Оскільки більшість сталевих поверхонь працюють в середовищі певної вологості, а також у воді, водних розчинах солей, кислот і лугів, то переважаючим механізмом появи іржі є електролітичний. Виняток становить лише пічна корозія, яка виникає в металевих конструкціях нагрівальних пристроїв: там поверхневе руйнування відбувається за рахунок утворення високотемпературної іржі - окалини.

Електролітична

При електролітичної корозії в присутності кисню відбувається реакція гідратації заліза стали, кінцевим продуктом якої є гідрат окису заліза Fe (OH) 2. Таке явище називають корозією анодного типу. Але на цьому процес не закінчується. Гідрат окису заліза - речовина нестабільний і в присутності води (або водної пари) досить швидко розпадається на різні оксиди заліза:

• при підвищених температурах утворюється переважно закис заліза FeO;
• при кімнатних або трохи вище - окис заліза Fe2O3;
• при проміжних (в діапазоні температур +250 ... + 450 ° C) - магнітна закис-окис заліза Fe3O4.

У будь-якому випадку поверхню стали іржавіє, тільки індикатори даного явища можуть бути або червонувато-коричневими, або сірувато-жовтими.

У присутності кислот

Дещо інший механізм утворення іржі відбувається в присутності кислот, кислих розчинів або рідких середовищ, які не містять кисню. Тут відбувається анодне розчинення сталі з утворенням гідридів - сполук заліза з воднем. Але останні є хімічно нестійкими речовинами, швидко окислюються в повітряної і вологому середовищі і також утворюють іржу, тільки більш пухку. Особливо швидко розпадаються гідриди заліза тоді, коли в атмосфері або навколишньому середовищу містять сполуки сірки.

У присутності навантажень

За третьою схемою відбувається корозія при накладенні зовнішніх навантажень на контактні поверхні. Тут, крім двох традиційних складових, обов'язково присутній третій компонент - мастило. Оскільки всі органічні сполуки завжди містять кисень і водень, то при підвищенні температури на контакті починають протікати МЕХАНОХІМІЧНО реакції окислення мастила. Вони закінчуються тим, що замість зниження тертя відпрацьована і частково вже зруйнована мастило починає активно окислювати поверхні, утворюючи іржі.

Методи оцінки корозійних процесів

Інтенсивність корозії щодо стали визначається в залежності від характеру корозійних явищ. Починають зазвичай з візуального виявлення наявності іржі на поверхні.

За допомогою звичайного мікроскопа або навіть лупи можна досить точно оцінити інтенсивність корозійних процесів і ступінь пошкодження поверхні металу.

Більш точно визначають ступінь пошкодження так звані показники корозії. З їх допомогою можна з'ясувати:

• втрату маси виробу внаслідок корозії;
• зменшення лінійного розміру деталі або конструкції;
• інтенсивність пошкодження в залежності від часу перебування деталі в корозійно-активному середовищі.

Крім кількісної оцінки наявності іржі, можлива і якісна. Її індикаторами є виявлення зміни мікроструктури стали. Так, виявляють межкристаллитную або виборчу корозію. Набагато рідше інтенсивність і швидкість корозії визначається зі зміни хімічного складу навколишнього метал середовища або за кількістю виділеного водню.

Конкретні показники корозії, які впливають на швидкість корозії, включають в себе:

1. Інтегральна корозійна характеристика. Вона розраховується як втрата маси сталевого виробу за рік, поділена на площу поверхні, на якій з'явилася іржа. При цьому зазнала корозії поверхнею стали вважається така, на якій є навіть поодинокі пошкоджені точки.
2. Лінійна корозія. Розраховується в залежності від щільності деталі і товщини корродировать за рік шару вироби.

Яку величину краще використовувати? Якщо є можливість точно зважити деталь до і після її експлуатації або оцінити зміни в хімічному складі розчину, в якому ця деталь функціонувала, то краще інтегральна оцінка корозійних процесів. Зокрема, оцінюють працездатність контактної мастила. Якщо деталь перевіряється лише кілька разів за рік або оцінку інтенсивності корозійних явищ необхідно виконати оперативно, то краще використовувати другий параметр.

Визначення швидкості процесів корозії

Показники корозії допомагають визначити і інтенсивність несприятливих змін. Для цього використовують поняття «швидкість корозії металу». Її можна оцінити двома різними характеристиками, що змінюються в часі.

Індикатори корозії можна встановити за такими кількісними характеристиками:

• по площі корродіруемой поверхні;
• за сумарною втрати маси;
• щодо змін в щільності;
• за часом перебування деталі або конструкції в корозійної середовищі (добу);
• по зменшенню товщини.

При цьому кількісними критеріями для оцінки характеру корозії стали протягом певного періоду часу можуть бути:

• абсолютні корозійні втрати по площі;
• зміна лінійних розмірів виробу;
• лінійне корозійне опір;
• швидкість корозії;
• лінійна швидкість корозії (міліметрів на рік);
• сумарна корозійна стійкість або довговічність.

На практиці застосування того чи іншого критерію залежить від способу захисту металевої поверхні. Її можна забарвити атмосферостійкими фарбами. а можна використовувати метал з захисними покриттями. Якщо корозія протікає рівномірно, тоді ефективність захисту може бути оцінена більш точно.

Якщо ж інтенсивність утворення іржі в різних місцях вироби різна, то вибрати найбільш доцільний спосіб захисту можна тільки тоді, коли деталь навантажується зовнішніми розтягують напруженнями. Тоді з часом змінюється не тільки зовнішній вигляд поверхні, але і деякі її фізичні характеристики, зокрема, теплопровідність і електроопір.

Практика корозійних випробувань металів

Індикаторами корозії є кліматичні чинники - температура, склад і відносна вологість навколишнього середовища, характер розподілу зовнішніх навантажень. До уваги необхідно приймати також зміна освітленості за часом доби, кількість опадів, можливе забруднення повітря. Наприклад, в зонах викидів димових відходів поблизу хімічних комбінатів і металургійних виробництв, що супроводжуються різким збільшенням процентного вмісту SO2, корозійні процеси різко активізуються.

В якості індикаторів корозійної активності можна використовувати кількісні залежності корозії від часу:

1. Лінійні - найчастіше це характерно для металевих поверхонь, які не мають захисного покриття.
2. Експоненціально спадні - зустрічаються при кислотної корозії звичайних металів і сплавів.
3. Експоненціально зростаючі - коли на поверхні деталі є захисне покриття.

Інтенсивність утворення іржі при таких умовах знижують:

• мала швидкість вітру;
• знижена циклічність у часі зміни показників відносної вологості;
• характер впливу корозійно-активного середовища на поверхню.

При слабкому вітрі або його відсутності немає умов для перемішування потоку, що омиває контактну поверхню стали. При тривалих фазах зниженою і підвищеної вологості протягом року плівка поверхневої іржі встигає сформуватися, набрякнути і відокремитися від основного металу. Товщина поверхні знизиться, зате корозійні процеси змушені «запуститися» спочатку, а для цього потрібно не тільки час, а й відповідні умови - вітер або зміни в хімічному складі повітря, що буває далеко не завжди.

Волога, кислота або луг можуть потрапляти на поверхню стали в вигляді крапель або струменевим шляхом. Перший спосіб характерний для зон з підвищеною кількістю опадів, а другий - для несприятливого навколишнього середовища, в якому функціонує деталь або металева конструкція.

Способи зниження корозії: механізм і ефективність

Здатність пофарбованої поверхні протистояти корозійних процесів залежить від того, який механізм корозії переважає. Наприклад, при постійному в часі дії хімічно активного середовища істотно змінюється різниця потенціалів зовнішньої поверхні металевого виробу і його внутрішніх обсягів. При цьому виникають корозійні струми, які посилюють процес корозії (явище, часто викликає руйнування сталевих труб в підземних трубопроводах). Тут фарбування не дає ніякого ефекту, оскільки хімічний склад поверхні, покритої шаром фарби, з часом не змінюється.

покриття металами

Інша річ, коли поверхня покрита металом, які мають негативний електролітичний потенціал по відношенню до окислювально-відновним процесам. При переважанні окислювальних реакцій сталь ефективніше захистити шляхом нанесення поверхневого покриття, що містить в собі алюміній і цинк, - метали, які за своєю кисневої активності стоять «лівіше» заліза.

Такі процеси - цинкування і алюминирование - широко застосовуються в практиці антикорозійного захисту сталевих вузлів і окремих деталей, що знаходяться в окислювальному середовищі. Фарбування в даних ситуаціях носить допоміжний характер, для підвищення декоративних характеристик поверхні.

У відновному середовищі процес утворення гідридів заліза може бути ефективно блокований створенням поверхневих покриттів з металів, що знаходяться «правіше» водню: це мідь і всі благородні метали. Меднение, хоч і використовується на практиці, зазвичай виконується для відносно невеликих за площею поверхонь, оскільки є досить витратним процесом в плані фінансів. Саме для таких ситуацій можна і потрібно застосовувати фарбування.

фарбування

Захисна роль фарб полягає в тому, що в їх складі завжди присутні інгібітори корозії - компоненти, що уповільнюють в часі швидкість протікання процесів окалинообразования. Хімічні формули речовин-інгібіторів розроблені таким чином, що в результаті припиняється поява іржі. Еластичність сучасних фарбувальних складів дозволяє покриттям успішно протистояти також і поверхневим напруженням, які провокують початок корозійних процесів.

Антикорозійні властивості фарб збільшуються, якщо в їх складі знаходяться кремнийорганические полімери, які підвищують здатність пофарбованої поверхні протистояти перепадам вологості і температури незалежно від пори року. Однак такі фарби володіють двома істотними недоліками:

• отруйні;
• малоефективні в умовах електролітичного механізму корозії.

Таким чином, правильно підібрані фарбувальні склади можуть досить ефективно блокувати корозійні процеси. Для цього вони повинні містити в собі інгібітори корозії, мати достатню еластичність і механічну міцність, незначно змінюється з часом.