Коррозия
Все мы в собственной жизни иногда сталкиваемся с разными видами коррозий. Бывают коррозии металла, бетона и некоторых видов пластмасс. Что бы обучиться верно бороться с коррозией первоначально нужно осознать, что же такое коррозия.
Коррозия – это разрушение жёстких тел, вызванное химическими и электрохимическими процессами, развивающимися на поверхности тела при его сотрудничестве с внешней средой. Кроме того само слово коррозия случилось от позднелатинского corrosio – разъедание. Особый ущерб приносит коррозия металлов. Распространенный и самый знакомый всем нам вид коррозии – ржавление железа.
Термин «коррозия» применим к металлам, бетону, некоторым другим материалам и пластмассам. Не считая коррозии, железные (в частности, строительные) конструкции подвергаются действию эрозии – разрушению поверхности материала под влиянием механического действия. Эрозию провоцируют дожди, ветры, песчаная пыль и другие природные факторы. Исходя из этого арки мостов, другие сооружения и строительные фермы нужно защищать комплексно.
Так, коррозия – это физико-химическое сотрудничество металла со средой, ведущее к разрушению металла. В следствии коррозии металлы переходят в устойчивые соединения – оксиды либо соли, в виде которых они находятся в природе. Коррозия съедает до 10 процентов создаваемого в стране металла.
Тяжело учесть более высокие косвенные утраты от снижения и простоев производительности оборудования, подвергшегося коррозии, от нарушения обычного хода технологических процессов, от аварий, обусловленных понижением прочности железных конструкций и т.п.
Из-за чего коррозия именуется коррозией?
Слово коррозия происходит от латинского «corrodo» – «грызу». Кое-какие источники ссылаются на позднелатинское «corrosio» – «разъедание». Не нужно путать понятия «ржавчина» и «коррозия». В случае если коррозия – это процесс, то ржавчина один из его результатов. Это слово применимо лишь к железу, входящему в состав чугуна и стали.
В будущем под термином «коррозия» мы будем подразумевать коррозию металлов. В соответствии с западному стандарту ISO 8044 под коррозией знают физико-химическое либо химическое сотрудничество между металлом (сплавом) и средой, приводящее к ухудшению функциональных особенностей металла (сплава), среды либо включающей их технической совокупности. РЖАВЧИНА – это слой частично гидратированных оксидов железа, образующийся на поверхности железа и некоторых его сплавов в следствии коррозии.
Коррозионному разрушению подвержены кроме этого бетон, строительный камень, дерево, другие материалы; коррозия полимеров именуется деструкцией.
Среда, в которой металл подвергается коррозии (корродирует) именуется коррозионной либо агрессивной средой. При с металлами, говоря об их коррозии, имеют ввиду нежелательный процесс сотрудничества металла со средой.
Физико-химическая сущность трансформаций, каковые претерпевает металл при коррозии, есть окисление металла. Любой коррозионный процесс есть многостадийным:
1. Нужен подвод коррозионной среды либо отдельных ее компонентов к поверхности металла.
2. Сотрудничество среды с металлом.
3. Полный либо частичный отвод продуктов от поверхности металла (в количество жидкости, в случае если среда жидкая).
Как мы знаем, что большая часть металлов (не считая Ag, Pt ,Cu, Au) встречаются в природе в ионном состоянии: оксиды, сульфиды, карбонаты и др., именуемые в большинстве случаев рудами металлов. Ионное состояние более выгодно, оно характеризуется меньшей внутренней энергией. Это заметно при получении металлов из их коррозии и руд. Поглощенная энергия при восстановлении металла из соединений говорит о том, что вольный металл владеет более высокой энергией, чем железное соединение.
Это ведет к тому, что металл, находящийся в контакте с коррозионно-активной средой пытается перейти в энергетически удачное состояние с меньшим запасом энергии. Другими словами возможно заявить, что причиной коррозии есть термодинамическая неустойчивость совокупности, складывающейся из компонентов и металла окружающей (коррозионной) среды. Мерой термодинамической неустойчивости есть свободная энергия, освобождаемая при сотрудничестве металла с этими компонентами.
Но свободная энергия сама по себе ещё не определяет скорость коррозионного процесса, т. е. величину, самая важную для оценки коррозионной стойкости металла. Во многих случаях адсорбционные либо фазовые слои (плёнки), появляющиеся на поверхности металла в следствии начавшегося коррозионного процесса образуют такой плотный и непроницаемый барьер, что коррозия заканчивается либо сильно тормозится. Исходя из этого в условиях эксплуатации металл, владеющий громадным сродством к кислороду, может оказаться не меньше, а более стойким (так, свободная энергия образования окисла у Cr либо Al выше, чем у Fe, а по стойкости они довольно часто превосходят Fe).
Классификация коррозионных процессов
· По виду (геометрическому характеру) коррозионных разрушений на поверхности либо в количестве металла.
Коррозию, захватившая всю поверхность металла, именуется целой. Её дробят на равномерную и неравномерную, в зависимости от того, однообразна ли глубина коррозионного разрушения на различных участках. При местной коррозии поражения локальны и оставляют фактически незатронутой большую (время от времени подавляющую) часть поверхности.
В зависимости от степени локализации различают коррозионные пятна, точки и язвы (питтинг). Точечные поражения смогут дать начало подповерхностной коррозии, распространяющейся в стороны под весьма узким (к примеру, наклёпанным) слоем металла, что после этого вздувается пузырями либо шелушится. самые опасные виды местной коррозии – межкристаллитная (интеркристаллитная), которая, не разрушая зёрен металла, продвигается вглубь по их менее стойким границам, и транскристаллитная, рассекающая металл трещиной прямо через зёрна.
Практически не оставляя видимых следов на поверхности, эти поражения смогут приводить к полной утрата прочности и разрушению подробности либо конструкции. Близка к ним по характеру ножевая коррозия, как будто бы ножом разрезающая металл на протяжении сварного шва при эксплуатации некоторых сплавов в очень агрессивных растворах.
Время от времени намерено выделяют поверхностную нитевидную коррозию, развивающуюся, к примеру, под неметаллическими покрытиями, и послойную коррозию, идущую в основном в направлении пластической деформации. Специфична избирательная коррозия, при которой в сплаве смогут избирательно растворяться кроме того отдельные компоненты жёстких растворов (к примеру, обесцинкование бронз).
· По механизму реакций сотрудничества металла со средой (химическая и электрохимическая коррозия).
Коррозия есть химической, в случае если по окончании разрыва железной связи атомы металла конкретно соединяются химической связью с теми атомами либо группами атомов, каковые входят в состав окислителей, отнимающих валентные электроны металла. Химическая коррозия вероятна в любой коррозионной среде, но значительно чаще она отмечается в тех случаях, в то время, когда коррозионная среда не есть электролитом (газовая коррозия, коррозия в неэлектропроводных органических жидкостях). Скорость её значительно чаще определяется диффузией окислителя и частиц металла через поверхностную плёнку продуктов коррозии (высокотемпературное окисление большинства металлов газами), время от времени – растворением либо испарением данной плёнки (высокотемпературное окисление W либо Mo), её растрескиванием (окисление Nb при больших температурах) и иногда – конвективной доставкой окислителя из окружающей среды (при малых его концентрациях).
Коррозия есть электрохимической, в случае если при выходе из железной решётки образующийся катион вступает в сообщение не с окислителем, а с другими компонентами коррозионной среды; окислителю же передаются электроны, освобождающиеся при образовании катиона. Таковой процесс вероятен в тех случаях, в то время, когда в окружающей среде существуют два типа реагентов, из которых одни (сольватирующие либо комплексообразующие) способны соединяться устойчивыми связями с катионом металла без участия его валентных электронов, а другие (окислители) смогут присоединять валентные электроны металла, не удерживая около себя катионы.
Подобными особенностями владеют растворы либо расплавы электролитов, где сольватированные катионы сохраняют большую подвижность. Так, при электрохимической коррозии удаление атома из железной решётки (что образовывает сущность любого коррозионного процесса) осуществляется в следствии двух свободных, но сопряжённых, связанных между собой электрическим балансом, электрохимических процессов: анодного – переход сольватируемых катионов металла в раствор, и катодного – связывание окислителем освобождающихся электронов.
Из этого следует, что процесс электрохимической коррозии возможно замедлить не только путём яркого торможения анодного процесса, вместе с тем влияя на скорость катодного. Самый распространены два катодных процесса: разряд водородных ионов (2е + 2H+ = H2) и восстановление растворённого кислорода (4е + O2 + 4H+ = 2H2O либо 4е + O2 + 2H2O = 4ОН—), каковые довольно часто именуют соответственно водородной и кислородной деполяризацией.
Анодный и катодный процессы с той либо другой возможностью и в той либо другой последовательности протекают в произвольных точках железной поверхности, где электроны и катионы смогут взаимодействовать с компонентами коррозионной среды. В случае если поверхность однородна, то катодные и анодные процессы равновероятны по всей её площади; в таком совершенном случае коррозию именуют гомогенно-электрохимической (отмечая, так, отсутствие какой-либо неоднородности в распределении возможности электрохимических процессов в любой точке поверхности, что, само собой разумеется, не исключает термодинамической неоднородности взаимодействующих фаз).
В конечном итоге на железных поверхностях существуют участки с разными условиями доставки реагирующих компонентов, с различным энергетическим состоянием атомов либо с разными примесями. На таких участках вероятно более энергичное протекание или анодного, или катодного процессов, и коррозия делается неоднородно-электрохимической.
· По типу коррозионной среды
Кое-какие коррозионные среды и вызываемые ими разрушения столь свойственны, что по заглавию этих сред классифицируются и протекающие в них коррозионные процессы.
В большинстве случаев, конструкции и металлические изделия подвергаются действию многих видов коррозии – в этих обстоятельствах говорят о действии так называемой смешанной коррозии.
Газовая коррозия – коррозия в газовой среде при больших температурах.
Атмосферная коррозия – коррозия металла в условиях воздуха при влажности, достаточной для образования на поверхности металла пленки электролита (особенно в присутствии агрессивных газов либо аэрозолей кислот, солей и т.д.). Изюминкой атмосферной коррозии есть сильная зависимость ее механизма и скорости от толщины слоя жидкости на поверхности металла либо степени увлажнения появившихся продуктов коррозии.
Жидкостная коррозия – коррозия в жидких средах. По условиям действия жидкой среды на металл данный тип коррозии кроме этого характеризуется как коррозия при полном погружении, при неполном погружении, при переменном погружении, имеющие собственные характерные изюминки.
Подземная коррозия – коррозия металла в почвах и грунтах. Характерной изюминкой подземной коррозии есть громадное различие в скорости доставки кислорода (главной деполяризатор) к поверхности подземных конструкций в различных землях (в десятки тысяч раз).
· По характеру дополнительных действий
Коррозия под напряжением начинается в зоне действия растягивающих либо изгибающих механических нагрузок, и остаточных деформаций либо термических напряжений и, в большинстве случаев, ведёт к транскристаллитному коррозионному растрескиванию, которому подвержены, к примеру, пружины и стальные тросы в атмосферных условиях, углеродистые и нержавеющие стали в паросиловых установках, высокопрочные титановые сплавы в морской воде и т. д. При знакопеременных нагрузках может проявляться коррозионная усталость, выражающаяся в более либо менее резком понижении предела усталости металла в присутствии коррозионной среды. Коррозионная эрозия (либо коррозия при трении) представляет собой ускоренный износ металла при одновременном действии взаимно усиливающих друг друга коррозионных и абразивных факторов (трение скольжения, поток абразивных частиц и т. п.).
Родственная ей кавитационная коррозия появляется при кавитационных режимах обтекания металла агрессивной средой, в то время, когда захлопывание и непрерывное «возникновение» небольших вакуумных пузырьков создаёт поток разрушающих микрогидравлических ударов, влияющих на поверхность металла. Близкой разновидностью можно считать и фреттинг-коррозию, замечаемую в местах контакта хорошо сжатых либо катящихся одна по второй подробностей, в случае если в следствии вибраций между их поверхностями появляются микроскопические смещения сдвига.
Утечка электрического тока через границу металла с агрессивной средой вызывает в зависимости от направления и характера утечки дополнительные анодные и катодные реакции, могущие прямо либо косвенно вести к ускоренному местному либо неспециализированному разрушению металла (коррозия блуждающим током). Сходные разрушения, локализуемые вблизи контакта, может привести к соприкосновению в электролите двух разнородных металлов, образующих замкнутый гальванический элемент, – контактная коррозия. В узких зазорах между подробностями, и под отставшим покрытием либо наростом, куда попадает электролит, но затруднён доступ кислорода, нужного для пассивации металла, может развиваться щелевая коррозия, при которой растворение металла по большей части происходит в щели, а катодные реакции частично или полностью протекают рядом с ней на открытой поверхности.
Принято выделять кроме этого биологическую коррозию, идущую под влиянием продуктов жизнедеятельности бактерий и др. организмов, и радиационную коррозию – при действии радиоактивного излучения.
Показатель скорости коррозии
Для установления скорости коррозии металла в данной среде в большинстве случаев ведут наблюдения за трансформацией во времени какой-либо характеристики, объективно отражающей изменение свойства металла. Значительно чаще в коррозионной практике применяют следующие показатели.
· Показатель трансформации массы
Показатель трансформации массы – изменение массы примера в следствии коррозии, отнесенное к единице поверхности металла S и к единице времени (к примеру, г/м ч).
В зависимости от условий коррозии различают:
1. отрицательный показатель трансформации массы
К-m=
где m – убыль массы металла за время коррозии по окончании удаления продуктов коррозии.
2. хороший показатель трансформации массы К+m=
где m – повышение массы металла за время благодаря роста пленки продуктов коррозии.
В случае если состав продуктов коррозии известен, то возможно сделать пересчет от К к К и напротив К-m= К+m (nok A Me / n Me Aok)
где А и М – ядерная и молекулярная масса Ме и окислителя соответственно; n и n валентность окислителя и металла в окислительной среде.
· Объемный показатель коррозии
К – количество поглощенного либо выделившегося в ходе газа V отнесенный к единице поверхности и единице металла времени (к примеру, см/см ч).
К= об. V / s
количество газа в большинстве случаев приводят к обычным условиям.
Применительно к электрохимической коррозии в то время, когда процесс катодной деполяризации осуществляется за счет разряда ионов водорода, к примеру, по схеме 2Н + 2е = Н, либо ионизация молекул кислорода О + 4е +2НО = 4ОН; вводятся соответственно кислородный (К) и водородный (К ) показатель соответственно.
Водородный показатель коррозии – это количество выделившегося Н в ходе коррозии, отнесенный к Su.
Кислородный показатель коррозии – это количество поглощенного в ходе О, отнесенный к Su.
· Показатель сопротивления
Изменение электрического сопротивления примера металла за определенное время опробований кроме этого возможно использован в качестве показания коррозии (К).
КR = (R/Ro) 100% за время t
где Ro и R – электрическое сопротивление примера соответственно до и по окончании коррозии.
У этого метода имеется некий недочёт толщина металла во все время опробований должна быть однообразной и по данной причине значительно чаще определяют удельное сопротивление, т.е. изменение электрического сопротивления на единицу площади примера (см, мм) при длине равной единице. Данный способ имеет ограничения применения (для листового металла не более 3мм). самые точные эти приобретают для проволочных образцов. Данный способ не пригоден для сварных соединений.
· Механический показатель коррозии
Изменение какого-либо свойства металла за время коррозии. Относительно довольно часто пользуются трансформацией предела прочности. Прочностной показатель наряду с этим выражается:
Кo = (в/во) 100% за время t
где в – трансформацию предела прочности при растяжении по окончании коррозии примера в течение времени; во – предел прочности до коррозии.
· Глубинный показатель коррозии
К – глубина разрушения металла П в единицу времени (к примеру, мм/год).
Глубина коррозионного разрушения П возможно средней либо большой. Глубинный показатель коррозии возможно применять для чёрта как равномерной, так и неравномерной коррозии (среди них и местной) металлов. Он удобен для сравнения скорости коррозии металла с разными плотностями.
Переход от массового, токового и объемного к глубинному вероятен при равномерной коррозии.
10-бальная шкала для оценки неспециализированной коррозионной стойкости металлов
Несколько стойкости
Скорость коррозии металла, мм/год
Балл
Совсем стойкие
менее 0,001
1
Очень стойкие
0,001 – 0,005
2
0,005 – 0,01
3
Стойкие
0,01 – 0,05
4
0,05 – 0,1
5
Пониженно-стойкие
0,1 – 0,5
6
0,5 – 1,0
7
Малостойкие
1,0 – 5,0
8
5,0 – 10.0
9
Нестойкие
более 10,0
10
Коррозия | Громадной скачок
