Коррозия в других природных условиях

Подземная коррозия. Различные металлические конструкции и металлоизделия эксплуатируются в подземных условиях. Из почв и грунтов извлекаются многочисленные археологические находки, представляющие собой металлические предметы быта и художественные изделия прошлых эпох.

Вода в грунте присутствует в виде связанной, капиллярной и гравитационной. Связанная вода, входящая в состав гидратированных химических соединений, не оказывает влияния на коррозию. Высота подъема капиллярной влаги зависит от эффективного ра­диуса пор грунта; пористость грунта и уровень грунтовых вод опре­деляют влажность почвы, которая влияет на скорость коррозии. Гравитационная влага перемещается по грунту под действием си­лы тяжести и тоже влияет на влажность почвы.

С увеличением влажности почвы ее коррозионная активность по­вышается до тех пор, пока не достигнет некоторого критического значения. При дальнейшем увеличении влажности агрессивность почвы снижается, что связывают с затруднением доступа кислорода к металлической поверхности, необходимого для осуществления катодной реакции.

При малой увлажненности почвы велики омические потери, что затрудняет протекание электрохимических процессов.

Значение рН для большинства почв находится в пределах 6,0-7,5. Одна­ко встречаются щелочные суглинки и солончаки, имеющие значение рН = 7,5-9,5, и кислые почвы с рН = 3,0-6,0; такие почвы отличаются высокой агрессивностью.

Минерализация почвы может изменяться в от 10 мг/л до 300 мг/л, что тоже сказывается на скорости коррозии.

Большое значение имеет воздухопроницаемость почв, поскольку затрудне­ние доступа кислорода снижает скорость подземной коррозии. По этой причине песчаные почвы часто более агрессивны, чем глинистые.

Неоднородная структура почвы и обусловленная этим неравномерная аэрация может вызывать воз­никновение коррозионных пар, обусловленных различи­ем доступа кислорода к различным участкам поверхно­сти металлов. Разрушение металлов имеет место на тех участках, к которым затруднен доступ кислорода.

На протекание коррозион­ного процесса в почве оказывает влияние температура, определяемая климатическими усло­виями региона.

Подземная коррозия может интенсифицироваться микроорганиз­мами.

Для подземной коррозии характерно местное разру­шение металлов в виде точек (питтинга), язв и раковин.

Морская коррозия. Коррозии в морской воде подвержены суда, гидросамолеты, металли­ческие сооружения портов, нефтепромыслов и другие металлоконструкции. Воздействию морской воды под­вергаются также затонувшие в разное время суда с их металлическими грузами, представляющими исторический или искусствоведческий интерес.

Морская вода содержит в среднем 3-3,5% раство­ренных солей. При этом их содержание в разных водных бассейнах значительно различается и составляет, например, (%): в заливе Кара-Богаз - 16; Красном море - 4,1; Средиземном море - 3,9; Атлантическом океане - 3,5; Черном море - 1,7; Финском заливе - 0,4; реч­ной воде - 0,03. Наиболее опасным является содержание в морской воде значительного количества ионов хлора, т. е. ионов-активато-ров.

Морская вода имеет нейтральную или слабощелочную реакцию (рН = 7,2-8,6); удель­ная электропроводность морской воды достаточно высока и составляет 2,5-10^-2 -3,0-10^-2 Ом ^-1см ^-1; содержание кислорода в ней может достигать 8 мг/л. В морской воде содержится также большое количество микроорганизмов, способствующих ускорению коррозии.

Коррозия в морской воде протекает по электрохимическому ме­ханизму. Присутствие ионов-активаторов препятствует образованию пассивных пленок на поверхности металлов, а высокая электропроводность морской воды исключает проявление омического тормо­жения. По этой причине особенно велика опасность развития контактной коррозии.

Повышенное содержание кислорода в поверхностных слоях во­ды вызывает усиленную коррозию в области ватерлинии судов, на участках гидросооружений, находящихся близко к поверхности или периодически омываемых водой.

На глубине 1000 м наблюдается минимум скорости коррозии для всех ме­таллов, что соответствует минимальному со­держанию кислорода в морской воде.

Гидростатическое давление не влияет на морскую коррозию.

Увеличение скорости потока ведет к усилению коррозии вслед­ствие улучшения аэрации поверхности металлов. Кроме того, высокие скорости потока способствуют эрозионному разрушению металлов.

Разрушение металлов в морской среде сопровождается как общей равномерной коррозией (от 0,08 до 0,2 мм/год), так и нали­чием глубоких язв (от 0,4 до 1 мм/год).

Биологическая коррозия. Коррозию, протекающую в условиях интенсифициру­ющего воздействия микроорганизмов и продуктов их жизнедеятельности, называют биологической. Такая коррозия вызывается в основном бактериями, находящимися в почве, грунто­вых водах и водоемах, и имеет питтинговый характер.

Биологическая коррозия наиболее интенсивна в весенний влажный пе­риод, когда создаются наилучшие условия для разви­тия исуществования бактерий.

На процесс коррозии оказывают влияние два вида микроорганизмов: аэробные бактерии, жизнедеятельность которых протекает толь­ко при условии наличия кислорода, и анаэробные бак­терии, развивающиеся при отсутствии кислорода.

Аэробные бактерии могут быть двух видов: одни окисляют серу, а другие осаждают железо.

Бактерии первого вида лучше всего раз­вивается в кислой среде (рН = 3-6) и окисляют серу до серной кислоты. При этом на отдельных участках концентрация серной кис­лоты может доходить до 10%, что вызывает резкое увеличение скорости коррозии.

Аэробные бактерии, перерабатывающие железо, хорошо развиваются в интервале рН = 4-10. Они поглощают железо в ионном состоянии, а выделяют его в виде нерастворимых соединений. Не­равномерное отложение этих соединений на различных участках поверхности металлов приводит к возникновению электрохимической гетерогенности поверх­ности, что усиливает коррозию.

Анаэробные бактериив основном бывают сульфатвосстанавливающими; этот тип бактерий развивается при рН = 5,5-8,0. В результате их жизнедеятельности ионы сульфатов SO₄^2- вос­станавливаются в ионы сульфидов S^2- с выделением О₂, который начинает при­нимать активное участие в катодном коррозионном процессе.

Присутствие в коррозионной среде сульфидов и сероводорода заметно ускоряет биологическую кор­розию.

Раздел 7. Методы зашиты металлов от коррозии

Более подробная информация по разделу содержится в [1] и [4].

В разделе рассматриваются 5 тем:

- Методы защиты от химической коррозии;

- Методы защиты от электрохимической коррозии;

- Методы защиты от коррозионно-механического разрушения;

- Методы защиты от локальной коррозии;

- Методы защиты от коррозии в естественных условиях.

После проработки теоретического материала раздела 7 следует выполнить тренировочный тест №6.

Изучение раздела 7 заканчивается контрольным мероприятием – необходимо ответить на вопросы контрольного теста №6. Максимальное количество баллов, которые Вы можете получить за выполнение этого теста, равно 6.

При самостоятельном изучении этого раздела необходимо четко уяснить, что для повышения надежности и продления срока службы металличес­ких изделий в агрессивных средах исполь­зуют следующие основные направления защиты от коррозии: 1) воздействие на металл; 2) применение коррозионно-стойких покрытий; 3) воздействие на коррозионную среду; 4) воздействие на форму изделий.

Методы защиты от химической коррозии. Основной разновидностью химической коррозии металлов является газовая коррозия, для защиты от которой наиболее широко применяются легирование, металлические и неметаллические покрытия, защитные атмосферы, уменьшение окисления метал­лов при термических воздействиях.

Методы защиты от электрохимической коррозии – это легирование, металлические и неметаллические покрытия, обработка коррозионной среды, рациональное конструирование, электрохимическая защита.

Методы защиты от коррозионно-механического разрушения. Борьбу с коррозионным растрескиванием ведут дополнительным легированием, предварительной термической обработкой, обработкой коррозионной среды, электрохимической защитой.

Повышения сопротивления коррозионной усталости достигают путем тщательной обработки поверхности металлов, азотированием, введением в электролиты ингибиторов коррозии, электро­химической защитой.

Для повышения стойкости к коррозионной кавитации приме­няют закалку т.в.ч., поверхностное упрочнение, наплавку более стойкими сплавами.

Наиболее эффективным методом борьбы с коррозионной эрозией является электрохимическая защита.

Защиту от фреттинг-коррозии осуществляют раци­ональным выбором контактирующих металлов и сплавов, нанесением металлических и неметаллических покры­тий, применением жидких и твердых смазок.

Методы защиты от локальной коррозии. Для защиты от точечной коррозии используют рациональное легирование, ингибиторы и элек­трохимическую защиту.

Для борьбы со щелевой коррозией уплотняют зазоры и щели неметаллическими материалами, не вызывающи­ми коррозии основного металла; выбирают материалы, стойкие к коррозии; применяют рациональное конструирование, ингибиторы коррозии, электрохими­ческую защиту.

Основной метод борьбы со склонностью сплавов к межкристаллитной коррозии – их рациональное леги­рование в сочетании с оптимальным режимом термиче­ской обработки.

Защиту от контактной коррозии осуществляют раци­ональным выбором контактирующих металлов и сплавов; введением изоляционных прокладок между металлами с различными электродными по­тенциалами; нанесением металлических покры­тий на детали, сочленяемые в процессе сборки изделий и конструкций, и введением в среду ингибиторов коррозии.

Методы защиты от коррозии в естественных условиях. Для защиты металлов от атмосферной коррозии применяют легирование, введение ингибиторов (контактных и летучих), металлические и неметаллические покрытия; покрытия-химические соединения, образующиеся при оксидировании и фосфатировании, термическую и химико-термическую обработки.

Борьбу с подземной коррозией осуществляют двумя основными методами: нанесением защитных и изолирующих неметаллических (битумных, полимерных и др.) многослойных и комбинированных покрытий и электрохимической защитой.

Основными направлениями борьбы с морской коррозией являются легиро­вание, рациональное конструирование, противокоррозионные и противообрастающие лако­красочные и металлические покрытия и электрохи­мическая защита.

Для борьбы с морской коррозией широко используют протекторную и катодную защиту.

Защита от биологической коррозии сводится к предотвращению (ограничению) развития или уничтожению микроорганизмов посредством применения покрытий (лакокрасочных, полимерных и т. п. с включениями биоцидов) и поддержания определенных условий эксплуатации или потребления изделий (влажность воздуха не более 80%, температура не выше 20 ^оС, воздухообмен, очистка воздуха и металлических поверхностей от загрязнений). Возможно также применение катодной или протекторной защиты.

Заключение

Математическое моделирование коррозии представляет собой совокупность соотношений, связывающих характеристики коррозионного процесса с различными факторами, влияющими на его развитие. К таким факторам относятся химический и фазовый составы металлов и сплавов, состояние металлической поверхности, режим эксплуатации металлоизделий, характеристики агрессивной среды, внешние воздействия.

В качестве параметра, характеризующего текущий итог процесса коррозии, обычно принимают следующие величины: глубину коррозионного поражения l, потерю массы металла на единицу поверхности ∆m, изменение диаметра (площади) поперечного сечения ∆D (∆F) и прочностной характеристики ∆σ.

Часто при построении моделей коррозии исходят из положения, что все составляющие параметры модели – макроскопические и имеют реальный физический смысл. Такой феноменологический подход позволяет рассчитывать скорость коррозии, хотя не дает возможности изучать механизм процесса.

Для описания процессов коррозии предложено множество различных математических моделей. Математическую модель, применяемую для оценки коррозионного состояния в будущем, называют прогностической коррозионной моделью. Модели такого типа позволяют определять как термодинамическую вероятность развития коррозии, так и кинетику этого процесса.

Прогнозирование кинетики процесса коррозии с помощью ЭВМ сводится к построению модели, которая отражает логико-вероятностное суждение о коррозионной стойкости используемого металлического материала в любой момент времени t. Основой такой методики прогнозирования служит функциональная зависимость материальных коррозионных потерь от свойств агрессивной среды и времени. Данный принцип прогнозирования был успешно применен для оценки коррозионной стойкости металлических материалов в различных типах агрессивных сред.

В табл. 8 приведены экспериментальные и расчетные данные о коррозии и прогнозе коррозии, выполненные на ЭВМ.

Таблица 8

Прогноз коррозии высококремнистых чугунов

в условиях конденсации паров H₂SO₄

Прогностической математической моделью процесса коррозии в этом случае служило уравнение дробно-линейной зависимости коррозии от времени

∆m = ∆m_k t / (T + t),

где ∆m - текущие коррозионные потери за время t; ∆m_k и T - кинетические константы, рассчитываемые по экспериментальным данным.

Глоссарий

Адгезия – сцепление разнородных жидких или твердых тел в местах кон­такта их поверхностей как результат действия межмолекулярных сил или сил химического взаимодействия.

Адсорбционный слой – с лой, возникающий на металле в результате адсорбции атомов или молекул окружающей среды и затрудняющий протекание процесса коррозии.

Активация – п ереход металла из пассивного состояния в активное.

Анодирование – процесс образования толстых оксид­ных пленок на поверхности алюминия химическим или электрохимическим спо­собами.

Анодная защита – э лектрохимическая защита металла, способного пассивироваться анодной поляризацией, осуществляемая от внешнего источника тока или посредством соединения с металлом, имеющим более электроположительный электродный потенциал, чем у защищаемого металла.

Анодные покрытия – покрытия, имеющие более электроотрицательный электродный потенциал по сравнению с потенциалом металла изделия.

Анодный контроль – о граничение скорости электрохимической коррозии анодной реакцией.

Атмосферная коррозия – коррозия металлов в атмосфере воздуха или любого влажного газа.

Биологическая коррозия – коррозия, протекающая под влиянием жизнедеятельности микроорганизмов.

Внешние факторы коррозии – ф акторы, влияющие на скорость, вид и распределение коррозии, связанные с составом коррозионной среды и условиями коррозии (температура, давление, скорость движения металла относительно среды и т.д.).

Внутренние факторы коррозии – ф акторы, влияющие на скорость, вид и распределение коррозии, связанные с природой металла (состав, структура, внутренние напряжения, состояние поверхности).

Водородная деполяризация – к атодная реакция восстановления ионов водорода.

Водородная коррозия – результат химического взаимодействия водорода с карбидной составляющей сталей.

Газовая коррозия – химическая коррозия металлов в газовой среде при минимальном содержании влаги (как правило, не более 0,1%) или при вы­соких температурах.

Гальванические покрытия – один из поверхностных способов защиты изделий от коррозии методом электрохимического осаждения металлов из гальваниче­ской ванны постоянного тока.

Графитизация чугуна – и збирательная коррозия серого литейного чугуна, протекающая вследствие растворения ферритных и перлитных составляющих с образованием относительно мягкой массы графитного скелета.

Деаэрация – у даление из коррозионной среды кислорода воздуха.

Диффузионный контроль – о граничение скорости коррозии диффузией исходных или конечных продуктов электродных реакций.

Жаропрочность – способность металлического материала в условиях высоко­температурного воздействия сохранять хорошие механические свойства, дли­тельную прочность и сопротивление ползучести.

Жаростойкость – способность металлического материала сопротивляться коррозионному воздействию газов при высоких температурах.

Жароупорность – способность металлического материала при воздействии высоких температур сопротивляться газовой коррозии и сохранять при этом высокие механические свойства.

Защитная атмосфера – а тмосфера, искусственно создаваемая для защиты металлов от газовой коррозии.

Защитная пленка – п ленка, образующаяся на металле в естественных условиях при его взаимодействии с коррозионной средой или создаваемая искусственно путем химической или электрохимической обработки и затрудняющая протекание процесса коррозии.

Защитная смазка – н евысыхающий слой, состоящий из смеси масел с различными добавками, нанесенный на металл и предназначенный для временной защиты металла от коррозии.

Избирательная коррозия – к оррозия, разрушающая одну структурную составляющую или один компонент сплава.

Ингибиторы коррозии – хими­ческие соединения или композиции химических соединений, которые, присутствуя в коррозионной системе в достаточ­ном количестве, уменьшают скорость коррозии без значительного изменения концентрации любого коррозионного реагента.

Катодная защита – э лектрохимическая защита металла, осуществляемая катодной поляризацией от внешнего источника тока или путем соединения с металлом, имеющим более электроотрицательный электродный потенциал, чем у защищаемого металла.

Катодный контроль – о граничение скорости электрохимической коррозии катодной реакцией.

Кислородная деполяризация – к атодная реакция восстановления (ионизации) кислорода.

Контактная коррозия – вид коррозии, вызванный контактом метал­лов, имеющих разные стационарные электродные потенциалы в данном электролите.

Контактный ингибитор – и нгибитор, действие которого проявляется при искусственном нанесении его на поверхность металла.

Контролирующий процесс – п роцесс, кинетика которого определяет скорость коррозии.

Коррозионная среда – среда, в которой происходит коррозия металла.

Коррозионная кавитация – разрушение ме­талла, обусловленное одновременным коррозионным и ударным воздействием внешней среды.

Коррозионная стойкость – с пособность металла сопротивляться коррозионному воздействию среды.

Коррозионная усталость – п онижение предела усталости металла, возникающее при одновременном воздействии циклических растягивающих напряжений и коррозионной среды.

Коррозионная язва – м естное коррозионное разрушение, имеющее вид отдельной раковины.

Коррозионное растрескивание – к оррозия металла при одновременном воздействии коррозионной среды и внешних или внутренних механических напряжений растяжения с образованием транскристаллитных или межкристаллитных трещин.

Коррозионные испытания – и спытания для определения коррозионной стойкости металлов и (или) защитных покрытий.

Коррозионные потери – к оличество металла, превращенного в продукты коррозии за определенное время.

Коррозионный балл – е диница шкалы коррозионной стойкости.

Коррозионный очаг – у часток поверхности металла, на котором сосредоточен коррозионный процесс.

Коррозионный элемент – г альванический элемент, возникающий при взаимодействии металла и среды, влияющей на скорость и характер коррозии металла.

Коррозия металлов – самопроизвольное разрушение металлов и сплавов вследствие их взаимодействия с окружающей средой. В основе этого взаимодействия лежат химические и электрохимические реакции, а иногда и механическое воздействие внешней среды.

Коррозия с водородной деполяризацией – коррозия металлов, при ко­торой катодная реакция осуществляется с выделением водорода.

Коррозия под напряжением – коррозия, вызванная одновременным воз­действием коррозионной среды и механических напряжений.

Коррозия с кислородной деполяризацией – процессы коррозии метал­лов, у которых катодная реакция осуществляется с участием растворенного в электролите кислорода.

Критическая влажность – з начение относительной влажности, выше которой наступает быстрое увеличение скорости атмосферной коррозии металлов.

Лабораторные методы коррозионных исследований – ускоренные исследования специально подготовленных образцов в искусственно созданных условиях протекания коррозии.

Летучий ингибитор – и нгибитор, способный в обычных условиях испаряться и самопроизвольно попадать из газовой фазы на поверхность металлов.

Локальная коррозия – коррозия, протекающая на сравнительно небольших по площади участках металлической поверхности и раз­вивающаяся с крайне высокой скоростью.

Массовый показатель коррозии – изменение массы образца металла в результате коррозии, отнесенное к единице поверхности ме­талла и к единице времени (например, г/(м·ч)).

Межкристаллитная коррозия – к оррозия, распространяющаяся по границам кристаллов (зерен) металла.

Местная коррозия – коррозия, охватывающая отдельные участки поверхности металлов.

Механический показатель коррозии – изменение какого-либо механического свойства металла за время коррозионного процесса, выраженное в про

центах.

Натурные методы коррозионных испытаний – испытания реальных изделий в естественных условиях эксплуатации или хранения.

Ножевая коррозия – л окализованный вид коррозии металлов в зоне сплавления сварных соединений, имеющий место в сильноагрессивных средах.

Обезуглероженный слой – п оверхностный слой сталей или чугунов, потерявший частично (или весь) углерод вследствие взаимодействия с коррозионной средой.

Обесцинкование – и збирательное растворение латуни, приводящее к обеднению сплава цинком и образованию на его поверхности губчатого медного осадка.

Объемный показатель коррозии – объем поглощенного или выделившегося в процессе коррозии газа, приведенного к нормальным условиям и отнесенного к единице поверхности металла и к единице времени (например, см³/(см²·^.ч)).

Окалина – п родукт газовой коррозии.

Оксидирование – процесс образования оксидных пленок на поверхно­сти металлических изделий путем их химической или электрохимической обработки в щелочных растворах.

Пассивация – р езкое уменьшение скорости коррозии вследствие торможения анодной реакции ионизации металла при образовании на его поверхности фазовых или адсорбционных слоев.

Пассивирование – обработка металла для защиты от коррозии в раство­рах хроматов или нитратов.

Пассивное состояние (п ассивность) – состояние относительно высокой коррозионной стойкости металлов и сплавов, находящихся в агрессивной среде и вызванное торможением анодной реакции ионизации металла.

Питтинговая коррозия – один из наиболее опасных видов локальной коррозии; ей подвержены мно­гие пассивирующиеся металлы и сплавы.

Плакирование – механотермический метод получения защитного метал­лического покрытия.

Подземная коррозия – коррозия металлов в почвах и грунтах.

Полевые методы коррозионных исследований – длительные иссле­дования специально подготовленных образцов в естественных условиях: в ат­мосфере, почве, море и др.

Поляризация – и зменение потенциала электрода в результате протекания тока.

Правило Таммана – правило, согласно которому скачкообразное повышение коррозионной стойкости сплавов происходит при доле в них благородных или коррозионно-устойчивых элементов, равной n/8, где n - целое число (1,2,3,4,6).

Предел коррозионной усталости – м аксимальное механическое напряжение, при котором еще не происходит разрушение металла после одновременного воздействия установленного числа циклов переменной нагрузки и заданных коррозионных условий.

Продукты коррозии – х имические соединения, образующиеся в результате взаимодействия металла или сплава и коррозионной среды.

Протекторная защита – разновидность катодной защиты, когда к защищаемому изделию присоединяют более электроотрицательный металл –протектор, который, растворяясь в окружающей среде, защищает от разруше­ния основное изделие.

Противокоррозионная защита – процессы или средства, при­меняемые для уменьшения или прекращения коррозии металлов.

Радиационная коррозия – коррозия, обусловленная действием радио­активного излучения.

Ржавчина – п родукты коррозии железа и его сплавов, состоящие преимущественно из оксидов.

Селективное вытравливание – различная скорость растворения фазовых составляющих многофазных металлических материалов с сильно различающимся по электрохимическому по­ведению компонентами структуры.

Скорость коррозии – к оррозионные потери единицы поверхности металлов в единицу времени.

Точечная коррозия (п иттинг) – местная коррозия металлов в виде отдельных точечных поражений.

Фосфатирование – метод химической и электрохимической обработки черных и цветных металлов в горячем растворе фосфорнокислых солей с целью образования малорастворимых фосфатов железа, марганца или цинка.

Фреттинг-коррозия – к оррозия при колебательном перемещении поверхностей относительно друг друга в условиях воздействия коррозионной среды.

Химическая коррозия – процесс взаимодействия металла с коррози­онной средой, при котором окисление металла и восстановление окислительно­го компонента среды протекают единовременно в одном акте; продукты этого взаи­модействия пространственно не разделены.

Щелевая коррозия – у силение коррозии в щелях и зазорах между двумя металлами, а также в местах неплотного контакта металла с неметаллическим коррозионно-инертным материалом.

Шкала коррозионной стойкости –десятибалльная ш кала, предназначенная для качественной и количественной оценки коррозионной стойкости металлов в определенных условиях.

Электрохимическая защита – з ащита металлов от коррозии, осуществляемая поляризацией от внешнего источника тока или путем соединения с металлом (протектором), имеющим более отрицательный или более положительный потенциал, чем у защищаемого металла. В зависимости от направления поляризации различают катодную и анодную защиты.

Электрохимическая коррозия – процесс взаимодействия металлов с коррозионной средой (раствором электролита), при котором ионизация атомов металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекают не в одном акте и их скорости зависят от электродного потенциала.

Язвенная коррозия – коррозия, по характеру своего развития очень напоминающая питтинговую коррозию, однако локализация коррозионного процесса при этом менее острая; диаметр очагов язвенной коррозии гораздо больше, чем при питтинговой коррозии.

Поиск по сайту: