Скорост на корозия е многофакторен параметър, който зависи както от външните условия на околната среда, така и от вътрешните свойства на материала. В нормативно-техническата документация има определени ограничения за допустимите стойности на разрушаване на метали по време на експлоатация на оборудване и строителни конструкции, за да се осигури безпроблемната им работа. В инженерството няма универсален метод за определяне на степента на корозия. Това се дължи на сложността на отчитането на всички фактори. Най-надеждният метод е да се проучи оперативната история на съоръжението.
Критерии
В момента в инженерния дизайн се използват няколко степени на корозия:
- Съгласно директния метод на оценка: намаляване на масата на метална част на единица повърхност - индикатор за тегло (измерено в грамове на 1 m2 за 1 час); дълбочина на повреда (или пропускливост на процеса на корозия), mm/година; количеството на освободената газова фаза на корозионните продукти; продължителността на времето, през което се появяват първите повреди от корозия; брой корозионни центрове на единица площповърхности, появили се през определен период от време.
- Непряко оценено: сила на тока на електрохимична корозия; електрическо съпротивление; промяна във физичните и механичните характеристики.
Първият индикатор за директна оценка е най-често срещаният.
Формули за изчисление
В общия случай загубата на тегло, която определя скоростта на корозия на метала, се намира по следната формула:
Vkp=q/(St), където q е намаляването на масата на метала, g;
S – площ, от която е прехвърлен материалът, m2;
t – период от време, часове
За ламарина и черупки, изработени от нея, определете индекса на дълбочината (мм/година):
H=m/t, m е дълбочината на проникване в метала.
Има следната връзка между първия и втория индикатор, описани по-горе:
H=8, 76Vkp/ρ, където ρ е плътността на материала.
Основни фактори, влияещи върху скоростта на корозия
Следните групи фактори влияят върху скоростта на разрушаване на метала:
- вътрешни, свързани с физичната и химичната природа на материала (фазова структура, химичен състав, грапавост на повърхността на детайла, остатъчни и работни напрежения в материала и други);
- външно (условия на околната среда, скорост на движение на корозивна среда, температура, състав на атмосферата, наличие на инхибитори или стимуланти и други);
- механични (развиване на корозионни пукнатини, разрушаване на метала под действието на циклични натоварвания,кавитация и фреттинг корозия);
- дизайн характеристики (избор на метал, пролуки между частите, изисквания за грапавост).
Физични и химични свойства
Най-важните вътрешни корозионни фактори са следните:
- Термодинамична стабилност. За определянето му във водни разтвори се използват референтни диаграми на Pourbaix, по оста на абсцисата на които е нанесено рН на средата, а по оста на ординатата - редокс потенциалът. Потенциалното изместване в положителна посока означава по-голяма стабилност на материала. Условно се определя като нормалният равновесен потенциал на метала. В действителност материалите корозират с различна скорост.
- Позицията на атом в периодичната таблица на химичните елементи. Най-податливи на корозия метали са алкалните и алкалоземните метали. Скоростта на корозия намалява с увеличаване на атомното число.
- Кристална структура. Има двусмислен ефект върху унищожаването. Самата едрозърнеста структура не води до увеличаване на корозията, но е благоприятна за развитието на междугрануларно селективно разрушаване на границите на зърната. Металите и сплавите с хомогенно разпределение на фазите корозират равномерно, докато тези с неравномерно разпределение корозират по фокален механизъм. Взаимното подреждане на фазите изпълнява функцията на анода и катода в агресивна среда.
- Енергийна нехомогенност на атомите в кристалната решетка. Атомите с най-висока енергия са разположени в ъглите на лицатамикрограпавини и са активни центрове на разтваряне по време на химическа корозия. Следователно, внимателната обработка на метални части (шлайфане, полиране, довършителни работи) повишава устойчивостта на корозия. Този ефект се обяснява и с образуването на по-плътни и непрекъснати оксидни филми върху гладки повърхности.
Влияние на средна киселинност
В процеса на химическа корозия концентрацията на водородни йони засяга следните точки:
- разтворимост на корозионни продукти;
- образуване на защитни оксидни филми;
- скорост на унищожаване на метал.
Когато pH е в диапазона от 4-10 единици (киселинен разтвор), корозията на желязото зависи от интензивността на проникване на кислород към повърхността на обекта. В алкалните разтвори скоростта на корозия първо намалява поради пасивиране на повърхността, а след това, при pH >13, се увеличава в резултат на разтварянето на защитния оксиден филм.
За всеки вид метал има своя собствена зависимост на интензитета на разрушаване от киселинността на разтвора. Благородните метали (Pt, Ag, Au) са устойчиви на корозия в кисела среда. Zn, Al бързо се разрушават както в киселини, така и в основи. Ni и Cd са устойчиви на алкали, но корозират лесно в киселини.
Състав и концентрация на неутрални разтвори
Скоростта на корозия в неутрални разтвори зависи повече от свойствата на солта и нейната концентрация:
- По време на хидролизата на соли вв корозивна среда се образуват йони, които действат като активатори или забавители (инхибитори) на разрушаването на метала.
- Онези съединения, които повишават pH, също увеличават скоростта на разрушителния процес (например калцинирана сода), а тези, които намаляват киселинността (амониев хлорид).
- При наличие на хлориди и сулфати в разтвора, разрушаването се активира до достигане на определена концентрация на соли (което се обяснява с интензификацията на анодния процес под въздействието на хлоридни и серни йони), и след това постепенно намалява поради намаляване на разтворимостта на кислорода.
Някои видове соли са в състояние да образуват неразтворим филм (например железен фосфат). Това помага да се предпази метала от по-нататъшно разрушаване. Това свойство се използва при прилагане на неутрализатори на ръжда.
Инхибитори на корозията
Инхибиторите на корозия (или инхибиторите) се различават по механизма си на действие върху окислително-редукционния процес:
- Анод. Благодарение на тях се образува пасивен филм. Тази група включва съединения на базата на хромати и бихромати, нитрати и нитрити. Последният тип инхибитори се използва за междуоперативна защита на частите. Когато се използват инхибитори на анодната корозия, е необходимо първо да се определи тяхната минимална защитна концентрация, тъй като добавянето на малки количества може да доведе до увеличаване на скоростта на разрушаване.
- Катод. Механизмът на тяхното действие се основава на намаляване на концентрацията на кислород и съответно забавяне на катодния процес.
- Защита. Тези инхибитори изолират металната повърхност, като образуват неразтворими съединения, които се отлагат като защитен слой.
Последната група включва неутрализатори на ръжда, които се използват и за почистване на оксиди. Те обикновено съдържат фосфорна киселина. Под негово влияние настъпва метално фосфатиране - образуването на силен защитен слой от неразтворими фосфати. Неутрализаторите се нанасят с пистолет за пръскане или валяк. След 25-30 минути повърхността придобива бяло-сив цвят. След изсъхване на състава се нанасят бои и лакове.
Механично действие
Увеличаването на корозията в агресивна среда се улеснява от такива видове механично действие като:
- Вътрешни (по време на формоване или термична обработка) и външни (под влияние на външно приложено натоварване) напрежения. В резултат на това възниква електрохимична нехомогенност, термодинамичната стабилност на материала намалява и се образува корозионно напукване. Особено бързо е разрушаването при натоварвания на опън (пукнатини се образуват в перпендикулярни равнини) в присъствието на окислителни аниони, например NaCl. Типичен пример за устройства, подложени на този вид унищожаване, са части от парни котли.
- Променливо динамично действие, вибрации (корозионна умора). Наблюдава се интензивно намаляване на границата на умора, образуват се множество микропукнатини, които след това се сливат в една голяма. номерциклите до отказ в по-голяма степен зависи от химичния и фазов състав на металите и сплавите. Помпените оси, пружини, лопатки на турбините и друго оборудване са подложени на такава корозия.
- Трене на частите. Бързата корозия се дължи на механично износване на защитните филми по повърхността на детайла и химическо взаимодействие с околната среда. В течност скоростта на разрушаване е по-ниска, отколкото във въздуха.
- Кавитация. Кавитация възниква, когато непрекъснатостта на потока на течността е нарушена в резултат на образуването на вакуумни мехурчета, които се срутват и създават пулсиращ ефект. В резултат на това възникват дълбоки увреждания от локален характер. Този тип корозия често се наблюдава в химически апарати.
Дизайн фактори
При проектиране на елементи, работещи в агресивни условия, трябва да се има предвид, че степента на корозия се увеличава в следните случаи:
- когато различни метали влизат в контакт (колкото по-голяма е разликата в електродния потенциал между тях, толкова по-висока е силата на тока на електрохимичния процес на разрушаване);
- при наличие на механични концентратори на напрежение (браздове, канали, дупки и други);
- с ниска чистота на обработваната повърхност, тъй като това води до локални късо съединение на галванични двойки;
- със значителна разлика в температурата на отделните части на апарата (образуват се термични галванични клетки);
- при наличие на застойни зони (прорези, пропуски);
- при оформянеостатъчни напрежения, особено в заварени съединения (за отстраняването им е необходимо да се предвиди термична обработка - отгряване).
Методи за оценка
Има няколко начина за оценка на скоростта на разрушаване на метали в агресивна среда:
- Лаборатория - тестване на проби в изкуствено симулирани условия, близки до реалните. Предимството им е, че ви позволяват да намалите времето на изследването.
- Поле - провежда се в естествени условия. Те отнемат много време. Предимството на този метод е получаването на информация за свойствата на метала в условията на по-нататъшна експлоатация.
- Изпитване на място на готови метални предмети в естествена среда.
