Korozja elektrochemiczna

Korozja elektrochemiczna- najczęstszy rodzaj korozji. Elektrochemiczne zachodzi, gdy metal wchodzi w kontakt z otaczającym ośrodkiem przewodzącym elektrolit. W tym przypadku redukcja składnika utleniającego środowiska korozyjnego nie następuje jednocześnie z jonizacją atomów metalu, a ich tempo zależy od potencjału elektrody metalu. Podstawową przyczyną korozji elektrochemicznej jest niestabilność termodynamiczna metali w otaczającym je środowisku. Rdzewienie rurociągu, tapicerka dolna statek morski, różne konstrukcje metalowe w atmosferze - te i wiele innych rzeczy są przykładami korozji elektrochemicznej.

Korozja elektrochemiczna obejmuje takie rodzaje lokalnych uszkodzeń, jak wżery, korozja międzykrystaliczna i korozja szczelinowa. Poza tym procesy korozja elektrochemiczna występują w glebie, atmosferze, morzu.

Mechanizm korozji elektrochemicznej może nastąpić na dwa sposoby:

1) Jednorodny mechanizm korozji elektrochemicznej:

Powierzchniowa warstwa met. postrzegane jako jednorodne i jednorodne;

Powodem rozpuszczania metalu jest termodynamiczna możliwość zdarzeń katodowych lub anodowych;

Sekcje K i A z czasem migrują po powierzchni;

Szybkość korozji elektrochemicznej zależy od czynnika kinetycznego (czasu);

Za przypadek graniczny można uznać jednorodną powierzchnię, którą można również zrealizować w ciekłych metalach.

2) Heterogeniczny mechanizm korozji elektrochemicznej:

Metale twarde mają niejednorodną powierzchnię, ponieważ różne atomy zajmują różne pozycje w sieci krystalicznej stopu;

Niejednorodność obserwuje się w obecności obcych wtrąceń w stopie.

Korozja elektrochemiczna ma pewne cechy: dzieli się na dwa jednocześnie zachodzące procesy (katodowy i anodowy), które są od siebie kinetycznie zależne; w niektórych obszarach powierzchni korozja elektrochemiczna może przybrać charakter lokalny; rozwiązanie głównego met. zachodzi właśnie na anodach.

Powierzchnia dowolnego metalu składa się z wielu mikroelektrod zwartych w samym metalu. W kontakcie ze środowiskiem korozyjnym powstające elementy galwaniczne przyczyniają się do jego elektrochemicznego zniszczenia.

Przyczyny występowania lokalnych elementów galwanicznych mogą być bardzo różne:

1) niejednorodność stopu

Heterogeniczność met. faza ze względu na niejednorodność stopu oraz obecność mikro- i makroinkluzji;

Nierówności warstw tlenków na powierzchni spowodowane obecnością makro- i mikroporów oraz nierównomiernym powstawaniem wtórnych produktów korozji;

Obecność granic ziaren kryształu na powierzchni, wychodzenie dyslokacji na powierzchnię, anizotropia kryształów.

2) heterogeniczność środowiska

Obszar o ograniczonym dostępie do utleniacza będzie anodą w stosunku do obszaru o swobodnym dostępie, co przyspiesza korozję elektrochemiczną.

3) niejednorodność warunków fizycznych

Napromieniowanie (obszar napromieniany – anoda);

Narażenie na prądy zewnętrzne (punktem wejścia prądu błądzącego jest katoda, punktem wyjścia jest anoda);

Temperatura (w odniesieniu do obszarów zimnych, obszary ogrzewane to anody) itp.

Podczas pracy ogniwa galwanicznego jednocześnie zachodzą dwa procesy elektrodowe:

Anodowy- jony metali przechodzą do roztworu

Fe → Fe 2+ + 2e

Zachodzi reakcja utleniania.

Katoda- nadmiar elektronów jest asymilowany przez cząsteczki lub atomy elektrolitu, co powoduje ich redukcję. Na katodzie zachodzi reakcja redukcji.

O 2 + 2H 2 O + 4e → 4OH - (depolaryzacja tlenu w środowisku obojętnym, zasadowym)

O 2 + 4H + + 4e → 2H 2 O (depolaryzacja tlenu w środowisku kwaśnym)

2 H + + 2e → H 2 (z depolaryzacją wodoru).

Zahamowanie procesu anodowego prowadzi do zahamowania procesu katodowego.

Korozja metalu zachodzi dokładnie na anodzie.

Kiedy stykają się dwie fazy przewodzące prąd elektryczny (na przykład ośrodek metaliczny), gdy jedna z nich jest naładowana dodatnio, a druga ujemnie, powstaje między nimi różnica potencjałów. Zjawisko to wiąże się z pojawieniem się podwójnej warstwy elektrycznej (EDL). Naładowane cząstki są rozmieszczone asymetrycznie na granicy faz.

Potencjalne skoki podczas korozji elektrochemicznej mogą wystąpić z dwóch powodów:

Przy odpowiednio wysokiej energii hydratacji jony metali mogą odłamać się i przejść do roztworu, pozostawiając na powierzchni równoważną liczbę elektronów, które decydują o jego ładunku ujemnym. Ujemnie naładowana powierzchnia przyciąga kationy met. z rozwiązania. W ten sposób na granicy faz pojawia się podwójna warstwa elektryczna.

Kationy elektrolitu są wyładowywane na powierzchni metalu. Prowadzi to do tego, że powierzchnia jest spełniona. uzyskuje ładunek dodatni, który tworzy podwójną warstwę elektryczną z anionami roztworu.

Czasami pojawia się sytuacja, gdy powierzchnia nie jest naładowana, a zatem nie ma EDL. Potencjał, przy którym obserwuje się to zjawisko, nazywany jest potencjałem ładunku zerowego (φ N). Każdy metal ma swój własny potencjał ładunku zerowego.

Wielkość potencjałów elektrod ma bardzo duży wpływ na charakter procesu korozji.

Skoku potencjałów pomiędzy dwiema fazami nie można zmierzyć, ale metodą kompensacyjną można zmierzyć siłę elektromotoryczną elementu (EMF), który składa się z elektrody odniesienia (jej potencjał umownie przyjmuje się za zero) oraz badanej elektrody . Jako elektrodę odniesienia stosuje się standardową elektrodę wodorową. Semf ogniwa galwanicznego (standardowej elektrody wodorowej i badanego ogniwa) nazywany jest potencjałem elektrody. Elektrodami odniesienia może być również chlorek srebra, kalomel, nasycony siarczan miedzi.

Międzynarodowa konwencja w Sztokholmie 1953 Zdecydowano, że podczas rejestracji zawsze umieszczaj elektrodę odniesienia po lewej stronie. W tym przypadku pole elektromagnetyczne oblicza się jako różnicę potencjałów prawej i lewej elektrody.

E = Vp - Vl

Jeśli ładunek dodatni wewnątrz układu przesuwa się od lewej do prawej, emf elementu uważa się za dodatni, podczas gdy

Emax =-(ΔG T)/mnF,

gdzie F jest liczbą Faradaya. Jeśli ładunki dodatnie poruszają się w przeciwnym kierunku, wówczas równanie będzie wyglądać następująco:

Emax =+(ΔG T)/mnF.

Podczas korozji w elektrolitach najczęstsze i znaczące są adsorpcja (adsorpcja kationów lub anionów na granicy faz) i potencjały elektrod (przejście kationów z metalu do elektrolitu i odwrotnie).

Potencjał elektrody, przy którym metal znajduje się w stanie równowagi z własnymi jonami, nazywany jest równowagą (odwracalną). Zależy to od charakteru fazy metalicznej, rozpuszczalnika, temperatury elektrolitu i aktywności jonów met.

Potencjał równowagi jest zgodny z równaniem Nernsta:

E=E ο + (RT/nF) Lnα Men n+

gdzie, E ο - standardowy potencjał metalu; R - stała molowa gazu; n jest stopniem utlenienia jonu metalu; T - temperatura; F – liczba Faradaya, α Men n+ – aktywność jonów met.

Przy ustalonym potencjale równowagi nie obserwuje się korozji elektrochemicznej.

Jeśli elektroda przejdzie Elektryczność- jego stan równowagi zostaje zakłócony. Potencjał elektrody zmienia się w zależności od kierunku i siły prądu. Zmiana różnicy potencjałów, prowadząca do zmniejszenia natężenia prądu, nazywana jest zwykle polaryzacją. Spadek polaryzowalności elektrod nazywa się depolaryzacją.

Im większa polaryzacja, tym mniejsza szybkość korozji elektrochemicznej. Polaryzacja charakteryzuje się wielkością przepięcia.

Istnieją trzy rodzaje polaryzacji:

Elektrochemiczne (przy spowalnianiu procesów anodowych lub katodowych);

Stężenie (obserwowane przy małej szybkości zbliżania się depolaryzatora do powierzchni i usuwania produktów korozji);

Faza (związana z powstawaniem nowej fazy na powierzchni).

Korozję elektrochemiczną obserwuje się również w przypadku kontaktu dwóch różnych metali. W elektrolicie tworzą parę galwaniczną. Anoda będzie bardziej elektroujemna. W trakcie tego procesu anoda będzie się stopniowo rozpuszczać. W tym przypadku następuje spowolnienie lub nawet całkowite ustanie korozji elektrochemicznej na katodzie (bardziej elektropozytywnej). Na przykład, gdy duraluminium wejdzie w kontakt z niklem w wodzie morskiej, to właśnie duraluminium ulegnie intensywnemu rozpuszczeniu.

Korozja metali (od późnego łac. corrosio - korozja) to fizyczne i chemiczne oddziaływanie materiału metalowego z otoczeniem, prowadzące do pogorszenia właściwości użytkowych materiału, środowiska lub układu technicznego, którego są częściami.

Podstawą korozji metali jest reakcja chemiczna zachodząca pomiędzy materiałem a otoczeniem lub pomiędzy jego składnikami, zachodząca na granicy faz. Proces ten jest spontaniczny i zarazem konsekwentnyreakcje redoksz elementami środowiskowymi. Substancje chemiczne, które niszczą Materiały budowlane, nazywane są agresywnymi. Agresywnym środowiskiem może być powietrze atmosferyczne, woda, różne roztwory substancje chemiczne, gazy. Proces niszczenia materiału nasila się w obecności nawet niewielkiej ilości kwasów lub soli w wodzie, w glebie w obecności soli w wodzie glebowej oraz przy wahaniach poziomu wód gruntowych.

Procesy korozji klasyfikuje się:

1) zgodnie z warunkami korozyjnymi,

2) zgodnie z mechanizmem procesu,

3) ze względu na charakter zniszczenia korozyjnego.

Przez warunki korozyjne, które są bardzo zróżnicowane, istnieje kilka rodzajów korozji.

Środowiska korozyjne i powodowane przez nie zniszczenia są na tyle charakterystyczne, że zachodzące w nich procesy korozyjne klasyfikuje się także według nazwy tych środowisk. Więc podkreślają korozja gazowa, tj. korozja chemiczna pod wpływem gorących gazów (w temperaturach znacznie powyżej punktu rosy).

Niektóre przypadki są typowe korozja elektrochemiczna(głównie przy katodowej redukcji tlenu) w środowiskach naturalnych: atmosferyczny- w czystym lub zanieczyszczonym powietrzu o wilgotności wystarczającej do wytworzenia filmu elektrolitu na powierzchni metalu (szczególnie w obecności agresywnych gazów, takich jak CO 2, Cl 2 lub aerozole kwasów, soli itp.); morskie – pod wpływem wody morskiej i podziemne – w glebach i glebach.

Korozja naprężeniowa rozwija się w obszarze obciążeń mechanicznych rozciągających lub zginających, a także odkształceń szczątkowych lub naprężeń termicznych i z reguły prowadzi do pękania korozyjnego transkrystalicznego, któremu na przykład stalowe liny i sprężyny poddawane są działaniu warunków atmosferycznych, węgla i stale nierdzewne w elektrowniach parowych, wysokowytrzymałe stopy tytanu w wodzie morskiej itp.

Może się pojawić przy obciążeniu przemiennym zmęczenie korozyjne, wyrażający się mniej lub bardziej ostrym spadkiem granicy zmęczenia metalu w obecności środowiska korozyjnego. Erozja korozyjna(Lub korozja cierna) oznacza przyspieszone zużycie metalu pod jednoczesnym wpływem wzajemnie wzmacniających się czynników korozyjnych i ściernych (tarcie ślizgowe, przepływ cząstek ściernych itp.).

Związana z tym korozja kawitacyjna zachodzi podczas kawitacyjnych reżimów przepływu agresywnego ośrodka wokół metalu, kiedy to ciągłe pojawianie się i „zapadanie” małych pęcherzyków próżniowych tworzy strumień niszczycielskich wstrząsów mikrohydraulicznych oddziałujących na powierzchnię metalu. Można rozważyć bliską odmianę korozja cierna, obserwowane w punktach styku mocno ściśniętych lub toczących się części, jeżeli powstają mikroskopijne przemieszczenia ścinające w wyniku drgań pomiędzy ich powierzchniami.

Upływ prądu elektrycznego przez granicę metalu z agresywnym środowiskiem powoduje, w zależności od charakteru i kierunku wycieku, dodatkowe reakcje anodowe i katodowe, które mogą bezpośrednio lub pośrednio prowadzić do przyspieszonego lokalnego lub ogólnego zniszczenia metalu ( korozja prądów błądzących). Podobne zniszczenia, zlokalizowane w pobliżu styku, mogą być spowodowane kontaktem w elektrolicie dwóch różnych metali tworzących zamknięte ogniwo galwaniczne - korozja kontaktowa.

W wąskich szczelinach pomiędzy częściami, a także pod luźną powłoką lub narostem, gdzie wnika elektrolit, ale dostęp tlenu niezbędnego do pasywacji metalu jest utrudniony, może powstawać korozja szczelinowa, w którym rozpuszczanie metalu następuje głównie w szczelinie, a reakcje katodowe częściowo lub całkowicie zachodzą obok niej na otwartej powierzchni.

Zwyczajowo jest również podkreślanie korozja biologiczna, który zachodzi pod wpływem produktów przemiany materii bakterii i innych organizmów, oraz korozja radiacyjna- w przypadku narażenia na promieniowanie radioaktywne.

1 . Korozja gazowa- korozja metali w gazach w wysokich temperaturach (na przykład utlenianie i odwęglanie stali po podgrzaniu);

2. Korozja atmosferyczna- korozja metali w atmosferze powietrza, a także wszelkich wilgotnych gazów (na przykład rdzewienie konstrukcji stalowych w warsztacie lub na świeżym powietrzu);

Korozja atmosferyczna jest najczęstszym rodzajem korozji; około 80% konstrukcji metalowych eksploatowanych jest w warunkach atmosferycznych.
Głównym czynnikiem determinującym mechanizm i szybkość korozji atmosferycznej jest stopień zwilżenia powierzchni metalu. W zależności od stopnia zawilgocenia wyróżnia się trzy główne rodzaje korozji atmosferycznej:

Mokra korozja atmosferyczna– korozja w obecności widocznego filmu wodnego na powierzchni metalu (grubość filmu od 1 µm do 1 mm). Korozję tego typu obserwuje się przy wilgotności względnej powietrza około 100%, gdy na powierzchni metalu następuje kondensacja kropelkowa wody, a także gdy woda bezpośrednio uderza w powierzchnię (deszcz, hydrorafinacja powierzchni itp.);
Mokra korozja atmosferyczna– korozja w obecności cienkiej, niewidocznej warstwy wody na powierzchni metalu, która powstaje w wyniku kapilarności, adsorpcji lub kondensacji chemicznej przy wilgotności względnej powietrza poniżej 100% (grubość powłoki od 10 do 1000 nm);
Korozja atmosferyczna na sucho– korozja w obecności bardzo cienkiej warstwy adsorpcyjnej wody na powierzchni metalu (rzędu kilku warstw molekularnych o łącznej grubości od 1 do 10 nm), której nie można jeszcze uznać za ciągłą i mającą właściwości elektrolitu .

Jest oczywiste, że minimalny czas korozji występuje podczas korozji atmosferycznej w suchym środowisku, która przebiega poprzez mechanizm korozji chemicznej.

Wraz ze wzrostem grubości filmu wodnego następuje przejście mechanizmu korozji z chemicznego na elektrochemiczny, co odpowiada szybkiemu wzrostowi szybkości procesu korozji.

Z powyższej zależności wynika, że maksymalna szybkość korozji odpowiada granicy obszarów II i III, następnie obserwuje się nieznaczne spowolnienie korozji ze względu na trudność dyfuzji tlenu przez zagęszczoną warstwę wody. Nawet grubsze warstwy wody na powierzchni metalu (przekrój IV) powodują jedynie nieznaczne spowolnienie korozji, gdyż w mniejszym stopniu wpływają na dyfuzję tlenu.

W praktyce nie zawsze udaje się tak wyraźnie rozróżnić te trzy etapy korozji atmosferycznej, gdyż w zależności od warunków zewnętrznych możliwe jest przejście z jednego typu do drugiego. Na przykład konstrukcja metalowa skorodowana przez mechanizm korozji suchej, wraz ze wzrostem wilgotności powietrza zacznie korodować w wyniku mechanizmu korozji mokrej, a wraz z opadami atmosferycznymi nastąpi już korozja mokra. Kiedy wilgoć wyschnie, proces się odwróci.

Na szybkość korozji atmosferycznej metali wpływa wiele czynników. Najważniejszym z nich jest czas trwania zwilżania powierzchni, który zależy głównie od wilgotności względnej powietrza. Co więcej, w większości praktycznych przypadków szybkość korozji metalu gwałtownie wzrasta dopiero po osiągnięciu pewnej krytycznej wartości wilgotności względnej, przy której na powierzchni metalu pojawia się ciągła warstwa wilgoci w wyniku kondensacji wody z powietrza .

Wpływ wilgotności względnej powietrza na szybkość korozji atmosferycznej stali węglowej przedstawiono na rysunku.Zależność przyrostu masy produktów korozji m od wilgotności względnej powietrza W uzyskano eksponując próbki stali w atmosferze zawierającej 0,01 % SO2 przez 55 dni.

Zanieczyszczenia zawarte w powietrzu SO 2, H 2 S, NH 3, HCl itp. bardzo silnie wpływają na szybkość korozji atmosferycznej, rozpuszczając się w warstwie wody, zwiększają jej przewodność elektryczną i

Cząsteczki stałe z atmosfery opadające na powierzchnię metalu mogą po rozpuszczeniu działać jako szkodliwe zanieczyszczenia (NaCl, Na 2 SO 4) lub w postaci cząstek stałych ułatwiać kondensację wilgoci na powierzchni (cząstki węgla, pyły, ścierniwa) cząstki itp.).

W praktyce trudno jest określić wpływ poszczególnych czynników na szybkość korozji metalu w określonych warunkach pracy, ale można go w przybliżeniu oszacować na podstawie ogólnej charakterystyki atmosfery (ocenę podaje się w jednostkach względnych):

suchy kontynentalny - 1-9
morze czyste - 38
przemysł morski - 50
przemysłowy - 65
przemysłowe, silnie zanieczyszczone – 100.

3 .Korozja płynna- korozja metali w środowisku ciekłym: w nieelektrolicie(brom, stopiona siarka, rozpuszczalniki organiczne, paliwo ciekłe) oraz w elektrolicie (korozja kwasowa, zasadowa, solna, morska, rzeczna, korozja w stopionych solach i zasadach). W zależności od warunków oddziaływania środowiska z metalem, występuje korozja płynna metalu przy całkowitym, częściowym i zmiennym zanurzeniu, korozja wzdłuż linii wodnej (w pobliżu granicy pomiędzy częścią metalu zanurzoną i niezanurzoną w środowisku korozyjnym). ), korozja w niemieszanym (cichym) i mieszanym (ruchomym) środowisku korozyjnym;


Korozja płynna

4. Korozja podziemna- korozja metali w glebach i glebach (na przykład rdzewienie podziemnych rurociągów stalowych);


Korozja podziemna

Jego mechanizm jest elektrochemiczny. korozja metali. Korozja podziemna spowodowana jest trzema czynnikami: agresywnością korozyjną gleb i gruntów (korozją gleby), działaniem prądów błądzących oraz działalnością mikroorganizmów.

O agresywności korozyjnej gleb i gruntów decyduje ich struktura granulometryczna. kompozycja, bity elektryczny odporność, wilgotność, przepuszczalność powietrza, pH itp. Zwykle agresywność korozyjną gleby w stosunku do stali węglowych ocenia się na podstawie specyfikacji. elektryczny rezystancja gleby, średnia gęstość prądu katodowego przy przesunięciu potencjału elektrody o 100 mV ujemnego w stosunku do potencjału korozyjnego stali; w odniesieniu do aluminium aktywność korozyjną gleby ocenia się na podstawie zawartości jonów chloru i żelaza, wartości pH, w odniesieniu do ołowiu na podstawie zawartości jonów azotanowych, próchnicy, wartości pH.

5. Biokorozja- korozja metali pod wpływem życiowej aktywności mikroorganizmów (na przykład zwiększona korozja stali w glebie przez bakterie redukujące siarczany);


Biokorozja

Biokorozja konstrukcji podziemnych wynika głównie z: żywotna aktywność bakterii redukujących siarczany, utleniających siarkę i utleniających żelazo, których obecność ustala się bakteriologicznie. badania próbek gleby. Bakterie redukujące siarczany są obecne we wszystkich glebach, ale korozja biologiczna występuje w zauważalnym tempie tylko wtedy, gdy woda (lub gleba) zawiera 105-106 żywotnych bakterii na 1 ml (lub 1 g).

6. Zkorozja strukturalna- korozja związana z niejednorodnością strukturalną metalu (na przykład przyspieszenie procesu korozji w roztworach H 2 SO 4 lub HCl przez wtrącenia katodowe: węgliki w stali, grafit w żeliwie, międzymetaliczny CuA1 3 w duraluminium);


Korozja konstrukcyjna

7. Korozja pod wpływem prądu zewnętrznego- korozja elektrochemiczna metali pod wpływem prądu elektrycznego źródło zewnętrzne(na przykład rozpuszczenie stalowego uziemienia anodowego stacji ochrony katodowej podziemnego rurociągu);


Korozja pod wpływem prądu zewnętrznego

8. Korozja prądów błądzących- korozja elektrochemiczna metalu (na przykład rurociąg podziemny) pod wpływem prądu błądzącego;

Głównymi źródłami prądów błądzących w ziemi są elektryfikacja. Koleje prądu stałego, tramwaje, metro, transport elektryczny w kopalniach, linie energetyczne prądu stałego w systemie przewodowo-uziemionym. Prądy błądzące powodują największe zniszczenia w tych miejscach konstrukcji podziemnej, gdzie prąd przepływa z konstrukcji do gruntu (tzw. strefy anodowe).Straty żelaza w wyniku korozji przez prądy błądzące wynoszą 9,1 kg/Arok.

Do podziemnego metalu konstrukcje mogą płynąć prądami rzędu setek amperów, a w przypadku uszkodzenia powłoki ochronnej gęstość prądu płynącego z konstrukcji w strefie anodowej jest tak duża, że w krótkim czasie powstają uszkodzenia w ścianach konstrukcji. Dlatego w obecności stref anodowych lub naprzemiennych na metalach podziemnych. W konstrukcjach korozja spowodowana prądami błądzącymi jest zwykle bardziej niebezpieczna niż korozja gruntu.

9. Korozja kontaktowa- korozja elektrochemiczna spowodowana kontaktem metali o różnych potencjałach stacjonarnych w danym elektrolicie (np. korozja w wodzie morskiej części wykonanych ze stopów aluminium mających kontakt z częściami miedzianymi).


Korozja kontaktowa

Korozja kontaktowa w elektrolitach o wysokiej przewodności elektrycznej może wystąpić w następujących szczególnych przypadkach:

w kontakcie ze stalą niskostopową różnych gatunków, jeżeli jeden z nich jest stopowy z miedzią i (lub) niklem;

przy wprowadzaniu tych pierwiastków do spoin w procesie spawania stali niestopowych tymi pierwiastkami;

w przypadku narażenia na konstrukcje wykonane ze stali niestopowych z miedzią i niklem, a także stali ocynkowanej lub stopów aluminium, pyłów zawierających metale ciężkie lub ich tlenki, wodorotlenki, sole; wymienione materiały to katody w odniesieniu do powłok ochronnych stali, aluminium i metali;

jeśli konstrukcje wykonane z wymienionych materiałów są narażone na wycieki wody z korodujących części miedzianych;

gdy pył grafitu lub rudy żelaza lub okruchy koksu dostaną się na powierzchnię konstrukcji wykonanych ze stali ocynkowanej lub stopów aluminium;

kiedy stopy aluminium stykają się ze sobą, jeśli jeden stop (katoda) jest stopowany z miedzią, a drugi (anodowy) nie jest w ¾;

10. korozja szczelinowa- zwiększona korozja w pęknięciach i szczelinach między metalami (na przykład w połączeniach gwintowych i kołnierzowych konstrukcji stalowych znajdujących się w wodzie), a także w miejscach luźnego kontaktu metalu z niemetalicznym, obojętnym na korozję materiałem. Nieodłączny w konstrukcjach ze stali nierdzewnej w agresywnym środowisku cieczy, w którym materiały poza wąskimi pęknięciami i szczelinami są stabilne ze względu na swój stan pasywny, tj. ze względu na tworzenie się filmu ochronnego na ich powierzchni;

11. Korozja naprężeniowa- korozja metali przy jednoczesnym narażeniu na środowisko korozyjne i naprężenia mechaniczne. W zależności od charakteru obciążeń może wystąpić korozja pod stałym obciążeniem (na przykład korozja metalu kotłów parowych) i korozja pod zmiennym obciążeniem (na przykład korozja osi i prętów pomp, sprężyn, lin stalowych ); jednoczesne narażenie na środowisko korozyjne i zmienne lub cykliczne obciążenia rozciągające często powoduje zmęczenie korozyjne - zmniejszenie granicy zmęczenia metalu;


Korozja naprężeniowa

12. Kawitacja korozyjna- zniszczenie metalu spowodowane jednoczesną korozją i wpływem środowiska zewnętrznego (na przykład zniszczenie łopatek śrubowych statków morskich);


Kawitacja korozyjna

Kawitacja- (z łac. cavitas - pustka) - powstawanie w cieczy wnęk (pęcherzyków kawitacyjnych lub jaskiń) wypełnionych gazem, parą lub ich mieszaniną. Kawitacja powstaje w wyniku lokalnego spadku ciśnienia w cieczy, który może wystąpić wraz ze wzrostem jej prędkości (kawitacja hydrodynamiczna). Przemieszczając się z przepływem do obszaru o wyższym ciśnieniu lub w połowie cyklu sprężania, pęcherzyk kawitacyjny zapada się, emitując falę uderzeniową.

W wielu przypadkach kawitacja jest niepożądana. W urządzeniach takich jak śmigła i pompy kawitacja powoduje duży hałas, niszczy elementy, powoduje wibracje i zmniejsza wydajność.

Kiedy pęcherzyki kawitacyjne ulegają zniszczeniu, energia cieczy koncentruje się w bardzo małych objętościach. W ten sposób tworzą się miejsca o podwyższonej temperaturze i powstają fale uderzeniowe, które są źródłem hałasu. Kiedy ubytki zapadają się, uwalnia się dużo energii, co może spowodować poważne uszkodzenia. Kawitacja może zniszczyć prawie każdą substancję. Konsekwencje zniszczenia wnęk prowadzą do dużego zużycia elementów i mogą znacznie skrócić żywotność ślimaka i pompy.

Aby zapobiec kawitacji

wybierz materiał odporny na tego typu erozję (stal molibdenowa);
zmniejszyć chropowatość powierzchni;
zmniejszyć turbulencje przepływu, zmniejszyć liczbę zwojów, uczynić je gładszymi;
nie dopuszczać do bezpośredniego oddziaływania strumienia erozyjnego na ściankę aparatu za pomocą reflektorów i rozdzielaczy strumienia;
oczyszczać gazy i ciecze z zanieczyszczeń stałych;
nie dopuszczać do pracy maszyn hydraulicznych w trybie kawitacyjnym;
prowadzić systematyczny monitoring zużycia materiału.

13. korozja cierna(erozja korozyjna) - zniszczenie metalu spowodowane jednoczesnym wpływem środowiska korozyjnego i tarciem (na przykład zniszczenie czopa wału podczas tarcia o łożysko obmywane wodą morską);

14. Korozja cierna- korozja metali podczas ruchu oscylacyjnego dwóch powierzchni względem siebie w warunkach narażenia na środowisko korozyjne (na przykład zniszczenie dwóch powierzchni metalowych części maszyny ściśle połączonych śrubami w wyniku wibracji w atmosferze utleniającej zawierające tlen).


Korozja cierna

Przez mechanizm procesu rozróżnia korozję chemiczną i elektrochemiczną metali:

1. korozja chemiczna- oddziaływanie metalu ze środowiskiem korozyjnym, w którym utlenianie metalu i redukcja składnika utleniającego środowiska korozyjnego zachodzą w jednym akcie. Przykładami tego typu korozji są reakcje zachodzące podczas kontaktu konstrukcji metalowych z tlenem lub innymi gazami utleniającymi w wysokich temperaturach (ponad 100°C):

2Fe + O2 = FeO;

4FeO + 3O 2 = 2Fe 2 O 3.

Jeżeli w wyniku korozji chemicznej powstanie ciągła warstwa tlenku, która ma wystarczająco silną przyczepność do powierzchni metalowej konstrukcji, wówczas dostęp tlenu do metalu jest utrudniony, korozja spowalnia, a następnie zatrzymuje się. Porowata warstwa tlenku, która nie przylega dobrze do powierzchni konstrukcji, nie chroni metalu przed korozją. Gdy objętość tlenku jest większa niż objętość metalu, który wszedł w reakcję utleniania, a tlenek ma wystarczającą przyczepność do powierzchni metalowej konstrukcji, taki film dobrze chroni metal przed dalszym zniszczeniem. Grubość ochronnej warstwy tlenkowej waha się od kilku warstw molekularnych (5-10)x10 –5 mm do kilku mikronów.

Utlenianie materiału konstrukcji metalowych mających kontakt ze środowiskiem gazowym zachodzi w kotłach, kominach kotłowni, podgrzewaczach wody zasilanych paliwem gazowym, wymiennikach ciepła pracujących na paliwie ciekłym i stałym. Gdyby środowisko gazowe nie zawierało dwutlenku siarki ani innych agresywnych zanieczyszczeń, a oddziaływanie konstrukcji metalowych z otoczeniem odbywało się w stałej temperaturze na całej płaszczyźnie konstrukcji, wówczas wystarczyłaby stosunkowo gruba warstwa tlenku niezawodna ochrona przed dalszą korozją. Jednak ze względu na różną rozszerzalność cieplną metalu i tlenku, warstwa tlenku miejscami złuszcza się, co stwarza warunki do dalszej korozji.

Korozja gazowa konstrukcji stalowych może wystąpić nie tylko na skutek procesów utleniania, ale także redukcji. Kiedy konstrukcje stalowe są silnie nagrzewane pod wysokim ciśnieniem w środowisku zawierającym wodór, ten ostatni dyfunduje do objętości stali i niszczy materiał poprzez podwójny mechanizm - dekarbonizację w wyniku oddziaływania wodoru z węglem

Fe3OC + 2H2 = 3Fe + CH4O

i nadanie stali kruchości w wyniku rozpuszczenia w niej wodoru - „kruchość wodorowa”.

2. Korozja elektrochemiczna- oddziaływanie metalu ze środowiskiem korozyjnym (roztworem elektrolitu), w którym jonizacja atomów metalu i redukcja składnika utleniającego środowiska korozyjnego następuje w więcej niż jednym procesie, a ich prędkość zależy od potencjału elektrody metalu ( na przykład rdzewienie stali w wodzie morskiej).

W kontakcie z powietrzem na powierzchni konstrukcji pojawia się cienka warstwa wilgoci, w której rozpuszczają się zanieczyszczenia zawarte w powietrzu, takie jak dwutlenek węgla. W takim przypadku powstają roztwory, które sprzyjają korozji elektrochemicznej. Różne obszary powierzchni dowolnego metalu mają różne potencjały.

Przyczyną tego może być obecność zanieczyszczeń w metalu, odmienna obróbka poszczególnych jego przekrojów, nierówne warunki (środowisko), w których znajdują się różne przekroje powierzchni metalu. W takim przypadku obszary powierzchni metalu o większym potencjale elektroujemnym stają się anodami i rozpuszczają się.

Korozja elektrochemiczna jest zjawiskiem złożonym, składającym się z kilku elementarnych procesów. Na odcinkach anodowych zachodzi proces anodowy - jony metali (Me) przechodzą do roztworu, a nadmiar elektronów (e) pozostałych w metalu przemieszczają się do sekcji katodowej. W obszarach katodowych powierzchni metalu nadmiar elektronów jest absorbowany przez jony, atomy lub cząsteczki elektrolitu (depolaryzatory), które ulegają redukcji:

e + D → [De],

gdzie D jest depolaryzatorem; e – elektron.

Intensywność procesu elektrochemicznego korozji zależy od szybkości reakcji anodowej, z jaką jon metalu przechodzi z sieci krystalicznej do roztworu elektrolitu, oraz reakcji katodowej, polegającej na asymilacji elektronów uwolnionych podczas reakcji anodowej.

O możliwości przejścia jonu metalu w elektrolit decyduje siła wiązania z elektronami w szczelinach sieci krystalicznej. Im silniejsze wiązanie między elektronami i atomami, tym trudniej jest jonowi metalu przejść do elektrolitu. Elektrolity zawierają cząstki naładowane dodatnio – kationy i ujemnie naładowane – aniony. Aniony i kationy przyłączają do siebie cząsteczki wody.

Struktura cząsteczek wody określa jej polarność. Oddziaływanie elektrostatyczne zachodzi pomiędzy naładowanymi jonami a cząsteczkami wody polarnej, w wyniku czego cząsteczki wody polarnej są w określony sposób zorientowane wokół anionów i kationów.

Kiedy jony metali przechodzą z sieci krystalicznej do roztworu elektrolitu, uwalniana jest równoważna liczba elektronów. W ten sposób na granicy faz metal-elektrolit tworzy się podwójna warstwa elektryczna, w której metal jest naładowany ujemnie, a elektrolit jest naładowany dodatnio; następuje potencjalny skok.

Zdolność jonów metali do przechodzenia do roztworu elektrolitu charakteryzuje się potencjałem elektrody, który jest charakterystyką energetyczną podwójnej warstwy elektrycznej.

Kiedy warstwa ta osiągnie różnicę potencjałów, przejście jonów do roztworu ustaje (następuje stan równowagi).

Wykres korozji: K, K’ – krzywe polaryzacji katodowej; A, A’ – anodowe krzywe polaryzacji.

Przez charakter zniszczenia korozyjnego Rozróżniać następujące typy korozja:

1. ciągły, Lub ogólna korozja pokrywający całą powierzchnię metalu narażonego na działanie danego środowiska korozyjnego. Korozja całkowita jest charakterystyczna dla powłok ochronnych stali, aluminium, cynku i aluminium w każdym środowisku, w którym odporność korozyjna materiału lub metalu powłoki nie jest wystarczająco wysoka.

Korozja tego typu charakteryzuje się stosunkowo równomiernym, stopniowym wnikaniem w głąb metalu na całej powierzchni, czyli zmniejszeniem grubości przekroju elementu lub grubości metalowej powłoki ochronnej.

Podczas korozji w środowiskach obojętnych, lekko zasadowych i lekko kwaśnych elementy konstrukcyjne pokrywają się widoczną warstwą produktów korozji, których po mechanicznym usunięciu do gołego metalu powierzchnia konstrukcji okazuje się szorstka, ale bez wyraźnych wrzodów, punktów korozji i pęknięcia; Podczas korozji w środowisku kwaśnym (a w przypadku cynku i aluminium w środowisku zasadowym) może nie powstać widoczna warstwa produktów korozji.

Obszarami najbardziej podatnymi na tego typu korozję są z reguły wąskie pęknięcia, szczeliny, powierzchnie pod łbami śrub, nakrętkami i inne miejsca, w których gromadzi się kurz i wilgoć, gdyż w tych miejscach rzeczywisty czas trwania korozji jest dłuższy niż na otwartych powierzchniach.

Całkowita korozja występuje:

* mundur, który przebiega z tą samą prędkością na całej powierzchni metalu (na przykład korozja stali węglowej w roztworach H 2 SO 4);

* nierówny, która zachodzi z różną szybkością w różnych obszarach powierzchni metalu (na przykład korozja stali węglowej w wodzie morskiej);

* wyborczy, podczas którego ulega zniszczeniu jeden składnik konstrukcyjny stopu (grafityzacja żeliwa) lub jeden składnik stopu (odcynkowanie mosiądzu).

2. miejscowa korozja pokrywające poszczególne obszary powierzchni metalu.

Lokalna korozja Zdarza się:

* plamy korozyjne charakterystyczne dla powłok aluminiowych, aluminiowych i cynkowych w środowiskach, w których ich odporność na korozję jest bliska optymalnej, a jedynie czynniki losowe mogą powodować lokalne naruszenie stabilności materiału.

Ten typ korozji charakteryzuje się małą głębokością wnikania korozji w porównaniu do wymiarów poprzecznych (powierzchniowych) zmian korozyjnych. Dotknięte obszary pokryte są produktami korozji, jak w przypadku całkowitej korozji. Identyfikując ten rodzaj korozji należy ustalić przyczyny i źródła przejściowego, lokalnego wzrostu agresywności środowiska na skutek przedostawania się mediów ciekłych (kondensat, wilgoć atmosferyczna podczas nieszczelności itp.) na powierzchnię konstrukcji , miejscowe gromadzenie się lub osadzanie soli, pyłu itp.

* korozja wrzody charakterystyczny głównie dla stali węglowej i niskowęglowej (w mniejszym stopniu dla powłok aluminiowych, aluminiowych i cynkowych) podczas eksploatacji konstrukcji w środowiskach płynnych i glebach.

Korozja wżerowa stali niskostopowych w warunkach atmosferycznych najczęściej wiąże się z niekorzystną strukturą metalu, czyli ze zwiększoną ilością wtrąceń niemetalicznych, przede wszystkim siarczków o dużej zawartości manganu.

Korozja wżerowa charakteryzuje się pojawieniem się na powierzchni konstrukcji pojedynczych lub wielokrotnych uszkodzeń, których głębokość i wymiary poprzeczne (od ułamków milimetra do kilku milimetrów) są porównywalne.

Zwykle towarzyszy temu powstawanie grubych warstw produktów korozji pokrywających całą powierzchnię metalu lub znaczne obszary wokół pojedynczych dużych wrzodów (typowe dla korozji niezabezpieczonych konstrukcji stalowych w glebie). Korozja wżerowa konstrukcji blaszanych, a także elementów konstrukcyjnych wykonanych z cienkościennych rur i elementów prostokątnych o przekroju zamkniętym z czasem przechodzi w korozję wskrośną z powstawaniem dziur w ścianach o grubości do kilku milimetrów.

Wrzody są ostrymi koncentratorami naprężeń i mogą inicjować pęknięcia zmęczeniowe i kruche złamania. Aby ocenić szybkość korozji wżerowej i przewidzieć jej rozwój w kolejnym okresie, wyznacza się średnią szybkość wnikania korozji w najgłębszych wżerach oraz liczbę wżerów na jednostkę powierzchni. Dane te należy w przyszłości wykorzystać przy obliczaniu nośności elementów konstrukcyjnych.

* korozja wżerowa charakterystyczne dla stopów aluminium, w tym anodowanych, oraz stali nierdzewnej. Stal niskostopowa niezwykle rzadko ulega tego typu korozji.

Niemal obowiązkowym warunkiem rozwoju korozji wżerowej jest narażenie na działanie chlorków, które mogą przedostać się do powierzchni konstrukcji na każdym etapie, od produkcji metalurgicznej (trawienie wyrobów walcowanych) po eksploatację (w postaci soli, aerozoli, pyłu).

W przypadku wykrycia korozji wżerowej należy zidentyfikować źródła chlorków i możliwość wyeliminowania ich wpływu na metal. Korozja wżerowa to zniszczenie w postaci pojedynczych małych (o średnicy nie większej niż 1 - 2 mm) i głębokich (głębokość większa niż wymiary poprzeczne) wżerów.

* poprzez korozję co powoduje zniszczenie metalu na wskroś (na przykład w wyniku korozji wżerowej lub wżerowej blachy);

* korozja nitkowata, rozprzestrzeniający się w postaci nici głównie pod niemetalowymi powłokami ochronnymi (na przykład na stali węglowej pod warstwą lakieru);

* korozja podpowierzchniowa rozpoczynający się na powierzchni, ale przeważnie rozciągający się pod powierzchnią metalu w taki sposób, że produkty zniszczenia i korozji skupiają się w określonych obszarach metalu; korozja podpowierzchniowa często powoduje pęcznienie i rozwarstwianie metalu (na przykład powstawanie pęcherzy na powierzchni).
złej jakości blacha walcowana na skutek korozji lub trawienia);

* korozja międzykrystaliczna charakterystyczny dla stali nierdzewnej i hartowanych stopów aluminium, szczególnie w obszarach spawania i charakteryzuje się stosunkowo równomiernym rozkładem wielokrotnych pęknięć na dużych obszarach powierzchni konstrukcji. Głębokość pęknięć jest zwykle mniejsza niż ich wielkość na powierzchni. Na każdym etapie rozwoju tego rodzaju korozji niemal jednocześnie powstają pęknięcia z wielu źródeł, których łączenie z naprężeniami wewnętrznymi lub eksploatacyjnymi nie jest konieczne. Pod mikroskopem optycznym na przekrojach poprzecznych wybranych próbek można zauważyć, że pęknięcia rozprzestrzeniają się jedynie wzdłuż granic ziaren metalu. Pojedyncze ziarna i bloki mogą się kruszyć, powodując wrzody i powierzchowne łuszczenie się. Ten rodzaj korozji prowadzi do szybkiej utraty wytrzymałości i plastyczności metalu;

* korozja noża- miejscowa korozja metalu, która wygląda jak przecięcie nożem w strefie wtopienia złączy spawanych w bardzo agresywnym środowisku (na przykład przypadki korozji spoin stali chromowo-niklowej X18N10 o wysokiej zawartości węgla w mocnym HN0 3).

* pękanie korozyjne— rodzaj quasi-kruchego pękania stali i wysokowytrzymałych stopów aluminium pod jednoczesnym narażeniem na statyczne naprężenia rozciągające i agresywne środowisko; charakteryzuje się powstawaniem pojedynczych i wielokrotnych pęknięć związanych z koncentracją głównych pracowników i naprężenia wewnętrzne. Pęknięcia mogą rozprzestrzeniać się pomiędzy kryształami lub wzdłuż korpusu ziaren, ale z większą prędkością w płaszczyźnie normalnej do działających naprężeń niż w płaszczyźnie powierzchni.

Stale węglowe i niskostopowe o zwykłej i wysokiej wytrzymałości podlegają tego typu korozji w ograniczonej liczbie środowisk: gorących roztworów zasad i azotanów, mieszanin CO - CO 2 - H 2 - H 2 O oraz w środowiskach zawierających amoniak lub siarkowodór. Pękanie korozyjne stali o wysokiej wytrzymałości, takiej jak śruby o dużej wytrzymałości, i stopów aluminium o wysokiej wytrzymałości może rozwijać się w warunkach atmosferycznych i w różnych środowiskach płynnych.

Ustalając, że konstrukcja została uszkodzona w wyniku pękania korozyjnego, należy upewnić się, że nie występują oznaki innych form quasi-kruchego zniszczenia (kruchość na zimno, zmęczenie).

* kruchość korozji, nabyty przez metal w wyniku korozji (na przykład kruchość wodorowa rur wykonanych ze stali o wysokiej wytrzymałości w warunkach odwiertów naftowych siarkowodoru); Przez kruchość należy rozumieć właściwość materiału polegającą na zapadaniu się bez zauważalnej absorpcji energii mechanicznej w postaci nieodwracalnej.

Ilościowa ocena korozji. Szybkość korozji ogólnej szacuje się na podstawie utraty metalu na jednostkę powierzchni korozji , na przykład w g/m2 ․ H,lub szybkością penetracji korozji, czyli jednostronnym zmniejszeniem grubości nienaruszonego metalu ( P), na przykład w mm/rok.

Z równomierną korozją P = 8,75K/ρ, Gdzie ρ - gęstość metalu w g/cm 3 . W przypadku nierównej i zlokalizowanej korozji ocenia się maksymalną penetrację. Zgodnie z GOST 13819-68 ustalono 10-punktową skalę ogólnej odporności na korozję (patrz tabela). W specjalne przypadki K. można również ocenić za pomocą innych wskaźników (utrata wytrzymałości mechanicznej i plastyczności, wzrost oporu elektrycznego, zmniejszenie współczynnika odbicia itp.), które dobiera się zgodnie z rodzajem K. i przeznaczeniem produktu lub konstrukcji.

10-punktowa skala oceny ogólnej odporności metali na korozję

Grupa trwałości	Szybkość korozji metalu, *mm/rok.*	Punkt
Absolutnie odporny	\|Mniej niż 0,001	1
Bardzo odporny	Ponad 0,001 do 0,005	2
Bardzo odporny	Ponad 0,005 do 0,01	3
Uporczywy	Ponad 0,01 do 0,05	4
Uporczywy	Ponad 0,05 do 0,1	5
Niska odporność	Ponad 0,1 do 0,5	6
Niska odporność	Ponad 0,5 do 1,0	7
Niska odporność	Ponad 1,0 do 5,0	8
Niska odporność	Ponad 5,0 do 10,0	9
Nietrwały	Ponad 10,0	10

Przy doborze materiałów odpornych na działanie różnych agresywnych środowisk w określonych warunkach należy skorzystać z tabel referencyjnych odporności korozyjnej i chemicznej materiałów lub przeprowadzić laboratoryjne i pełnowymiarowe (bezpośrednio na budowie i w warunkach przyszłej eksploatacji) badania korozyjne próbek, jak a także całe zespoły i urządzenia półprzemysłowe. Testy w warunkach bardziej rygorystycznych niż warunki eksploatacyjne nazywane są przyspieszonymi.

Zastosowanie różnych metod ochrony metali antykorozyjne pozwala w pewnym stopniu zminimalizować straty metalu spowodowane korozją. W zależności od przyczyn korozji wyróżnia się następujące metody ochrony.

1) Obróbka środowiska zewnętrznego, w którym występuje korozja. Istotą tej metody jest albo usunięcie ze środowiska substancji działających jako depolaryzator, albo odizolowanie metalu od depolaryzatora. Na przykład specjalne substancje lub gotowanie służą do usuwania tlenu z wody.

Usuwanie tlenu ze środowiska korozyjnego nazywa się odpowietrzaniem. Proces korozji można maksymalnie spowolnić wprowadzając do środowiska specjalne substancje - inhibitory. Powszechnie stosowane są inhibitory lotne i fazy gazowej, które chronią produkty wykonane z metali żelaznych i nieżelaznych przed korozją atmosferyczną podczas przechowywania, transportu itp.

Inhibitory stosuje się przy odkamienianiu kotłów parowych, usuwaniu kamienia z części zużytych, a także podczas przechowywania i transportu kwasu solnego w pojemnikach stalowych. Jako inhibitory organiczne stosuje się tiomocznik (nazwa chemiczna: diamid siarczku węgla C(NH 2) 2 S), dietyloaminę, metenaminę (CH 2) 6 N 4) i inne pochodne amin.

Jako inhibitory nieorganiczne stosuje się krzemiany (związki metali z krzemem Si), azotyny (związki z azotem N), dichromiany metali alkalicznych itp. Mechanizm działania inhibitorów polega na tym, że ich cząsteczki są adsorbowane na powierzchni metalu, zapobiegając występowaniu procesów elektrodowych.

2) Powłoki ochronne. Aby odizolować metal od otoczenia, nakłada się na niego różnego rodzaju powłoki: lakiery, farby, powłoki metalowe. Najczęściej spotykane są powłoki malarskie i lakiernicze, jednak ich właściwości mechaniczne są znacznie niższe od właściwości metalowych. Te ostatnie, ze względu na działanie ochronne, można podzielić na anodowe i katodowe.

Powłoki anodowe. Jeśli metal zostanie pokryty innym, bardziej elektroujemnym metalem, to jeśli pojawią się warunki korozji elektrochemicznej, powłoka ulegnie zniszczeniu, ponieważ będzie działać jak anoda. Przykładem powłoki anodowej jest chrom nałożony na żelazo.

Powłoki katodowe. Powłoka katody ma standard potencjał elektrody bardziej dodatni niż w przypadku chronionego metalu. Dopóki warstwa powłoki izoluje metal od otoczenia, dopóty nie zachodzi korozja elektrochemiczna. Jeśli ciągłość powłoki katody zostanie naruszona, przestaje ona chronić metal przed korozją. Co więcej, nawet nasila korozję metalu nieszlachetnego, ponieważ W powstałej parze galwanicznej anoda jest metalem nieszlachetnym, który ulegnie zniszczeniu. Przykładem jest cynowanie żelaza (cynowane żelazo).

Zatem porównując właściwości powłok anodowych i katodowych można stwierdzić, że powłoki anodowe są najskuteczniejsze. Chronią metal nieszlachetny nawet w przypadku naruszenia integralności powłoki, natomiast powłoki katodowe chronią metal tylko mechanicznie.

3) Ochrona elektrochemiczna. Istnieją dwa rodzaje ochrony elektrochemicznej: katodowa i protektorowa. W obu przypadkach powstają warunki do pojawienia się wysokiego potencjału elektroujemnego na chronionym metalu.

Ochrona bieżnika . Produkt chroniony przed korozją łączy się ze złomem metalu bardziej elektroujemnego (protektorem). Jest to równoznaczne z utworzeniem ogniwa galwanicznego, w którym zabezpieczeniem jest anoda i ulegnie zniszczeniu. Na przykład, aby chronić konstrukcje podziemne (rurociągi), złom (ochraniacz) zakopuje się w pewnej odległości od nich, mocując go do konstrukcji.

Ochrona katodowa różni się od ochraniacza tym, że chroniona konstrukcja znajdująca się w elektrolicie (wodzie gruntowej) jest połączona z katodą zewnętrznego źródła prądu. Kawałek złomu umieszcza się w tym samym środowisku, które jest podłączone do anody zewnętrznego źródła prądu. Złom ulega zniszczeniu, chroniąc w ten sposób chronioną konstrukcję przed zniszczeniem.

W wielu przypadkach metal jest chroniony przed korozją przez trwałą warstwę tlenku utworzoną na jego powierzchni (na przykład Al 2 O 3 tworzy się na powierzchni aluminium, co zapobiega dalszemu utlenianiu metalu). Jednakże niektóre jony, np. Cl –, niszczą takie powłoki i tym samym zwiększają korozję.

Korozja metali powoduje ogromne szkody ekonomiczne. Ludzkość ponosi ogromne straty materialne w wyniku korozji rurociągów, części maszyn, statków, mostów, konstrukcji morskich i urządzeń technologicznych.

Korozja prowadzi do zmniejszenia niezawodności sprzętu: aparatury wysokociśnieniowej, kotłów parowych, metalowych zbiorników na substancje toksyczne i radioaktywne, łopatek i wirników turbin, części samolotów itp. Biorąc pod uwagę możliwą korozję, należy przecenić wytrzymałość tych produktów, co oznacza zwiększenie zużycia metalu, co prowadzi do dodatkowych kosztów ekonomicznych. Korozja prowadzi do przestojów w produkcji na skutek wymiany uszkodzonego sprzętu, do strat surowców i produktów (wyciek ropy, gazów, wody), do kosztów energii w celu pokonania dodatkowego oporu spowodowanego zmniejszeniem przekrojów rurociągów w wyniku osadzania się rdzy i innych produktów korozji. Korozja prowadzi również do zanieczyszczenia produktu, a co za tym idzie do obniżenia jego jakości.

Koszt odszkodowania za straty związane z korozją wynosi miliardy rubli rocznie. Eksperci obliczyli, że w krajach rozwiniętych koszt strat związanych z korozją wynosi 3...4% dochodu narodowego brutto.

W ciągu długiego okresu intensywnej pracy przemysłu metalurgicznego wytapiano wielka ilość metalu i przetwarzane na produkty. Metal ten ulega ciągłej korozji. Doszło do sytuacji, że straty metali w wyniku korozji na świecie wynoszą już około 30% jego rocznej produkcji. Uważa się, że 10% skorodowanego metalu jest tracone (głównie w postaci rdzy) bezpowrotnie. Być może w przyszłości zostanie ustalona równowaga, w której w wyniku korozji utracona zostanie w przybliżeniu taka sama ilość metalu, jaka zostanie ponownie przetopiona. Z wszystkiego, co zostało powiedziane, wynika, że najważniejszy problem jest poszukiwanie nowych i udoskonalanie starych metod ochrony antykorozyjnej.

Bibliografia

Kozłowski A.S. Zadaszenie. - M.: " Szkoła Podyplomowa", 1972

Akimov G.V., Podstawy doktryny korozji i ochrony metali, M., 1946;

Tomashov N.D., Teoria korozji i ochrony metali, M., 1959;

Evans Yu. P., Korozja i utlenianie metali, przeł. z języka angielskiego, M., 1962;

Rosenfeld I.L., Korozja atmosferyczna metali, M., 1960;

Korozja to proces samoistnego niszczenia powierzchni materiałów w wyniku interakcji z otoczeniem. Jego przyczyną jest niestabilność termodynamiczna pierwiastki chemiczne do niektórych substancji. Formalnie polimery, drewno, ceramika i guma są podatne na korozję, ale częściej określa się je mianem „starzenia”. Najpoważniejsze szkody powstają w wyniku rdzewienia metali, dla ochrony których opracowywane są zaawansowane technologicznie środki zaradcze. Ale o tym porozmawiamy później. Naukowcy rozróżniają korozję chemiczną i elektrochemiczną metali.

Korozja chemiczna

Zwykle ma to miejsce, gdy konstrukcja metalowa jest narażona na działanie suchych gazów, cieczy lub roztworów, które nie przewodzą prądu elektrycznego. Istotą tego rodzaju korozji jest bezpośrednie oddziaływanie metalu z agresywnym środowiskiem. Elementy ulegają korozji chemicznej podczas obróbki cieplnej lub w wyniku długotrwałego użytkowania w odpowiednio wysokich temperaturach. Dotyczy to łopatek turbin gazowych, armatury pieców do wytapiania, części silników spalinowych i tak dalej. W rezultacie na powierzchni powstają pewne związki: tlenki, azotki, siarczki.

Jest to konsekwencja kontaktu metalu z ciekłym ośrodkiem zdolnym przewodzić prąd elektryczny. W wyniku utleniania materiał ulega zmianom strukturalnym prowadzącym do powstania rdzy (produktu nierozpuszczalnego) lub cząsteczki metalu przedostają się do roztworu jonów.

Korozja elektrochemiczna: przykłady

Dzieli się na:

Atmosferyczny, który występuje, gdy na powierzchni metalu znajduje się ciekły film, w którym gazy zawarte w atmosferze (na przykład O 2, CO 2, SO 2) mogą się rozpuścić, tworząc układy elektrolitów.
Ciecz, która przepływa w przewodzącym ciekłym ośrodku.
Wody gruntowe, które przepływają pod wpływem wód gruntowych.

Powoduje

Ponieważ zwykle każdy metal używany do celów przemysłowych nie jest idealnie czysty i zawiera różnego rodzaju wtrącenia, korozja elektrochemiczna metali następuje w wyniku tworzenia się żelaza na powierzchni duża ilość zwarte lokalne elementy galwaniczne.

Ich pojawienie się może być związane nie tylko z obecnością różnych zanieczyszczeń (zwłaszcza metalowych) (korozja kontaktowa), ale także z niejednorodnością powierzchni, defektami sieci krystalicznej, uszkodzeniami mechanicznymi i tym podobnymi.

Mechanizm interakcji

Proces korozji elektrochemicznej zależy od składu chemicznego materiałów i właściwości środowiska zewnętrznego. Jeśli tzw. metal techniczny zostanie pokryty mokrym filmem, wówczas w każdym ze wskazanych mikroelementów galwanicznych tworzących się na powierzchni zachodzą dwie niezależne reakcje. Bardziej aktywny składnik pary korozyjnej oddaje elektrony (na przykład cynk w parze Zn-Fe) i przechodzi do ciekłego ośrodka w postaci uwodnionych jonów (to znaczy powoduje korozję) zgodnie z następującą reakcją (proces anodowy):

M + nH 2 O = M z + * nH 2 O + ze.

Ta część powierzchni stanowi biegun ujemny lokalnego mikroelementu, w którym metal ulega elektrochemicznemu rozpuszczaniu.

Na mniej aktywnym obszarze powierzchni, jakim jest biegun dodatni mikroelementu (żelazo w parze Zn-Fe), elektrony są wiązane w wyniku zajścia reakcji redukcji (proces katodowy) według następującego schematu:

Zatem obecność w warstwie wody środków utleniających, które mają zdolność wiązania elektronów, stwarza możliwość dalszego postępu procesu anodowego. W związku z tym korozja elektrochemiczna może rozwinąć się tylko wtedy, gdy jednocześnie zachodzą procesy anodowe i katodowe. Z powodu hamowania jednego z nich szybkość utleniania maleje.

Proces polaryzacji

Obydwa powyższe procesy powodują polaryzację odpowiednich biegunów (elektrod) mikroelementu. Jakie są tutaj funkcje? Zazwyczaj korozja elektrochemiczna metali jest znacznie spowalniana przez polaryzację katody. Będzie zatem wzrastać pod wpływem czynników uniemożliwiających tę reakcję i towarzyszyć jej będzie tzw. depolaryzacja elektrody dodatniej.

W wielu procesach korozyjnych depolaryzacja katodowa odbywa się poprzez wyładowanie jonów wodoru lub redukcję cząsteczek wody i odpowiada wzorom:

W środowisku kwaśnym: 2H + + 2e = H2.
W środowisku alkalicznym: 2H 2 O + 2e = H 2 + 2OH - .

Potencjalny zasięg

Potencjał odpowiadający tym procesom, w zależności od charakteru agresywnego środowiska, może wahać się od -0,83 do 0 V. Dla obojętnego roztworu wodnego w temperaturach zbliżonych do standardowych wynosi około -0,41 V. W związku z tym zawarte w nim jony wodorowe w wodzie i obojętnych układach wodnych mogą utleniać tylko metale o potencjale mniejszym niż -0,41 V (znajdujące się w szeregu napięć do kadmu). Biorąc pod uwagę, że niektóre pierwiastki są chronione warstwą tlenkową, liczba metali podatnych na utlenianie w środowiskach obojętnych przez jony wodoru jest niewielka.

Jeżeli mokra warstwa zawiera rozpuszczony w powietrzu tlen, to jest ona zdolna, w zależności od charakteru ośrodka, do wiązania elektronów poprzez efekt depolaryzacji tlenu. W tym przypadku schemat korozji elektrochemicznej wygląda następująco:

O 2 + 4e + 2H 2 O = 4OH - lub
O 2 + 4e + 4H + = 2H 2O.

Potencjały tych reakcji elektrodowych w temperaturach zbliżonych do standardowych wahają się od 0,4 V (ośrodek alkaliczny) do 1,23 V (ośrodek kwaśny). W środowiskach obojętnych potencjał procesu redukcji tlenu w określonych warunkach odpowiada wartości 0,8 V. Oznacza to, że rozpuszczony tlen jest zdolny do utleniania metali o potencjale mniejszym niż 0,8 V (znajdujących się w szeregu napięć do srebra ).

Najważniejsze utleniacze

Rodzaje korozji elektrochemicznej charakteryzują się pierwiastkami utleniającymi, z których najważniejszymi są jony wodoru i tlen. Jednocześnie powłoka zawierająca rozpuszczony tlen jest znacznie bardziej niebezpieczna pod względem korozyjnym niż wilgoć, w której nie ma tlenu i która jest zdolna do utleniania metali wyłącznie jonami wodoru, ponieważ w ten ostatni przypadek liczba rodzajów materiałów, które mogą korodować, jest znacznie mniejsza.

Na przykład w stali i żeliwie występują zanieczyszczenia węglowe głównie w postaci węglika żelaza Fe 3 C. W tym przypadku mechanizm korozji elektrochemicznej z depolaryzacją wodoru dla tych metali jest następujący:

(-) Fe - 2e + nH 2 O = Fe 2+ · nH 2 O (może tworzyć się rdza);
(+) 2H + + 2e = H2 (w zakwaszonym środowisku);
(+) 2H 2 O + 2e = H 2 + 2OH - (w środowisku obojętnym i zasadowym).

Mechanizm korozji żelaza zawierającego domieszki miedzi w przypadku depolaryzacji tlenowej katody opisują równania:

(-) Fe - 2e + nH 2 O = Fe 2 + nH 2 O;
(+) 0,5O 2 + H 2 O + 2e = 2OH - (w zakwaszonym środowisku);
(+) 0,5O 2 + 2H + + 2e = H 2 O (w środowisku obojętnym i zasadowym).

Korozja elektrochemiczna zachodzi z różną szybkością. Wskaźnik ten zależy od:

różnica potencjałów między biegunami mikroogniwa galwanicznego;
skład i właściwości ośrodka elektrolitowego (pH, obecność inhibitorów korozji i stymulatorów);
stężenie (intensywność zasilania) środka utleniającego;
temperatura.

Metody ochrony

Elektrochemiczną ochronę metali przed korozją osiąga się w następujący sposób:

Tworzenie stopów antykorozyjnych (stopowych).
Zwiększenie czystości pojedynczego metalu.
Nakładanie różnych powłok ochronnych na powierzchnię.

Tymi powłokami są z kolei:

Niemetalowe (farby, lakiery, smary, emalie).
Metal (powłoki anodowe i katodowe).
Powstaje w wyniku specjalnej obróbki powierzchni (pasywacja żelaza w stężonych kwasach siarkowych lub azotowych; żelazo, nikiel, kobalt, magnez w roztworach alkalicznych; tworzenie warstwy tlenkowej, na przykład na aluminium).

Metalowa powłoka ochronna

Najciekawsza i najbardziej obiecująca jest elektrochemiczna ochrona przed korozją za pomocą innego rodzaju metalu. Ze względu na charakter działania ochronnego powłoki metalizowane dzielimy na anodowe i katodowe. Przyjrzyjmy się temu punktowi bardziej szczegółowo.

Powłoka anodowa to powłoka utworzona z metalu bardziej aktywnego (mniej szlachetnego) niż ten, który jest chroniony. Oznacza to, że ochronę przeprowadza się za pomocą elementu znajdującego się w zakresie napięcia przed materiałem podstawowym (na przykład powlekanie żelaza cynkiem lub kadmem). W przypadku miejscowego zniszczenia warstwy ochronnej powłoka z metalu mniej szlachetnego ulegnie korozji. W obszarze zarysowań i pęknięć tworzy się lokalne ogniwo galwaniczne, którego katodą jest zamknięty metal, a anodą powłoka, która ulega utlenieniu. Integralność takiej folii ochronnej nie ma znaczenia. Jednak im jest ona grubsza, tym wolniej będzie rozwijać się korozja elektrochemiczna i tym dłużej będzie utrzymywał się korzystny efekt.

Powłoka katodowa to powłoka metalem o wysokim potencjale, która w szeregu napięć następuje po chronionym materiale (np. natryskiwanie stali niskostopowych miedzią, cyną, niklem, srebrem). Powłoka musi być ciągła, ponieważ w przypadku jej uszkodzenia powstają lokalne ogniwa galwaniczne, w których metal nieszlachetny będzie anodą, oraz warstwa ochronna- katoda.

Jak chronić metal przed utlenianiem

Elektrochemiczną ochronę przed korozją dzielimy na dwa typy: protektorową i katodową. Powłoka ochronna jest podobna do powłoki anodowej. Do zabezpieczanego materiału mocowana jest duża płyta z bardziej aktywnego stopu. Powstaje ogniwo galwaniczne, w którym metal nieszlachetny pełni rolę katody, a osłona pełni rolę anody (koroduje). Zazwyczaj do tego typu zabezpieczeń stosuje się stopy na bazie cynku, aluminium lub magnezu. Ochraniacz stopniowo się rozpuszcza, dlatego należy go okresowo wymieniać.

Korozja elektrochemiczna rurociągów powoduje wiele problemów w obiektach użyteczności publicznej i ogólnie w przemyśle. W walce z nim najbardziej odpowiednia jest metoda polaryzacji katodowej. W tym celu metalową konstrukcję zabezpieczoną przed niszczycielskimi procesami utleniania podłącza się do bieguna ujemnego dowolnego zewnętrznego źródła prądu stałego (staje się wówczas katodą, a szybkość wydzielania wodoru wzrasta, a szybkość korozji maleje) oraz metal o niskiej wartości jest podłączony do bieguna dodatniego.

Metody ochrony elektrochemicznej są skuteczne w środowisku przewodzącym (uderzającym przykładem jest woda morska). Dlatego często stosuje się ochraniacze do ochrony podwodnych części statków morskich.

Leczenie agresywnego środowiska

Metoda ta jest skuteczna, gdy korozja elektrochemiczna żelaza zachodzi w małej objętości cieczy przewodzącej. W tym przypadku istnieją dwa sposoby radzenia sobie z procesami destrukcyjnymi:

Usunięcie tlenu z cieczy (odpowietrzenie) w wyniku przedmuchu gazem obojętnym.
Poprzez wprowadzenie do środowiska inhibitorów – tzw. inhibitorów korozji. Na przykład, jeśli powierzchnia zostanie zniszczona w wyniku utleniania tlenem, dodaje się substancje organiczne, których cząsteczki zawierają określone aminokwasy (grupy imino-, tio- i inne). Są dobrze adsorbowane na powierzchni metalu i znacznie zmniejszają szybkość reakcji elektrochemicznych prowadzących do zniszczenia powierzchniowej warstwy kontaktowej.

Wniosek

Oczywiście korozja chemiczna i elektrochemiczna powoduje znaczne szkody zarówno w przemyśle, jak i w życiu codziennym. Gdyby metal nie korodował, żywotność wielu przedmiotów, części, zespołów i mechanizmów znacznie wzrosłaby. Naukowcy obecnie aktywnie się rozwijają materiały alternatywne, zdolny zastąpić metal i nie gorszy pod względem wydajności, ale prawdopodobnie nie będzie można całkowicie zrezygnować z jego stosowania w najbliższej przyszłości. W tym przypadku na pierwszy plan wysuwają się zaawansowane metody zabezpieczania powierzchni metalowych przed korozją.

Korozja elektrochemiczna to proces niszczenia metalu w wyniku narażenia na działanie pierwiastków galwanicznych, których powstawanie staje się możliwe w środowisku korozyjnym.

1

Zazwyczaj przez korozję metalu rozumie się jego utlenianie pod wpływem kwasów występujących w roztworach w kontakcie z produktem metalowym lub tlenem atmosferycznym. Korozja najczęściej dotyczy metali znajdujących się na lewo od wodoru w tzw. szeregu naprężeń. Jednak wiele innych materiałów (niemetalowych), takich jak beton budowlany, również ulega zniszczeniu korozyjnemu.

Korozja powstaje w wyniku jakiegoś procesu elektrochemicznego lub chemicznego. Z tego powodu zwykle dzieli się go na elektrochemiczny i chemiczny.

Korozja prowadzi do różnych zniszczeń materiału, którymi mogą być:

nierówny i jednolity;
lokalny i ciągły.

Jeżeli metal oprócz negatywnego wpływu środowiska zewnętrznego podlega naprężeniom mechanicznym, obserwuje się aktywację (i znaczną) wszystkich przejawów korozji, co jest spowodowane zniszczeniem warstw tlenkowych na powierzchni produktów i spadkiem wytrzymałości cieplnej stabilność materiału.

Warto dodać, że w niektórych przypadkach procesy korozji powodują raczej redukcję niż utlenianie składników wchodzących w skład różnych stopów metali. Uderzający przykład Jest to redukcja węglików zawartych w wielu stalach za pomocą wodoru (ten niestandardowy proces zachodzi w wysokich temperaturach i ciśnieniach).

2

Ten rodzaj korozji jest uważany za najczęstszy. Pojawia się, gdy ośrodek charakteryzujący się przewodnością elektrolityczną oddziałuje z metalem. Innymi słowy, jego pierwotną przyczynę można bezpiecznie nazwać niestabilnością (termodynamiką) metali w środowiskach, w których się znajdują. Przykładami takiej korozji znanymi każdemu jest rdzewienie na wolnym powietrzu konstrukcji i produktów wykonanych z żeliwa i różne marki stal (i tak dalej), dna statków w wodzie morskiej, media i rurociągi, którymi transportowane są różnorodne ciecze i agresywne związki.

Pierwiastek korozyjny (zwykle nazywany elementem galwanicznym) powstaje w wyniku zetknięcia się dwóch metali o różnych potencjałach (redoks). Takim elementem jest konwencjonalne ogniwo galwaniczne typu zamkniętego. W tym ogniwie metal o niższym potencjale powoli się rozpuszcza, a drugi składnik (o wyższym potencjale) zwykle nie zmienia swojego stanu.

Takim zmianom najczęściej ulegają metale o dużym potencjale ujemnym. W nich proces rdzewienia (tworzenie się składnika korozyjnego) rozpoczyna się, gdy na powierzchnię dotrze niewielka ilość ciał obcych.

3

Opisane ogniwa galwaniczne powstają z różnych powodów. Przede wszystkim mogą powstawać ze względu na niejednorodność stopu, co prowadzi do:

nierównomierny rozkład filmów tlenkowych na powierzchni materiału;
niejednorodność fazy metalicznej;
obecność kryształów na granicach ziaren;
różnice w procesie powstawania wtórnych produktów rdzy;
anizotropia kryształów.

Ogniwa galwaniczne powstają również z następujących powodów:

niejednorodność temperatury, wpływy prądów zewnętrznych i napromieniowania;
obecność stref, do których utleniacz wchodzi w ograniczonym zakresie.

Należy zawsze pamiętać, że rdzewienie elektrochemiczne polega na zachodzeniu dwóch procesów jednocześnie – anodowego i katodowego. Z kinetycznego punktu widzenia są one ze sobą bezpośrednio powiązane. Metal nieszlachetny zawsze rozpuszcza się na anodzie (reakcja utleniania).

Przez proces katodowy rozumie się sytuację, w której „dodatkowe” elektrony są pochłaniane przez atomy lub cząsteczki elektrolitu. Następnie elektrony zostają przywrócone. Proces katodowy zwalnia, jeśli proces anodowy zwalnia. Jak widać mechanizm korozji elektrochemicznej nie jest wcale trudny do zrozumienia. Każdy może sobie z tym poradzić.

4

Zjawisko to odnosi się do zniszczenia metalu spowodowanego kontaktem środowiska korozyjnego z materiałem. Co więcej, przy takiej interakcji obserwuje się jednocześnie dwa procesy:

zostaje przywrócone środowisko korozyjne;
metal utlenia się.

Korozja elektrochemiczna metali różni się od korozji chemicznej tym, że ta ostatnia zachodzi bez prądu elektrycznego. Jednak podstawowa przyczyna tego typu korozji, czyli niestabilność termodynamiczna, pozostaje niezmieniona. Metale łatwo przechodzą w różne stany (w tym bardziej stabilne), w tym przypadku następuje spadek ich potencjału termodynamicznego.

w kompozycjach płynnych, które nie są klasyfikowane jako elektrolity;
gaz.

Do cieczy nieelektrolitowych zaliczają się związki, które nie przewodzą prądu elektrycznego:

nieorganiczne: stopiona siarka, ciekły brom;
organiczne: benzyna, nafta, chloroform i inne.

Nieelektrolity w czysta forma nie mieć kontaktu z metalami. Kiedy jednak w cieczach pojawia się bardzo mała ilość zanieczyszczeń, korozja chemiczna metali natychmiast „zaczyna się” (i to bardzo gwałtownie). W sytuacjach, gdy reakcja zachodzi również w podwyższonych temperaturach, rdzewienie będzie zachodzić znacznie intensywniej. A jeśli woda dostanie się do cieczy nieelektrolitycznych, uruchamia się opisany powyżej mechanizm korozji elektrochemicznej.

Proces rdzewienia (chemiczny) przebiega najczęściej w pięciu etapach:

po pierwsze, utleniacz zbliża się do powierzchni metalu;
chemisorpcja odczynnika rozpoczyna się na powierzchni;
następnie zaczyna tworzyć się film tlenkowy (interakcja między metalem a środkiem utleniającym);
stwierdza się desorpcję materiału i tlenków;
rejestruje się dyfuzję tlenków do cieczy nieelektrolitowej.

Ostatnie dwa etapy nie są przestrzegane za każdym razem.

5

Pod wpływem gazów powierzchnie metalowe mogą ulec zniszczeniu w przypadku wysokiej temperatury. Eksperci nazywają to zjawisko korozją gazową, która jest uznawana za najczęstszy rodzaj rdzy chemicznej. Dobrze znaną odmianą tego procesu jest kontakt tlenu z powierzchnią metalu, który charakteryzuje się dwoma wskaźnikami:

ciśnienie w określonej temperaturze dysocjacji par tlenków;
ciśnienie (częściowe) tlenu.

Jeśli ciśnienie tlenu jest mniejsze niż ciśnienie dysocjacji, pojawia się czysty metal, jeśli jest większe, powstaje tlenek. Dla równych wartości reakcja będzie całkowicie równowagowa. Biorąc to pod uwagę, można łatwo obliczyć, przy jakich temperaturach występuje ryzyko korozji.

Korozja chemiczna zachodzi z różną szybkością. Konkretna wartość tego ostatniego zależy od następujących czynników:

właściwości produktów korozji;
cechy środowiska gazowego;
temperatura;
czas, w którym obserwuje się interakcję metalu z otoczeniem;
rodzaje i skład stopów lub właściwości metalu.

Materiały metalowe pod wpływem chemicznego lub elektrochemicznego środowiska ulegają zniszczeniu, co nazywa się korozją. Korozja metalu powstaje, w wyniku którego metale przechodzą w formę utlenioną i tracą swoje właściwości, co czyni materiały metaliczne bezużytecznymi.

Wyróżniają się 3 cechami korozja:

Korozja- Z chemicznego punktu widzenia jest to proces redoks.
Korozja jest procesem spontanicznym, zachodzącym na skutek niestabilności układu termodynamicznego metal – składniki środowiska.
Korozja to proces, który rozwija się głównie na powierzchni metalu. Możliwe jest jednak, że korozja może wniknąć głęboko w metal.

Rodzaje korozji metali

Najczęstsze są następujące rodzaje korozji metali:

Jednolity – pokrywa równomiernie całą powierzchnię
Nierówny
Wyborczy
Miejscowe plamy – poszczególne obszary powierzchni ulegają korozji
Wrzodziejące (lub wżery)
Miejsce
Międzykrystaliczny - rozprzestrzenia się wzdłuż granic kryształu metalu
Pękanie
Podpowierzchniowe

Główne rodzaje korozji

Z punktu widzenia mechanizmu procesu korozji można wyróżnić dwa główne rodzaje korozji: chemiczne i elektrochemiczne.

Korozja chemiczna metali

Korozja chemiczna metali - jest to wynik wystąpienia takich reakcji chemicznych, w których po zniszczeniu wiązania metalicznego tworzą się atomy metali i atomy wchodzące w skład utleniaczy. W takim przypadku pomiędzy poszczególnymi odcinkami metalowej powierzchni nie przepływa prąd elektryczny. Ten rodzaj korozji jest nieodłącznym elementem mediów, które nie są w stanie przewodzić prądu elektrycznego - są to gazy i ciekłe nieelektrolity.

Korozja chemiczna metali może mieć charakter gazowy lub ciekły.

Korozja gazowa metali – jest to wynik działania na metal agresywnych środowisk gazowych lub parowych w wysokich temperaturach, przy braku kondensacji wilgoci na powierzchni metalu. Są to np. tlen, dwutlenek siarki, siarkowodór, para wodna, halogeny. Taka korozja w niektórych przypadkach może prowadzić do całkowitego zniszczenia metalu (jeśli metal jest aktywny), a w innych przypadkach na jego powierzchni może utworzyć się film ochronny (na przykład aluminium, chrom, cyrkon).

Korozja płynna metali – może wystąpić w nieelektrolitach takich jak oleje, oleje smarowe, nafta itp. Korozja tego typu, w obecności nawet niewielkiej ilości wilgoci, z łatwością może nabrać charakteru elektrochemicznego.

Na korozję chemiczną szybkość niszczenia metalu jest proporcjonalna do szybkości, z jaką utleniacz przenika przez warstwę tlenku metalu pokrywającą jego powierzchnię. Warstwy tlenku metalu mogą być widoczne lub nie właściwości ochronne, który jest określony przez ciągłość.

Ciągłość szacuje się, że taki film będzie Współczynnik Pilling-Badwords: (α = V ok /V Me) w stosunku do objętości utworzonego tlenku lub innego związku do objętości metalu zużytego na utworzenie tego tlenku

α = V ok /V Ме = М ok ·ρ Ме /(n·A Me ·ρ ok),

gdzie V ok jest objętością utworzonego tlenku

V Me to objętość metalu zużyta do wytworzenia tlenku

M ok – masa molowa utworzonego tlenku

ρ Me – gęstość metalu

n – liczba atomów metalu

Me to masa atomowa metalu

ρ ok - gęstość utworzonego tlenku

Filmy tlenkowe, które α < 1 , nie są ciągłe i przez nie tlen łatwo przenika na powierzchnię metalu. Takie folie nie chronią metalu przed korozją. Powstają w wyniku utleniania metali alkalicznych i ziem alkalicznych (z wyjątkiem berylu) tlenem.

Filmy tlenkowe, które 1 < α < 2,5 są solidne i są w stanie chronić metal przed korozją.

Z wartościami α > 2,5 warunek ciągłości nie jest już spełniony, w wyniku czego takie folie nie chronią metalu przed zniszczeniem.

Poniżej znajdują się wartości α dla niektórych tlenków metali

metal	tlenek	α	metal	tlenek	α
K	K2O	0,45	Zn	ZnO	1,55
Nie	Na2O	0,55	Ag	Ag2O	1,58
Li	Li2O	0,59	Zr	ZrO2	1.60
Ok	CaO	0,63	Ni	NiO	1,65
senior	SrO	0,66	Być	BeO	1,67
Ba	BaO	0,73	Cu	Cu2O	1,67
Mg	MgO	0,79	Cu	CuO	1,74
Pb	PbO	1,15	Ti	Ti2O3	1,76
Płyta CD	CDO	1,21	Kr	Cr2O3	2,07
Glin	Al2O2	1,28	Fe	Fe2O3	2,14
sen	SnO2	1,33	W	WO 3	3,35
Ni	NiO	1,52

Korozja elektrochemiczna metali

Korozja elektrochemiczna metali to proces niszczenia metali w różnych środowiskach, któremu towarzyszy pojawienie się prądu elektrycznego wewnątrz układu.

W przypadku tego typu korozji atom jest usuwany z sieci krystalicznej w wyniku dwóch sprzężonych procesów:

Anoda – metal w postaci jonów przechodzi do roztworu.
katodowy – elektrony powstałe w procesie anodowym są wiązane przez depolaryzator (substancja jest utleniaczem).

Proces usuwania elektronów z miejsc katodowych nazywa się depolaryzacją, a substancje sprzyjające usuwaniu nazywane są depolaryzatory.

Najbardziej rozpowszechniony korozja metali z depolaryzacją wodorową i tlenową.

Depolaryzacja wodoru przeprowadzana na katodzie podczas korozji elektrochemicznej w środowisku kwaśnym

2H + +2e - = H2 wyładowanie jonów wodorowych

2H 3O + +2e - = H 2 + 2H 2 O

Depolaryzacja tlenu przeprowadzana na katodzie podczas korozji elektrochemicznej w środowisku obojętnym

O 2 + 4H + +4e - = H 2 O redukcja rozpuszczonego tlenu

O 2 + 2H 2 O + 4e - = 4OH -

Wszystkie metale, w ich stosunku do korozja elektrochemiczna, można podzielić na 4 grupy, które są określone przez ich wartości:

Metale aktywne (wysoka niestabilność termodynamiczna) - są to wszystkie metale z zakresu metali alkalicznych - kadm (E 0 = -0,4 V). Ich korozja jest możliwa nawet w obojętnych środowiskach wodnych, w których nie ma tlenu ani innych środków utleniających.
Metale o aktywności pośredniej (niestabilność termodynamiczna) - zlokalizowana pomiędzy kadmem a wodorem (E 0 = 0,0 V). W środowiskach obojętnych, przy braku tlenu, nie korodują, natomiast w środowisku kwaśnym ulegają korozji.
Metale niskoaktywne (pośrednia stabilność termodynamiczna) - znajdują się pomiędzy wodorem a rodem (E 0 = +0,8 V). Są odporne na korozję w środowiskach obojętnych i kwaśnych, w których nie ma tlenu ani innych środków utleniających.
Metale szlachetne (wysoka stabilność termodynamiczna) – złoto, platyna, iryd, pallad. Korozji mogą ulegać jedynie w środowisku kwaśnym, w obecności silnych środków utleniających.

Korozja elektrochemiczna może wystąpić w różnych środowiskach. W zależności od charakteru środowiska wyróżnia się następujące rodzaje korozji elektrochemicznej:

Korozja w roztworach elektrolitów- w roztworach kwasów, zasad, soli, w wodzie naturalnej.
Korozja atmosferyczna– w warunkach atmosferycznych i w każdym wilgotnym środowisku gazowym. Jest to najczęstszy rodzaj korozji.

Na przykład, gdy żelazo oddziałuje ze składnikami środowiska, niektóre jego sekcje służą jako anoda, w której zachodzi utlenianie żelaza, a inne służą jako katoda, w której zachodzi redukcja tlenu:

Odp.: Fe – 2e – = Fe 2+

K: O 2 + 4H + + 4e - = 2H 2 O

Katoda to powierzchnia, na której przepływ tlenu jest większy.

Korozja gleby– w zależności od składu gleby, a także jej napowietrzenia, korozja może zachodzić z mniejszą lub większą intensywnością. Najbardziej agresywne są gleby kwaśne, najmniej zaś piaszczyste.
Korozja napowietrzająca- występuje przy nierównym dostępie powietrza do różne części materiał.
Korozja morska– występuje w wodzie morskiej na skutek obecności w niej rozpuszczonych soli, gazów i substancji organicznych .
Biokorozja– powstaje w wyniku działania bakterii i innych organizmów wytwarzających gazy takie jak CO 2, H 2 S itp., które przyczyniają się do korozji metali.
Elektrokorozja– powstaje pod wpływem prądów błądzących w obiektach podziemnych, w wyniku prac elektrycznych szyny kolejowe, linie tramwajowe i inne jednostki.

Metody ochrony przed korozją metali

Główną metodą ochrony metalu przed korozją jest tworzenie powłok ochronnych– metaliczne, niemetalowe lub chemiczne.

Powłoki metalowe.

Powłoka metaliczna nakłada się na metal, który wymaga ochrony przed korozją, warstwą innego metalu, który jest odporny na korozję w tych samych warunkach. Jeśli powłoka metalowa jest wykonana z metalu bardziej negatywny potencjał ( bardziej aktywny ) niż chroniony, tak się nazywa powłoka anodowa. Jeśli powłoka metalowa jest wykonana z metalu bardziej pozytywny potencjał(mniej aktywny) niż chroniony, wtedy nazywa się to powłoka katodowa.

Na przykład podczas nakładania warstwy cynku na żelazo, jeśli integralność powłoki zostanie naruszona, cynk działa jak anoda i ulegnie zniszczeniu, podczas gdy żelazo będzie chronione aż do zużycia całego cynku. W tym przypadku jest to powłoka cynkowa anodowy.

Katoda powłoką chroniącą żelazo może być na przykład miedź lub nikiel. W przypadku naruszenia integralności takiej powłoki chroniony metal ulega zniszczeniu.

Powłoki niemetaliczne.

Powłoki tego typu mogą być nieorganiczne (zaprawa cementowa, masa szklista) i organiczne (związki wielkocząsteczkowe, lakiery, farby, bitumy).

Powłoki chemiczne.

W tym przypadku zabezpieczany metal poddawany jest obróbce chemicznej w celu wytworzenia na powierzchni odpornej na korozję warstwy jego związku. Obejmują one:

utlenianie – otrzymywanie stabilnych filmów tlenkowych (Al 2 O 3, ZnO itp.);

fosforanowanie – uzyskanie ochronnego filmu z fosforanów (Fe 3 (PO 4) 2, Mn 3 (PO 4) 2);

azotowanie – powierzchnia metalu (stal) jest nasycona azotem;

niebieszczenie – powierzchnia metalu oddziałuje z substancjami organicznymi;

cementowanie – uzyskanie na powierzchni metalu jego połączenia z węglem.

Zmiana składu metalu technicznego pomaga również zwiększyć odporność metalu na korozję. W tym przypadku do metalu wprowadza się związki zwiększające jego odporność na korozję.

Zmiany w składzie środowiska korozyjnego(wprowadzenie inhibitorów korozji lub usunięcie zanieczyszczeń z otoczenia) to także sposób na zabezpieczenie metalu przed korozją.

Ochrona elektrochemiczna polega na podłączeniu chronionej konstrukcji do katody zewnętrznego źródła prądu stałego, w wyniku czego staje się ona katodą. Anoda to złom, który po zniszczeniu chroni konstrukcję przed korozją.

Ochrona bieżnika – jeden z rodzajów ochrony elektrochemicznej – jest następujący.

Płyty z bardziej aktywnego metalu, tzw ochraniacz. Ochronnikiem – metalem o bardziej ujemnym potencjale – jest anoda, a chronioną konstrukcją – katoda. Połączenie ochronnika z chronioną konstrukcją przewodem prądowym prowadzi do zniszczenia ochronnika.

Kategorie ,