1. Понятие о коррозии металлов

Коррозия – самопроизвольное разрушение металлических материалов в результате их химического или электрохимического взаимодействия с окружающей ( коррозионной) средой.

Коррозию как самопроизвольный процесс необходимо различать от преднамеренного разрушения

1)При получении солей растворением металла кислотами

2)В гальванических элементах с целью получения электрического тока

3)В процессе электрогальваники

4)В процессе металлотермии

Коррозионные процессы следует отличать от таких видов разрушения металлов как:

1)Радиоактивный распад металлов

2)от эрозии(чисто-механических разрушение металла)

Т.к коррозия протекает на границе раздела фаз металл-коррозионная среда, то она является гетерогенным многостадийным процессом и состоит как минимум из трех основных многократно повторяющихся стадий:

1) подвода реагирующих веществ (в том числе коррозионного агента) к поверхности раздела фаз;

2) собственно реакции взаимодействия металла с коррозионной средой, итогом которой является переход некоторого количества металла в окисленную форму с образованием продуктов коррозии, а коррозионного агента в восстановленную форму;

3) отвод продуктов коррозии из реакционной зоны.

2.2 Классификация коррозионных процессов. Виды коррозионных разрушений.

Сущность любого коррозионного процесса сводится к окислению металла, то есть образованию более устойчивого состояния - его окисленной формы.

В зависимости от механизма окисления различают химическую и электрохимическую коррозию:

1.Химическая коррозия - самопроизвольное взаимодействие металла с коррозионной средой, при котором окисление металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды происходят в одном акте, а коррозионными являются среды, не проводящие электрический ток (су­хие газы или жидкости неэлектролиты):

mМе + nОх — Me_m(Red)_n

где Me - металл; Ох - окислительный компонент коррозионной среды; Red его восстановленная форма.

2.Электрохимическая коррозия - самопроизвольное взаимодействие металла с коррозионной средой, при котором окисление металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды происходят не в одном акте, а сопряжено и скорости этих процессов зависят от величины электродного потенциала металла:

Me — Me^z+ + ze

n Ox +ze — mRed

Коррозионными средами в данном случае являются токопроводящие среды (растворы или расплавы электролитов, влажные газы).

В зависимости от условий протекания различают следующие основные виды коррозии:

1.Газовая коррозия - коррозия металлов в сухих газах, чаще при высо­ких температурах.

2.Атмосферная - коррозия во влажном воздухе или любой другой влажной газовой среде.

3.Жидкостная - коррозия в жидкостях как электролитах, так и неэлектролитах.

4.Подземная - коррозия в различных почвах и грунтах.

5.Биокоррозия - коррозия являющаяся результатом жизнедеятельно­сти определенных микроорганизмов.

6.Структурная коррозия - коррозия, обусловленная структурной неоднородностью металлов и их сплавов.

7.Коррозия внешним током — электрохимическая коррозия под действием тока от внешнего источника.

8.Коррозия блуждающими токами - электрохимическая коррозия под действием блуждающего (наведенного) тока.

9.Контактная коррозия (КК) — ускорение коррозии электроотрицательно­го металла при контакте с другим, более электроположительным металлом.

10.Щелевая коррозия - обусловлена интенсификацией коррозионного процесса в щелях и зазорах как между металлами, так и между металлом и неметаллом.

11.Коррозия под напряжением - коррозия, происходящая при одновременном воздействии на металл коррозионной среды и механических напряжений, возникающих как при постоянной, так и при знакоперемен­ной или циклической нагрузке.

12.Сульфидное коррозионное растрескивание (СКР) - проявляется в высокопрочных сталях в коррозионных средах, содержащих сероводород, при растягивающих нагрузках.

13.Водородное растрескивание (ВР) или «охрупчивание» - проявляет­ся в низкопрочных сталях при эксплуатации их в наводораживающих сре­дах, обычно - кислых, без приложения механических нагрузок.

14.Коррозия при трении (коррозионная эрозия) - разрушение металла при одновременном воздействии на него коррозионной среды и трения.

В зависимости от характера коррозионного разрушения различают следующие основные виды коррозии (виды коррозионных разрушений):

1.Сплошная или общая коррозия - коррозия, протекающая на всей поверхности металлического материала. Она бывает:

а) равномерной - протекающей с одинаковой скоростью на всей поверхности металла;

б) неравномерной - протекающей с неодинаковой скоростью на различных участках поверхности металла;

в) избирательной (селективной) - обусловленной разрушением одной структурной составляющей или одного компонента сплава.

2.Местная коррозия - коррозия, протекающая на отдельных участках поверхности металлического материала. Она бывает:

а) пятнами - в виде отдельных пятен на поверхности металла;

б) язвами - в виде отдельных раковин на поверхности металла;

в) питтинговой (ПК) или точечной коррозией - в виде, малозаметных визуально, глубоких язв (каналов) очень малого диаметра, которые могут пронизывать всю толщу металла;

г) подповерхностной коррозией - в виде вспучивания и расслоения металла вследствие того, что разрушение и продукты коррозии оказывают­ся сосредоточенными в некоторых областях внутри металла, под его поверхностью

д) межкристаллитная (МКК) или интеркристаллитная но корро­зия, распространяющаяся по границам кристаллитов (зерен) метелла и вы­званная действием коррозионной среды после провоцирующего термовоздействия (термообработки);

е) ножевая коррозия (НК) это частный вариант МКК, характерный для сварных соединений. Имеет вид надреза ножом в зоне, прилегающей к сварному шву;

ж) коррозионное растрескивание (КР) - это внезапное хрупкое разрушение металла в результате одновременного воздействия коррозионной среды и внешних или внутренних остаточных механических растягиваю­щих напряжений. Бывает транскристаллитнмм или интеркристаллитным.

Практика свидетельствует о том, что среди видов коррозионных разрушений наибольшую долю – 1/2 можно отнести на счет таких опасных видов местной коррозии, как ПК, МКК и КР, а еще ~ 1/3 приходится на общую равномерную и неравномерную коррозию. Однако необходимо особо от­метить, что относительное количество разрушений по тому или иному механизму не отражает действительной оценки их опасности. Экономические и экологические потери в результате коррозионных поражений, в первую очередь, определяются характером конкретного производства, его уни­кальностью, металлоемкостью конструкций, участием в технологии высо­котоксичных веществ, ценностью конечной продукции и т. д.

Способы выражения скорости коррозии и методы ее оценки

Скорость коррозии вычисляют либо в весовых единицах, отнесенных к единице поверхности (см², м²) в единицу времени (час, сутки, год), либо как усредненное уменьшение толщины образца в микронах, миллиметрах или сантиметрах в год.

Среднюю скорость коррозии можно рассчитать по формуле:

Где v – скорость коррозии, г/(м²*ч); - потеря массы образца, г; S – площадь образца, мм²; τ – время испытаний, ч; 10⁶ – число мм² в 1 м².

По величине средней скорости коррозии находят балл, характеристику устойчивости металла и коррозионную активность среды.

Сравнить коррозионную стойкость металлов и сплавов с различной плотностью можно с помощью глубинного показателя:

Где v – средняя скорость коррозии, г/(м²*ч); ρ – плотность металла, г/см³; δ – глубинный показатель коррозии, мм/год.

Метод оценки коррозии по изменению массы называется гравиметрическим.

Если коррозия сопровождается выделением или поглощением газа, то скорость коррозии можно выразить через изменение объема газа вольюмометрическим методом. Изменение массы образца составляет:

V – объем поглощенного О₂ или выделившегося H₂, см³; V_моль – мольный объем газа, см³; А – атомная масса металла, г; z – степень окисления металла.

Скорость коррозии при этом:

Мерой скорости электрохимической коррозии является сила тока I (А) или плотность тока i (А/см²) коррозии. Скорость коррозии связана с I или i соотношением:

Где v – скорость коррозии, г/(см²*с); n – число электронов, участвующих в реакции (n может не совпадать с z); F – число Фарадея (96500 Кл/г-экв.).

Термодинамические причины протекания коррозионных процессов, факторы, препятствующие им.

Единственной причиной окисления металлов в любой среде является их термодинамическая неустойчивость , то есть возможность самопроизвольного взаимодействия металла с окислителем. Она оценивается величиной изменения свободной энергии Гиббса ΔG_т. Если эта энергия убывает в ходе реакции (ΔG_т < 0), то окисление металла термодинамически разрешено, при ΔG_т > 0 процесс запрещен, при ΔG_т = 0 наступает состояние равновесия.

Если рассматривать окисление метллов по условной схеме xMe + y/2O₂ = = Me_xO_y, то на основании обычных термодинамических законов можно сделать вывод, что увеличение давления кислорода в атмосфере увеличивает вероятность образования оксидов. В соответствии с уравнением изотермы Вант-Гоффа:

где - равновесное давление кислорода; - давление кислорода, при условиях эксплуатации металла.

Увеличение температуры уменьшает вероятность образования оксидов, и для каждого металла существует некоторая температура, при которой он перестает окисляться. Эта температура лежит много выше рабочей температуры металлов, которая не превышает 1200 °С.