Методы коррозионных исследований

Результаты коррозионного исследования не исчерпываются ответом на вопрос: как быстро разрушится та или иная деталь в тех или иных условиях испытаний? Более глубокий подход требует выяснения механизма коррозии, определения стадий, лимитирующих скорость процесса, нахождения факторов, влияющих решающим образом на коррозионное поведение образца. По результатам коррозионных испытаний важно составить полное представление о возможных и наиболее эффективных методах защиты от коррозии.

Первым этапом коррозионных исследований могут быть испытания лабораторных образцов или реальных деталей с целью определить изменение скорости коррозии во времени. При этом применяются все те методы количественной оценки, о которых говорилось выше. Испытания могут быть лабораторные, натур­ные и эксплуатационные.

Лабораторные испытания проводят, как правило, с образца­ми небольших размеров (например, пластинки размером 50Х25мм или цилиндрики диаметром 10-20 мм и высотой 40мм). Условия испытаний заранее устанавливаются и строго контролируются. Результаты при применении соответствующих методик можно получать в ходе испытания и достаточно точно оценивать количественно. Наконец, возможно искусственное ускорение испытания путем ужесточения коррозионных условий. Этого можно достичь повышением температуры, увеличением концентрации коррозионной среды или перемешиванием.

Натурные испытания проводят в естественных условиях - в море, грунте, атмосфере. Натурные испытания отличаются прежде всего длительностью; их продолжительность может до­стигать десятков лет. Условия испытаний, естественно, подвер­жены колебаниям, которые нельзя заранее предугадать, а не­редко и достаточно точно проконтролировать. Результаты этих ис­пытаний в каждом конкретном случае достаточно надежны и практически важны, но их научная ценность весьма относи­тельна.

Эксплуатационные испытания проводят путем наблюдений за деталью в условиях ее фактической службы. Испытаниям мо­гут подвергаться или реальные детали работающей системы, или образцы, искусственно встроенные в действующую систему (на­пример, участок трубы из испытываемого материала, вмонти­рованный в действующую водопроводную магистраль). Полу­чаемые результаты в подобных случаях наиболее надежны, но проведение самих испытаний часто встречает серьезные труд­ности методического характера. Далеко не всегда удается тех­нически грамотно встроить испытываемую деталь и достаточно точно оценить скорость коррозии.

Наряду с испытаниями, задача которых — получение зависи­мости «показатель коррозии –время», существуют и другие мето­ды исследования. Важнейшие среди них - электрохимические методы, позволяющие достаточно оперативно выяснить вопросы кинетики и механизма процесса.

Одним из распространенных является метод снятия потенци­альной кривой в процессе коррозии - исследуемого металла. Из­мерение потенциала производится любым из известных спосо­бов, например с помощью катодного вольтметра или с примене­нием самопишущего электронного потенциометра, что особенно удобно. Более полную картину дает построение анодной и катодной гальваностатических поляризационных кривых в условиях, соответствующих реальным (состав коррозионной среды, «температура, обработка металла, состояние поверхности и др.). О5е кривые можно снимать одновременно, для этого катод и анод изготовляют из одного и того же материала. По характеру поляризационных кривых судят о поляризуемости исследуемого металла в качестве катода и анода, о возможной роли катодных и анодных реакций в процессе коррозии.

Семейства поляризационных кривых в зависимости от рН и состава раствора, добавок, температуры и других факторов позволяют получить важные сведения о влиянии этих факторов на скорость процесса, выделить стадии, лимитирующие ско­рость коррозии. дают возмож­ность разработать наиболее эф­фективные методы защиты от коррозии.

При исследовании металлов, склонных к пассивации, метод снятия гальваностатических кривых является несовершенным. Он искажает истинную картину чередования анодных реакций. В подобных случаях используют метод снятия потенциостатических поляризационных кривых, нашедший широкое распространение лишь в последнее десятилетие.

Типичная потенциостатическая кривая, построенная по данным зависимости ток-время для ряда значений потенциала, дана на рис. 26.

φ_а — потенциал активного анода; φ_п — потенциал начала пассивации: φ_ак — потенциал активации (Фладе - потенциал);φ_дп — .потенциал перепассивацни; i_п — плотность тока полной пассивации.

Судя по рисунку, при смещении потенциала вправо, в область положительных значений в интервале φ_а — φ_п, ско­рость анодного растворения металла возрастает. После достиже­ния потенциала начала пассивации φ_п процесс начинает резко тормозится, скорость анодной реакции падает до i_п наступает пассивация металла; i_п называется плотностью тока полной пассивации. Потенциал φ_ак —это так называемый Фладе- потенциал, или потенциал активации; название станет понят­ным, если иметь в виду, что при незначительном смещении по­тенциала влево от φ_ак (т. е. в катодную область) состояние пассивности нарушается, скорость анодного растворения метал­ла резко возрастает.

При достижении потенциала перепассивации φ_дп наступает состояние транспассивности (или перепассивации), металл при­обретает способность растворяться со все возрастающей скоростью. Электродные реакции при транспассивном состоянии отличаются от реакций в области анодной активности φ_а — φ_п. При растворении металла образуются ионы более высокой ва­лентности. В некоторых случаях наступает вторая область пас­сивности или же начинается анодное выделение кислорода.

Данные, получаемые методом снятия потенциостатической кривой, не только выявляют области активного и пассивного состояния металла в зависимости от условий, но и позволяют обосновать целесообразность и найти параметры анодной за­щиты от коррозии, о чем пойдет речь в § 4.