Грунтовая коррозия металлов, зависимость ее от различных факторов

Это кор-зия труб, резервуаров…

Всего около 3-4% Ме корродируют в усл-ях подземной кор-зии.

Это эл.хим. кор-зия с кислородной деполяризацией – электролит земля с рН≈7.

Факторы влияющие на кор-зию:

1) влажность грунта 1- вначале ↑ электропроводность2 – ↓ диффузия кислорода

2) плотность грунта Mах V_кор в грунте средней плотности (в легком грунте-повышается электропроводность; в тяжелом- снижается диффузия кислорода)

3) Солевой состав грунта (Сl^-, SO₄^-2)

Подземная кор-зия идет как и подводная, т.е. на фоне локальной

Сl^- - увеличивает локальную кор-зию; SO₄^-2 – и локальную и др. виды

4) Кислотность грунта: рН≤3-4 – грунт агрессивен относительно Fе, т.к. появл-ся Н₂ коррозия

рН>7 – не опасны для Fе, опасны для Аl.

5) t (не высокие пределы) – чем ↑t, тем ↑ скорость кор-зии.

Особенности подземной кор-зии:

1) подземная кор-зия часто усугубляется биокоррозией. В грунте создаются колонии бактерий: а)анаэробные – выделяют Н2S, О2 (т.е. дополнительные окислители) – кор-зия увеличивается

б) аэробные – поглощают Н2S, О2 и выделяют Н2SO4, которая закисляет грунт (т.е. окислитель Н+)-усиливает подземную кор-зию.

2) Подземная кор-зия часто усугубляется электрокор-зией –это кор-зия под действием блуждающего тока , который появляется за счет электротранспорта, утечек тока при сварке, потери тока в цехах, поглощающих > кол-во эл.энергии, дома (где есть заземление), наводки с линии ЛЭП…

Электрокор-зия всегда приводит к повышенной кор-зии отдельного участка тр/провода.

Защита: 1) уменьшение R раб. цепи (медные перемычки)

2) повысить сопротивление цепи блуждающего тока (изоляция битумом, полимеры и секционирование тр/провода); 3) поляризованный дренаж; 4) токосъёмник

3) подземная кор-зия усугубляется возникновением аэрационных пар

Песок глина

Подводная коррозия металлов, зависимость ее от различных факторов

Это кор-зия сантехоборудования,канализация, мосты… рН≈7

Это эл.хим.кор-зия в воде (питьевой, технической) под действием растворенного О₂.

Факторы, влияющие на подвод. кор-зию:

1) рН, с ↓ рН появляется Н⁺ - кор-зия становится опасной (сточные воды)

2)ионы СО₃^-2, НСО₃^- - в любой воде; Сl^-, SO₄^-2, Fе₂О₃, Fе(ОН)₃, О₂… 2НСО₃^- = СО₃^-2+Н₂О+СО₂

В зависимости от рН равновесие может быть сдвинуто ← или →

Если ←, то одним из продуктов кор-зии будет Fе(НСО₃)₂ –раств. соль и активность Н₂О – высокая.

Если →, то одним из продуктов кор-зии – FеСО₃ – трудно раств. соль – наблюдается явление солевой пассивации и кор. активность Н₂О – низкая.

Узнать куда сдвинуто равновесие можно с помощью спец. индекса I (Ланжелье): I= рН_о-рН_S

рН_о- рН воды; рН_S- рН, при котором кол-во ионов ≈ равное, и определяется по номограмме в СНиП 2.04.02-84 «Водоснабжение наружной сети и сооружения». Нужно знать: солесодержание воды, щелочность, жесткость.

Если I<0, то кор. агрессивность воды высокая; I≥0, то кор. агрес-ть низкая.

Индекс I можно повысить за счет увеличения рН.

* Влияние Сl-, so4-2:

Подводная кор-зия идет очень неравномерно в виде язв, раковин на фоне общей кор-зии. Выход трубопроводов из строя определяется локальной язвенной кор-зией.

Сl^- даже в не очень > концентрациях усугубляет локальную кор-зию в 4-20 раз. Общая кор-зия возрастает, но не очень сильно.

SO₄^-2 – в 2-4 раза увеличивает как скорость общей, так и скорость локальной кор-зии.

Действие Сl^-и SO₄^-2 складывается, поэтому, чем больше этих ионов, тем опаснее кор-зия.

Fе₂О₃, Fе(ОН)₃ – продукты кор-зии (шлам) откладываются на стенках трубопроводах очень неравномерно. Неравномерность возникновения отложений приводит к появлению аэрационных пар и к увеличению локальной кор-зии.

влияние t:

После 80-90ºC скорость кор-зии уменьшается, т.к. уменьшается растворимость кислорода.

Коррозия под напряжением. Коррозионное растрескивание, коррозионная усталость, зависимость от различных факторов, методы защиты.

1)Коррозионное растрескивание (КР) – это растрескивание металла при одновременном воздействии корр. среды и растягивающих напряжений.(подвержены много видов металлов).

Может происходить в средах среди нитритов, хлоридов, кислых, щелочных, Н₂О, NH₃, пром. атмосферах.

На фоне небольшой общей коррозии появляются трещины, одна из них начинает расти потом происходит разрыв металла. Трещины очень плохо диагностируются – только ультразвуковым методом.

При КР различают 2 основных периода:

1. Период инициирования трещины – занимает 80% времени до разрыва. Зарождается случайным явлением.

2. Рост трещины – 20% времени. Носит межкристаллитный характер часто ветвится.

Объясняется 2-мя факторами:

- аэрационным эффектом (щелевой эфф.);

- при росте трещины постоянно меняется нагрузка это приводит к разрушению защитных пленок

Факторы: 1. При высоких нагрузках Р>0,76 пред. Текучести; 2. Наличие в корр. среде депассиваторов (хлориды); 3. Чем выше температура; 4. Чаще всего подвергаются высокопрочные материалы

Защита: 1. Уменьшение растягивающих напряжений. 2. Снятие внутренних напряжений. (отжиг)

3. Удаление из корр. среды веществ способствующих коррозии; 4. Ингибиторы; 5. Эл. хим. защита

6. Использование очень стойких сталей; 7. Периодическое шлифование

2) Коррозионная усталость – (КУ) растрескивание металла, но при одновременном действии переменных нагрузок и корр. среды. Вид трещины КУ напоминает трещ. КР различие – зарождение трещины идет закономерно. При наложении переменных нагрузок на металл он устает, прочность металла снижается во времени, внутри металла появляются небольшие усталостные трещины. Снаружи металл более плотный, наклепанный, но потом они появл. в поверхностных слоях и снаружи – превращается в трещину корр. усталости. В глубь она растет так же щелевым эффектом, и депассивацией.

Факторы: 1. Амплитуда переменной нагрузки; 2. Частота переменных нагрузок (чем меньше тем быстрее трещина); 3. Знакопеременные нагрузки влияют больше чем знакопостоянные; 4. КУ увеличивает внутренние напряжения; 5. Температура; 6. Наличие активаторов

Защита: 1. Снижать амплитуду нагрузки; 2. Снижать конц. Активаторов; 3. ↑ поверхностную плотность

4. Анодное покрытие; 5. Эл. хим. Защита; 6. Ингибиторы

Межкристаллитная корроз., питтинг. И язвенная коррозии, основн особенности, методы защиты.

Питтинг характерен для сред когда поверхность металла в целом пассивна а активация идет только в отдельных точках. В таких средах есть 2 вида вещества:

- окислитель (нитриты, О2, щелочи создающие пасс. пленку)

- активаторы (Cl -, Br -, CN -,NH3, H2S)

Возникает в самое разнообразное время. Различают 4 вида питтинга:

1.Питтинг живет очень не долго после пассивируется, 0,3 –0,4 мм; 2.Работает дольше но тоже репассивируется, 0,8 - 1 мм; 3.Питтинг работает периодически; 4. Работает постоянно

Даже при 1,2 виде соседние питтинги сливаются и образуется язва. Язва обычно забита продуктами коррозии

МеCl2 – гидролизуется МеCl2 + Н2О = FeOH2 + HCl – рН может снижаться до 3

За счет активной корр. среды и эфф. щелевой коррозии язва идет вглубь немного расширяясь, всегда приводит к сквозной коррозии. Язва может возникнуть самостоятельно на скоплении дислокаций, на грязной нарушенной защитной пленке.

Защита

1. Рациональный подбор металла; 2. высокое легирование; 3. Термообработка (однородная поверхность)

4. Ингибиторы; 5. увеличение чистоты металла; 6. Удаление активаторов; 7. Эл. хим. защита

Межкристаллитная коррозия (МКК) – идет по границам зерен. Чаще всего подвергаются стойкие стали, сплавы Al, Ni. Углеродистые стали – реже. Причина – более высокая корр. активность границы зерна чем само зерно. МКК в Cr, Ni, сталях часто возникает в тех случаях если сталь нагреть, при нагревании выдержать недолго и охладить.

Причина: при 700 – 800 С0 наблюдаем полиморфный переход Аустенит ( тв.раствор С(углерода) в гамма Fe ). В аустенитном растворе концентрация углерода очень высокая (0,1%) весь он хорошо растворяется в нем, далее охлаждаем (не быстро) наблюдаем полиморфный переход аустенита в феррит т.е. раствор углерода в альфа Fe (0,02) Лишний углерод выпадает и как примесный элемент вытесняется к граням кристаллов. Концентрация углерода на границе зерна повышается углерод связывается с Cr в карбиды Cr_m C_n – конц. Cr на границе зерна понижается становится ниже правила Таммана и корр. активность границы зерна резко вырастает.

Защита:

1. Можно предотвратить правильной термообработкой

а. Нагрев более 800 С⁰ выдержка, резкое охлаждение. Аустенит превращается в феррит, лишний углерод выделятся, но не успевает продиффундировать к границе зерен

б. Медленное охлаждение. Выдержка 700 – 800 С⁰ полиморфный переход в феррит, углерод успевает продиффундировать к граням зерен связывает Cr в карбиды. Концентрация Cr на гранях зерна понижается возникает градиент концентрации Cr и начинается диффузия Cr, Cr успевает продиффундировать. Концентрация Сr выравнивается и становиться выше правила Таммана

2. Понижение содержания углерода в сталях до 0,03%

3. Доп. легирование сталей Ti, Nb, - компоненты более склонные к карбидообразованию, Ti в 5 раз нужно больше чем углерода, Ni в 10 раз

Разновидность - ножевая коррозия вблизи сварных швов. Характеризуется повышенным карбидообразованием в местах сварки. Лечится отжигом, закалкой.

Корр-ая стойкость алюминия и его сплавов в различных средах.

А и его сплавы явл вторым по значению конструкционным материалом после сплавов железа, широко распространены, его св-ва: лёгкость, вые электропроводность, достаточная прочность и пластичность. Алюминияй и его сплавы: 1)Чистый и технический AI ( А99, А9-чушковый, АДО, АДС-деформированный). 2) Антифрикционные сплавы AI(AO4-1, AH2). 3) Литейные сплавы (АК12, АМ6). 4) Спеченные сплавы (САС1, САП1, САС2). 5) Деформируемые сплавы: а) упрочняемые термической об-ой (Д16, В96,АК4) б) Не упрочняемые термич. об-ой (АМг4,АМг2). А1-амфот ме,обладающий низкой хим. стойкост. в кисл. и щел. р-рах, но устойчив в нейтр. средах за счёт образ упорядоченной плёнки гидратированного оксида. Диаграмма Пурбе:

В кисл. и щел. средах при рН <j и рН>9 алюминии ' подверг общей корр, наиболее опасна щел-ая корр, т.к. в таких р-рах пассивации не наблюд. В кислотах скор корр AI и его сплавов зав. от природа к-ты т.е. вид аниона к-ты. Из к-т более опасна соляная и фосфорная. Максим скор корр. в азотной к-те наблюд. при конц. её около 30-40%,серная к-та наиболее активна при конц 80%. В конц-ой серной к-те алюмин стоек до 20°С, в олеуме до 200°С. В нейтральн р-рах (3<рН<9) при тем-pax до 75°С образ-ся упорядоченный гидратированный оксид А12О3хЗН2О который эффективно защищая алюм делает его в таких средах высокоустойч, поэтому в нейтр средах

алюм .и его сплавы не склонны к общей корр но может возник локальная корр.: питтинговая корр наблюд при атмосф корр и при корр. в водных средах. Особенно хар-на для сред с хлоридами или при контактном выдел меди на пов-ти алюм-я. Обр-ию питтинга способств также неметал включения в AI.B слабощел р-рах питтинг появл на различных дефектах пов-ти.Этой корр в большей степени подвержены сплавы алюм, однако на чистом алюм, если питтинг возник то он идёт глубже. Межкристалит корр.: вызывается выделением на границах зёрен более активных фаз( MgAI3 в магниевых сплавах), Больш влияние на склонность сплава к этой корр имеет термооб-ка, от которой зав дискретно или сплошными пленками будет вделяться активные в корр отношении фазы на границах кристаллитов. Корр. под напряж-м хар-на для высокопрочн сплавов( алюм медь, алюм магний) как деформируемых так и литейных. Большинство разрушений происходит в водных средах, но корр-ое растреск-е возможно в мин маслах, спиртах,гексане,ртути.Растрес-ие почти всегда носит межкристал хар-р.Время до зарождения трещины в сильной степени зав от формы зёрен и ориентации их по отношению к действующим напряжениям. Расслаивающая корр- отдельные слои сплава корр-ют с большей скор и в итоге идёт расслаивание металла. Возникает чаще всего при корр сплавов алюм. с медью,подвергшихся прокатке или прессованию, Причина-неоднородность отдельных слоев сплава по составу или структуре.Возникает в разных средах, в осн в слабощелочных Контактная корр наиболее опасен контакталюм сплавов с медью он может быть не непосредственным т.к медь в воде, особенно в морской раст-ся и контактно выдел на алюм вызывая повышен питтингообр. Из-за контакт корр протекающей в условиях атмосф корр прежде всего влажной и мокрой, нежелателен контакт медных и алюм. проводов в приборах и т.д.Питтинговая корр алюм может вызываться водой стекающей со свинца. Нерж стали усил-ют корр алюм в морской воде,в менее агрессивн средах контакт не опасен. При контакте алюм с цинковыми сплав кор-я последних усил-ся Контакт алюм с другими мат-ми алюм сплавы хорошо стоят в различных сортах бетона,строительных р-рах,штукатурке и т.д.Агрессивными считаются мат-лы сод-щие хлорокись алюм,а также изоляционные мат-лы сод-щие силикаты магния и кальция. Эти мат-лы стимулируют корр алюм во влажн усл-х.Пластики и резина не действ на алюм. Брезент обраб-мый защитными составами содер-ми медь поэтому стекающая с такого мат-ла вода вызывает корр лежащего под ним алюм.Корр алюм в естеств средах:атмосфер корр На открытом возд алюм сплавы приобретают серый цвет который в промышленных атм-х бывает темнее и доходит до чёрного, при этом скор корр невелика. Осн-ая доля корр-го разрушения приходится на первые 1 -2 года. Средняя глубина корр образцов из сплава алюм-медь даже на морском побережье за 20 лет непревыш 0,15 мм. Серо водород и углекислый газ не делают атмосферу агрессивной по отношению к алюм.Совместное воздействие кислых сульфатов и конденсирующейся влаги может приводить к образ объёмных и рыхлых прод-в корр. В город местности на пов-ти алюм могут осаж-ся угольные частицы.Контактная корр при нал таких участков прив к сильной локальн питтин-ой корр.Подземная корр: алюм сплавы редко эксплуат-ся в уел подземной корр.Обычно речь идёт о кабелях.Для алюм сплавов наиболее опасны насыпной грунт сод-щий шлак, и грунт с золой, отличающиеся повышенной щелочностью. В таких грунтах сплавы алюм активно разруш.Эффективная защина-это армированные битумные покрытия или полимерные оболочки(защита кабелей).Корр в естеств водных средах:алюм и его сплвы хорошо стоят в дистил или чистой конденсационной воде, поэтому алюм хорошоисп в холодильном оборуд и системах парового обогрева.Хорошо алюм стоит если его периодически чистить и сушить( посуда). Опасно одновременное присутствие в воде карбонатов, хлоридов и ионов меди, при этом возник питтинговая корр В морской воде особенно загрязнённой корр-ют только те сплавы алюм,в которых осн легир-м компон явл-ся медь. Алюм и его сплавы более сильно чем стали обрастают в морской воде ракушками и водорослями, для борьбы с обрастанием нельзя исп препараты с ртутью т.к. они приводят к локальной корр. При исп красок с оксидом меди алюм предварительно хроматируют с целью снижения локальной корр.