Электрохимическая коррозия.

Электрохимическая коррозия — процесс электрохимического взаимодействия металлов с электропроводящей средой, вызывающий изменение их свойств и в большинстве случаев приводящий к разрушению. Этот вид коррозии протекает при контакте металлов с жидкими электролитами: водой, водными растворами солей, кислот и щелочей, расплавленными щелочами и солями.

На процессы электрохимической коррозии большое влияние оказывают внутрен-ние и внешние факторы.

К внутренним факторам относятся те, которые связаны с природой металла, его составом и структурой, состоянием поверхности, механическими напряжениями в них и т.д. Чистые металлы относительно редко применяют в технике. Обычно кон-струкционные материалы — это сплавы. Состав сплава является важнейшим из внут-ренних факторов. Стойкость против коррозии определяется во многом свойствами ме-талла — основы сплава. Структура сплава имеет большое значение в оценке его кор-розионной стойкости. Чем более однородная (гомогенная) структура, тем большей коррозионной стойкостью обладают сплавы. Состояние поверхности металла также влияет на его коррозионную стойкость. Тонкая обработка поверхности (тонкая шли-фовка, полировка), как правило, повышает коррозионную стойкость металла по срав-нению с грубообработанной. Отрицательное влияние оказывает не только обработка, но и поверхностное пластическое деформирование металла, приводящее к возникно-вению остаточных напряжений в поверхностном слое. Механические напряжения (внутренние и внешние), возникшие в сплаве, ухудшают его коррозионную стойкость. Особенно вредное влияние оказывают растягивающие напряжения, которые увеличивают скорость общей коррозии, способствуют развитию местной коррозии, вызывая коррозионное растрескивание. Эти напряжения можно уменьшить путём со-ответствующей термической или дробеструйной обработки металла.

Внешние факторы электрохимической коррозии — это состав и условия воз-действия коррозионной среды, температура. Состав коррозионной среды во многом определяет характер и скорость коррозии металлов и сплавов. При коррозии в электро-литах определяющей является реакция среды (кислая, щелочная или нейтральная). Ис-ходя из этой зависимости, все металлы принято делить на 5 групп: группа а — метал-лы, устойчивые к кислой и щелочной среде (Ag, Au, Pt); группа б — металлы, не стой-кие в кислой среде и недостаточно стойкие в нейтральной, но стойкие в щелочной (Mg, Mn, Fe); группа в — металлы, неустойчивые в кислой среде и устойчивые в ней-тральной и щелочной средах (Ni, Со, Cd); группа г — металлы, коррозионностойкие в кислой и неустойчивые в щелочной среде (Та, Mo, W); группа д — металлы, стойкие только в нейтральной среде, но неустойчивые как в кислой, так и в щелочной средах (Al, Zn, Sn, Рb), что определяется в основном свойствами оксидных или гидроксидных плёнок, возникающих на этих металлах. Атмосферная коррозия — наиболее распрос-транённый вид коррозионного разрушения металлов. При этом большое значение име-ют влажность и загрязнение воздуха пылью и газами. Увеличение влажности воздуха повышает вероятность появления плёнки влаги на поверхности металла, что приводит к его коррозии. Загрязнение атмосферы воздуха газами, частичками различных солей резко ускоряет коррозию. Температура оказывает существенное влияние на скорость электрохимической коррозии. Повышение температуры при атмосферной коррозии уменьшает скорость коррозии, так как уменьшается относительная влажность воздуха и происходит испарение влаги с поверхности металла. При температуре ниже точки замерзания воды коррозия не происходит. Это обусловлено тем, что лёд практически не проводит электрический ток.

В зависимости от условий эксплуатации техники характер коррозии может быть различным. Наряду с общей коррозией, которая более или менее равномерна по всей поверхности деталей, находящихся в контакте с коррозионной средой, часто наблюда-ются опасные виды местной коррозии: питтинговая, межкристаллитная, коррозионное растрескивание под напряжением, водородное растрескивание. Возможно также сов-местное воздействие коррозионной среды и переменного нагружения, что приводит к коррозионной усталости металлов, а также воздействие коррозионной среды в усло-виях трения металлов, приводящее к фреттинг-коррозии. Питтинговой (точечной) коррозии обычно подвергаются металлы и сплавы в пассивном состоянии, т.е. покры-тые оксидной плёнкой. Возникновение питтинга связано с нарушением оксидной плёнки в отдельных её местах, а в присутствии галогенидов здесь происходит адсорб-ция ионов последних, их взаимодействие с оксидной плёнкой и её разрушение. Кор-розионное растрескивание под напряжением (КРН) происходит при одновременном воздействии растягивающих напряжений и коррозионной среды и характеризуется об-разованием трещин, перпендикулярных к действию растягивающих напряжений. Во-дородное растрескивание под напряжением, или водородное растрескивание, про-исходит за счёт атомов водорода, проникающих внутрь металла в результате корро-зионной реакции и при одновременном воздействии высокого, приложенного извне, или остаточного напряжения. Межкристаллитная коррозия (МКК) состоит в изби-рательном разрушении границ зёрен. Причиной склонности сплавов к МКК чаще всего являются структурные изменения — выделение фаз на границах зёрен, нарушение од-нородности сплава, которое происходит при различных видах обработки металла или в процессе эксплуатации. Фреттинг-коррозия — это коррозия металлов при трении, которая является результатом двух процессов: сначала электрохимическое или хими-ческое взаимодействие металла с окружающей средой с образованием оксидных плё-нок, а затем механический процесс износа плёнок, а при значительных удельных наг-рузках и самого металла. Скорость фреттинг-коррозии зависит от природы металла, состава среды, температуры, удельной нагрузки и т.д.

Коррозия сталей. Углеродистые стали обладают невысокой стойкостью к кор-розии. Конструкционные стали средней прочности обладают примерно такой же коррозионной стойкостью, как и углеродистые стали. В атмосфере воздуха они под-вержены сплошной или язвенной коррозии. Высокопрочные конструкционные стали во влажной атмосфере, в атмосфере промышленных районов, а также в растворах кис-лот и щелочей обладают склонностью к коррозионному растрескиванию. Остаточные растягивающие напряжения в поверхностном слое увеличивают их склонность к кор-розионному растрескиванию. Коррозионностойкие (нержавеющие) стали с содер-жанием хрома более 12 мас. % обладают высокой коррозионной стойкостью, так как пассивирует сталь. Пассивация — явление глубокого торможения процесса окисле-ния металла, обусловленное наличием на его поверхности защитных оксидных плёнок, а состояние металла при этом — пассивным.

Коррозия алюминиевых сплавов. Алюминий и его сплавы обладают значи-тельной коррозионной стойкостью в обычных эксплуатационных средах, что объясня-ется образованием на его поверхности защитной оксидной плёнки. Эта плёнка устой-чива в чистой атмосфере и разрушается в атмосфере, загрязнённой промышленными газами. После повреждения оксидной плёнки на алюминиевом сплаве начинается его коррозия. Коррозионная стойкость алюминиевых сплавов зависит как от состава, так и от структуры материала, характера обработки и других факторов. Вводимые в алюми-ниевые сплавы легирующие элементы образуют с алюминием твёрдые растворы, а не-которые из них — металлические соединения. Меньшая коррозионная стойкость у алюминиевых сплавов, легированных Cu и Zn, большая — у сплавов, легированных Mg, Mn и Si. Алюминиевые сплавы системы Al‑Mg-Cu довольно стойки к коррозии в атмосфере сухого чистого воздуха, но во влажном, загрязнённом пылью воздухе про-являют склонность к равномерной, местной и межкристаллитной коррозии. Питтин-говой коррозии алюминиевые сплавы подвергаются в морской воде, электролитах, со-держащих галогены. Питтинговая коррозия, а также дефекты оксидной плёнки при на-личии растягивающих напряжений могут привести к коррозионному растрескиванию высокопрочных алюминиевых сплавов системы Al—Mg—Cu—Zn во влажном возду-хе, парах воды, морской воде, электролитах, содержащих галогениды и т.д. Сплавы Al с Mg и Mn обладают сравнительно высокой коррозионной стойкостью. Большое влия-ние на коррозионную стойкость сплавов системы Al—Cu—Mg оказывает термическая обработка. Отожжённые сплавы, имеющие неоднородную структуру, обладают пони-женной коррозионной стойкостью. После закалки и естественного старения коррози-онная стойкость указанных сплавов, имеющих практически однородную структуру, возрастает.

Коррозия титановых сплавов. Титан и титановые сплавы обладают довольно высокой коррозионной стойкостью в атмосферных условиях, в пресной и морской во-де, в растворах солей многих минеральных кислот как при обычной, так и при повы-шенных температурах. Устойчивы титановые сплавы в кислых окислительных средах (азотная, хромовая и другие кислоты) и в растворах щелочей. В слабых растворах сер-ной и соляной кислот титановые сплавы имеют удовлетворительную коррозионную стойкость, а в концентрированных растворах указанных кислот и плавиковой кислоты интенсивно корродируют. Высокая коррозионная стойкость титановых сплавов обус-ловлена их пассивацией с образованием прочно сцепленной с металлом защитной ок-сидной плёнки, обладающей способностью восстанавливаться после повреждения при взаимодействии с окислительной средой. Титановые сплавы склонны к коррозионному растрескиванию под действием электролитов, содержащих галогениды, в расплавах некоторых солей, во влажном воздухе, в морской воде и т.д. что связано обычно с об-разованием на их поверхности дефектов (при сварке, ударных нагрузках или кратко-временных перегрузках и т.д.), которые являются причинами зарождения коррозион-ных трещин.

Коррозия магниевых сплавов. Магний и его сплавы в нейтральных и кислых средах подвержены коррозии с водородной деполяризацией, а в атмосферных услови-ях под тонкой плёнкой влаги — в основном коррозии с кислородной деполяризацией, а к действию щелочей магний стоек. Введение легирующих элементов оказывает вли-яние на коррозионную стойкость магниевых сплавов. Zn, Ti, а особенно Mn, повыша-ют их коррозионную стойкость, а Cu, Ni, Co, Pb, Cd, Sn — снижают. Некоторые де-формированные магниевые сплавы, легированные Al, склонны к коррозионному рас-трескиванию, но в меньшей степени, чем алюминиевые сплавы. Все промышленные магниевые сплавы практически склонны к межкристаллитной коррозии. Наиболее подвержены коррозии участки на деталях из магниевых сплавов в местах контакта с различными металлами и сплавами и в зазорах, где может скапливаться влага. В ука-занных местах коррозия особенно интенсивно развивается под влиянием галогенидов, содержащихся в атмосфере. Недопустим непосредственный контакт магниевых спла-вов со следующими металлами и сплавами: медью и медными сплавами, никелем и ни-келевыми сплавами; всеми марками стали, серебром и его сплавами, молибденом, не-анодированными алюминиевыми сплавами.