Виды коррозионных разрушений

По характеру изменения поверхности металла и его физико-химических свойств коррозионные разрушения подразделяются на следующие виды (рис. 1):

1 . Общая или сплошная коррозия (рис. 1) – коррозия по всей поверхности металла. Она может быть равномерной (рис. 1, а) или неравномерной (рис. 1, б) в зависимости от глубины коррозионного разрушения поверхности (например, углеродистая сталь в серной кислоте H₂SO₄ и морской воде). Это наименее опасный вид коррозии, так как в этом случае материал лишь незначительно теряет свои прочностные свойства. Может быть прогнозирован расчетным путем.

2. Местная коррозия (рис. 2) – коррозия на отдельных участках поверхности металла. Ее характерными видами являются следующие:

– в виде пятен (рис. 2, а) – разрушение отдельных участков поверхности на небольшую глубину (например, коррозия латуни в морской воде);

– язвенная (рис. 2, б) – разрушение в виде отдельных поверхностных каверн, отличающихся от «пятен» большей глубиной проникновения в металл (например, коррозия стали в грунте);

– точечная или питинговая (от англ. pitt – ямка, оспина) (рис. 2, в) – разрушение в виде множества отдельных точечных поражений, перерастающих в сквозные (например, коррозия нержавеющей стали в морской воде);

– подповерхностная (рис. 2, г) – коррозия, распространяющееся под поверхностью металла; возникает, как правило, под поверхностью защитного покрытия (гальванического, лакокрасочного и других видов покрытия) при его разрушении на отдельных участках;

– межкристаллитная (рис. 2, д) – локальное коррозионное разрушение по границам зерен, которое приводит к катастрофической потере прочности и пластичности. Например, коррозия никеля при высокой температуре в серосодержащей среде, когда сера проникает по границам зерен металла и разупрочняет его за счет образования сульфидов по всей площади границ зерен;

– ножевая – коррозия, характерная для зоны сплавления сварных швов; локализована в виде специфических надрезов.

3. Избирательная коррозия повреждает сплавы, содержащие несколько структурных составляющих и сплавы типа твердых растворов. В первом случае она называется структурно-избирательной, а во втором компонентно-избирательной.

Пример структурно-избирательной коррозии: действие на серый чугун олеума (H₂SO_4конц), когда вследствие растворения феррита и перлита обнажается графитный скелет (рис. 3).

Пример компонентно-избирательной коррозии: обесцинкивание латуни в растворах кислот, при котором преимущественно корродирует цинк, а медь остается на поверхности в виде пористого слоя.

1.2 Движущие силы коррозионного процесса

Основная причина коррозии металлов – их термодинамическая неустойчивость. Возможность протекания любой химической реакции, включая реакции металлов с окружающей средой, оценивается с помощью термодинамического фактора, а именно знаком и величиной изменения свободной энергии Гиббса (G). Коррозия металла возможна в том случае, если в результате коррозионного процесса свободная энергия, как движущая сила коррозионного процесса, уменьшается. Таким образом, условием образования термодинамически стабильного химического соединения является:

G = G₂ – G₁ < 0

где G₁ – уровень свободной энергии веществ, вступающих в реакцию;

G₂ – уровень свободной энергии веществ продуктов реакции.

Чем больше отрицательное значение G, тем вероятнее химическое взаимодействие металла с агрессивной средой. Таким образом, зная G, можно определить вероятность протекания коррозии.

Для примера рассмотрим значения изменения свободной энергии при образовании оксида некоторых металлов в атмосферных условиях (25 ºС; 0,1 МПа):

Ca ↔ Ca²⁺: G = - 356,3 Дж/моль; Sn ↔ Sn²⁺: G = - 91,8 Дж/моль;

Al ↔ Al³⁺: G = - 239,5 Дж/моль; Pb ↔ Pb²⁺: G = - 90,9 Дж/моль;

Zn ↔ Zn²⁺: G = - 153,6 Дж/моль; Cu ↔ Cu²⁺: G = - 46,1 Дж/моль;

Cr ↔ Cr³⁺: G = - 150,3 Дж/моль; Ag ↔ Ag⁺: G = - 8,5 Дж/моль;

Fe ↔ Fe²⁺: G = - 127,3 Дж/моль; Pt ↔ Pt²⁺: G = +36,0 Дж/моль;

Ni ↔ Ni²⁺: G = - 102,6 Дж/моль; Au ↔ Au³⁺: G = +65,7 Дж/моль.

Практически все окислы металлов термодинамически устойчивы (стабильны), т.е. все металлы окисляются, и лишь окислы благородных металлов Au₂O₃, AgO, Ag₂O₃ и некоторые другие – термодинамически неустойчивы в стандартных условиях, т.е. эти металлы практически не окисляются.