1.3.3 Показники корозії

Для кількісного вираження швидкості корозії металів прийняті показники корозії: глибинний, зміни маси, об'ємний, механічний та інші, котрі є середньою швидкістю процесу за час τ .

Показник зміни товщини плівки K_h продуктів корозії, що утворюються на металі: K_h — це зміна товщини плівки Δh в одиницю часу τ (наприклад, мм/рік)

K_h = Δh/ τ

Показник зміни маси K_m – це зміна маси зразка металу в результаті корозії, віднесена до одиниці поверхні металу S і до одиниці часу τ [наприклад, г/(м²год)]:

а) позитивний показник зміни маси

K _m⁺ = Δm ⁺/S τ ,

де Δm⁺ — збільшення маси зразка металу (г) за час досліду τ (год);

б) негативний показник зміни маси

K_m^- = Δm ^-/S τ = K _m⁺ (А /8 n ) ,

де Δm^- — втрата маси металу за час досліду τ після видалення продуктів корозії; n – валентність металу.

Глибинний показник корозії (проникнення корозії) K_П —це глибина (середня або максимальна) корозійного руйнування металу П в одиницю часу τ (наприклад, мм/рік):

Кп =П / τ = K_m^-  8,7/,

де  - щільність металу, г/см³ .

Глибинний показник корозії придатний як для рівномірної, так і для нерівномірної і місцевої корозії і зручний при порівнянні швидкості корозії різних металів з різною щільністю.

Об'ємний показник корозії К_V — це об’єм поглиненого газу або газу , що виділився в процесі корозії металу , (наприклад, оксигену) ΔV, приведений до нормальних умов ( t⁰ = 0°С и р = 1 атм) і віднесений до одиниці поверхні металу і до одиниці часу [наприклад, см³/(см² год)]:

К_{V .} = ΔV/ S τ

Механічний показник корозії K_Mex — це зміна якого-небудь показника механічних властивостей металу за визначений час корозійного процесу, виражена у відсотках. Наприклад, зміна межі міцності металу

Kσ = Δ σ_τ / σ_о 100% за час τ ,

де σ_τ — зміна межі міцності при розтягуванні за час τ корозії; σ_о — межа міцності при розтягуванні до корозії.

1.4 Оксидні плівки на поверхні заліза

При високих температурах на залізі можливе утворення наступних сполук: оксид заліза(11) FеО, оксид заліза(II,III) Fе₃O₄ і оксид заліза а-Fе₂Оз(III). Всі ці сполуки виявлені в окалині. Безпосередньо до металу примикає оксид заліза FеО, далі йдують FезО₄ і Fе₂Оз. Співвідношення товщини оксидів FеО: Fе₃О₄: Fе₂Оз близько до 100:10:1.

Оксид заліза(II) FеО називається вюстіт і має кубічну решітку. Кристалографічний осередок містить чотири іони Fе²⁺ і чотири іони О^2-. Оксид стійкий при температурах вьіше 570-575 °С. В окалині вюстіт знаходиться в метастабільному переохолодженому стані. В цьому оксиді міститься кисень в кількостях, що перевищують стехіометричні. Кисень, що розчиняється в оксиді, іонізується, відбираючи електрони у частини двовалентних іонів заліза Fе²⁺, які переходять в тривалентні іони Fе³⁺. Як показали рентгенографічні дослідження, при такому процесі утворюється велика кількість вакансій в кристалічній решітці. Це створює сприятливі умови для дифузії Fе²⁺ і переміщення електронів за допомогою переходу Fе² = Fе³⁺ + е^-.

Як буде показано далі, вюстіт не володіє захисними властивостями.

Оксид заліза (II,III) Fе₃О₄ називається магнетит і має кристалографічну решітку типу шпінелі. У решітці на кожен іон Fе²⁺ доводиться два іони Fе³⁺ у правильному кристалографічному чергуванні.

Fе₃О₄ володіє електронною провідністю. Це пояснюється тим, що чергування іонів Fе³⁺-Fе²⁺-Fе³⁺ у структурі оксиду забезпечує легкість переходу електрона від одного катіонного вузла до іншого. Магнетит стійкий у всьому інтервалі температур від кімнатної до точки плавлення заліза (1538 °С). Захисні властивості вищі, ніж у вюстіта.

При нагріванні в окисному середовищі до 220 °С магнетит переходить в Fе₂О₃. В цьому випадку змінюється склад оксиду з Fе₃О₄ на Fе₂О₃ без зміни кристалографічної структури. При нагріванні до 400-500 °С утворюється α-Fе₂О₃.

Оксид заліза (III) — Fе₂Оз — називається гематит має структуру ромбоедричної решітки. Гематит існує в широкому інтервалі температур, але вище 1100 °С частково дисоціює.

Формула оксиду	Назва	Тип решітки	Стійкість	Захисні властивості
FeO	вюстіт	кубічна	> 5750	Fe2+ легко окиснюється до Fe3+, не володіє зах. властивостями
Fe3O4	магнетит	шпінель	до 15380	електронна проводимість Fe3+- Fe2+- Fe3+ , зах. власт. вище, ніж у FeO.
Fe2O3 (α, γ)	гематит	α-ромбоедрич-на або γ-шпінель	до 11000	високі захисні властивості