9. Количественная и качественная оценки

КОРРОЗИИ И КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ

Различают две характеристик и для количественной оценки коррозии – коррозионные потери и скорость коррозии. Коррозионные потери определяются как отношение потери массы к площади прокорродировавшей поверхности.

Скорость коррозии определяется изменением некоторого свойства или признака вещества за время протекания процесса коррозии. Как коррозионные потери, так и скорость коррозии могут изменяться во времени.

Ввиду разнообразия типов коррозионных разрушений невозможно установить единую для всех случаев меру скорости коррозии. Так, в случае сплошной коррозии скорость последней определяется как убыль массы вещества, отнесенная к единице поверхности за единицу времени (например, г/м^2.ч или г/м^2.год). Скорость коррозии можно оценивать и по глубине разрушения вещества за единицу времени (например, линейная скорость коррозии чаще всего выражается в мм/год). При коррозионных воздействиях, нарушающих внутреннюю структуру металла (межкристаллитная коррозия, избирательная коррозия, коррозия под напряжением) без изменения формы и размеров предмета, их скорость определяется по изменению свойств материала, например по потере его прочности.

Способность вещества противостоять разрушающему воздействию определенной коррозионной среды называется коррозионной стойкостью.

9.1. Способы выражения скорости коррозии

Скорость гетерогенной химической (электрохимической) реакции, протекающей на поверхновти раздела между металлом и средой, может быть выражена в различных единицах. Рационально выражать её через число частиц или грамм-частиц, реагирующих на единице поверхности в единицу времени.

Поверхность твердого тела имеет сложный микрорельеф. Обычное измерение поверхности при помощи линейки дает величину ее S_о, всегда меньшую «истинной» поверхности S, на которой протекает процесс:

S =ƒ· S_о ,

где ƒ – коэффициент (фактор) шероховатости.

Для идеально гладкой поверхности, например жидкой, S = S_о и ƒ = 1. Для твердых тел ƒ > 1.

Экспериментальное определение S или ƒ сопряжено с большими трудностями. Поэтому при расчете скорости коррозии обычно используют кажущуюся величину поверхности S_о. Изменением макрорельефа, происходящим в процессе коррозии, пренебрегают. Это вносит, конечно, некоторую неточность в полученную величину скорости коррозии.

Число прореагировавших частиц почти всегда заменяют массой окислившегося металла.

Пусть масса образца металла до коррозии равен m_o. Через время τ она становится равным m_τ . Скорость коррозии, определенная весовым методом равна

v= (m_o– m_τ)/Sτ =Δm_τ /Sτ .

Чтобы воспользоваться этим выражением, нужно быть уверенным в том, что все продукты коррозии удалены с поверхности и масса m _τ отвечает массе непрокорродировавшего металла.

В случае, если продукты коррозии целиком остаются на поверхности, m_о < m _τ и выражение (16) показывает не убыль массы, а её привес и если известен состав продуктов коррозии, можно охарактеризовать истинную скорость процесса:

v=n(m_τ-m_o)/Sτ (16) где: n – коэффициент пропорциональности, учитывающий состав

продуктов коррозии.

Численное значение v зависит от выбора единиц измерения для m, S и τ. Часто Δm выражается в граммах, S_о – в квадратных метрах, τ – в сутках. В этом случае скорость коррозии имеет размерность г/м^2.сут.

Весовую потерю можно пересчитать на атомную, выраженную числом грамм-атомов окислившегося металла, m_о и τ выражают в тех единицах, которые в данном случае удобны. Например, для скорости v₁ получим:

v = m_o–m _τ /AS τ = v₁/A (грамм-атом/поверхность время) ,

где А – атомная масса металла.

Часто желательно определить среднюю толщину слоя σ прокорродировавшего металла, например, за год. Пусть известна скорость v₂ в мг/дм^2.сутки. За 1 год с 1 см² будет окислено: 365v₂/1000^.100 (г/см^2.год). Объем окисленного за это время металла с 1 см² найдем, разделив Δg на удельный вес металла ρ. Объем параллелепипеда с основанием в 1 см² численно равен высоте его:

σ = 365/10⁵ρ (см/год) .

При равномерной коррозии величина σ соответствует действительному уменьшению толщины изделия. Но при неравномерной коррозии пересчет потери массы на толщину окисленного слоя не дает представления о долговечности изделия. Отдельные язвы или точки при малой величине σ могут дать сквозное разъедание или недопустимо ослабить сечение. В этих случаях лучшей характеристикой будет σ_язв – скорость роста язв, определяемая непосредственным измерением их глубины. Аналогично следует оценивать скорость межкристаллитной или избирательной коррозии.

Кроме весовых (гравиметрических) способов, нередко используются объёмные (волюметрические) способы измерения скорости коррозии. Это возможно в тех случаях, когда окисление металла сопровождается расходованием или выделением газа. Так, при атмосферной коррозии расходуется кислород, а при кислотной – выделяется водород. Объем израсходованного кислорода или выделившегося водорода пропорционален весу окислившегося металла. Следя за изменением объема газа в некоторой замкнутой системе, можно получить данные для расчета скорости коррозии.

На 1 моль израсходованного О₂ окисляется 4 г-экв металла, поэтому:

Δg=4VA/V_мол^.z

где: V и V_мол – объем израсходованного кислорода и его молярный

объем в условиях опыта;

А – атомная масса;

z – валентность металла в продуктах коррозии.

При выделении водорода (коррозия в кислотах) на 1 моль Н₂ окисляется 2 г-экв металла:

Δg = 2VA/V_мол^.z

Единицы измерения m и τ выбираются из соображений удобства. Измерение объема менее точно, чем взвешивание, но при весовом методе необходимо прервать испытание, удалить продукты коррозии и тогда определить g. Поэтому найденная скорость коррозии представляет некоторую усредненную величину за время τ. При этом предполагается, что скорость процесса не менялась в течение времени τ, что далеко не всегда справедливо. За изменением же объема можно следить, не прерывая испытания, что дает более содержательную информацию о кинетике процесса коррозии.

Задание № 26-30

Рассчитать коррозионные потери с внешней поверхности трубы диаметром D и длиной L, если убыль её массы составила Δm:

№ п/п	D, мм	L, м	Δm ,кг
26. 27. 28. 29. 30.	200 1400 800 600 400	22,53 10,75 12,35 8,55 5,60	0,2546 0,7592 0,3785 0,4577 0,5834

Задание № 31 - 35

Определить начальную массу образца, если: m_t- конечная масса образца, S - площадь корродируемой поверхности, τ - время испытания образца, v-скорость коррозионного процесса.

№	mt, кг	S, см2	τ, час.	v, г/сут.м2
31. 32. 33. 34. 35.	0,335 0,985 1,578 0,135 0,044	275 525 1250 125 28	500 180 725 120 96	1,2 0,8 2,4 5,5 3,3

Задание № 36-40

Металл корродирует в морской воде со скоростью А. Каково значение скорости коррозии (v), выраженное в мм/год? Плотность металла В.

№	Металл	А (г/м2сут)	В (т/м3)
1 36. 1 37. 1 38. 1 39. 1 40.	Магний Свинец Олово Железо Марганец	1,45 0,25 0,77 1,35 0,98	2,920 11,30 7,30 5,60 7,40

Задание № 41-45

Вода, поступающая в металлический трубопровод со скоростью А, л/мин, содержит В, мл/л О₂ (25^оС; 0,1 МПа).Вода, выходящая из трубопровода, содержит С, мл/л, О₂. Рассчитать скорость коррозии (v), г/(м²сут), принимая, что коррозия полностью протекает на нагретом участке трубопровода площадью Д, м² с образованием оксида Мe_nO_m.

№	А	В	С	Д	МenOm
41. 42. 43. 44. 45.	40 33 22 17 13	4,5 4,9 5,2 5,5 5,7	0,115 0,122 0,135 0,150 0,171	23,8 25,3 27,4 30,0 34,5	Fe2O3 Al2O3 ZnO Cr2O3 FeO

Задание № 46 -50

При электрополировании поверхности металлического изделия, основным компанентом которого является металл Ме, его подвергли анодному растворению при анодной плотности тока i,А/дм² в индифферентном электролите – водном растворе Nа₂SО₄ – в течение времени τ, час. Доля анодного тока, расходуемого на коррозионное растворение основного металла составляет η,%. Рассчитать глубину травления при электрополировании h,мм, поверхности металлического изделия площадью поверхности S, м², если плотность металла изделия составляет ρ, г/см³ . Считать, что анодное растворение наблюдается только в отношении основного металла и протекает равномерно по всей поверхности.

№	Сплав/Ос-новной металл Ме	Площадь поверх- ности изделия S,м2	Плот- ность металла ρ, г/см3	Выход по току основ- ной ре- акции η,%	Время анодной обработки изделия τ,час.	Анодная плот- ность тока I,А
46	Сталь/Fе	2,0	7,6	85	1,5	0,05
47	Бронза/Сu	1,5	8,4	69	1,2	0,07
48	Ювелирное золото/Au	0,001	19,2	97	0,5	0,04
49	Латунь/Cu	0,5	8,4	75	1,1	0,10
50	Нихром/Fe	1,0	7,6	83	1,7	0,08

Задание № 51-55

Лабораторные коррозионные испытания указанных сплавов в средах сточных вод дали следующие результаты:

№	Сплав	Плотность (кг/м3)	Потеря массы (г/м2сут)
51. 52. 53. 54. 55.	А Б С Д Е	2700 9000 7800 3900 10200	40 62 56 34 15

Рассчитать для каждого сплава максимальное утоньшение в миллиметрах после годичных испытаний.

Задание № 56-60

Определить скорость коррозии металла (v) и n – коэффициент пропорциональности, зависящий от состава продуктов коррозии, если продукты коррозии металла имеют стабильный состав и известны:

№	Ме	mτ,г	m0,г	S,м2	τ, сут	МеnОm
56. 57. 58. 59. 60.	Аl Мg Тi Zn Сd	137,1 215,1 293,1 55,0 25,7	123,5 207,3 277,4 52,5 22,9	0,25 0,33 0,55 0,65 0,15	8 10 12 15 20	Аl2О3 МgО ТiО2 ZnО СdО