Влияние внутренних и внешних факторов на скорость коррозии

1. Температура

Температура оказывает наиболее сильное влияние на скорость газовой коррозии металлов, с повышением температуры скорость коррозии увеличивается. При увеличении температуры на каждые 10 градусов скорость коррозии увеличивается в среднем в 2 – 4 раза. Характер влияния температуры определяется константой скорости химической реакции (при кинетическом контроле) или (при диффузионном контроле)

К = А · (16)

log К = log А - (17)

где Q – кажущаяся или эффективная энергия активации процесса.

К logК

Рис. 3 Влияние температуры на скорость , газовой коррозии

Характер опытной зависимости константы скорости от температуры в ряде процессов бывает обусловлен соизмеримостью торможения двух или более элементарных стадий с различными энергиями активации. Если с изменением температуры изменяется кинетический закон окисления металлов, то использование приведенной зависимости затруднено или вовсе исключено. В этом случае используют эмпирическое уравнение температурной зависимости скорости коррозии за один час коррозии.

2. Состав газовой среды

При нагревании железа, стали и чугуна в воздухе они окисляются с образованием смеси оксидов (FeO, Fe₂О₃, Fe₃О₄). Следует отметить, что кислород, пары воды, углекислый газ при температуре выше 700°С могут приводить к обезуглероживанию стали и чугуна. Снижение концентрации углерода в поверхностном слое стали приводит к изменению структуры сплава и ухудшает механические свойства, особенно предел усталости и предел прочности при растяжении.

Поведение цветных металлов в атмосфере кислорода различно. Магний и его сплавы легко разрушаются, а алюминий и его сплавы химически устойчивы. Никель жаростоек в атмосфере кислорода, диоксида углерода.

Наличие в атмосфере водорода может приводить к водородной коррозии. Растворенной в железе водород реагирует с оксидом: FеО+Н₂=Fе+ Н₂О (пар). Образовавшаяся вода ослабляет связь между кристаллами, что приводит к хрупкости и растрескиванию металла. Аналогично действует водород на медь и его сплавы. Водород может растворяться в металлах, образуя гидриды, являющиеся хрупкой фазой, резко снижающей пластичность металлов.

Монооксид углерода СО при высоких температурах разрушает сталь, никель и другие металлы за счет образования карбонилов Fе(СО)₅, Ni(СО)₅ и других.

Хлор, хлороводород, оксиды серы, как правило, приводят к росту скорости коррозии большинства металлов.

Примеры решения типовых задач по разделу «Химическая коррозия»

Задача №1

Определить, удовлетворяют ли условию сплошности пленки: 1). Аg₂О на серебре, 2). СuО на меди, 3). СаF₂ на кальции.

Решение

Условием получения сплошных (защитных) пленок является выполнение соотношения

1 < V_окс/V_мет < 2,5

Отношение объёмов оксида и металла может быть рассчитано

V_окс/V_мет = (М_окс·ρ_мет)/(n·ρ_окс·А_мет)

где:

М_окс – молекулярная масса оксида, г

ρ_мет – плотность металла, г/см³

n – число атомов металла в оксиде

ρ_окс – плотность оксида, г/см³

А_мет – атомная масса металла, г.

1). Для Аg₂О.

V_окс/V_мет = 232·10,05/2·3,07·108 = 3,67 – условия сплошности не выполняются.

2). СuО.

V_окс/V_мет = 80·8,95/1·6,4·64 = 1,75 – условия сплошности выполняются.

3). СаF₂.

V_окс/V_мет = 78·1,55/1·3,18·40 = 0,95 - условия сплошности не выполняются.

Задача №2

На основании данных, приведенных в табл. 1, определить закон роста пленки на металле, найти уравнение зависимости толщины пленки от времени окисления.

Таблица 1. Изменение толщины пленки при коррозии железа на воздухе.

Время, час	0,2	0,5	1,0	2,0	5,0	7,0	10,0
Толщина пленки, нм	1,34	2,12	3,00	4,24	6,71	7,94	9,49

Решение

Построим графики в координатах h – τ, h - , h – lоg τ.

h h

τ

h

lоg τ

В координатах h - зависимость линейная, следовательно, коррозия стали, в этих условиях, подчиняется параболическому закону вида h² = К· h.

Методом наименьших квадратов рассчитываем константу К и получаем окончательное уравнение вида: h² = 9h, зависимость отвечает параболическому закону роста пленки.

Задача №3

На основании приведенных в табл.2 данных найти энергию активации окисления металла в исследуемом интервале температур.

Таблица 2

Температура, К	Скорость коррозии, , г/м2··час
600	1,45
650	1,98
700	2,57
750	3,24
800	3,96
900	7,72
1000	13,2
1100	20,4
1200	29,4
1300	40,0

Решение

Построим график в координатах ln (К) – 1/Т

ln (К_i)

1/Т_i·10³

График имеет вид функции Y = а + в X,

где Y= ln К, X = 1/Т

График имеет излом в точке Т=800 К, следовательно, в этой точке меняется энергия активации процесса коррозии. Определяем энергию активации процесса на участках 600-800 и 800-1300 К. Методом наименьших квадратов определяем наклон полученных прямых.

Наклон кривой равен: в = Q/R, следовательно, энергия активации равна Q = в·R.

Для участка 1: в = 2405 Q = 2405·8,314 = 20000 Дж/моль.

Для участка 2: в = 4810 Q = 4810·8,314 = 40000 Дж/моль.

Для участка Т=600-800 К величина энергии активации равна Q = 20000 Дж/моль. Для участка Т=800-1300 К величина энергии активации равна Q = 40000 Дж/моль.