12.2 Разновидности коррозионных процессов .

Фреттинг-коррозия— коррозия при минимальном повторяющемся (локальном) перемещении двух поверхностей относительно друг друга в условиях воздействия коррозионной среды.

Фреттинг-коррозии подвержены болтовые соединения, посадочные поверхности подшипников качения, листовые рессоры, шестерни, муфты и т.д. Она возникает вследствие непрерывного разрушения защитной оксидной плёнки в точках подвижного контакта.

Пути предупреждения:

увеличение жёсткости соединений и площади контакта

использование материалов с высокой адгезией оксидных плёнок

упрочнение контактных поверхностей деталей азотированием (реже цементацией)

ионной имплантацией (ионным легированием) азота

нанесением тонких (до 10..30 мкм) твердых пленок на основе нитридов титана, циркония

Кавитационное изнашивание - это разрушение материала от соприкосновения его с движущейся жидкостью, в которой нарушается сплошность ее объема из-за образования полостей, заполненных паром, газом или их смесью.

Кавитационное изнашивание наблюдается в гидравлических турбинах, трубопроводах, на лопастях гребных винтов, подводных крыльях судов, гидравлических насосах, клапанах, а также в системах смазки и охлаждения двигателей, подвергающихся вибрации. Этот вид износа материалов, связанный с образованием или исчезнованием пузырьков в жидкости, возникает вследствие местного изменения давления.

Биокоррозия (биологическая коррозия) - тип коррозионного разрушения в условиях воздействия микроорганизмов. Продукты жизнедеятельности различных микроорганизмов, которые присутствуют в воде, грунте, интенсифицируют процесс коррозии. По биологическим факторам различают повреждения от:

- микроорганизмов: бактерий, простейших, лишайников, грибов;

- макроорганизмов: хордовые и беспозвоночные животные, растения.

Для защиты конструкций от биологической коррозии эффективным и основным способом является обработка поверхности изделии бактерицидными средствами (содержащие хлор, формалин и т.п.). Очень часто бактерицидные вещества вводят в состав лакокрасочных материалов и других видов покрытий. Но такой способ защиты достаточно дорогой и не всегда возможен. Для защиты от биокоррозии также используют электрохимическую защиту.

Контактная коррозия– вид коррозионного разрушения, который наблюдается при контакте двух разнородных металлов, т.е. которые обладают разными электрохимическими свойствами.

Контактная коррозия наблюдается, например, в системах алюминий (и сплавы алюминия)-углеродистая сталь или алюминий-цинк, медь-железо, и т.д. Контактная коррозия также может наблюдаться при контакте изделий из одного и того же металла, но соединенных при помощи пайки либо сварки. Сварной (спаечный) шов будет отличаться электрохимическими свойствами от основного металла. Различная механическая обработка стали (металла) также может вызвать контактную коррозию даже у одного и того же метала.

Щелевая коррозия– один из видов местной электрохимической коррозии металла. Щелевая коррозия подразумевает усиленное коррозионное разрушение в щелях, трещинах, зазорах (фланцевые, резьбовые соединения, места неплотного соединения металла с резиновыми или другими прокладочными материалами и т.д.). Щелевая коррозия может протекать как в атмосфере воздуха или газовой смеси, так и в условиях смачивания электролитом (морская вода). В морской атмосфере наблюдается в щелях и зазорах между металлом (трубопровода, днища корабля или любой другой конструкции, омываемой водой) и обрастающими организмами (водоросли, полипы, различные микроорганизмы). При атмосферной щелевой коррозии в щелях, зазорах постоянно скапливается и задерживается влага, что обуславливает ее протекание.

Методы защиты от щелевой коррозии металлов

В практике защиты конструкций от щелевой коррозии существует пять основных методов.

1) Рациональное конструирование более предотвращает возникновение коррозионного разрушения, чем защищает металл. Оно предусматривает при проектировании размещать соединения, зазоры так, чтобы исключить попадание и застой влаги (агрессивной среды).

2) Использование материалов мало или вообще не склонных к щелевой коррозии. К ним относятся стали марки Х18Н12МЗТ (хромоникелевая сталь, содержащая молибден), Х28 (высокохромистая). Еще титан, его сплавы обладают хорошей стойкостью к данному виду коррозионного разрушения.

3) Уплотнение щелей и зазоров. В качестве уплотнителей используют различные виды полимерных материалов, смазки, резины, которые заполняют щели, а также исключают появление зазоров.

4) Электрохимическая защита. Для титана и хромоникелевых сплавов применяют анодную защиту, а чугуна и углеродистых сталей – катодную.

5) Ингибирование. Применяют различные смеси ингибиторов, анодные или катодные, а также смешанные ингибиторы больших концентраций.

Коррозия– разрушение металлов вследствие их физико-химического взаимодействия с окружающей средой (агрессивной атмосферой, морской водой, растворами солей, кислот, щелочей, различными газами и пр.). Под действием агрессивной среды большинство металлов, обладающих в реальных условиях эксплуатации термодинамической нестабильностью, способны самопроизвольно разрушаться, переходя в окисленное состояние.

Уменьшениестепениполимеризациипроисходитврезультате реакций,протекающихс разрывомсвязейвосновнойцепиполимера иназываемыхреакциямидеструкции.Распад макромолекул происходитпоразличныммеханизмам,зависящимотстроенияполимераифакторов,вызывающихдеструкцию.Деструкцияприводиткзначительномуизменениюсвойствполимерныхматериаловиизделийиз них,сокращаетсрокиихэксплуатации.

Деструкцияполимеровможетпротекатьподдействиемхимическихагентов(воды,кислот,спиртов,кислорода,озонаит.д.)илипод влияниемфизическихвоздействий(тепла,света,ионизирующихизлучений,механическойэнергииипр.).

Окислительная деструкция полимеров происходит при действии на материал кислорода или озона. В условиях эксплуатации конструктивных элементов кислород воздействует на полимеры при одновременном влиянии солнечного излучения, влаги и температурных колебаний. При этом изменяется структура полимеров, что называется старением.

Скорость окислительной деструкции определяется интенсивностью присоединения кислорода к некоторым звеньям макромолекул, в результате которого в полимере образуются различные функциональные группы – гидроксильные, карбонильные, карбоксильные и др. Облучение светом, особенно ультрафиолетовой частью спектра, значительно ускоряет окислительную деструкцию.

Термическая деструкция происходит под действием теплоты. Вместе с тем, этот вид деструкции может протекать одновременно с воздействием на материал кислорода. Тепловое воздействие на полимерные конструктивные элементы, как правило, сопровождается изменением химического состава звеньев макромолекул, кратности связей, перегруппировкой атомов, появлением новых функциональных групп, а также деполимеризацией. Термическая деструкция может вызвать полное разложение полимерного конструктивного элемента – вплоть до образования мономеров. Радиационная деструкция полимеров происходит под влиянием излучений – рентгеновских, протонных, нейтронных и др. Действие излучений высоких энергий на полимеры проявляется в возбуждении и ионизации отдельных звеньев макромолекул. Возбуждение, т. е. переход электронов на более высокий уровень, делает макромолекулы менее устойчивыми, облегчая деструкцию под влиянием других факторов.

В зависимости от типа полимера и интенсивности действия различных факторов, сопровождающих облучение, деструкция может протекать с выделением различных низкомолекулярных газов: водорода, хлора, азота, метана, оксида и диоксида углерода.

Механическая деструкция протекает под действием статических и динамических нагрузок. Под влиянием этих нагрузок макромолекулы скользят одна относительно другой и их ковалентные связи разрываются в местах наибольшей концентрации напряжений, поэтому процесс сопровождается вязким течением материала. Механическая деструкция полимерных материалов при отсутствии кислорода отличается от термической и радиационной составом продуктов распада: отсутствием газообразных веществ – осколков цепей макромолекул.

Химическая деструкция происходит под действием агрессивной (чаще окислительной) среды. Окислительная реакция активизируется под влиянием света (фотохимическая деструкция).

По отношению к химическим агрессивным средам полимеры подразделяются на гетероцепные (в основной цепи молекулы содержатся кислород, азот, сера и др.) и карбоцепные (образованные только атомами углерода).

Гетероцепные (полиамиды, тиоколы, силоксаны, полиэфиры и др.) сравнительно легко распадаются под действием горячей воды, кислот и щелочей.

Карбоцепные полимеры (в целом более стойкие к агрессивным средам) по коррозионной стойкости подразделяются на три группы:

– полимеры, полученные из предельных углеводородов, среднестойкие по отношению к агрессивным средам (полиэтилен, полипропилен, полиизобутилен и др.);

– полимеры, синтезированные из предельных углеводородов с заместителями и элементами структуры, увеличивающими стойкость к агрессивным средам; в качестве заместителей часто применяют фтор (политетрафторэтилен), хлор (трифторхлорэтилен, хлорсульфированный полиэтилен), бензол (полистирол), такие полимеры стойки к кислотам, слабым окислителям, а фторзамещенные – и к сильным окислителям;

– полимеры, синтезированные из углеводородов с элементами структуры, уменьшающими их стойкость к aгрессивным средам; такими элементами являются двойные связи между элементами молекул, которые легко взаимодействуют с кислородом, галоидами, кислотами (полиизопреновый, полибутадиеновый, бутадиенстирольный, бутадиеннитрильный каучуки и др.).

Биологическая деструкция, как правило, вызывается плесневыми грибами. Пигменты, выделяющиеся в процессе жизнедеятельности микроорганизмов, окрашивают материал в различные цвета. Cвойства полимерных конструкций с течением времени изменяются: теряется эластичность, повышается жесткость и хрупкость, снижается прочность. Эти изменения называются старением. Повышение жесткости и хрупкости может происходить в результате не только деструкции, но и сшивания (агрегирования) макромолекул. Иногда деструкция и агрегирование происходят одновременно.