2.1.3. Методы коррозионных исследований

Результаты коррозионного исследования не исчерпываются ответом на вопрос, как быстро разрушится та или иная деталь в тех или иных условиях испытаний? Более глубокий подход требует выяснения механизма коррозии, определения стадий, лимитирующих скорость процесса, нахождения факторов, вли­яющих на коррозионное поведение образца. По результатам коррозионных испытаний важно составить полное представление о возможных и наиболее эффективных методах защиты от коррозии.

Первым этапом коррозионных исследований могут быть ис­пытания лабораторных образцов или реальных деталей с целью определить изменение скорости коррозии во времени. При этом применяются все те методы количественной оценки, о которых говорилось выше. Испытания могут быть лабораторные, натур­ные и эксплуатационные.

Лабораторные испытания проводят, как правило, с образца­ми небольших размеров (например, пластинки размером 50х25 мм или цилиндрики диаметром 10-20 мм и высотой 40 мм). Условия испытаний заранее устанавливаются и строго контролируются. Результаты при применении соответствующих методик можно получать в ходе испытания и достаточно точно оценивать количественно. Наконец, возможно искусственное ускорение испытания путем ужесточения коррозионных условий. Этого можно достичь повышением температуры, увеличением концентрации коррозионной среды или перемешиванием.

Натурные испытания проводят в естественных условиях - в море, грунте, атмосфере. Натурные испытания отличаются прежде всего длительностью: их продолжительность может до­стигать десятков лет. Условия испытаний, естественно, подвер­жены колебаниям, которые нельзя заранее предугадать, а не­редко и достаточно точно проконтролировать. Результаты этих ис­пытаний в каждом конкретном случае достаточно надежны и практически важны, но их научная ценность весьма относи­тельна.

Эксплуатационные испытания проводят путем наблюдений за деталью в условиях ее фактической службы. Испытаниям мо­гут подвергаться или реальные детали работающей системы, или образцы, искусственно встроенные в действующую систему (на­пример, участок трубы из испытываемого материала, вмонти­рованный в действующую водопроводную магистраль). Полу­чаемые результаты в подобных случаях наиболее надежны, но проведение самих испытаний часто встречает серьезные труд­ности методического характера. Далеко не всегда удается тех­нически грамотно встроить испытываемую деталь и достаточно точно оценить скорость коррозии.

Наряду с испытаниями, задача которых получение зависи­мости показатель коррозии - время, существуют и другие мето­ды исследования. Важнейшие среди них электрохимические методы, позволяющие достаточно оперативно выяснить вопросы кинетики и механизма процесса.

Одним из распространенных является метод снятия потенци­альной кривой в процессе коррозии исследуемого металла. Из­мерение потенциала производится любым из известных спосо­бов, например с помощью катодного вольтметра или с примене­нием самопишущего электронного потенциометра, что особенно удобно. Более полную картину дает построение анодной и ка­тодной гальваностатических поляризационных кривых в усло­виях, соответствующих реальным (состав коррозионной среды, температура, обработка металла, состояние поверхности и др.). Обе кривые можно снимать одновременно, для чего катод и анод изготовляют из одного и того же материала. По характе­ру поляризационных кривых судят о поляризуемости исследу­емого металла в качестве катода и анода, о возможной роли катодных и анодных реакций в процессе коррозии.

Семейства поляризационных кривых в зависимости от рН и состава раствора, добавок, температуры и других факторов позволяют получить важные сведения о влиянии этих факторов на скорость процесса, выделить стадии, лимитирующие ско­рость коррозии, дают возмож­ность разработать наиболее эф­фективные методы защиты от коррозии.

Рис. 23. Типичная анодная потенциостатическая кривая:

φ_а - потенциал активного анода; φ_п - потенциал начала пассивации; φ_ак - потенциал активации (Фладе-потенциал); φ_пп - потенциал перепассивации; i_п — плотность тока полной пассивации

При исследовании метал­лов, склонных к пассивации, метод снятия гальваностатиче­ских кривых является несовершенным. Он искажает истинную картину чередования анодных реакций. В подобных случаях используют метод сня­тия потенциостатических поля­ризационных кривых.

Типичная потенциостатичеекая кривая, построенная по дан­ным зависимости ток - время для ряда значений потенциала дана на рис. 23. Судя по рисунку, при смещении потенциала вправо, в область положительных значений в интервале φ_а - φ_п. ско­рость анодного растворения металла возрастает. После достиже­ния потенциала начала пассивации φ_п процесс начинает резко тормозиться, скорость анодной реакции падает до i_п, наступает пассивация металла; i_п называется плотностью тока полной пассивации. Потенциал φ_ак - это так называемый Фладе-потенциал, или потенциал активации; название станет понят­ным, если иметь в виду, что при незначительном смещении по­тенциала влево от φ_ак (т. е. в катодную область) состояние пассивности нарушается, скорость анодного растворения метал­ла резко возрастает.

При достижении потенциала перепассивации φ_пп наступает состояние транспассивности (или перепассивации), металл при­обретает способность растворяться со все возрастающей скоростью. Электродные реакции при транспассивном состоянии отличаются от реакций в области анодной активности φ_а - φ_п. При растворении металла образуются ионы более высокой ва­лентности. В некоторых случаях наступает вторая область пас­сивности или же начинается анодное выделение кислорода.

Данные, получаемые методом снятия потенциостатической кривой, не только выявляют области активного и пассивного состояния металла в зависимости от условий, но и позволяют обосновать целесообразность анодной защиты и найти ее параметры, о чем пойдет речь ниже.