2.3.6. Атмосферная коррозия

Атмосферной называется коррозия металлов во влажном воздухе при температуре окружающей среды. Атмосферная кор­розия - наиболее распространенный вид электрохимической коррозии. Подчиняясь основным закономерностям, рассмотрен­ным выше, атмосферная коррозия имеет ряд особенностей, ка­сающихся прежде всего условий возникновения и некоторых факторов, влияющих на скорость процесса.

Коррозионной средой во всех случаях является пленка вла­ги, в которой растворены кислород и двуокись углерода, а в про­мышленной атмосфере - также двуокись серы, оксиды азота, сероводород и другие газы. Толщина пленки в зависимости от условий образования может быть в диапазоне от десятков анг­стрем до десятых долей миллиметра. При толщине 1 мм и боль­ше говорят о полном погружении металла в электролит.

Пленка влаги образуется или после непосредственного сма­чивания металла дождевой или иной водой, или в результате конденсации влаги на поверхности. При относительной 100%-ой влажности происходит капельная конденсация, при влаж­ности ниже 100% возможно протекание капиллярной, химиче­ской и адсорбционной конденсации.

Капиллярная конденсация связана с микрорельефом метал­ла и протекает тем интенсивнее, чем больше микровпадин и микропор имеет поверхность. Химическая конденсация проявляет­ся в гигроскопичности химических соединений, попадающих на поверхность металла или образующихся в результате коррози­онного процесса. В обоих случаях упругость водяного пара ниже, чем над идеально гладкой или идеально чистой поверхностью. При низкой относительной влажности пленка воды мо­жет образовываться за счет адсорбционной конденсации; толщина пленки при этом минимальна, вплоть до десятков анг­стрем.

Таким образом, всегда имеются условия конденсации влаги при относительной влажности ниже 100%. Диапазон влаж­ности, в котором влага конденсируется, ограничивается нижним пределом, называемым для каждого конкретного слу­чая критическим. Для стали, цинка, меди и ее сплавов критиче­ская влажность колеблется в интервале 50 - 70%, хотя, напри­мер, при попадании на поверхность металла хлористого каль­ция она снизится до 35%.

Механизм атмосферной коррозии во многом определяется толщиной слоя электролита. При толщине пленки меньше 10 нм наблюдается так называемая сухая атмосферная коррозия (это разновидность химической коррозии с сохранением всех прису­щих ей закономерностей). При толщине пленки примерно от 10 нм до 0,1 мк - область влажной коррозии, от 0,1 мк до 3 мм - область мокрой коррозии. Обе области характеризуют­ся протеканием электрохимической коррозии, как правило, с кислородной деполяризацией. Область мокрой коррозии име­ет характерную особенность: утолщение пленки влаги снижает скорость коррозии из-за возрастающей концентрационной поля­ризации катодного процесса восстановления кислорода. По этой же причине коррозия смоченного металла протекает ин­тенсивнее, чем коррозия металла, полностью погруженного в электролит того же состава.

На скорость атмосферной коррозии специфически влияет ряд факторов, среди них: состав атмосферы, состав и свойства продуктов коррозии, влажность, температура; географический фактор, климатические условия, время года.

Состав атмосферы играет основную роль, так как определя­ет состав коррозионной среды. Примеси в атмосфере, растворя­ясь, превращают чистый конденсат в раствор сильных электро­литов. Вреднейшей примесью является двуокись серы, образу­ющаяся главным образом при сжигании угля, нефти и бензина. Например, в Нью-Йорке ежегодно выбрасывается в атмосферу около 1,5 млн т SО₂, что эквивалентно ежедневному производ­ству 6300 т Н₂SО₄. Вредными являются также примеси NO₂, Сl₂, NН₃, характерные для промышленной атмосферы. Мень­ший вред приносят СО₂ и Н₂S. Заметно повышает скорость коррозии и промышленная пыль, содержащая уголь, золу и другие вещества. Показано, что в промышленном городе ее ежегодно оседает в среднем 4,5 т/км². Пыль, попадая на по­верхность металла, способствует химической и капиллярной конденсации влаги. В результате скорость коррозии железа, цинка, алюминия, меди в промышленной атмосфере в 5-10 и более раз превышает скорость коррозии в сельской атмос­фере.

Состав и свойства продуктов коррозии влияют на скорость коррозии по-разному. Рыхлые, порошкообразные осадки уско­ряют коррозию, увеличивая химическую и капиллярную кон­денсацию. Примером может являться ржавчина состава xFеО·yFе2О₃·zН₂О как продукт коррозии железа. Наоборот, свинец в промышленной атмосфере корродирует даже медленнее, чем в сельской, благодаря образованию компактной защитной пленки PbSО₄ или РbСО₃.

Влажность атмосферы существенно влияет на скорость кор­розии, но лишь в присутствии примесей. Чистый влажный воз­дух даже при относительной влажности, близкой 100%, не вы­зывает заметного ускорения коррозии.

Повышение температуры, как правило, тормозит коррозию, так как уменьшает относительную влажность, снижает раст­воримость газов в воде и способствует высыханию поверхности металла. Однако комбинированное воздействие повышенной температуры и высокой влажности резко ускоряет коррозион­ный процесс, который дополняется биохимической коррозией. Эти условия характерны для тропической атмосферы.

На скорость атмосферной коррозии влияет также географи­ческий фактор и связанные с ним климатические условия. Геогра­фическое положение района определяет такие важные обстоятель­ства, как степень удаления от моря, количество солнечных и дождливых дней, изменение температуры и влажности, роза ветров и другое. Все это влияет не только на состав коррозион­ной среды, но и на фактическую продолжительность увлажне­ния корродирующей поверхности. Влияние близости моря про­является в повышенном содержании в атмосфере минеральных солей, поэтому по мере удаления от моря скорость коррозии заметно падает.

Наконец, отметим, что времена года оказывают существен­ное влияние на коррозионное поведение многих металлов. Так, весной коррозия усиливается из-за таяния снега, сконцентри­ровавшего за зиму большое количество промышленных приме­сей. Период дождей (обычно осенью) способствует коррозии, так как дождевая вода может содержать до 200 мг/л минеральных солей. Агрессивность атмосферы зимой может возра­сти из-за увеличения примерно вдвое содержания SO₂, что объясняется усиленным потреблением топлива.

Наиболее эффективные методы борьбы с атмосферной кор­розией - это применение неметаллических (главным образом лакокрасочных) и металлических (прежде всего электролитиче­ских) защитных покрытий. Широко применяется легирова­ние цветных металлов и стали. Все чаще используются и ин­гибиторы атмосферной коррозии, в том числе летучие ингиби­торы.