2.5. Коррозионные среды и влияние дополнительных факторов

Воздействие на коррозионную систему дополнительных факторов, таких как механические нагрузки, ионизирующее излучение, продукты жизнедеятельности микроорганизмов и т.д., может приводить к изменению физико-химических свойств металла, пленки продуктов коррозии, химического состава окружающей среды, изменяя скорость коррозии, способствуя более интенсивному разрушению металла.

2.5.1. Коррозионно-механическое разрушение металлов

Металлические изделия, работающие в условиях одновременного воздействия коррозионной среды и механических напряжений, подвергаются более сильному разрушению. Различают внешние механические напряжения, которые могут быть статическими и переменными, и внутренние, возникающие в металле при его термической обработке, например при сварке.

В зоне действия растягивающих или изгибающих механических нагрузок меняется структура поверхностного слоя металла, что вызывает изменение электродного потенциала отдельных участков. Потенциал растянутого слоя металла будет уменьшаться (анодный участок), а сжатого увеличиваться (катодный участок). Кроме того, возможно разрушение защитных пленок. Это приводит к образованию коррозионных трещин с последующим разрушением конструкции, вызванным концентрациями напряжения в этих трещинах.

Коррозионные процессы при механических нагрузках протекают через три последовательные стадии: инкубационный период, когда отсутствуют видимые разрушения; период образования очагов коррозии; период быстрого масштабного разрушения.

Выделяют следующие основные виды коррозионно-механического разрушения металла:

 коррозионное растрескивание – разрушение металла вследствие возникновения трещин при одновременном воздействии растягивающих напряжений и коррозионной среды;

 коррозионная усталость – снижение предела усталостной прочности при одновременном воздействии переменных (периодических) нагрузок и коррозионной среды;

 фреттинг-коррозия – повреждение соприкасающихся металлических деталей, совершающих небольшие периодические смещения относительно друг друга, вследствие механического разрушения защитных оксидных пленок и увеличения скорости коррозии (болтовые, заклепочные и другие соединения);

 коррозионная эрозия (коррозия при трении) – ускоренный износ металла при одновременном воздействии взаимно усиливающих друг друга коррозионных и абразивных факторов (трение скольжения, поток абразивных частиц и т. п.);

 кавитационная коррозия, возникающая при кавитационных режимах обтекания металла жидкой агрессивной средой, когда непрерывное возникновение и "cхлопывание" мелких вакуумных пузырьков создаёт поток разрушающих микрогидравлических ударов, воздействующих на поверхность металла.

2.5.2. Водородная коррозия

При контакте металла со средой, содержащей газообразный водород (Н₂), возможен особый тип коррозии – водородное охрупчивание металла. В этих условиях снижается пластичность металла, что может приводить к разрушению отдельных деталей. Такое изменение свойств связано с растворением водорода в металле, протеканием химических реакций восстановления компонентов металла, образованием газовых полостей внутри поликристалла.

При коррозии, например, стали, находящейся в контакте с газообразным водородом, протекают следующие процессы:

 сорбция молекул водорода на поверхности металла с последующей его диссоциацией на атомарный водород: Н₂  2 Н;

 диффузия атомов водорода в объем металла;

 химические реакции атомарного водорода с компонентами металла:

восстановление углерода Fe₃C + 4 H  3 Fe + CH₄,

восстановление оксида FeO + 2 H  Fe + H₂O,

образование гидридов металлов Fe + n H  FeH_n,

рекомбинация 2 Н  Н₂.

 образование газовых полостей. Продукты восстановления (CH₄, H₂O) и рекомбинации атомарного водорода (Н₂) адсорбируются на дефектах структуры, образуя внутри поликристалла газовую фазу («пузыри»). Это вызывает возникновение больших внутренних напряжений и приводит к необратимой потере пластичности металла (хрупкости).

Необходимо отметить, что водородное охрупчивание металла может происходить вследствие протекания на его поверхности катодной реакции восстановления ионов водорода при электролизе или электрохимической коррозии.