2. Коррозия и защита металлов

Коррозия металлов (от лат. corrosio — разъедание) – непреднамеренный самопроизвольный физико-химический процесс взаимодействия металлов с окружающей (внешней) средой, приводящий к их разрушению или изменению физических свойств.

Причиной коррозии металлов является термодинамическая неустойчивость системы, состоящей из металла и компонентов окружающей среды. В подавляющем большинстве случаев коррозионные процессы представляют собой окисление металлов компонентами среды и превращение их в оксиды (Me_xO_y), гидроксиды (Me(OH)_n) или соли (Me_xAn_y). Получающиеся соединения называются продуктами коррозии, состав которых зависит от коррозионной среды. Изменение энергии Гиббса для реакций окисления большинства металлов при невысоких температурах отрицательное:

Me⁰Me_xO_y; Me(OH)_n; Me_xAn_y; Me⁰  Meⁿ⁺ + nē; _rG0,

следовательно, они протекают самопроизвольно.

Только для некоторых химически неактивных металлов (золото, металлы платиновой группы) окисленное состояние термодинамически менее устойчиво, поэтому в природе они часто находятся в неокисленном состоянии. Остальные металлы находятся в природе в виде соединений, и для их получения необходимы затраты энергии на проведение реакция восстановления (металлургические процессы):

Me_xO_y; Me(OH)_n; Me_xAn_y Me⁰; Meⁿ⁺ + nē  Me⁰ ; _rG0.

2.1. Основные понятия и определения

В зависимости от условий эксплуатации металлических изделий внешняя среда состоит из газообразных или жидких веществ. Поэтому коррозия на границе «металл – газ», «металл – жидкость», является гетерогенным процессом, протекающим с изменением поверхности. Продукты коррозии, как правило, образуют на поверхности металла твердую фазу в виде пленок. Следовательно, коррозия должна включать в себя стадию диффузии реагентов через эти пленки.

Таким образом, коррозия является сложным физико-химическим процессом, включающим в себя как химические реакции, так и диффузию. Скорость коррозии определяется как природой металла и химическим составом окружающей среды, так и свойствами ее продуктов и зависит от температуры. Обычно скорость коррозии оценивают по убыли металла с единицы площади (К) или по скорости проникновения, т. е. по одностороннему уменьшению толщины нетронутого металла (П).

Массовый показатель (K) скорости коррозии представляет собой изменение массы металла (m) за единицу времени (), отнесенное к единице поверхности образца (S):. Чаще всего единицей измерения является г/(м²сут).

Глубинный показатель (П) скорости коррозии характеризует среднюю глубину (h) разрушения металла за единицу времени (): . Обычная единица измерения – мм/год.

Установлена 10-балльная шкала общей коррозионной стойкости металлов (табл. 3).

Таблица 3

10-балльная шкала для оценки общей коррозионной стойкости металлов

Группа стойкости	Скорость коррозии металла, мм/год	Балл
Совершенно стойкие	Менее 0,001	1
Весьма стойкие	Свыше 0,001 до 0,005	2
	0,005 до 0,01	3
Стойкие	0,01 до 0,05	4
	0,05 до 0,1	5
Пониженно-стойкие	0,1 до 0,5	6
	0,5 до 1,0	7
Малостойкие	1,0 до 5,0	8
	5,0 до 10,0	9
Нестойкие	Свыше 10,0	10

Необходимо отметить, что коррозионная стойкость металла в различных средах может значительно различаться. Ниже приведены ее показатели для некоторых металлов в кислоте, щелочи и морской воде:

	20% НCl	20% KOH	Морская вода
Алюминий.....................	9-10.................	10................................	5
Магний..........................	10....................	3-4...............................	10
Сталь 3...........................	9-10.................	1-2...............................	6-7

В особых случаях коррозия может оцениваться и по другим показателям (потеря механической прочности и пластичности, рост электрического сопротивления, уменьшение отражательной способности и т. д.), которые выбираются в соответствии с видом коррозии и назначением изделия или конструкции.

Коррозия наносит существенный урон хозяйственной деятельности. Потери, наносимые ею, включают в себя:

• потери металла за счет окисления (~ 20%, из них ~1,5 – 2 % безвозвратно);

• стоимость оборудования, выведенного из строя в результате коррозии отдельных элементов;

• косвенные потери, связанные с ремонтом, простоем оборудования и т.д.

Знание основных закономерностей коррозионных процессов и способов борьбы с ней необходимо для повышения надежности и долговечности работы оборудования.