Лекции
Химическое
сопротивление и защита
от коррозииЛекция № 1
Тема: «Введение»
Предмет и содержание курса.
Экономический ущерб от коррозии.
Классификация коррозионных процессов и их сущности.
Термодинамика и кинетика коррозионных процессов.
Методы коррозионного испытания.
Каждая шестая доменная печь работает на коррозию. Потери, вызываемые коррозией, составляют порядка 10% от объема выпускаемой металла. Это приводит к разрушению конструкций, к понижению качества продукции, а также к авариям и несчастным случаям на производстве. Ежегодные прямые убытки от коррозии сопоставимы с вложениями государства в наиболее крупные отрасли народного хозяйства. Размеры косвенных убытков значительно выше. Наряду с прямыми и косвенными убытками имеются неподдающиеся экономической оценке последствия коррозии: загрязнение окружающей среды, аварийные ситуации, обеднение природных ресурсов, понижение плодородных почв и др. Учитывая важность проблемы защиты металлов от коррозии, еще в 1978 году было принято специальное постановление «Об организации антикоррозионной службы в стране», в котором намечен комплекс мероприятий, направленных на продление службы металлических материалов. Сложность и многообразие форм коррозионных процессов служат серьезным препятствием для научно обоснованного прогнозирования коррозии металлов.
Коррозия– это самопроизвольный окислительно-восстановительный процесс, протекающий при взаимодействии металла с окружающей средой. Термин «коррозия» произошел от латинского слова «corrosio» - разъедание.
Коррозионные процессы классифицируются по механизмам, по характеру среды и по виду коррозии.
В зависимости от механизма коррозионные процессы бывают химические, электрохимические и биохимические.
Химическая коррозия металлов– это процесс взаимодействия металла с коррозионной средой, при котором окисление металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекают в одном акте и в неэлектропроводящей среде.
Электрохимическая коррозия металла– это процесс взаимодействия металла с коррозионной средой (раствором электролита), при котором ионизация атомов металла и восстановление окислительного компонента среды протекает раздельно на анодном и катодном участках.
Биохимическая коррозия– это процесс, связанный с воздействием микроорганизмов на металл. При этом металл может разрушаться из-за того, что он служит питательной средой для микроорганизмов, образующихся в результате их жизнедеятельности, иногда относят к разрушениям от электрохимической коррозии.
По характеру среды коррозионные процессы бывают: атмосферные, газовые, в электролитах, в расплавах солей, подземные и др.
По виду коррозии коррозионные процессы бывают: общая или сплошная, местная или локальная, равномерная и неравномерная. Местная коррозия характеризуется разрушением отдельных участков поверхности металла. Она бывает нескольких видов: пятнами, язвенная, питтинговая (точечная), межкристаллитная и транскристаллитная, ножевая и др.
Термодинамическим показателем для химической коррозии является химический потенциал металла:
.
Для электрохимической коррозии термодинамическим показателем является электродные потенциалы металлов, определяемые по уравнению Нернста:
.
Термодинамические показатели показывают способность металлов вступать в коррозионные процессы.
Для изучения кинетики коррозионных процессов определяют скорость коррозии различными методами, которые позволяют определить показатели интенсивности коррозии.
Всякие изменения с металлами при коррозии в течение времени (механические, электрические, оптические, структурные и др.) позволяют определить скорость коррозии.
Методы коррозионного испытания проводятся для решения практических и теоретических вопросов. Делятся на три группы: лабораторные, внелабораторные, эксплуатационные. При решении практических задач необходимо учитывать все факторы. Методы исследованияи оценки делятся на качественные и количественные.
Качественные методы испытанияявляются вспомогательными, позволяют установить характер и интенсивность коррозионных процессов. Образцы металлов должны иметь точную характеристику (химический состав, структуру и происхождение); по форме должны быть простые, чтобы можно было измерить площадь. Поверхность должна быть предварительно подготовлена и очищена.
К качественным методам относятся внешний
вид (окраска); появление продуктов
коррозии, мути; микроскопические методы;
оптические методы; применение индикаторов
на катодных и анодных участках. Например,
ферроксил-индикаторы (смесь красной
кровяной соли и фенолфталеина)
.
На участках металла, играющих роль
анодов, появляется голубое окрашивание,
а на катодных участках, в связи с наличием
фенолфталеина, розовое окрашивание:
.
При исследовании алюминиевых сплавов в качестве индикатора используется ализарин.
К числу качественных методов относится также метод определения склонности нержавеющих сталей к межкристаллитной коррозии по потере звука. Образцы после выдержки в растворе серной кислоты и медного купороса бросают с высоты 300-500 мм на каменную или мраморную плиту. Исчезновение звонкого металлического звука или изменение его на глухой является показателем склонности металла к межкристаллитной коррозии.
Для количественного измерениякоррозии металлов применяются весовые, объемные, электрические, электрохимические, магнитометрические, манометрические и др. методы. Величину коррозии по изменению механических свойств оценивают путем измерения предела прочности и по относительному удлинению.
При весовом методе определяют убыль массы металла.
Показателем при определении скорости коррозии весовым методом является показатель скорости коррозии:
,
где g0– масса в исходном состоянии,
g1– масса после коррозии,
S– исследуемая поверхность,
τ– время испытания.
При количественной оценке коррозии металлов необходимо учитывать фактор неравномерности коррозии:
,
где Sк – прокорродировавшая поверхность образца,
S0– общая поверхность образца.
Пересчет массового показателя на глубинный показательосуществляется по формуле:
[мм/год],
где П– глубинный показатель коррозии,
К– массовый показатель скорости коррозии,
γ– плотность металла.