6.2 Виды и механизм атмосферной коррозии
По степени увлажненности поверхности материалов различают следующие виды атмосферной коррозии:
1. мокрая атмосферная коррозия, протекающая при наличии фазовой пленки и при непосредственном попадании влаги на материал;
2. влажная атмосферная коррозия, протекающая при наличии адсорбционной пленки влаги (относительная влажность менее 100%);
3. сухая атмосферная коррозия, протекающая при полном отсутствии пленки влаги на поверхности материала.
Деление это условное, так как возможны взаимные переходы одного вида коррозии в другой. Механизм сухой атмосферной коррозии аналогичен механизму химической коррозии. Чистая металлическая поверхность тускнеет из-за образования пленки продуктов коррозии. При обычных температурах она растет очень медленно и при небольших толщинах ее рост прекращается. Этот вид коррозии не приводит к серьезным разрушениям металла. Мокрая и влажная атмосферная коррозия по своему механизму приближается к электрохимической коррозии протекающей с кислородной деполяризацией, причем скорость коррозии во многом зависит от толщины слоя влаги. При толщине пленки от 100 ангстрем до 0,1 мк протекает влажная коррозия. Характерной ее особенностью является образование невидимого слоя влаги вследствие 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. При низкой относительной влажности пленка воды может образовываться за счет адсорбционной конденсации; толщина пленки при этом минимальна, вплоть до десятков ангстрем. При толщине пленки от 0,1 мк до 1мм наблюдается мокрая атмосферная коррозия. Особенность ее состоит в том, что утолщение пленки снижает скорость коррозии из-за возрастающей концентрационной поляризации катодного процесса. По этой же причине коррозия смоченного металла протекает интенсивнее, чем коррозия металла, полностью погруженного в раствор того же состава. Таким образом, с уменьшением толщины пленки катодный процесс атмосферной коррозии облегчается, а анодный процесс затрудняется. Мокрая атмосферная коррозия сплавов на основе железа протекает преимущественно при катодном контроле, влажная атмосферная коррозия — при анодном контроле. В результате коррозии сплавов на основе железа образуется ржавчина следующего состава:
xFeO ∙ yFe2O3 ∙ zH2O
где x, y, z — коэффициенты, не имеющие постоянного значения и зависящие от доступа кислорода, температуры и влажности воздуха.
Ржавчина — рыхлый осадок, она гигроскопична и не защищает металл от дальнейшего разрушения.
6.3 Скорость атмосферной коррозии
На скорость атмосферной коррозии влияет ряд факторов. На рисунке
24а приведен график изменения скорости атмосферной коррозии в зависимости от толщины пленки h, т. е. от степени увлажненности поверхности. При малых толщинах пленки, в пределах области А, наблюдается сухая атмосферная коррозия. С ростом толщины пленки в области Б наступает влажная, а в области В — мокрая атмосферная коррозия. Область Г характеризует коррозию при погружении металла в электролит.
В зависимости от относительной влажности (адсорбционная пленка) скорость коррозии многих металлов резко увеличивается при достижении некоторой критической влажности, как показано на рисунке 246. Критическое значение относительной влажности зависит от состояния поверхности металла и состава атмосферы.
а — от толщины пленки; б — от влажности воздуха;
в — от времени и чистоты воздуха
Рисунок 24 — Зависимость скорости атмосферной коррозии
Скорость коррозии значительно возрастает при загрязнении атмосферы газами, пылью, сажей, песком. На рисунке 24в показана скорость атмосферной коррозии в чистом воздухе (1) и в воздухе, содержащем 0,01% SО2 (2).
Существенное влияние на скорость атмосферной коррозии оказывает температура. Повышение температуры приводит к уменьшению относительной влажности и скорости коррозии. Понижение температуры облегчает конденсацию влаги на поверхности металла, что приводит к увеличению скорости коррозии. Суточные колебания температуры ускоряют коррозионные процессы.