- •Кафедра теоретических основ материаловедения
- •Гринева с.И., Сычев м.М., Лукашова т.В.,
- •Коробко в.Н., Мякин с.В.
- •Коррозия и методы защиты
- •Содержание
- •Введение
- •1 Краткие сведения о коррозионных процессах
- •1.1 Классификация коррозионных разрушений
- •1.2 Методы оценки коррозионной стойкости
- •1.3 Методы коррозионных испытаний
- •2 Факторы, влияющие на развитие коррозии материалов
- •2.1 Внутренние факторы коррозии
- •2.1.1 Термодинамическая устойчивость металла
- •2.1.2 Положение металла в периодической системе элементов
- •2.1.3 Химический состав и структура сплавов
- •2.1.4 Шероховатость поверхности и внутренние напряжения в деталях
- •2.2 Внешние факторы коррозии
- •2.2.1 Влияние рН на скорость коррозии
- •2.2.2 Влияние кислорода на скорость коррозии
- •2.2.3 Влияние температуры на скорость коррозии
- •2.2.4 Влияние давления на скорость коррозии
- •2.2.5 Влияние скорости движения электролита на скорость коррозии
- •2.2.6 Влияние состава и концентрации нейтральных солей на скорость коррозии
- •3 Химическая коррозия металлов
- •3.1 Газовая коррозия
- •3.1.1 Образование оксидных соединений на поверхности металла
- •3.1.2 Условия образования, защитных оксидных пленок
- •3.1.3 Скорость роста пленки на металлах
- •3.1.4 Газовая коррозия стали и чугуна
- •3.1.5 Катастрофическая газовая коррозия
- •3.1.6 Водородная коррозия. Водородный износ
- •3. 1.7 Карбонильная коррозия
- •3.1.8 Коррозия, вызываемая сернистыми соединениями
- •3.1.9 Коррозия, вызываемая хлором
- •3.1.10 Защита от газовой коррозии
- •3.2 Коррозия металлов в неэлектролитах
- •4. Электрохимическая коррозия
- •4.1 Особенности строения электролитов
- •4.2 Образование двойного электрического слоя
- •4.3 Электродные потенциалы
- •4.4 Механизм электрохимической коррозии
- •4.5 Поляризация электродов
- •4.6 Деполяризация электродов
- •4.7 Коррозионная диаграмма Эванса
- •4.8 Факторы, ограничивающие электрохимическую коррозию
- •5. Пассивность металлов
- •5.1 Теория пассивности металлов
- •5.2 Кинетика анодных процессов при пассивации металлов
- •6 Атмосферная коррозия металлов
- •6.1 Факторы, вызывающие атмосферную коррозию
- •6.2 Виды и механизм атмосферной коррозии
- •6.3 Скорость атмосферной коррозии
- •7. Подземная коррозия
- •7.1 Почвенная коррозия
- •7.2 Коррозия, вызванная действием блуждающих токов
- •8. Локальная коррозия
- •8.1 Точечная (питтинговая) коррозия
- •8.2 Щелевая коррозия
- •8.3 Межкристаллитная коррозия
- •8.4 Ножевая коррозия
- •9 Методы защиты от коррозии
- •9.1 Защита металлов от коррозии обработкой коррозионной среды
- •9.1.1 Удаление агрессивных компонентов из коррозионной среды
- •9.1.2 Защита металлов от коррозии ингибиторами
- •9.1.3 Механизм защитного действия ингибиторов
- •9.1.4 Влияние некоторых факторов на эффективность действия
- •9.2 Защитные покрытия
- •9.2.1 Металлические покрытия
- •9.2.2 Защитные покрытия на органической основе
- •9.2.3 Защитные покрытия на неорганической основе
- •9.3 Электрохимическая защита
- •9.3.1 Катодная зашита
- •9.3.2 Анодная защита
- •9.3.3 Защита от коррозии, вызываемой блуждающими
- •9.4 Защита от коррозии на стадии проектирования
- •9.4.1 Выбор материалов
- •9.4.2 Рациональные геометрические формы конструкций
- •Литература
- •Коррозия и методы защиты
1.3 Методы коррозионных испытаний
Коррозионные испытания проводят с целью выяснения механизма коррозии, определения скорости протекания коррозионных разрушений, нахождения факторов, влияющих на коррозионное поведение материала. Первым этапом коррозионных испытаний могут быть испытания лабораторных образцов или реальных деталей с целью определить изменение скорости коррозии во времени. При этом применяются все те количественные оценки , которые приведены выше. Проводимые коррозионные испытания можно подразделить на три группы — лабораторные, полевые и эксплуатационные.
Лабораторные — это испытания в условиях, которые можно точно определить и проконтролировать. Однако они часто отличаются от условий, существующих на практике.
Полевые — это испытания, в которых образцы различного типа исследуют в контролируемых условиях, близких к условиям эксплуатации.
Эксплуатационные — это испытания образцов, которые проводят в нерегистрируемых условиях действующего оборудования или реальных конструкций.
2 Факторы, влияющие на развитие коррозии материалов
Характер и интенсивность коррозии материалов зависит от большего количества факторов, действующих как в отдельности, так и в определенных сочетаниях. При сочетании различных факторов создаются благоприятные или неблагоприятные условия для протекания коррозионного процесса. Факторы, от которых зависит коррозионный процесс, можно условно разделить на внутренние и внешние.
2.1 Внутренние факторы коррозии
Внутренние факторы характеризуют состояние материала и к ним относятся такие как: термодинамическая устойчивость, положение металла в периодической системе Д.И. Менделеева, химический состав и структура материала, наличие внутренних напряжений и характер обработки поверхности.
2.1.1 Термодинамическая устойчивость металла
Термодинамическая устойчивость того или иного металла характеризуется величиной его стандартного потенциала. И все же алюминий (φ0 = -1,67 в) устойчив в разбавленной серной кислоте, а железо (φ0 = -0,44 в) неустойчиво; магний (φ0= -2,34 в) не корродирует в плавиковой кислоте, а олово (φ0= -0,13 в) корродирует. Следовательно, соотношение стандартных потенциалов металлов еще не позволяет безоговорочно судить об их коррозионных свойствах.
Причина этого, во-первых, в том, что условия протекания реального процесса всегда отличается от стандартных условий, и заключение о термодинамической возможности того или иного коррозионного процесса следует поэтому строить на сравнении равновесных потенциалов в данных условиях. Другая причина невозможности однозначно прогнозировать уровень коррозионной стойкости заключается в наличии многих кинетических факторов, которые могут решительным образом влиять на скорость коррозии. Третья причина сводится к тому, что в качестве конструкционных материалов чистые металлы не используются.
2.1.2 Положение металла в периодической системе элементов
Как и термодинамическая устойчивость, положение элемента в периодической системе не позволяет во всех случаях охарактеризовать коррозионную стойкость металла. Тем не менее в отношении коррозионного поведения наблюдаются достаточно определенные закономерности, аналогичные закономерностям химических свойств, что вполне естественно.
Типичные металлы имеют во внешней оболочке один или два электрона. Склонность металла к коррозии может быть оценена тем, с какой легкостью он отдает электроны при взаимодействии с окружающей средой. Наименьшая энергия расходуется для отрыва первого электрона от нейтрального атома. Отрыв второго и последующих электронов более затруднен, так как он осуществляется от положительно заряженного остова ядра.
В 1А группу входят щелочные металлы — литий, натрий, калий, рубидий, франций. Атомы этих элементов имеют по одному внешнему электрону, который легко отдается. Поэтому эти элементы обладают высокой химической активностью. Размеры атомов увеличиваются от лития к францию и химическая активность повышается от лития к францию. В группе IIА находятся щелочно-земельные металлы — берилий, кальций, стронций барий. Щелочно-земельные металлы также малоустойчивы, хотя их коррозионная стойкость значительно выше щелочных. Металлы первой побочной подгруппы (Сu, Ag, Au) относятся к устойчивым металлам, и их устойчивость растет с увеличением атомного номера элемента. Металлы второй побочной подгруппы (Zn, Cd) менее активны, чем металлы второй главной подгруппы. Наиболее легко пассивирующиеся металлы располагаются в четвертой (Тi, Zr) и шестой (Сг, Мо) побочных подгруппах, а также в восьмой группе (Fe, Ni). Химическая стойкость зависит не только от положения в периодической системе, но и от способности пассивироваться, образовывать коррозионно-стойкие пленки.