2.1.4 Шероховатость поверхности и внутренние напряжения в деталях
Различают грубую обработку (например, пескоструйная, крацевание, обработка напильником и др.) поверхности и тонкую (шлифование, полирование).
С увеличением шероховатости поверхности коррозионная стойкость снижается, так как облегчается смачивание металла и на его поверхности имеется больше активных мест. На отшлифованной, более чистой поверхности, формируется плотная и однородная оксидная пленка, защищающая металл в начальный период развития коррозии, Конечно, если реагент обладает очень высокой коррозионной активностью и коррозия идет быстро, то разница в скорости коррозии на поверхности с различной шероховатостью невелика.
Внутренние напряжения в деталях, вызванные внешней нагрузкой или термической обработкой при воздействии агрессивной среды, приводят к ускоренному коррозионному разрушению. Коррозионно-механическое разрушение металлов носит общее название «коррозия под напряжением». В химической промышленности аппараты работают в условиях высоких механических нагрузок и агрессивных сред.
2.2 Внешние факторы коррозии
Наиболее существенным фактором коррозии является агрессивная среда, с которой контактирует металл. Чаще всего коррозионные процессы протекают в растворах электролитов (кислот, щелочей, солей) и неэлектролитов (жидкостей и газов). К внешним факторам относятся условия, в которых происходит коррозия, такие как температура, давление, движение раствора и др. На скорость и характер коррозии в электролитах существенное влияние оказывают водород и кислород.
2.2.1 Влияние рН на скорость коррозии
Скорость электрохимической коррозии, как правило, является функцией концентрации ионов водорода Н+, которая оценивается водородным показателем рН. Молекулы воды диссоциируют на ионы водорода Н+ (катионы) и гидроксилионы ОН— (анионы):
H2O ⇄H+ + OH—
Степень диссоциации дистиллированной воды незначительна. Концентрация ионов Н+ и ионов ОН— в чистой нейтральной воде одинакова и равна [Н+] = [ОН— ] = 10—7 моль/л. Произведение концентрации [Н+] и концентрации [ОН—] в воде называется ионным произведением воды КB:
КB= [Н+] ⋅[ОН—] =10—7∙10—7= 10—14.
Концентрацию Н+ в водном растворе электролита можно определить через концентрацию ОН— и наоборот, по формулам:
Ионы Н+ являются носителями кислотных свойств, а ионы ОН— —носителями щелочных свойств. Изменение концентрации ионов водорода, а, следовательно, и концентрации гидроксилионов приводит к изменению кислотности или щелочности среды.
Использование отрицательных чисел не всегда удобно. Поэтому введена особая единица измерения концентрации ионов водорода, называемая водородным показателем рН. Водородным показателем называется отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода:
рН = - lg [Н+].
Если концентрация ионов водорода Н+ равна 10—5 моль/л,
то —lg10—5 = 5. Аналогично принят гидроксильный показатель рОН. Как степень кислотности, так и степень щелочности среды можно количественно охарактеризовать значениями рН и рОН:
нейтральная — рН = 7 и рОН = 7
кислая — рН < 7 и рОН > 7
щелочная — рН >7 и рОН < 7
Следует помнить, что из-за отрицательного показателя степени с увеличением концентрации ионов водорода и повышения кислотности числовое значение рН понижается.
Водородный показатель имеет важное значение для понимания большинства коррозионных процессов, протекающих в электролитах, так как ионы Н+ и ионы ОН - непосредственно участвуют в этих процессах.
Рисунок 4 — Зависимость скорости коррозии разных металлов от рН
На рисунке 4 приведены кривые изменения скорости коррозии разных металлов в зависимости от рН растворов. Диаграмма (а) характерна для благородных металлов Аg, Аu, Рt. Для них скорость коррозии не зависит от рН среды. Эти металлы обладают высокой коррозионной стойкостью в кислых, нейтральных и щелочных средах. Диаграмма (б) характерна для Fе, Сu, Мn, Мg—малостойких в кислых средах и стойких в щелочных. В связи с большим практическим применением железа (стали) отметим, что при рН = 4 наблюдается сильная коррозия железа с выделением водорода и образованием растворимых продуктов коррозии. В средней области, при
рН = 4÷9 скорость коррозии железа практически не зависит от рН. В щелочной области при рН=9÷12 скорость коррозии уменьшается вследствие образования малорастворимых продуктов коррозии. Диаграмма (в) характерна для Аl, Рb, Sn, Zn — устойчивых в нейтральных средах и сильно корродирующих в кислых и щелочных. Это объясняется растворимостью оксидов этих металлов в кислотах и щелочах. Минимальная скорость коррозии наблюдается для алюминия при рН = 7, для свинца при рН = 8, для олова при рН = 9, для цинка при рН = 10. Диаграмма (г) характерна для Ni, Со, Сr —малостойких в кислых средах и более стойких в щелочных. Диаграмма (д) характерна для W, Мо, Та— коррозионно-стойких в кислых средах и неустойчивых в щелочных.