Коррозия и меры борьбы с ней

Нормативные ссылки

ГОСТ 9.005— 72. ЕСЗКС. Металлы, сплавы металлические и неметаллические неорганические покрытия. Допустимые и не­допустимые контакты с металлами и неметаллами.

ГОСТ 5272—68. Коррозия металлов. Термины.

ГОСТ 15150—69. Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категория, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды.

Термины и определения

Коррозия — самопроизвольное разрушение веществ, вызван­ное химическими или электрохимическими процессами, разви­вающимися на их поверхности, при взаимодействии с внешней средой.

Коррозионная (агрессивная) среда — среда, разрушительно дей­ствующая на материал.

Скорость коррозии — масса вещества, превращенная в про­дукты коррозии, с единицы поверхности материала в единицу времени.

Коррозионная стойкость — способность вещества сопротив­ляться химическому и электрохимическому воздействию среды, т.е. разъеданию иди частичному растворению.

Введение

В результате коррозии народное хозяйство страны несет еже­годно большие потери складывающиеся из прямых и косвенных убытков. Прямые убытки образуются из стоимости изготовления металлоизделий (конструкций, механизмов и др.), вышедших из употребления в результате коррозии, безвозвратных потерь а виде продуктов коррозии, которые составляют, например, поряд­ка 8% в год от начальной массы металла. Косвенные потери за­висят от весьма разнообразных причин. Эго расходы, связанные с отказом в работе оборудования, стоимостью его ремонта и про­стоя, понижением качества выпускаемой продукции, загрязнени­ем окружающей среды (аварии на газо- и нефтепроводах) и др.

Среди горнодобывающего оборудования в наибольшей степени коррозии подвержены трубопроводы, земснаряды, драги, буро­вые платформы, шахтные и карьерные машины.

Цель практической работы — изучение допустимости контак­тов материалов, используемых в устройствах, технических сред­ствах, конструкциях, при различных условиях эксплуатации и мер борьбы с их коррозией.

1. Основы теории

1.1. Общие сведения

Причина коррозии — термодинамическая неустойчивость си­стемы, состоящей из материала и компонентов окружающей коррозионной среды. В образующихся продуктах взаимодействия материала с этой средой — оксидах, гидроксидах, солях — мате­риал находится в окисленном состоянии, которое характеризуется меньшей внутренней энергией. Любой коррозионный процесс является многостадийным и гетерогенным, так как протекает на границе раздела «материал — газ» или «материал — жидкость».

Коррозионные процессы многообразны, их можно класси­фицировать на виды по следующим основным признакам: по механизму взаимодействия со средой, по геометрическим харак­теристикам мест коррозионного разрушения и по характеру дополнительно воздействующих факторов.

По механизму взаимодействия со средой различают химиче­скую и электрохимическую коррозии.

Химическая коррозия — это взаимодействие материала с кор­розионной средой, при котором окисление материала и восста­новление окислительной компоненты протекают в одном акте. Так происходит окисление большинства металлов в газовых сре­дах, содержащих окислитель (например, окисление в воздухе при повышенной температуре);

Mg+ 1/2О₂ MgO, (3.6.1)

4Al + 3О₂2Al₃О₃. (3.6.2.)

Электрохимическая коррозия — это взаимодействие материала с коррозионной средой (растворы электролита), при котором ионизация атомов материала и восстановление окислительной компоненты протекают не в одном акте и их скорости зависят от электронного потенциала материала. По такому принципу происходит, например, взаимодействие металлов с кислотами:

Zn + 2НС1 Zn²⁺ + 2 + Н₂. (3.6.3)

Эта суммарная реакция состоит из двух актов:

Zn Zn²⁺ + 2е (3.6.4)

2Н⁺ + 2еH₂ (3.6.5)

По геометрическим характеристикам мест коррозионного разрушения различают сплошную (общую) и местную коррозии. При общей коррозии поражается вся поверхность материала, а при местной — материал разрушается в виде отдельных пятен, язв, нитей, точек и др.

По характеру дополнительно воздействующих факторов кор­розию подразделяют на следующие виды:

• газовую коррозию — это коррозия материалов в газовых сре­дах при высокой температуре. Газовой коррозии подвергается, например, расплавленный металл при разливке, транспортиров­ке и т.д.;

• коррозию в неэлектролитах (например, в бензине, керосине и др.);

• коррозию в электролитах (солевая, кислотная, щелочная) при полном, частичном или периодическом погружении в дви­жущейся или стоячей среде;

• коррозию в естественных природных условиях (атмосферная, морская, подземная);

• коррозию внешним током (электрокоррозия);

• коррозию под напряжением (статическая механическая на­грузка, меняющаяся по величине и знаку совместно с воздей­ствием коррозионной среды);

• радиохимическую коррозию (под воздействием радиоактивного излучения);

• биокоррозию (под воздействием продуктов, выделяемых мик­роорганизмами);

• фретинг-коррозию (под одновременным воздействием кор­розионной среды и сил трения при колебательном перемещении двух поверхностей);

• коррозию при кавитации (при ударном воздействии корроэи- онной среды);

• щелевую коррозию, возникающую в узких щелях и зазорах между отдельными деталями (например» резьбовые и фланцевые соединения);

• контактную коррозию, возникающую при сопряжении элек­трохимически разнородных материалов, имеющих разные потен­циалы. При контактной коррозии растворяется (корродирует) более электроотрицательный материал. Величина стандартных электродных потенциалов для некоторых металлов приведена а табл. 3.6.1.

Металл	Стандартные электродные потенциалы, В	Металл	Стандартные электродные потенциалы, В
Магний	-2,370	Никель	-0,25
Бериллий	-1,850	Молибден	-0,2
Алюминий	-1,660	Олово	-0,136
Марганец	-1,180	Свинец	-1,226
Цинк	-0,760	Медь	+0,337
Хром	-0,740	Серебро	+0,8
Железо	-0,430	Платина	+1,19
Кадмий	-0,400	Золото	+1,5
Кобальт	-0,277

Таблица 3.6.1.

1.2. Показатели скорости коррозии

Скорость коррозии зависит как от природы материала, так и от условий окружающей среды. Нам высшая скорость коррозии наблюдается на морских объектах « объектах, заглубленных в грунт в зонах переменного смачивания, что обусловлено высо­кой агрессивностью морских и подземных вод за счет больших количества и разнообразия растворенных в них солей.

Для установления скорости коррозии материала в данной среде обычно ведут наблюдение за изменением во времени ка­кой-либо характеристики, отражающей изменение свойств мате­риала» например за изменением массы металла, объема выделя­ющихся или поглощающихся газов, изменением механических или электрических свойств металла и др.

Различают прямые и косвенные показатели коррозии. К пря­мым показателям коррозии относятся:

• убыль или увеличение массы образца материала, отнесен­ные к единице поверхности (этот показатель, как и некоторые другие из приведенных ниже, отнесенный ко времени, выражает скорость коррозии);

• глубина коррозии:

• доля поверхности, занятая продуктами коррозии;

  • число коррозионных точек или язв на единице поверхности образца;

• объем выделившегося с единицы поверхности водорода или поглощенного кислорода;

• время до появления первого очага коррозии;

• время до появления первой коррозионной трещины (или до полного разрушения образца);

• величина тока коррозии.

Косвенными показателями скорости коррозионных процессов являются изменения физических свойств материала, например механических, электрических и др.

В практике наибольшее распространение получили показате­ли изменения массы образца, глубины коррозии и величина коррозионного тока.

Показатель изменения массы — это изменение массы образца материала в результате коррозии, отнесенное к единице поверх­ности образца S и к единице времени (например, г/м²ч). В зависимости от условий коррозии различают

а) отрицательный показатель изменения массы:

K^-_m = (3.6.6)

где т — убыль массы металла за время т после удаления продук­тов коррозии;

б) положительный показатель изменения массы:

K⁺_m = (3.6.7)

где т' — увеличение массы материала за время т вследствие рос­та пленки продуктов коррозии.

Показатель глубины коррозии К_п — глубина коррозионного раз­рушения материала П в единицу времени (например, мм/год):

К_п = П/. (3.6.8)

Показатель величины коррозионного тока (токовый показа­тель) удобно применять для исследования электрокоррозии ме­таллов. По физическому смыслу токовый показатель является плотностью анодного тока, определяющей скорость коррозион­ного процесса.

На основе закона Фарадея можно установить связь между то­ковым показателем i и показателем изменения массы K⁺_m (K^-_m):

i= K⁺_m, A/см^{2 (}3.6.9)

где п — валентность иона металла, переходящего в раствор; F= 2,68 — постоянная Фарадея, А • ч/г-экв; — атомная мас­са металла.

Для адекватной оценки скорости коррозии, характеристики устойчивости металлов и коррозионной активности среды (усло­вий коррозии) в ГОСТ 13819—68 установлена десятибалльная шкала, приведенная в табл. 3.6.2.