2. Виды коррозии

Электрохимическая коррозия. В этом случае ионы металла на аноде переходят в раствор. На поверхности металла остается определенное количество избыточных электронов: Ме →Ме⁺ + е^-.

На катоде избыточные электроны ассимилирyются ионами, входящими в состав электролита, которые при этом восстанавливаются. Электронная про водим ость металла и ионная проводимостъ электролита позволяют беспрепятственно протекать одновременно катодному и анодному процессам раздельно на различной поверхности металла.

При погружении металла в электролит между поверхностью металла и раствором возникает разность потенциалов. Зная электродный потенциал металла и омическое сопротивление электролита при заданных условиях, можно определить скорость коррозии, так как под действием рqзности потенциаловмежду анодным и катодным участками возникает электрический ток, сила которого согласно закону Ома

(1)

Для измерения потенциалов металла, последний опускают в раствор соли с активностью одноименных ионов равной единице. Между металлом и его ионами в растворе устанавливается равновесие, и возникающую между металлами и водородным электродом разность потенциалов принимают за величину нормального электродного потенциала.

В зависимости от значения нормальных потенциалов металлы можно распределить по группам термодинамической нестабильности.

Химическая коррозия. Средой для возникновения такой коррозии являются сухие газы и жидкие неэлекrpолиты. И те, и другие должны быть безводными. К химической коррозии относят следующие ее виды: газовую, водородную и коррозию в растворах жидких неэлектролитов. Технологические процессы обработки металлов, такие как горячая прокатка, конка, отжиг, закалка;связанные с применением высоких температур, вызывают газовую коррозию.

В авиационной технике химическая (газовая) коррозия происходит под действием компонентов среды при высоких температурах на деталях из стали, нагреваемых на несколько сотен градусов, и выражается образованием окислов металла. из многих защитных средств лакокрасочные покрьпия могут замедлить газовую коррозию только при нагреве до 500 - 600⁰С. Выше этих температур лакокрасочные покрытия не являются эффективным средством.

Газовая коррозия конструкционных металлов и сплавов (особенно yглeродных сталей) вызывает не только окисление метала, но и его обезуглероживание, что уменьшает механическую прочность металлов, особенно предел усталости. Цветные металлы и сплавы также подвержены газовой коррозии.

Подземная коррозия. Этот вид коррозии обычно проявляется в виде язв, каверн и др. Глубина каверн - основной показатель коррозионной стойкости металла при подземной (почвенной) коррозии. Скорость углубления коррозионных язв зависит от почвенных условий. Большая часть металлов и сплавов корродирует во всех почвах. В результате такой коррозии чугун становится рыхлым (губчатым), так как весь феррит переходит в раствор, и вместо детали остается графитовый скелет, который внутри заполнен продуктами коррозии.

Jlегированные стали (хромистые и хромоникелевые) также разрушаются в почвах, но значительно медленнее, чем углеродистые.

Медь и медные сплавы подвержены почвенной коррозии тем больше, чем выше в них содержание цинка или иного электроотрицательного металла. Цинк для работы в почвенных условиях непригоден. Однако цинковые покрытия на сталях все же применяют, так как они помимо механической защиты защищают сталь электрохимически. Латуни в почвах склонны к обесцинковыванию, но даже 0,09% мышьяка в них предотвращает этот вид коррозии.

Алюминий широко применяют в качестве оболочек подземных кабелей. Особенно стоек алюминий в сухих песчаных грунтах. Однако щелочная среда почвы (при рН > 10) опасна для алюминия, так как разрушает защитные пленки, образующиеся на поверхности металла. Добавки магния в алюминий значительно снижают почвенную коррозию в средах с высокими значениями рН.

К подземной коррозии следует отнести и коррозию от блуждающих токов. Такой коррозии подвержены в первую очередь железобетонные конструкции, особенно если бетон содержит хлористые соли, используемые иногда прибетонировании в зимних условиях. Под действием блуждающих токов в железобетоне появляются трещины вблизи анодных зон железной арматуры. Считают, что это явление связано с образованием на анодных участках гидратированных оксидов железа, которые занимают объем, в два раза больший, чем объем металла, не подвергшегося коррозии. Развивающиеся в бетоне в связи с этим напряжения вызывают его разрушение. На неармированный бетон блуждающие токи не оказывают разрушающего действия.

Атмосферная коррозия. Металлические изделия в процессе производства, монтажных и наладочных работ, транспортирования, хранения и эксплуатации подвергаются воздействию атмосферных факторов. Главными из которых являются влажность, температура, суммарная продолжительность пребывания на поверхности металлов пленки влаги, образующейся при конденсации, смачивание атмосферными осадками, брызгами морской или речной воды, содержание химических или механических примесей.

Атмосферу разделяют на континентальную и морскую. Морская атмосфера может быть просто морской и тропической, а континентальная - сельской, промышленной и городской.

Межкристаллитная коррозия. При межкристаллитной коррозии (МКК) скорость растворения сплава (металла) по границам зерен значительно превышaeт скорость растворения caмoго зерна. Межкристаллитной коррозии подвергаются, в частности, аустенитные хромовоникелевые стали, подвергнутые провоцирующему отжигу. Коррозия проявляется в определенных областях потенциалов и связана с выделением по границам зерен карбидов хрома (Cr,Fe)₂₃С₆. При длительном отжиге стали концентрация хрома в карбиде увеличивается, а железа уменьшается.

Щелевая коррозия характерна для конструкций, имеющих труднодоступные участки в виде щелей, зазоров, карманов. При этом основная часть металлла конструкции может находиться в пассивном состоянии, в то время как в щелях и зазорах, вследствие затруднения диффузии окислителя или анодного замедлителя, уменьшается анодная поляризуемость и возникает активное состояние. Эффект щелевой коррозии определяется диффузионными оrpаничениями, которые приводят или к изменению анодной кривой (при оrpаничении диффузии анодных замедлителей), или к смещению в отрицательную сторону равновесного окислительно-восстановительного потенциала раствора (при огpаничении диффузии окислителя). Это происходит вследствие уменьшения концентрации окислителя в щели. В результате концентрационных изменений потенциал сплава в щели может оказаться ниже потенциала пассивации сплава. Учитывая особое поведение материалов в щели, в конструкторской документациина самолеты обязательно регламентируются зазоры и предусматривается их заполнение герметиками.

Коррозия в морской воде. Морская вода содержит больцюе количество солей, главным образом хлориды, и имеет довольно высокую электропроводность. При рН=7,2+8,6 удельная электропроводность морских вод равна 3*10^-2 Ом^-1, а содержание кислорода в таких водах около 8 мг/л. При наличии значительной концентрации хлорид - ионов и растворенного кислорода большинство технически важных в самолетостроении металлов (магний, алюминий и их сплавы, цинк, кадмий, коррозионностойкие и конструкционные стали) могут переходить в состояние пробоя и подвергаться питтинговой (точечной и язвенной) коррозии. Анионы частично замещают кислород в оксиде и образуют хорошо растворимые поверхностные комплексные ионы. Пассивная пленка нарушается, и металл начинает непосредственно контактировать с раствором.

Биокоррозия. Она может быть вызвана действием сульфатовосстанавливающих бактерий. Предполагается, что бактерии замещают и поглощают водород, образуя очаги, на анодных участках которых происходит усиленная коррозия металла. Микроорганизмы в реактивном топливе были причиной ссрьезных коррозионных поражений алюминиевых топливных баков. В большинствеслучаев коррозионные поражения имеют нитевидную форму на стали, алюминии, цинке, магнии и хромированном никеле. А на коррозионностойкой стали, меди, никеле, свинце и благородных металлах они не встречаются.

Как показывают исследования, на стали круглый зародыш нитевидной коррозии заполнен синими или зелеными солями двухвалентного железа, а сам коррозионный очаг - красной ржавчиной, представляющей собой гидрат оксида трехвалентного железа. На магнии продукты коррозии имеют черный цвет (очаг заполнен белым гидрооксидом). При такой коррозии с цинковых пассивированных поверхностей хромиты постепенно исчезают, и на металле формируются коррозионные очаги, содержащие карбонаты и гидрооксид цинка. Затемпри действии атмосферы они превращаются в оксид цинка (белая ржавчина). Для предотвращения нитевидной коррозии алюминий, цинк и другие металлы рекомендуется покрывать акрилатными лакокрасочными материалами.

К биокоррозии следует отнести коррозию от захвата руками.

Контактная корозия. Такая коррозия возникает при соприкосновении двух металлов с различными потенциала или при наличии электролита. Она появляется также, когда электролит содержит ионы более благородного металла, которые разряжаются на поверхности менее благородного, образуя катодные зоны (ионы меди на железе, цинке или алюминии).

Контактную коррозию можно предотвратить (рис.3,а, б) применением изоляции между двумя металлами, лакокрасочных или металлических покрытий, атакже промежуточныx деталей из свинца (например, между кадмием и серебром, титаном и магнием).

Коррозия при трении. Разрушение металла или сплава происходит при одновременном воздействии на материал коррозионной среды и трения. Процесскоррозии можно разделить на три стадии: образование мелких раздробленныхчастиц металла между трущимися поверхностями; окисление этих частиц, причем образующиеся оксиды металла в дальнейшем служат абразивным материалом; разрушение соприкасающихся поверхностей металла за счет истирания этим абразивным материалом.

Скорость окисления мелких раздробленных частиц металла повышается за счет тепловой энергии, выделяющейся при трении. Если в начале изнашивание происходит в отдельных точках соприкосновения поверхностей, то в дальнейшем - по всей поверхности контакта.

Точечная коррозия. Ей подвержены в основном металлы (Fe, Zn, Al, Mg, Тi), имеющие на поверхности тонкий оксидный слой. На такой поверхности коррозия появляется вследствие растворения металла в дефектных местах (в поре, раковине, царапине, риске и др.). Но для развития точечной коррозии не всегда необходимо наличие дефектов на пассивном участке. Так, для появления коррозии на железе на поверхности металла должна быть пассивная пленка, а в электролите - ионы хлора. При этом возникают полусферические точечные поражения, и анодный ток увеличивается. Вместе с тем в местах точечных поражении железо переходит в раствор в виде ионов Fe²⁺, а на пассивных участках - через образование ионов Fe³⁺. Коррозия алюминия появляется вследствие растворения металла и образования ионов Al³⁺ в кислом растворе. Если концентрапия ионов хлора в растворе, достаточно велика, то они движутся вглубь точечного поражения, и в нем образуется пересыщенный раствор АlСl₃ , а на внутренней поверхносrи такого поражения выпадает осадок АlСl₃*Н₂О. Коррозия свинца обычно происходит в растворах К₂CrО₄ с уксуснокислым натрием.

Фреттинг-коррозия - это разрушения металлических материалов, возникающие в местах контакта плотно сочлененных, номинально неподвижных пар деталей в результате циклических, относительных микроперемещений поверхностей в тангенциальном направлении.

Микроnеремещения в неподвижных сочленениях возникают при работе конструкций в режиме повторно-переменных нагрузок. Разрушению подвержены контактирующие пары типа металл-металл и металл-неметалл.

Механизм фрретинг-коррозии представляет собой сложное механо-физико-химическое взаимодействие сопряженных поверхностей. В результате которого в зоне контакта происходит разрушение металла и образуется прослойка продуктов износа, состоящая, в основном, из частиц металлов и их окислов.