Козырин Владимир Алексеевич

Литература: Н.Б. Жук, курс теории коррозии и защиты металлов, 2003 г.

Лекция 1.

Коррозия – это физико-химический самопроизвольный процесс любых взаимодействий металлов и сплавов с внешней средой, в результате которого изменяются любые функциональные свойства металла (как правило, идёт ухудшение физико-химических свойств поверхности), а также свойств внешней среды и всей технической системы в целом.

Основоположниками исследований коррозионных процессов были:

1740 – 1750 гг., Михаил Васильевич Ломоносов показывает то, что увеличение массы железа при нагревании его на воздухе является следствием химической реакции взаимодействия железа именно с компонентами воздуха, которые не были известны на тот момент.

Также им была показана более высокая химическая стойкость благородных металлов в растворах кислот. Им же было впервые описано явление пассивности железа в растворах азотной кислоты за счет образования пассивной пленки продукта.

1820 – 1830 гг., Холл и Дэви изучали процесс коррозии меди (медной обшивки судов). Ими был впервые предложен способ защиты меди с помощью цинковых протекторов.

Коррозия выделилась в самостоятельную науку в 1920-1922 гг., когда были созданы мировые научные школы. Наибольший вклад из российских, советских учёных внесли школы Акимова, Изгарышева, Фрумкина и Субботина.

Экономические аспекты борьбы с коррозией.

Прямые затраты на защиту металлов от коррозии:

1. Стоимость изготовления новых аппаратов, машин и т.д. взамен вышедших из строя в результате коррозионного разрушения.

2. Стоимость капитального и планового ремонтов машин для продления срока их эксплуатации в агрессивных средах.

3. Затраты на организацию мероприятий по защите металлоконструкций, эксплуатационные расходы.

4. Безвозвратные потери металлов в результате коррозии.

Примерно каждая двенадцатая домна в мире работает на восполнение безвозвратных потерь металлов.

Ещё большими являются косвенные потери от коррозии:

1. Экономические потери от недопоставленной продукции.

2. Ухудшение качества производимой продукции за счет коррозии оборудования.

3. Затраты на ликвидацию последствий аварий, вызванных процессами коррозии, и экологический ущерб.

4. Увеличение материалоёмкости металлоконструкций с учетом коррозионных потерь в период эксплуатации.

Таким образом, задачи данного курса:

1. Детальное исследование механизмов коррозионного разрушения металлов и сплавов с целью нахождения эффективного способа защиты.

2. Применение высокоэффективных мероприятий по защите металлоконструкций от коррозионного разрушения.

Классификация коррозионных процессов.

Из определения коррозии металлов следует, что это процесс различных видов взаимодействия между металлом и внешней средой, и по этому пункту классификации учитывают особенности протекания данного процесса.

1. По механизму реакции взаимодействия металла со средой:

1. Химическая коррозия: когда компоненты агрессивной среды вступают с металлом в чисто химические реакции, особенностью которых является то, что компоненты агрессивной среды и металла взаимодействуют в одной точке поверхности и процесс переноса электронов при этом происходит за один акт.

Кинетика данного процесса описывается закономерностями гетерогенных химических реакций.

2. Электрохимическая коррозия: данный процесс реализуется, когда на поверхности металла присутствует пленка электропроводящей жидкости и в системе протекает электрический ток, являющийся следствием работы множества гальвано-пар анод-катод, возникающих на поверхности металла.

На анодных участках протекают процессы окисления металла с оставлением электронов, которые по металлу будут переходить к катодным участкам и вступать в электрохимическую реакцию восстановления окислителя, присутствующего в агрессивной среде.

В данном случае анодные и катодные электрохимические реакции пространственно разделены, и передача электронов не происходит за один акт.

Анодная и катодная реакции протекают сопряженно, т.е. с одинаковой скоростью.

3. Микробиологическая коррозия: изменение свойств металла под воздействием микроорганизмов, их жизнедеятельности. (бактерии, грибы)

4. Радиационная коррозия: изменение физико-химических свойств под воздействием разного рода излучений.

2. По характеру компонентов агрессивной среды:

1. Химическая коррозия:

   1. Атмосфера сухих газов - высокотемпературная газовая коррозия.

   2. Растворы неэлектролитов.

2. Электрохимическая коррозия:

   1. Атмосферная коррозия: на поверхности металла в воздушной атмосфере возникает плёнка из конденсатной влаги, проводящая электрический ток.

   2. В кислотах, щелочах, солях – растворах электролитов.

   3. Коррозия в морской воде.

   4. Подпочвенная коррозия.

   5. Электрокоррозия – коррозия под действием блуждающих токов.

   6. И так далее.

3. Коррозия при действии внешних факторов:

1. Коррозия под напряжением – растрескивание при одновременном воздействии агрессивной среды и механической нагрузки (напряжения).

2. Коррозия при тернии.

3. Кавитационная коррозия – при одновременном действии на поверхность детали ударной нагрузки и самой агрессивной среды. (коррозия гребных винтов)

4. По геометрическим факторам разрушения поверхности или всей детали.

1. Сплошная равномерная - процесс разрушения протекает равномерно по всей поверхности.

2. Неравномерная коррозия:

   1. Точечная (питтинг) – очень маленький радиус поражений, по сравнению с их глубиной. В пределе развивается интенсивно вглубь, вызывая сквозную коррозию. Наиболее опасный вид, т.к. практически не происходит визуального изменения характера поверхности и изменения веса, но значительно теряется механическая прочность.

Железо в морской воде.

2. В виде пятен – возникают большие по площади поражения поверхности небольшой глубины.

Латунь в морской воде.

3. Язвенная коррозия – площадь участков и их диаметр сопоставим с их глубиной.

3. Подповерхностная – развивается на металле под областью разрушения защитной пленки (покрытия металла). По мере накопления продуктов коррозии возникают значительные внутренние напряжения.

4. Избирательная коррозия сплавов.

1. Компонентно избирательная коррозия. Образуется, когда компоненты имеют либо различный тип кристаллических решеток, либо параметры решеток отличаются более чем на 13-15%. В данном случае сплав состоит из пространственно чередующихся отдельных зерен чистых компонентов.

При взаимодействии с агрессивной средой в первую очередь будет растворяться наиболее активный компонент

Получение скелетного серебра. Аналогично проходит обесцинкование латуни.

2. Структурно избирательная коррозия. Например, межкристаллитная коррозия высоколегированных сталей. 12Х18Н10 – нержавейка, 0.12% С, 18% Cr, 10% Ni.

Избирательные виды коррозии наиболее опасны, т.к. очень трудно контролировать степень поражения металлоконструкции по изменению внешнего вида или массы во времени.

Процесс очень быстро распространяется на большую глубину и значительно ухудшает механические свойства металлов.