1.Классификация коррозионных процессов
Движущей силой коррозии металлов является уменьшение энергии Гиббса системы (∆Gт<0) при переходе металлов в окисленное состояние ( оксиды, гидроксиды, соли). Скорость реального коррозионного процесса определяется отношением движущей силы к торможению процесса, обусловленному медленностью доставки агрессивных компонентов среды, отвода продуктов реакции или взаимодействия металла с компонентами коррозионной среды.
По механизму протекания коррозионного процесса различают химическую, электрохимическую и биохимическую коррозию. Согласно современным представлениям [4], механизм коррозии определяется прежде всего типом коррозионной среды.
Химическая коррозия − окисление металла с непосредственной передачей электронов от атома металла М к частице окислителя Ох в одном элементарном акте реакции М + Ох = М n+ + Red без возникновения электрического тока в системе (коррозия в сухих агрессивных газах в жидких неэлектролитах таких, как нефть, масла, бензин и другие неполярные растворители). В результате химической коррозии на поверхности металла образуется пленка соответствующего соединения ( AI2O3, Cr2O3, NiO, ZnO, FeCI2, AgI и т.п.) Различают визуально невидимые пленки (<4 нм), цвета побежалости (40 – 500 нм) и видимые пленки (>50 нм ). Обычно, чем больше электросопротивление пленки, тем меньше ее коррозионное сопротивление.
Электрохимическая коррозия наблюдается чаще и представляет собой разрушение металла в среде электролита, протекающее с пространственным разделением общего процесса на анодное окисление металла и катодное восстановление окислительного компонента среды( деполяризатора). По этому механизму атом М и частица Ох непосредственно не контактируют, и передача электронов от М к Ох происходит через зону проводимости металла с возможным возникновением локальных коррозионных гальванических элементов.
Резкой границы между электрохимической и химической коррозией не существует. В ряде случаев в водных и органических средах реализуются переходные варианты ( электрохимическо –химический и каталитический механизмы). При этом возможность химической коррозии допускается лишь для неполярных растворителей и растворов . В то же время в водных электролитах для ряда металлов при электродных потенциалах Е отрицательнее или вблизи потенциала коррозии Екор скорость анодного растворения металла ( плотность анодного тока ia ) не зависит от потенциала Е в некоторой области, где возможен химический механизм коррозии в электролитах [4].
Биохимическая коррозия − это процесс, связанный с воздействием на материал микроорганизмов, выделяющих вещества, которые ускоряют процесс коррозии. При этом металл(железо, сталь) может разрушаться из-за того, что он служит для этих микроорганизмов(железобактерий) питательной средой, или из-за воздействия на металл продуктов жизнедеятельности этих микроорганизмов. В чистом виде такой процесс коррозии встречается редко.
В зависимости от условий протекания коррозионного процесса различают следующие основные виды коррозии: газовую., атмосферную морскую, подземную, в технических средах, расплавах, контактную, щелевую, под действием блуждающих токов , под механическим напряжением, при трении и биологическую коррозию ( при воздействии микроорганизмов или продуктов их метаболизма).
По характеру коррозионных разрушений различают следующие
виды коррозии :
1. Сплошная, или общая коррозия, охватывающая всю поверхность металла (рис. 1), которая также подразделяется на равномерную(1а), неравномерную (1б) и избирательную (1в), когда разрушается одна структурная составляющая сплава или один его компонент.
2. Местная, или локальная коррозия , включающая следующие виды
(см. рис. 1):
− пятнами (2а) – в виде отдельных пятен;
− язвами (2б) – коррозионное разрушение, имеющее вид раковины. Язвенная коррозия сопровождается образованием неглубоких, но широких язв. Обычно ее причиной является нарушение целостности защитного покрытия;
Рис. 1 . Виды коррозионных разрушений [2].
−точечная, или питтинговая (2в) – в виде отдельных точечных поражений;
− сквозная (2г) – вызывающая разрушение металла насквозь;
− нитевидная (2д) – распространяется в виде нитей преимущественно под неметаллическими защитными покрытиями. Является специфической формой щелевой коррозии. Процесс может происходить в условиях атмосферной коррозии при относительной влажности воздуха более 65%. − подповерхностная (2е) – начинается с поверхности, но распространяется преимущественно таким образом, что разрушение и продукты коррозии оказываются сосредоточенными внутри металла. Подповерхностная коррозия часто вызывает вспучивание металла и его расслоение;
− межкристаллитная (МКК) (2ж) – избирательное разрушение границ зерен, сопровождающееся потерей прочности и пластичности металла и разрушением конструкции путем распада на зерна, что связано с образованием между зернами рыхлых мало прочных продуктов коррозии. Межкристаллитная коррозия протекает без механического напряжения, чем отличается от коррозионного растрескивания. Общей причиной склонности к межкристаллитной коррозии являются структурные превращения или сегрегация примесей на границах зерен, приводящие к образованию активных микроанодов. Этому виду разрушения особенно подвержены хромистые и хромоникелевые стали, никелевые и алюминиевые сплавы.
−ножевая (2з) – локальная коррозия металла, имеющая вид надреза ножом в зоне сварных соединений в сильно агрессивных средах. Ножевая коррозия – это разновидность межкристаллитной коррозии, имеющая место в сварных конструкциях в узкой зоне на границе между швом и основным металлом из-за снижения в ней содержания хрома.
– коррозионное растрескивание и коррозионная усталость (2и) – коррозия металла при одновременном воздействии коррозионной среды и внешних или внутренних механических напряжений растяжения с образованием транскристаллитных или межкристаллитных трещин. ( в автоклавах, гидролизерах, варочных котлах и др.) [2].