Лекция 8. Коррозия металлов.

Коррозией называется процесс разрушения металлов под воздействи­ем агрессивных факторов окружающей среды. Процесс коррозии, так как он приводит к регенерации исходных соединений (образованию оксидов, суль­фидов, карбонатов и т.д.), термодинамически более устойчивых по сравне­нию с чистыми металлами, протекает с уменьшением свободной энергии и поэтому совершается самопроизвольно.

Виды коррозионных разрушений. По характеру разрушения поверх­ности металла коррозию можно разделить на общую и местную. Общая коррозия распределяется равномерно по всей поверхности металла. Местная коррозия (самая опасная) проявляется в виде язв, пятен, точек. К этому виду коррозии относятся:

• коррозия пятнами (глубина и диаметр пятна примерно одинаковы);

• язвенная коррозия (диаметр язвы больше ее глубины);

• точечная коррозия (питтинг) (глубина поражения больше его диаметра);

• межкристаллитная коррозия (разрушение происходит по границам зерен кристаллитов);

• коррозионное растрескивание (коррозия в условиях воздействия на металл механических нагрузок);

• избирательная коррозия (растворение одного из компонентов сплава, например обесцинкивание латуни);

• фреттинг - коррозия (разрушение трущихся деталей);

• межевая коррозия (возникает в зоне сварных швов).

Типы коррозионных процессов.

Химическая коррозия. Разрушение металла происходит под воздей­ствием сухих газов (0₂ , Сl₂ , НCl , H₂S , S0₂, CO, H₂) или жидких не­электролитов. Коррозия протекает при высоких температурах, когда не­возможна конденсация паров на поверхности металла.

Электрохимическая коррозия. Возникает при взаимодействии метал­лов с влажным воздухом, раствором или расплавом электролита. Корро­зия обусловлена работой локальных гальванических элементов.

Биохимическая коррозия. Она связана с воздействием микроорганиз­мов на металл. Он может быть питательной средой для микроорганиз­мов или подвергаться атаке продуктов их жизнедеятельности.

Радиационная коррозия - коррозия под воздействием различных видов радиации.

8.1 Химическая коррозия

Химической коррозии подвержены детали и узлы машин, работающие при высокой температуре. Например, химической коррозии подвержен верх­ний пояс цилиндровой втулки главного судового двигателя, системы отвода продуктов сгорания (газопровод, конструктивные элементы утилизационных котлов). Химическая коррозия возникает также при термической обработке металлов и сплавов (ковка, прокатка).

Важнейшей разновидностью химической коррозии является газовая коррозия.

Высокотемпературное окисление металлов. Химическое сродство большинства металлов к кислороду при высоких температурах почти неогра­ниченно. Образующаяся на поверхности металла оксидная пленка будет за­щищать его от коррозии в том случае, если она сплошная, обладает хорошей адгезией к металлу, и коэффициенты термического расширения металла и его оксида близки. Такие пленки образуются на поверхности алюминия, ти­тана, хрома. На большинстве металлов оксидная пленка не является достато­чно плотной и не препятствует дальнейшему разрушению металла.

Образование оксидной пленки при химической коррозии сопрово­ждается диффузией кислорода или других окисляющих газов (С0₂, Н2О_пар) вглубь металла. Результатом этого является окисление легирую­щих компонентов сплава.

Взаимодействие сталей с окисляющими средами можно представить в виде следующих уравнений:

2Fe + 0₂ = FeO

Окислитель кислород.

FeO + Fe₃C = 4Fe + CO

2Fe₃C + 0₂ = 6Fe + 2CO

Окислитель диоксид углерода.

Fe + C0₂ = FeO + CO

Fe₃C + C0₂ = 3Fe + 2CO

Окислитель водяной пар.

Fe +H₂0 =FeO +H₂

Fe₃C + H₂0 = 3Fe + CO + H₂

При этих видах взаимодействия уменьшается содержание углерода в стали, т.е. карбид железа окисляется быстрее, чем железо - сталь пре­вращается в мягкое железо, выходят из строя механизмы.

Образующаяся оксидная пленка (окалина) на поверхности сталей ока­зывает большое влияние на дальнейшую электрохимическую коррозию ста­лей. Окалина имеет высокую электропроводность и ее потенциал в морской воде на 0,3 - 0,5 В более положителен, чем потенциал стали. Причем для низколегированных сталей с хромом и медью, эта разница наибольшая. По­этому в контакте окалина усиливает коррозию судокорпусных сталей и ее удаление обязательно как при строительстве, так и при эксплуатации судна.

Водородная коррозия. Водород может глубоко проникать в ме­талл, сосредотачиваться в дефектах кристаллической решетки или по границам кристаллитов и создавать высокое давление, что приводит к растрескиванию металла. Возможно обезуглероживание стали при взаи­модействии водорода с карбидом железа

Fe₃C + 2Н₂ - 3Fe + СН₄

Т.к. молекула Н₂ меньше, чем СН₄, то образование последних вызывает повышенное напряжение в металле.

Ванадиевая коррозия. Ванадии содержится во всех видах топли­ва. При сжигании мазута, нефти образуется зола, содержащая пентаок-сид ванадия (V2O5), который каталитически разрушает поверхностный оксидный слой, нарушая сплошную поверхность оксидной пленки.