8.3 Коррозия металлов в морской воде

Морская вода представляет собой буферный раствор с рН 7,6 -8,4, т.е. является слабощелочным электролитом. При усредненном рН морской воды равном 8 выделение водорода и восстановление кисло­рода отвечает равновесным потенциалам соответственно -0,473 В и + 0,756 В. Исходя из потенциалов, термодинамически более вероятен процесс коррозии в морской воде с кислородной деполяризацией. Прак­тическое протекание процессов зависит от величины перенапряжения процесса при заданной плотности тока. Под перенапряжением следует понимать сдвиг потенциала от стандартного, необходимый для протека­ния процесса. Так как перенапряжение выделения водорода на железе, алюминии, титане, меди высокое, поэтому коррозия этих металлов в морской воде протекает с участием кислорода.

На морском флоте эксплуатируются суда и судовые конструкции, изготовленные из углеродистых, низколегированных и нержавеющих сталей. Углеродистые и легированные стали не склонны к пассивации, подвержены равномерной коррозии, а из-за гетерогенной структуры также подвержены примесной и язвенной коррозии. Общая равномер­ная скорость коррозии нержавеющих сталей невелика, так как они на­ходятся в относительно пассивном состоянии. Но нержавеющие стали подвержены усиленной язвенной коррозии до 2 мм/год. Это обуслов­лено тем, что разность потенциалов между активным и пассивным участками на поверхности металла может достигать 0,6 В, а площадь активного участка значительно меньше пассивного участка.

Скорость коррозии следует учитывать при расчете толщины ста­лей и выделять запас на коррозионный износ, который для различных корпусных элементов составляет от 3 до 5 мм.

Коррозия железа в морской воде происходит с образованием Fe(OH)₂, который окисляется О₂ растворенном в воде до Fe(OH)₃.

Скорость коррозии алюминия в морской воде значительно ниже, чем скорость коррозии железа. Это объясняется тем, что в окислитель­ных средах на поверхности алюминия образуется защитная пленка Аl₂О_з, имеющая высокое удельное сопротивление и сдвигающая потен­циал алюминия в положительную сторону на 1,1 В (равновесный потен­циал алюминия в морской воде равен - 0,54 В). Пассивирующая способ­ность пленки на алюминии сохраняется в интервале рН 3-9. При дру­гих значениях рН пленка разрушается, потенциал сдвигается в отрица­тельную сторону и протекает процесс разрушения алюминия с водород­ной деполяризацией.

Во влажном воздухе и в морской воде на титане образуется сплош­ная и плотная пленка оксида TiO, которая химически устойчива во многих средах и вызывает пассивацию его поверхности. Именно поэтому равновесный потенциал титана в морской воде равен +0,1 В (стандарт­ный потенциал титана равен -1,63 В). Разрушение пассивирующей пле­нки может произойти при рН >12.

В связи с высокой термодинамической активностью алюминия и титана особое внимание должно быть уделено сохранению пассивирую­щих пленок. Разрушение пленки может привести к интенсивной язвен­ной коррозии, вследствие возникновения разности потенциалов между металлом в окисленном и неокисленном состоянии, составляющей для алюминия 1,1 В, для титана 1,7 В. Язвенное разрушение алюминиевых сплавов протекает со скоростью до 5 мм/год.

На скорость коррозии оказывают влияние соленость морской во­ды, ее электропроводность, температура, скорость потока, биологичес­кий фактор. С ростом солености наблюдается некоторое увеличение скорости коррозии вследствие повышения концентрации хлоридных ио­нов. С увеличением электропроводности морской воды облегчается ак­тивность микро- и макрогальванопар и интенсивнее протекает коррозия. Повышенная температура морской воды несколько увеличит коррозию. Но при температурах 70 - 80°С, которая отмечается в трубопроводах обогрева нефтяных танков и в теплообменных аппаратах, скорость кор­розии может возрасти в несколько раз. С ростом скорости потока морс­кой воды скорость коррозии большинства металлов существенно возрас­тает. Сохраняют высокую коррозионную стойкость только пассивирую­щиеся нержавеющие стали, титан и его сплавы. Биологический фактор обрастание зависит от природы металла. Например, медь и ее сплавы, продукты, ионизации которых являются ядом для микроорганизмов, не обрастают. При равномерном обрастании металла может быть затрудне­на диффузия кислорода к его поверхности, что приведет к снижению скорости коррозии. Но в большинстве случаев равномерное обрастание не достигается и на оголенных участках металла развивается питтинговая или язвенная коррозия.