1.3 Цели и методы коррозионных исследований

По классификации, приводимой М.А. Шлугером, результаты коррозионных исследований позволяют произвести:

1. Выбор наиболее подходящего металла для изготовления конкретного изделия (прибора, машины, оборудования). Это наиболее распространенная цель исследований, направленная на определение возможности применения того или иного материала в определенной коррозионной среде при соответствующих внешних условиях (температуре, давлении, механических напряжениях и т.д.).

2. Выбор экономически целесообразного метода защиты от коррозии, что оправдано в случае нецелесообразности использования металла без применения соответствующих защитных мероприятий. При этом следует определить тип, толщину и способ получения защитного покрытия.

3. Оценку коррозионной агрессивности среды. Исследования проводят для выяснения типа материалов, способных успешно применяться в данной среде, а также с целью определения целесообразности применения данной жидкости или газа в качестве среды при эксплуатации данной конструкции.

4. Контроль качества готовой продукции. Для проведения этих исследований разрабатывают стандартные методы и критерии оценки качества защитных покрытий и определения соответствия установленным требованиям коррозионной стойкости выпускаемых металлов и изделий из них..

5. Определение причин преждевременного выхода изделий из строя. Как известно, в связи с протеканием коррозии наблюдаются случаи преждевременного выхода из строя деталей или изделий. Поэтому необходимо установить конкретную причину наблюдаемых отказов техники: связаны ли они с конструктивными, технологическими причинами, нарушением условий эксплуатации или случайными факторами. Знание конкретных причин выхода изделий из строя необходимо для принятия мер, обеспечивающих длительную и надежную эксплуатацию изделий, а в некоторых случаях - и для решения вопроса о прекращении эксплуатации данного типа изделий впредь до устранения выявленных опасных недостатков.

6. Прогноз сроков эксплуатации и хранения изделий. Эти испытания направлены не только на решение вопроса о возможности эксплуатации или хранения изделий в различных климатических зонах и условиях в течение определенного срока без снижения соответствующих эксплуатационных характеристик, но и на определение комплекса обязательных мероприятий, которые необходимо проводить на изделии в течение указанного срока эксплуатации.

Оценку скорости коррозии осуществляют прямыми и косвенными методами.

Прямые методы оценки:

1. Удельный показатель изменения массы K_m характеризует убыль или увеличение массы m, отнесенные к единице поверхности металла S и единице времени t. Этот показатель выражает скорость коррозии и определяется:

K_m =m/ S , г/(м².ч).

2. Глубинный показатель скорости коррозии К_п характеризует глубину коррозионного разрушения металла П в единицу времени  и может быть найден по уравнению:

K_п = П/t , мм/год.

Он удобен для сравнения скорости коррозии металлов с различной плотностью.

3. Токовый показатель скорости коррозии i - анодная плотность тока, А/м². Используется для оценки скорости электрохимической коррозии.

Взаимосвязь между показателями K_m и i, согласно закону Фарадея, выражается уравнением:

i = K_m/q , А/м².,

где q - электрохимический эквивалент металла, г/(А · ч).

4. Объемный показатель скорости коррозии К_об численно равен объему поглощенного или выделившегося в процессе коррозии металла газа V, отнесенному к единице поверхности металла и к единице времени

К_об = V/ (S · t) , м³/(м².ч).

В зависимости от механизма электрохимической коррозии происходит выделение водорода или ионизация растворенного кислорода. При этом речь может идти о водородном или кислородном показателе коррозии.

Косвенные методы оценки:

1. Механический показатель коррозии K_s - изменение какого- либо показателя механических свойств за время коррозии t. Довольно часто используют изменение предела прочности металла s:

K_s =Ds / s, 100, % ,

где Ds - изменение предела прочности при растяжении после коррозии образца в течение времени t, Па; s - предел прочности при растяжении образца до коррозии, Па.

2. Показатель изменения электрического сопротивления образца K_R за определенное время испытания t:

K_R = DR/R 100, %,

где R - электрическое сопротивление образца до коррозии, Ом; DR - изменение электрического сопротивления после коррозии образца в течение времени t.

Выбор показателя скорости коррозии определяется как целями коррозионных исследований, так и наиболее рациональными, а иногда и более доступными методами измерения. Наряду с выше указанными показателями применяют и другие показатели коррозии, например, время до появления первого очага коррозии или время до появления коррозионных трещин или полного разрушения образца.

Причина коррозии металлов.

Как известно, причиной коррозии является термодинамическая неустойчивость металлов. Определение возможности протекания коррозии, как и любого химического или электрохимического процесса, производится по изменению изобарно-изотермического потенциала (энергии Гиббса) DG. Согласно второму закону термодинамики, самопроизвольно протекают процессы с убылью свободной энергии, т.е. процессы, для которых G₁>G₂, где G₁ и G₂ - энергии Гиббса исходных веществ и продуктов реакции.

Типичная реакция окисления металлов с кислородной деполяризацией может быть выражена уравнением:

2 Me + n/2 O₂ + n H₂O Û 2 Me(OH)_n.

Изменение энергии Гиббса DG^o, определенное в стандартных условиях для вышеприведенной реакции превращения в гидроксиды магния, меди и золота соответственно составит: -598; -120 и +66 кДж/моль. Из этих данных следует, что магний более склонен к окислению, чем медь; окисление же золота в стандартных условиях невозможно.

Однако, термодинамический расчет, как было отмечено ранее, позволяет лишь определить возможность протекания коррозионного процесса. Поэтому на основании термодинамических выкладок невозможно судить о скорости коррозии. Для оценки опасности коррозионного воздействия наибольшее значение имеет кинетика процесса.

Скорость коррозионного процесса, так же как и скорость любого химического процесса, определяется скоростью наиболее замедленной стадии. А так как коррозия является гетерогенным процессом, то при ее протекании можно выделить как минимум три последовательные основные стадии: подвод компонентов агрессивной среды к поверхности металла, химическое или электрохимическое окисление металла и отвод продуктов коррозии. Следует отметить, что продукты коррозии во многих случаях играют решающую роль в торможении коррозионного процесса, в частности при образовании на поверхности металлов соответствующих оксидных или солевых пленок, тормозящих подвод коррозионно-активных частиц к поверхности металла или отвод продуктов коррозии.

Термины и стандарты

Защитой металлов от коррозии или противокоррозионной защитой называют процессы и средства, применяемые для уменьшения или прекращения коррозии металлов. Основные понятия, термины и определения единой системой защиты металлов от коррозии «ЕСЗКС» стандартизированы (ГОСТ 5272-68). ГОСТ 9.908-85 рекомендуюет использовать десятибалльную шкалу коррозионной стойкости металлов (табл.1.1).

Таблица 1.1

Шкала коррозионной стойкости металлов и покрытий

Группа стойкости	Глубина точек коррозии, мм/год	Балл
Совершенно стойкие	Отсутствие	0
Стойкие	Менее 0,001	1
	Более 0,001 до 0,005	2
Удовлетворительно стойкие	Более 0,005 до 0,01	3
	Более 0,01 до 0,05	4
Пониженностойкие	Более 0,05 до 0,1	5
	Более 0,1 до 0,5	6
Нестойкие	Более 0,5 до 1,0	7
	Более 1,0 до 5,0	8
Совершенно нестойкие	Более 5,0 до 10 Более 10	9 10