1.2.2 Характерні види корозії та зношування

Корозія – це руйнування металу під впливом середовища. Руйнування металів відбувається при хімічній і електрохімічній взаємодії їх з навколишнім середовищем.

По механізму реакцій взаємодії металу з середовищем розрізняють хімічну і електрохімічну корозії.

Корозія є хімічною, якщо після розриву металевого зв’язку атоми металу безпосередньо з’єднуються хімічним зв’язком з тими атомами або групами атомів, які входять до складу окислювачів, що віднімають валентні електрони металу. Хімічна корозія можлива в будь-якому корозійному середовищі, проте найчастіше вона спостерігається в тих випадках, коли корозійне середовище не є електролітом (газова корозія, корозія в неелектропровідних органічних рідинах). Швидкість її гущавині всього визначається дифузією частинок металу і окислювача через поверхневу плівку продуктів корозії (високотемпературне окислення більшості металів газами), іноді – розчиненням або випаровуванням цієї плівки (високотемпературне окислення W або Мо), її розтріскуванням (окислення Nb при високих температурах) і зрідка – конвективною доставкою окислювача із зовнішнього середовища (при дуже малих його концентраціях).

Прикладом хімічної корозії є газова корозія випускного тракту автомобільного двигуна при взаємодії металу з відпрацьованими газами в зоні високих температур.

Корозія є електрохімічною, якщо при виході з металевих ґраток катіон, що утворюється, вступає в зв'язок не з окислювачем, а з іншими компонентами корозійного середовища; окислювачу ж передаються електрони, що звільняються при утворенні катіона. Такий процес можливий в тих випадках, коли в навколишньому середовищі існують два типи реагентів, з яких одні (що сольватуючі або комплексоутворюючі) здатні з’єднуватися стійкими зв’язками з катіоном металу без участі його валентних електронів, а інші (окислювачі) можуть приєднувати валентні електрони металу, не утримуючи біля себе катіони [17, с.74]. Подібними властивостями володіють розчини або розплави електролітів, де сольватуючі катіони зберігають значну рухливість. Таким чином, при електрохімічній корозії видалення атома з металевих ґраток (що складає суть будь-якого корозійного процесу) здійснюється в результаті двох незалежних, але зв’язаних між собою електричним балансом, електрохімічних процесів: анодного – перехід сольватуючих катіонів металу, в розчин, і катодного – скріплення окислювачем електронів, що звільняються. Звідси витікає, що процес електрохімічної корозії можна уповільнити не тільки шляхом безпосереднього гальмування анодного процесу, але також впливаючи на швидкість катодного. Найбільш поширено два катодні процеси:

розряд водневих іонів

і відновлення розчиненого кисню

або

які часто називають відповідно водневою і кисневою деполяризацією [32, с.28].

Анодний і катодний процеси з тією або іншою вірогідністю і в тій або іншій послідовності протікають в будь-яких точках металевої поверхні, де катіони і електрони можуть взаємодіяти з компонентами корозійного середовища. Якщо поверхня однорідна, то катодні і анодні процеси рівноімовірні за всією її площею; у такому ідеальному випадку корозію називають гомогенно-електрохімічною (відзначаючи, таким чином, відсутність якої-небудь неоднорідності в розподілі вірогідності електрохімічних процесів в будь-якій точці поверхні, що, звичайно, не виключає термодинамічної гетерогенності взаємодіючих фаз) [25, с.154]. Насправді на металевих поверхнях існують ділянки з різними умовами доставки реагуючих компонентів, з різним енергетичним станом атомів або з різними домішками. На таких ділянках можливе енергійніше протікання або анодного, або катодного процесів, і корозія стає гетерогенно-електрохімічною.

Електрохімічна корозія протікає при зіткненні металу з електролітом. Цей вид корозії охоплює всі види корозійного руйнування, серед яких найбільше розповсюдження має атмосферна корозія.

В цьому випадку виникає електричний струм, який протікає як в металі, так і в розчині електроліту, що створюють замкнутий ланцюг, подібно до короткозамкнутого гальванічного елементу. Якщо поверхня металу незахищена, вона адсорбує з навколишнього середовища окислювальні компоненти – молекули кисню, оксидів вуглецю і сірки, хлору та інші, внаслідок чого утворюється оксидна плівка, яка на повітрі містить вологу, що конденсує. Товщина плівки може бути різною, залежно від температури, вологості повітря і інших умов [48, с.74].

За характером розвитку на металевій поверхні корозія може бути суцільною або місцевою.

Суцільна розвивається на великих, погано захищених поверхнях. Вона, безумовно, вимагає повної обробки і перефарбовування. Місцева корозія вражає поверхню металу на окремих ділянках.

Місцева корозія може мати різний характер [34, с.49].

Корозія плямами. В цьому випадку глибина враження невелика в порівнянні з поверхнею, яка буває достатньо обширною. Розвивається в сторони, а не в глибину.

Виразкова корозія. Пошкодження відбувається як поверхнево, так і в глибину.

Точкова, або піттинг, корозія. Вид пошкоджень відповідає назві. Зовні невеликі пошкодження мають значну глибину.

Наскрізна корозія. Це отвори з нерівними іржавими краями [25, с.36].

За причинами і локалізацією корозія підрозділяється таким чином.

– втомна (у місцях, схильних до одночасної дії агресивного середовища і знакозмінних навантажень).

– контактна (у місцях контакту різнорідних металів);

– щілинна (у вузьких щілинах і зазорах). Розвивається у вузьких зазорах і щілинах, де відбувається посилена капілярна конденсація вологи і затримуються дорожні забруднення. Руйнування відбувається на анодних ділянках поверхні, що знаходяться усередині щілини. Зовнішні ділянки щілинного з’єднання з вільним доступом кисню повітря грають роль катода. Прихований характер щілинної корозії не дозволяє виявити її на ранніх стадіях, що часто приводить до значних корозійних пошкоджень [15, с.65].

Підплівкова корозія (під лакофарбовими і полімерними покриттями). Підплівкова корозія може виявлятися у вигляді окремого здуття лакофарбного покриття або у вигляді павутиноподібної мережі ниток під покриттям (ниткоподібна корозія). Продукти корозії металу, як правило, не поступають на поверхню покриття, що утрудняє раннє візуальне виявлення місця корозії. Ниткоподібна корозія достатньо швидко розвивається від центру вогнища корозії на всіх напрямках, не викликаючи глибоких руйнувань металу, а в центрі вогнища метал руйнується углиб, аж до крізної поразки.

Спостерігається розвиток підплівкової корозії також в місцях механічних пошкоджень лакофарбних покриттів. Через подряпини, мікро- і макротріщини волога і атмосферні забруднення дістають доступ до поверхні металу. Ці ділянки стають анодними по відношенню до примикаючої поверхні, і руйнування металу відбувається достатньо швидко, утворюючи видимий продукт корозії – іржу. Анодними ділянками можуть бути також поверхні із зменшеною товщиною лакофарбовоого покриття, навіть за відсутності його дефектів. У цих випадках підплівкова корозія протікає повільніше [18, с.59].

По ступеню ураження, корозію можна умовно розділити на три основні типи – косметичну, проникаючу і структурну [6, с.43]:

Косметична корозія. Це неприємне, але не найстрашніше явище. Вона погіршує зовнішній вигляд, але не впливає на його експлуатаційні якості. Разом з тим, якщо не прийняти своєчасних міри, косметична корозія може розвинутися в проникаючу.

Період до появи перших вогнищ корозії може розтягнутися від декількох місяців до декількох років.

Косметична корозія в процесі експлуатації неминуче з’являється в місцях розтріскування і механічних пошкоджень лакофарбових покриттів.

Проникаюча корозія. Вона найчастіше розвивається саме в тих місцях, які труднодоступні для огляду; на жаль, стає помітною тільки тоді, коли заподіяний нею збиток важко виправити. Порожнини, з яких розвивається проникаюча корозія, труднодоступні для фарбування і антикорозійної обробки.

Структурна корозія. Це втрата первинної жорсткості і міцності в результаті корозійного руйнування силових елементів, складових його структуру, що несе.