Stepen korozije metala. Metode za procjenu procesa korozije

Stopa korozije je multifaktorski parametar koji zavisi i od spoljašnjih uslova okoline i od unutrašnjih svojstava materijala. U regulatornoj i tehničkoj dokumentaciji postoje određena ograničenja dozvoljenih vrijednosti uništavanja metala tokom rada opreme i građevinskih konstrukcija kako bi se osigurao njihov nesmetan rad. Ne postoji univerzalna metoda za određivanje brzine korozije u dizajnu. To je zbog složenosti uzimanja u obzir svih faktora. Najpouzdanija metoda je proučavanje istorije rada objekta.

Kriteriji

Trenutno se u dizajnu opreme koristi nekoliko indikatora stope korozije:

• Prema direktnoj metodi evaluacije: smanjenje mase metalnog dijela po jedinici površine je indikator težine (mjereno u gramima po 1 m2 za 1 sat); dubina oštećenja (ili propusnost procesa korozije), mm / godina; količina oslobođene gasne faze proizvoda korozije; dužina vremena tokom kojeg se pojavljuje prva oštećenja od korozije; broj centara korozije po jedinici površine koja se pojavila u određenom periodu.
• Indirektnom procjenom: snaga struje elektrohemijske korozije; električni otpor; promjena fizičkih i mehaničkih karakteristika.

Prvi indikator prema metodi direktne evaluacije je najčešći.

Formule za izračunavanje

Uopšteno govoreći, gubici težine koji određuju brzinu korozije metala nalaze se prema sljedećoj formuli:

V_kp= q / (St),

gdje je q smanjenje mase metala, g;

S je površina sa koje je materijal prenet,^m2;

t je vremenski period, h.

Za lim i granate od njega određuje se indeks dubine (mm / godina) :

H=m / t,

m je dubina prodora korozije u metal.

Postoji sljedeći odnos između prvog i drugog pokazatelja opisan gore:

H=8,76 V_kp/ p,

gdje je p gustina materijala.

Glavni faktori koji utiču na brzinu korozije

Na brzinu uništavanja metala utiču sljedeće grupe faktora:

• unutrašnje, vezano za fizičko-hemijsku prirodu materijala (fazna struktura, hemijski sastav, hrapavost površine dela, zaostala i radna naprezanja u materijalu i dr.);
• vanjski (uslovi okoline, brzina kretanja korozivnog okruženja, temperatura, sastav atmosfere, prisustvo inhibitora ili stimulansa i drugi);
• mehanički (razvoj korozijskih pukotina, uništavanje metala pod dejstvom cikličnih opterećenja, kavitacija i fretting korozije);
• karakteristike dizajna (izbor metala, prisustvo praznina između delova, zahtevi za hrapavost).

Fizičko-hemijska svojstva

Najvažniji među unutrašnjim faktorima korozije su sljedeći:

• Termodinamička stabilnost. Za njegovo određivanje u vodenim rastvorima koriste se referentni dijagrami Purbea, duž čije se osi apscise taloži pH medija, a duž osi ordinate-redoks potencijal. Potencijalni pomak u pozitivnom smjeru znači veću stabilnost materijala. Približno se definiše kao normalan ravnotežni potencijal metala. U stvarnosti, materijali korodiraju različitim brzinama.
• Položaj atoma u periodnom sistemu hemijskih elemenata. Metali najosjetljiviji na koroziju su alkalne i zemnoalkalne. Stopa korozije se smanjuje sa povećanjem atomskog broja.
• Kristalna struktura. Ima dvosmislen efekat na uništenje. Sama krupnozrna struktura ne dovodi do povećanja korozije, ali je povoljna za razvoj interkristalnog selektivnog uništavanja granica zrna. Metali i legure sa homogenom faznom distribucijom korodiraju jednoliko, a sa heterogenom-prema fokalnom mehanizmu. Međusobni raspored faza obavlja funkciju anode i katode u agresivnom okruženju.
• Energetska heterogenost atoma u kristalnoj rešetki. Atomi sa najvećom energijom nalaze se u uglovima lica mikro dimenzija i aktivni su centri rastvaranja u hemijskoj koroziji. Stoga pažljiva mehanička obrada metalnih dijelova (brušenje, poliranje, završna obrada) povećava otpornost na koroziju. Ovaj efekat se takođe objašnjava stvaranjem gušćih i kontinuiranijih oksidnih filmova na glatkim površinama.

Uticaj kiselosti medija

U procesu hemijske korozije, koncentracija vodikovih jona utiče na sledeće tačke:

• rastvorljivost proizvoda od korozije;
• formiranje zaštitnih oksidnih filmova;
• stopa uništenja metala.

Pri pH vrijednosti 4-10 jedinica (kiseli rastvor) korozija gvožđa zavisi od intenziteta prodora kiseonika na površinu objekta. U alkalnim rastvorima, brzina korozije se prvo smanjuje usled pasivizacije površine, a zatim pri pH>13 se povećava kao rezultat rastvaranja zaštitnog oksidnog filma.

Za svaku vrstu metala postoji zavisnost intenziteta uništenja od kiselosti rastvora. Plemeniti metali (Pt, Ag, Au) otporni su na koroziju u kiseloj sredini. Zn, Al se brzo uništavaju i u kiselinama i u lužinama. Ni i Cd su otporni na alkalije, ali lako korodiraju u kiselinama.

Sastav i koncentracija neutralnih rješenja

Brzina korozije u neutralnim rastvorima više zavisi od svojstava soli i njene koncentracije:

• Tokom hidrolize soli u korozivnom okruženju formiraju se joni koji djeluju kao aktivatori ili usporivači (inhibitori) uništavanja metala.
• Oni spojevi koji povećavaju pH takođe povećavaju brzinu destruktivnog procesa (na primjer, soda pepeo), a oni koji smanjuju kiselost-smanjuju ga (amonijum hlorid).
• U prisustvu hlorida i sulfata u rastvoru, uništavanje se aktivira dok se ne postigne određena koncentracija soli (što se objašnjava intenziviranjem anodnog procesa pod uticajem hlora i sumpornih jona), a zatim se postepeno smanjuje zbog smanjenje rastvorljivosti kiseonika.

Neke vrste soli su sposobne da formiraju film koji se teško rastvara (na primer, gvozdeni fosfat). Ovo pomaže u zaštiti metala od daljeg uništenja. Ovo svojstvo se koristi kada se koriste neutralizatori rđe.

Inhibitori korozije

Inhibitori korozije (ili inhibitori) se razlikuju u mehanizam djelovanja na redoks procesu:

• Anodični. Zahvaljujući njima formira se pasivni film. Ova grupa uključuje spojeve na bazi hromata i bihromata, nitrata i nitrita. Posljednja vrsta inhibitora koristi se za interoperativnu zaštitu dijelova. Kada se koriste inhibitori anodne korozije, potrebno je unaprijed odrediti njihovu minimalnu zaštitnu koncentraciju, jer dodavanje u malim količinama može dovesti do povećanja brzine uništenja.
• Katodni. Mehanizam njihovog djelovanja temelji se na smanjenju koncentracije kisika i, shodno tome, usporavanju katodnog procesa.
• Pregled. Ovi inhibitori izoluju površinu metala formiranjem nerastvorljivih jedinjenja taloženih kao zaštitni sloj.

Posljednja grupa uključuje neutralizatore hrđe, koji se koriste i za čišćenje od oksida. Njihov sastav, po pravilu, uključuje ortofosfornu kiselinu. Pod njegovim uticajem dolazi do fosfatiranja metala – formiranja jakog zaštitnog sloja nerastvorljivih fosfata. Neutralizatori se nanose pištoljem za prskanje ili valjkom. Nakon 25-30 minuta po ršina postaje bijelo-si a. Nakon što se kompozicija osuši, primjenjuju se materijali za boje i lakove.

Mehanički uticaj

Povećana korozija u agresivnom okruženju promoviše takve vrste mehaničkog djelovanja kao što su:

• Unutrašnje (tokom oblikovanja ili termičke obrade) i spoljašnje (pod uticajem spoljašnjeg opterećenja) naprezanja. Kao rezultat, dolazi do elektrohemijske heterogenosti, smanjuje se termodinamička stabilnost materijala i formira se korozijsko krekiranje. Uništavanje se dešava posebno brzo pod vlačnim opterećenjima (pukotine se formiraju u okomitim ravnima) u prisustvu oksidirajućih aniona, na primer, NaCl. Tipičan primjer uređaja koji podliježu ovoj vrsti uništenja su dijelovi parnih kotlova.
• Naizmjenični dinamički efekti, vibracije (zamor od korozije). Postoji intenzivno smanjenje granice umora, formiraju se više mikropukotina, koje se zatim spajaju u jednu veliku. Broj ciklusa do neuspjeha u velikoj mjeri ovisi o hemijskom i faznom sastavu metala i legura. Osovine pumpe, opruge, turbinske oštrice i drugi elementi opreme podložni su takvoj koroziji.
• Trenje dijelova. Brza korozija je uzrokovana mehaničkim habanjem zaštitnih folija na površini dijela i hemijskom interakcijom sa okolinom. U tečnosti je stopa uništenja niža nego u vazduhu.
• Uticaj kavitacije. Do kavitacije dolazi kada je kontinuitet protoka fluida poremećen kao rezultat stvaranja vakuumskih mjehurića, koji se urušavaju i stvaraju pulsirajući efekat. Kao rezultat, dolazi do duboke lokalne štete. Ova vrsta korozije često se primjećuje u hemijskim uređajima.

Faktori dizajna

Prilikom projektovanja elemenata koji rade u agresivnim uslovima, potrebno je uzeti u obzir da se stopa korozije povećava u sledećim slučajevima:

• nakon kontakta različitih metala (što je veća razlika u potencijalu elektrode između njih, to je veća jačina struje procesa elektrohemijskog uništavanja);
• u prisustvu mehaničkih koncentratora naprezanja (žljebovi, žljebovi, rupe itd.);
• sa niskom čistoćom tretirane površine, budući da se istovremeno javljaju lokalne galvanske pare sa kratkim spojem;
• sa značajnom razlikom u temperaturi pojedinih dijelova uređaja (formiraju se termovoltaične ćelije);
• u prisustvu stagnirajućih zona (pukotine, praznine);
• u formiranju rezidualnih naprezanja, posebno kod zavarenih spojeva (za njihovo uklanjanje potrebno je obezbijediti termičku obradu – žarenje).

Metode procjene

Tamo su nekoliko načina za procjenu stope uništavanja metala u agresivnim okruženjima:

• Laboratorijsko ispitivanje uzoraka u veštački simuliranim uslovima bliskim realnim. Njihova prednost je što vam omogućavaju da skratite vrijeme učenja.
• Polje-izvodi se u prirodnim uslovima. Dugo ti treba. Prednost ove metode je dobijanje informacija o svojstvima metala u uslovima daljeg rada.
• Potpuna - ispitivanja gotovih metalnih predmeta u prirodnom okruženju.