Rýchlosť korózie kovov. Metódy hodnotenia koróznych procesov

Rýchlosť korózie je multifaktoriálny parameter, ktorý závisí od vonkajších podmienok prostredia a vnútorných vlastností materiálu. V regulačnej a technickej dokumentácii existujú určité obmedzenia prípustných hodnôt deštrukcie kovov počas prevádzky zariadení a stavebných konštrukcií, aby sa zabezpečila ich bezproblémová prevádzka. V dizajne neexistuje univerzálna metóda na stanovenie rýchlosti korózie. Je to spôsobené zložitosťou zohľadnenia všetkých faktorov. Najspoľahlivejšou metódou je štúdium histórie prevádzky zariadenia.

Kritérium

V súčasnosti sa pri navrhovaní zariadení používa niekoľko ukazovateľov rýchlosti korózie:

• Podľa priamej metódy hodnotenia: zníženie hmotnosti kovovej časti na jednotku povrchu je indikátor hmotnosti (meraný v gramoch na 1 m2 za 1 hodinu); hĺbka poškodenia (alebo priepustnosť korózneho procesu), mm / rok; množstvo uvoľnenej plynnej fázy koróznych produktov; doba, počas ktorej sa objaví prvé korózne poškodenie; počet koróznych centier na jednotku plochy povrchu, ktoré sa objavili za určité obdobie.
• Nepriamym hodnotením: sila elektrochemického korózneho prúdu; elektrický odpor; zmena fyzikálnych a mechanických charakteristík.

Prvým ukazovateľom podľa metódy priameho hodnotenia je najčastejšie otázky.

Výpočtové vzorce

Vo všeobecnosti sa straty hmotnosti, ktoré určujú rýchlosť korózie kovov, nachádzajú podľa nasledujúceho vzorca:

V_kp= q /(St),

kde q je pokles hmotnosti kovu, g;

S je povrchová plocha, z ktorej bol materiál prenesený,^m2;

t je časové obdobie, h.

Pre plech a škrupiny z neho vyrobené sa určuje indikátor hĺbky (mm / rok:

H=m / t,

m je hĺbka prieniku korózie do kovu.

Medzi prvým a druhým ukazovateľom opísaným vyššie existuje nasledujúci vzťah:

H=8,76 V_kp/p,

kde p je hustota materiálu.

Hlavné faktory ovplyvňujúce rýchlosť korózie

Rýchlosť deštrukcie kovu je ovplyvnená nasledujúcimi skupinami faktorov:

• vnútorné, súvisiace s fyzikálno-chemickou povahou materiálu (fázová štruktúra, chemické zloženie, drsnosť povrchu dielu, zvyškové a prevádzkové napätia v materiáli a iné);
• vonkajšie (podmienky prostredia, rýchlosť pohybu korozívneho média, teplota, zloženie atmosféry, prítomnosť inhibítorov alebo stimulantov a iné);
• mechanické (vývoj koróznych trhlín, deštrukcia kovu pôsobením cyklického zaťaženia, kavitácia a pražcová korózia);
• konštrukčné prvky (výber triedy kovov, prítomnosť medzier medzi časťami, požiadavky na drsnosť).

Fyzikálno-chemické vlastnosti

Najdôležitejšie z vnútorných faktorov korózie sú tieto:

• Termodynamická stabilita. Na jeho stanovenie vo vodných roztokoch sa používajú Purbeho referenčné diagramy, pozdĺž osi úsečky, na ktorej je uložené pH média, a pozdĺž osi súradnice-redoxný potenciál. Potenciálny posun v pozitívnom smere znamená väčšiu stabilitu materiálu. Približne je definovaný ako normálny rovnovážny potenciál kovu. V skutočnosti materiály korodujú rôznymi rýchlosťami.
• Poloha atómu v periodickej tabuľke chemických prvkov. Kovy najviac náchylné na koróziu sú alkalické a alkalické zeminy. Rýchlosť korózie klesá so zvyšujúcim sa atómovým číslom.
• Kryštalická štruktúra. Má nejednoznačný vplyv na zničenie. Samotná hrubozrnná štruktúra nevedie k zvýšeniu korózie, ale je priaznivá pre rozvoj medzikryštalickej selektívnej deštrukcie hraníc zŕn. Kovy a zliatiny s homogénnou fázovou distribúciou korodujú rovnomerne a s heterogénnou - podľa ohniskového mechanizmu. Vzájomné usporiadanie fáz vykonáva funkciu anódy a katódy v agresívnom prostredí.
• Energetická heterogenita atómov v kryštálovej mriežke. Atómy s najvyššou energiou sa nachádzajú v rohoch plôch mikrorozmerov a sú aktívnymi centrami rozpúšťania pri chemickej korózii. Preto starostlivé mechanické spracovanie kovových častí (brúsenie, leštenie, konečná úprava) zvyšuje odolnosť proti korózii. Tento efekt sa vysvetľuje aj tvorbou hustejších a súvislejších oxidových filmov na hladkých povrchoch.

Vplyv kyslosti média

V procese chemickej korózie ovplyvňuje koncentrácia vodíkových iónov nasledujúce body:

• rozpustnosť produktov korózie;
• tvorba ochranných oxidových filmov;
• rýchlosť zničenia kovu.

Pri pH v rozsahu hodnôt 4-10 jednotiek (kyslý roztok) korózia železa závisí od intenzity prenikania kyslíka na povrch objektu. V alkalických roztokoch sa rýchlosť korózie najskôr znižuje v dôsledku pasivácie povrchu a potom pri pH>13 sa zvyšuje v dôsledku rozpustenia ochranného oxidového filmu.

Pre každý typ kovu existuje závislosť intenzity deštrukcie od kyslosti roztoku. Ušľachtilé kovy (Pt, Ag, Au) sú odolné voči korózii v kyslom prostredí. Zn, Al sa rýchlo ničia v kyselinách aj zásadách. Ni a Cd sú odolné voči zásadám, ale ľahko korodujú v kyselinách.

Zloženie a koncentrácia neutrálnych roztokov

Rýchlosť korózie v neutrálnych roztokoch závisí viac od vlastností soli a jej koncentrácie:

• Počas hydrolýzy solí v korozívnom prostredí sa vytvárajú ióny, ktoré pôsobia ako aktivátory alebo retardéry (inhibítory) deštrukcie kovov.
• Tieto zlúčeniny, ktoré zvyšujú pH, tiež zvyšujú rýchlosť deštruktívneho procesu (napríklad uhličitan sodný) a tie, ktoré znižujú kyslosť-znižujú ju (chlorid amónny).
• V prítomnosti chloridov a síranov v roztoku sa deštrukcia aktivuje, kým sa nedosiahne určitá koncentrácia solí (čo sa vysvetľuje intenzifikáciou anódového procesu pod vplyvom iónov chlóru a síry), a potom sa postupne znižuje v dôsledku zníženia rozpustnosti kyslíka.

Niektoré typy solí sú schopné vytvárať ťažko rozpustný film (napríklad fosforečnan železitý). To pomáha chrániť kov pred ďalším zničením. Táto vlastnosť sa používa pri použití neutralizátorov hrdze.

Inhibítory korózie

Inhibítory korózie (alebo inhibítory) sa líšia v mechanizmus účinku o redoxnom procese:

• Anodic. Vďaka nim sa vytvára pasívny film. Do tejto skupiny patria zlúčeniny na báze chromanov a bichromanov, dusičnanov a dusitanov. Druhý typ inhibítorov sa používa na interoperačnú ochranu častí. Pri použití anodických inhibítorov korózie je potrebné vopred určiť ich minimálnu ochrannú koncentráciu, pretože pridávanie v malých množstvách môže viesť k zvýšeniu rýchlosti deštrukcie.
• Katódové. Mechanizmus ich pôsobenia je založený na znížení koncentrácie kyslíka, a teda na spomalení katódového procesu.
• Skríning. Tieto inhibítory izolujú kovový povrch tvorbou nerozpustných zlúčenín uložených ako ochranná vrstva.

Druhá skupina zahŕňa neutralizátory hrdze, ktoré sa tiež používajú na čistenie od oxidov. Ich zloženie spravidla zahŕňa kyselinu ortofosforečnú. Pod jeho vplyvom dochádza k fosfátovaniu kovov – tvorbe silnej ochrannej vrstvy nerozpustných fosfátov. Neutralizátory sa nanášajú striekacou pištoľou alebo valčekom. Po 25-30 minútach sa povrch zmení na bielo-sivý. Po vysušení kompozície sa nanášajú farby a laky.

Mechanický náraz

Zvýšená korózia v agresívnom prostredí je podporovaná takými typmi mechanického pôsobenia, ako sú:

• Vnútorné (počas tvarovania alebo tepelného spracovania) a vonkajšie (pod vplyvom vonkajšieho zaťaženia) napätia. V dôsledku toho dochádza k elektrochemickej heterogenite, termodynamická stabilita materiálu klesá a vzniká korózne praskanie. K deštrukcii dochádza obzvlášť rýchlo pri ťahovom zaťažení (trhliny sa tvoria v kolmých rovinách) v prítomnosti oxidačných aniónov, napríklad NaCl. Typickým príkladom zariadení podliehajúcich tomuto typu ničenia sú časti parných kotlov.
• Striedavé dynamické efekty, vibrácie (korózna únava). Dochádza k intenzívnemu zníženiu limitu únavy, vytvára sa viac mikrotrhlín, ktoré sa potom zlúčia do jedného veľkého. Počet cyklov do zlyhania do značnej miery závisí od chemického a fázového zloženia kovov a zliatin. Nápravy čerpadla, pružiny, lopatky turbíny a ďalšie prvky zariadenia sú vystavené takejto korózii.
• Trenie častí. Rýchla korózia je spôsobená mechanickým opotrebovaním ochranných fólií na povrchu dielu a chemickou interakciou s prostredím. V kvapaline je rýchlosť deštrukcie nižšia ako vo vzduchu.
• Vplyv kavitácie. Kavitácia nastáva, keď je prerušená kontinuita toku tekutiny v dôsledku tvorby vákuových bublín, ktoré sa zrútia a vytvárajú pulzujúci efekt. Výsledkom je hlboké lokálne poškodenie. Tento typ korózie sa často pozoruje v chemických zariadeniach.

Konštrukčné faktory

Pri navrhovaní prvkov pracujúcich v agresívnych podmienkach je potrebné vziať do úvahy, že rýchlosť korózie sa zvyšuje v nasledujúcich prípadoch:

• pri kontakte s rozdielnymi kovmi (čím väčší je rozdiel v elektródovom potenciáli medzi nimi, tým vyššia je prúdová sila procesu elektrochemickej deštrukcie);
• v prítomnosti koncentrátorov mechanického namáhania (drážky, drážky, otvory atď.);
• s nízkou čistotou ošetreného povrchu, pretože sa vyskytujú lokálne skratované galvanické pary;
• s výrazným rozdielom teploty jednotlivých častí zariadenia (vytvárajú sa termovoltaické články);
• v prítomnosti stagnujúcich zón (trhliny, medzery);
• pri tvorbe zvyškových napätí, najmä v zváraných spojoch (na ich odstránenie je potrebné zabezpečiť tepelné spracovanie-žíhanie).

Metódy hodnotenia

Tam existuje niekoľko spôsobov odhadnúť mieru deštrukcie kovov v agresívnom prostredí:

• Laboratórne testovanie vzoriek v umelo simulovaných podmienkach blízkych skutočným. Ich výhodou je, že vám umožňujú skrátiť čas štúdia.
• Pole-vykonávané v prírodných podmienkach. Trvať dlho. Výhodou tejto metódy je získanie informácií o vlastnostiach kovu v podmienkach ďalšej prevádzky.
• Full - scale-skúšky hotových kovových predmetov v prírodnom prostredí.