Коррозия и защита металлов и оборудования Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине »Коррозия оборудования и защита от нее» (стр. 2 )

2. Местная, или локальная коррозия, включающая следующие виды

(см. рис. 1):

− пятнами (2а) – в виде отдельных пятен;

− язвами (2б) – коррозионное разрушение, имеющее вид раковины. Язвенная коррозия сопровождается образованием неглубоких, но широких язв. Обычно ее причиной является нарушение целостности защитного покрытия;

  Рис. 1 . Виды коррозионных разрушений [2].

−точечная, или питтинговая (2в) – в виде отдельных точечных поражений;

−  сквозная (2г) – вызывающая разрушение металла насквозь;

− нитевидная (2д) – распространяется в виде нитей преимущественно под неметаллическими защитными покрытиями. Является специфической формой щелевой коррозии. Процесс может происходить в условиях атмосферной коррозии при относительной влажности воздуха более 65%. − подповерхностная (2е) – начинается с поверхности, но распространяется преимущественно  таким образом, что разрушение и продукты коррозии оказываются сосредоточенными  внутри металла. Подповерхностная коррозия часто вызывает вспучивание металла и его расслоение;

− межкристаллитная (МКК) (2ж)  – избирательное разрушение границ зерен, сопровождающееся потерей прочности и пластичности металла и разрушением конструкции путем распада на зерна, что связано с образованием между зернами рыхлых мало прочных продуктов коррозии. Межкристаллитная коррозия протекает без механического напряжения, чем отличается от коррозионного растрескивания. Общей причиной склонности к межкристаллитной коррозии являются структурные превращения или сегрегация примесей на границах зерен, приводящие к образованию активных микроанодов. Этому виду разрушения особенно подвержены хромистые и хромоникелевые стали, никелевые и алюминиевые сплавы.

−ножевая (2з) – локальная  коррозия металла, имеющая вид надреза ножом в зоне сварных соединений в сильно агрессивных средах. Ножевая коррозия – это разновидность межкристаллитной коррозии, имеющая место в сварных конструкциях в  узкой зоне на границе между швом и основным металлом из-за снижения в ней содержания хрома.

– коррозионное растрескивание и коррозионная усталость (2и) – коррозия металла при одновременном воздействии коррозионной среды и внешних или внутренних механических напряжений растяжения с образованием транскристаллитных или межкристаллитных трещин. (  в  автоклавах,  гидролизерах,  варочных  котлах  и  др.) [2].

2.Способы  количественной  оценки  коррозии  металлов

  В  случае  равномерной и  сплошной  коррозии  средняя  скорость  коррозии  ( массовый  показатель Кm ) может  быть  оценена потерей  или приростом  массы (∆m) с  единицы  площади  поверхности (S) в  единицу  времени  (ф)  по  формуле  Кm = ∆m/S·ф  по ГОСТ 9.908 −85.  Для  сравнения  коррозии  металлов  с  различной  плотностью (d) удобно  пользоваться  средним  глубинным  показателем  коррозии  Кn= 8,76  Km/d,  где Кm выражена в г/м2·ч,  Кn– в  мм/год,  а d – г/см3. Для  приближенной  оценки  коррозионной  стойкости  металлов  можно  использовать десятибалльную  шкалу  по  ГОСТ 13819–68.  При  питтинговой(точечной)  коррозии  необходимо  определить  максимальный  глубинный  показатель.  При  межкристаллитной  коррозии  и коррозионном  растрескивании  скорость  коррозии  оценивается  механическим  показателем,  например, по относительной потере прочности ( ).  Скорость электрохимической  коррозии  металлов  определяется  величиной  плотности  коррозионного  тока ( i, А/м2  или А/см2).

  3. Электрохимическая  коррозия  металлов

  Электрохимическая  коррозия  характерна  для  электропроводящих  сред.  Это  наиболее  распространенный  вид  коррозии,  так  как  большинство  металлических  изделий  разрушается,  находясь  во  влажной  атмосфере  или в  контакте  с  растворами  или  расплавами  электролитов.  Сущность  электрохимической  коррозии  состоит  в  анодном  окислении  металлов.  Короткозамкнутые  микрогальванические  элементы  возникают  при  этом  вследствие  неоднородности  поверхности  металла,  наличия  примесей  и напряжений  в  металле,  неоднородности  сплава  по  составу  и  структуре,  наличия  пленки на  его  поверхности  и  прочих  факторов. При  этом  участки  поверхности  металла  с  более  отрицательным  электродным  потенциалом  являются  анодными  участками, а с  более  положительным – катодными.

  На  анодных  участках  происходит  процесс  окисления  металла

  Mo→M n+ + ne–,  ( 1 )

а  на  катодных – процесс  восстановления  окислителя 

  Ох+ne–→Red.  ( 2 )

  Электроны  по  металлу  перемещаются  от анодных участков  к  катодным,  электрическая  цепь коррозионного  микрогальванического  элемента  замыкается  ионами,  движущимися  в  растворе  электролита  ( анионы  перемещаются  в  растворе  в  направлении  от  катода  к  аноду). Наиболее  распространенными  окислителями  при  электрохимической  коррозии  являются  молекулы  кислорода  и ионы водорода (гидроксония), имеющиеся  в  электролите.

  Коррозия  с  участием  кислорода  в  катодном  процессе получила  название  коррозии  с  поглощением  кислорода  или  коррозии  с  кислородной деполяризацией.  С  кислородной деполяризацией  корродируют  металлы  и  сплавы во  влажной  атмосфере,  в  воде,  водных  растворах  солей,  почве.  Реакцию  на  катодных  участках  микроэлементов  в  этом  случае  можно  представить  следующими  уравнениями:

  в  нейтральной  и  щелочной  средах

  О2+2Н2О +4е–  →4ОН–  ;  ( 3 )

  в  кислой  среде

  О2+4Н+ +4е– →2Н2О.  ( 4 )

Схему  работ ы микрогальванических элементов в  данном  случае  можно  записать  следующим  образом:

  |ЇЇЇЇЇЇЇ↓  |ЇЇЇЇ↓

  (—)А М / М n+(катодные) О2/ ОН–К ( + )  (5)

  участки 

    Аn–

Если  электроны с  катодных  микроучастков  снимаются ионами  водорода,  то  процесс  называется  коррозией  с  выделением  водорода  или  коррозией  с  водородной  деполяризацией  ( рН <3)

  2Н+ +2е–→ Н2  ( 6 )

Схема  работы  микроэлементов:

  |ЇЇЇЇЇЇЇ↓  |ЇЇЇ↓

  (—)А М/М n+ ( катодные ) Н+/Н2К  ( + ) 

  участки  ( 7)

    Аn–

3.1.Термодинамическая возможность электрохимической коррозии

  Рассмотрим  условия,  при  которых  термодинамически  возможна  электрохимическая  коррозия с  водородной  и  кислородной деполяризацией.

  Так  как  электродвижущая  сила  элемента  равна  разности равновесных  потенциалов  окислителя  и восстановителя (∆Е= Еох –ЕRed ),  то  коррозия  возможна  при  условии, что потенциал  окислителя ( Е О2/ОН− или  ЕН+/Н2)  положительнее потенциала  восстановителя,  то  есть  окисляющегося  металла  (Е Мn+/M).

  На  рис. 2  представлены  зависимости  равновесных  потенциалов  водородного  и  кислородного  электродов  от  рН  среды, рассчитанные  по  уравнению  Нернста  при  давлениях  газов,  соответствующих  их  содержанию в  воздухе [1].  Диаграмма на  рис.2  позволяет  определить  условия,  при  которых  возможна  электрохимическая  коррозия  металлов.  Если  потенциал  металла в  исследуемом  электролите  положительнее  потенциала  кислородного электрода ( область 1),  то  электрохимическая  коррозия  металла  с  кислородной  и  водородной  поляризацией  невозможна (золото, платина ).

  Если  потенциал  металла  положительнее  потенциала  водородного  электрода,  но  отрицательнее потенциала кислородного электрода  ( область 11 ), то  возможна  коррозия  с поглощением  кислорода и  невозможна с  выделением  водорода ( медь, серебро, палладий, иридий).