Stopnja korozije kovin. Metode za ocenjevanje hitrosti korozije

Hitrost korozije je večfaktorski parameter, ki je odvisen od zunanjih okoljskih pogojev in notranjih lastnosti materiala. V tehnični dokumentaciji so določene omejitve glede dopustnih vrednosti loma kovin med delovanjem opreme in gradbenih konstrukcij, da se zagotovi njihovo nemoteno delovanje. Univerzalne metode oblikovanja ni univerzalne metode ni Merila za hitrost korozije. To je posledica težav pri upoštevanju vseh dejavnikov. Najzanesljivejša metoda je preučitev zgodovine delovanja predmeta.

Merila

Trenutno se pri projektiranju uporablja več kazalnikov stopnje korozije:

• Z metodo neposrednega ocenjevanja: zmanjšanje mase na enoto površine kovinskega dela - indikator teže (merjeno v gramih na 1 m)² na uro); globina poškodbe (ali prepustnost korozijskega procesa), mm/leto; količina sproščenega plina korozijskega produkta; čas, preden se pojavi prva korozijska poškodba; število korozijskih centrov na enoto površine, ki se pojavijo v določenem obdobju.
• S posredno oceno: elektrokemični korozijski tok; električna upornost; sprememba fizikalnih in mehanskih lastnosti.

prvi kazalnik z neposredno metodo ocenjevanja je najpogostejše.

Enačba

Na splošno se izguba teže, ki določa hitrost korozije kovine, določi z naslednjo formulo:

V_kp=q/(St),

kjer je q - masna redukcija kovine, g

S - površina, s katere se prenaša material, m²;

t - časovno obdobje, h.

Globinski indeks (mm/leto) se določi za pločevino in iz nje izdelane polizdelke:

H=m/t,

m - globina prodiranja korozije v kovino.

Med prvim in drugim zgoraj opisanim kazalnikom obstaja naslednja korelacija:

H=8,76V_kp/ρ,

kjer je ρ gostota materiala.

Glavni dejavniki, ki vplivajo na hitrost korozije

Na hitrost lomljenja kovine vplivajo naslednje skupine dejavnikov:

• notranje, povezane s fizikalno in kemično naravo materiala (fazna struktura, kemična sestava, hrapavost površine dela, preostale in delovne napetosti v materialu in drugo);
• Zunanje (okoljski pogoji, hitrost korozijskega medija, temperatura, sestava ozračja, prisotnost inhibitorjev ali stimulansov itd.)
• mehanski (razvoj korozijskih razpok, uničenje kovine pod vplivom cikličnih obremenitev, kavitacija in fretting korozija);
• konstrukcijske značilnosti (izbira razreda kovine, razdalje med sestavnimi deli, zahteve glede hrapavosti).

Fizikalno-kemijske lastnosti

Najpomembnejši dejavniki notranje korozije so naslednji

• Termodinamična stabilnost. Za njegovo določanje v vodnih raztopinah se uporabljajo Pourbaixove referenčne tabele, na katerih je na abscisni osi prikazana vrednost pH medija, na ordinatni osi pa redoks potencial. Premik potenciala v pozitivno smer pomeni, da je material bolj odporen. V grobem je opredeljen kot normalni ravnotežni potencial kovine. V resnici materiali korodirajo različno hitro.
• Položaj atoma v periodnem sistemu kemijskih elementov. Kovine, ki so najbolj dovzetne za korozijo, so alkalijske kovine in kovine z alkalnimi zemljinami. Hitrost korozije se zmanjšuje z naraščajočim atomskim številom.
• Kristalna struktura. Njen učinek na prelom je dvoumen. Grobozrnata struktura sama po sebi ne povzroči povečanja korozije, ampak je ugodna za razvoj medkristalne selektivne destrukcije meja zrn. Kovine in zlitine s homogeno porazdelitvijo faz korodirajo enakomerno, tiste z neenakomerno porazdelitvijo pa z žariščnim mehanizmom. Relativni položaj faz deluje kot anoda in katoda v korozivnem mediju.
• Energijska nehomogenost atomov v kristalni mreži. Atomi z največjo energijo se nahajajo v vogalih mikroravnin in so aktivni centri raztapljanja pri kemični koroziji. Zato skrbna obdelava kovinskih delov (brušenje, poliranje, končna obdelava) poveča njihovo odpornost proti koroziji. Ta učinek je tudi posledica nastanka gostejših in bolj kontinuiranih oksidnih plasti na gladkih površinah.

Vpliv kislosti medija

Pri kemični koroziji koncentracija vodikovih ionov vpliva na:

• topnost korozijskih produktov;
• Oblikovanje zaščitnih oksidnih plasti;
• hitrost lomljenja kovine.

Pri vrednostih pH med 4 in 10 (kisla raztopina) je korozija železa odvisna od intenzivnosti prodiranja kisika na površino predmeta. V alkalnih raztopinah se hitrost korozije najprej zmanjša zaradi površinske pasivacije, nato pa pri pH>13 se poveča zaradi raztapljanja zaščitne oksidne plasti.

Za vsako vrsto kovine obstaja posebna povezava med intenzivnostjo propadanja in kislostjo raztopine. plemenite kovine (Pt, Ag, Au) so odporne proti koroziji v kislem okolju. Zn, Al se hitro razgradita s kislinami in alkalijami. Ni in Cd sta alkalno odporna, vendar v kislinah zlahka korodirata.

Sestava in koncentracija nevtralnih raztopin

Hitrost korozije v nevtralnih raztopinah je v veliki meri odvisna od lastnosti in koncentracije soli:

• Pri hidrolizi soli v korozivnem mediju nastajajo ioni, ki delujejo kot aktivatorji ali zaviralci (inhibitorji) razgradnje kovin.
• Spojine, ki povečujejo pH, povečujejo tudi hitrost destruktivnega procesa (npr. soda bikarbona), spojine, ki zmanjšujejo kislost, pa jo tudi zmanjšujejo (amonijev klorid).
• V prisotnosti kloridov in sulfatov v raztopini se destrukcija stopnjuje do določene koncentracije soli (kar je mogoče razložiti s krepitvijo anodnega procesa pod vplivom klorovih in žveplovih ionov), nato pa se postopoma zmanjšuje zaradi zmanjšanja topnosti kisika.

Nekatere soli lahko tvorijo netopne filme (npr. fosforno železo). Pomaga zaščititi kovino pred nadaljnjimi poškodbami. Ta lastnost se uporablja pri uporabi zaviralcev rje.

zaviralci korozije

Inhibitorji korozije se razlikujejo po v mehanizmu delovanja na proces redoks:

• Anoda. Oblikujejo pasivno folijo. V to skupino spadajo spojine na osnovi kromatov in bikromatov, nitratov in nitritov. Zadnja vrsta inhibitorja se uporablja za zaščito med postopki. Pri uporabi anodnih inhibitorjev korozije je treba najprej določiti najmanjšo zaščitno koncentracijo, saj lahko dodajanje majhnih količin povzroči povečano hitrost razgradnje.
• Katodna. Njihov mehanizem delovanja temelji na zmanjšanju koncentracije kisika in s tem na upočasnitvi katodnega procesa.
• Zaščita. Ti inhibitorji izolirajo kovinsko površino tako, da tvorijo netopne spojine, ki se odlagajo kot zaščitni sloj.

Slednja skupina vključuje nevtralizatorje rje, ki se uporabljajo tudi za čiščenje oksidov. Običajno vsebujejo ortofosforno kislino. Vpliv fosfatiranja kovine - nastanek močne zaščitne plasti netopnih fosfatov. Nevtralizacijska sredstva se uporabljajo s pršenjem ali valjanjem. Po 25-30 minutah se površina obarva belo-sivo. Ko se zmes posuši, se nanesejo barvni materiali.

Mehansko delovanje

Povečano korozijo v korozivnih okoljih pospešujejo mehanski vplivi, kot so

• notranje (med oblikovanjem ali toplotno obdelavo) in zunanje (pod vplivom zunanjih obremenitev) napetosti. Posledica je elektrokemična nehomogenost, zmanjšanje termodinamične stabilnosti materiala in nastanek korozijskih razpok. Do lomov pride še posebej hitro pri nateznih obremenitvah (razpoke nastanejo v pravokotnih ravninah) v prisotnosti oksidativnih anionov, npr. NaCl. Tipičen primer predmetov, ki so izpostavljeni tej vrsti okvar, so deli parnih kotlov.
• Dinamične in nihajoče obremenitve (korozijsko utrujanje). Hitro se zmanjša utrujenostna trdnost in pojavijo se številne mikrorazpoke, ki se združijo v eno veliko razpoko. Število ciklov pred zlomom je močno odvisno od kemične in fazne sestave kovin in zlitin. Za to vrsto korozije so dovzetne gredi črpalk, vzmeti, lopatice turbin in drugi strojni deli.
• Trenje sestavnih delov. Hitra korozija zaradi mehanske obrabe zaščitnih plasti na površini sestavnega dela in kemične interakcije z okoljem. Hitrost lomov je v tekočini počasnejša kot v zraku.
• Učinek kavitacije. Kavitacija nastane, ko je kontinuiteta pretoka tekočine motena zaradi nastajanja vakuumskih mehurčkov, ki se sesedajo in ustvarjajo pulzirajoči učinek. Pride do lokalnih, globokih poškodb; - če so med posameznimi deli aparata velike temperaturne razlike. Ta vrsta korozije se pogosto pojavlja v kemičnih aparatih.

Konstruktivni dejavniki

Pri načrtovanju elementov, ki delujejo v agresivnih okoljih, je treba upoštevati, da se stopnja korozije poveča v naslednjih primerih

• Pri stiku različnih kovin (večja kot je razlika elektrodnih potencialov med njima, večja je moč elektrokemičnega lomnega toka);
• Ob prisotnosti koncentratorjev mehanskih napetosti (utori, reže, odprtine itd.);
• v primeru slabe čistosti obdelane površine, saj se pojavijo lokalni kratkostični galvanski pari;
• V primeru velikih temperaturnih razlik med posameznimi deli aparata (nastanek termohalvanskih elementov);
• ob prisotnosti mirujočih območij (reže, vrzeli);
• pri nastajanju preostalih napetosti, zlasti v varjenih spojih (za njihovo odpravo je treba zagotoviti toplotno obdelavo - žarjenje).

Metode ocenjevanja

Obstaja več metod Ocenjevanje hitrosti loma kovin v korozivnih okoljih:

• Laboratorij - testiranje vzorcev v umetno simuliranih pogojih, ki so blizu resničnemu svetu. Njihova prednost je, da omogočajo krajši časovni okvir raziskave.
• Terenski - izvajajo se v naravnih razmerah. Dolgo traja. Prednost te metode je pridobitev informacij o lastnostih kovine v nadaljnjih pogojih delovanja.
• In-situ - preskušanje pripravljenih kovinskih predmetov v naravnem okolju.