Коррозия металлов

Наибольшей коррозионной активностью отличается только что  обработанная поверхность металла, поэтому для ее защиты применяют  пассивирование, нанесение смазок и  другие методы.

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ МЕТАЛЛА

Термодинамически устойчивый в определенной коррозионной среде металл не подвергается разрушению в данных условиях.

При помощи сравнения обратимых  потенциалов катодного и анодного процессов или же знака изменения  изобарно-изотермического потенциала процесса можно определить, возможно ли самопроизвольное разрушение металла.

Большое влияние на термодинамическую  устойчивость металла оказывают  условия коррозионной среды. Одни металлы  термодинамически устойчивы (не корродируют) в одних условиях, а другие – в других.

Большинство металлов не отличаются термодинамической устойчивостью  в атмосфере или водных средах. Например, алюминий, титан, магний на воздухе  и в многих других коррозионных средах термодинамически неустойчивы, но не корродируют из-за образования на их поверхности пассивных пленок.

КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКИЙ  ФАКТОР

На коррозионную стойкость  металла влияет также его кристаллическая  структура и распределение атомов в решетке. Металл, с плотноупакованной  решеткой отличается зачастую повышенной коррозионной стойкостью. Происходит повышение энергии активации ионизации металла и снижение поверхностной энергии.

При возникновении на поверхности  металла защитной пленки плотность  немалое значение играет соответствие кристаллической структуры пленки и поверхностного слоя металла. Если несоответствие достаточно большое, то в пленке возникают напряжения, которые  ее разрушают.

При контакте с коррозионной средой сначала идет разрушение неукомплектованных слоев, атомов кристаллической решетки  металла. Кроме того в первую очередь  также растворяются поверхностные  дефекты кристаллографической решетки.

ГЕТЕРОГЕННОСТЬ  СПЛАВОВ И ВЕЛИЧИНА ЗЕРНА

Влияет на коррозионную стойкость  сплавов и их гетерогенность, т.е. разнородность структуры. Анодные  включения, в зависимости от их распределения  в сплаве, могут сильно усилить  скорость коррозии металла.

Катодные включения, в  зависимости от характера контроля коррозионного процесса, могут почти  не влиять на скорость коррозии, увеличивать  либо уменьшать ее.

Таким образом, гетерогенность сплава может оказывать на процесс  электрохимической коррозии разнообразное  влияние.

Величина зерна на скорость электрохимической коррозии влияет мало, только в некоторых случаях, когда существует вероятность межкристаллитной коррозии.

МЕХАНИЧЕСКИЙ  ФАКТОР

Распространенными условиями  эксплуатации металлоконструкций являются одновременное воздействие на металл механических напряжений и коррозионной среды. Напряжения могут быть внешние (нагрузки приложенные извне) и внутренние (результат деформаций и др.), постоянные и переменные, кавитационные воздействия либо истирающие.

Механический фактор на скорость электрохимической коррозии влияет очень сильно, т.к. под воздействием напряжений разрушаются защитные оксидные пленки, происходят различные фазовые  превращения, снижается термодинамическая  устойчивость металла, усиливается  электрохимическая гетерогенность металла.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

III. КАТОДНАЯ ЗАЩИТА ВНЕШНИМ ТОКОМ

 

Осуществление катодной защиты возможно различными способами: снижением  скорости катодной реакции (например, деаэрацией растворов, в которых  протекает коррозионный процесс); поляризацией от внешнего источника тока; созданием  контакта с другим материалом, имеющим  в рассматриваемых условиях более отрицательный потенциал свободной коррозии (протекторная защита).

Катодную защиту с использованием поляризации от внешнего источника  тока применяют для защиты оборудования из углеродистых, низко- и высоколегированных и высокохромистых сталей, олова, цинка, медных и медноникелевых сплавов, алюминия и его сплавов, свинца, титана и его сплавов. Как правило, это подземные сооружения (трубопроводы и кабели различных назначений, фундаменты, буровое оборудование), оборудование, эксплуатируемое в контакте с морской водой (корпуса судов, металлические части береговых сооружений, морских буровых платформ), внутренние поверхности аппаратов и резервуаров химической промышленности. Часто катодную защиту применяют одновременно с нанесением защитных покрытий. Уменьшение скорости саморастворения металла при его внешней поляризации называют защитным эффектом.

Основным критерием катодной защиты является защитный по-

 

определяют по

формуле:

— плотность катодного тока.

При организации катодной защиты отрицательный полюс внешнего источника тока присоединяют к защищаемой металлической конструкции, а положительный  полюс — к вспомогательному электроду, работающему как анод. В процессе защиты анод разрушается и его  необходимо периодически заменять.

Источниками внешнего тока при катодной защите служат станции  катодной защиты, обязательными элементами которых являются: преобразователь (выпрямитель), вырабатывающий ток; токоподвод к защищаемой конструкции, электрод сравнения, анодные заземлители, анодный кабель.

Станции катодной защиты бывают регулируемые и нерегулируемые. Нерегулируемые станции катодной защиты применяются  в том случае, когда изменения  сопротивления в цепи тока практически  отсутствуют. Указанные станции  работают в режиме поддержания постоянного  потенциала или тока и применяются  для защиты резервуаров, хранилищ, высоковольтных кабелей в стальной броне, трубопроводов  и др.

По характеру дополнительных воздействий

Коррозия под напряжением  развивается в зоне действия растягивающих  или изгибающих механических нагрузок, а также остаточных деформаций или  термических напряжений и, как правило, ведёт к транскристаллитному коррозионному растрескиванию, которому подвержены, например, стальные тросы и пружины в атмосферных условиях, углеродистые и нержавеющие стали в паросиловых установках, высокопрочные титановые сплавы в морской воде и т. д. При знакопеременных нагрузках может проявляться коррозионная усталость, выражающаяся в более или менее резком понижении предела усталости металла в присутствии коррозионной среды. Коррозионная эрозия (или коррозия при трении) представляет собой ускоренный износ металла при одновременном воздействии взаимно усиливающих друг друга коррозионных и абразивных факторов (трение скольжения, поток абразивных частиц и т. п.). Родственная ей кавитационная коррозия возникает при кавитационных режимах обтекания металла агрессивной средой, когда непрерывное возникновение и «захлопывание» мелких вакуумных пузырьков создаёт поток разрушающих микрогидравлических ударов, воздействующих на поверхность металла. Близкой разновидностью можно считать и фреттинг-коррозию, наблюдаемую в местах контакта плотно сжатых или катящихся одна по другой деталей, если в результате вибраций между их поверхностями возникают микроскопические смещения сдвига. 
Утечка электрического тока через границу металла с агрессивной средой вызывает в зависимости от характера и направления утечки дополнительные анодные и катодные реакции, могущие прямо или косвенно вести к ускоренному местному или общему разрушению металла (коррозия блуждающим током). Сходные разрушения, локализуемые вблизи контакта, может вызвать соприкосновение в электролите двух разнородных металлов, образующих замкнутый гальванический элемент, –контактная коррозия. В узких зазорах между деталями, а также под отставшим покрытием или наростом, куда проникает электролит, но затруднён доступ кислорода, необходимого для пассивации металла, может развиваться щелевая коррозия, при которой растворение металла в основном происходит в щели, а катодные реакции частично или полностью протекают рядом с ней на открытой поверхности. 
Принято выделять также биологическую коррозию, идущую под Методы защиты от коррозии

Современная защита металлов от коррозии базируется на следующих  методах:

повышение химического сопротивления  конструкционных материалов,

изоляция поверхности  металла от агрессивной среды,

понижение агрессивности  производственной среды,

снижение коррозии наложением внешнего тока (электрохимическая защита).

Эти методы можно разделить  на две группы. Первые два метода обычно реализуются до начала производственной эксплуатации металлоизделия (выбор  конструкционных материалов и их сочетаний еще на стадии проектирования и изготовления изделия, нанесение  на него защитных покрытий). Последние  два метода, напротив, могут быть осуществлены только в ходе эксплуатации металлоизделия (пропускание тока для  достижения защитного потенциала, введение в технологическую среду специальных добавок-ингибиторов) и не связаны с какой-либо предварительной обработкой до начала использования. 
При применении первых двух методов не могут быть изменены состав сталей и природа защитных покрытий данного металлоизделия при непрерывной его работе в условиях меняющейся агрессивности среды. Вторая группа методов позволяет при необходимости создавать новые режимы защиты, обеспечивающие наименьшую коррозию изделия при изменении условий их эксплуатации. Например, на разных участках трубопровода в зависимости от агрессивности почвы можно поддерживать различные плотности катодного тока или для разных сортов нефти, прокачиваемой через трубы данного состава, использовать разные ингибиторы. 
Однако в каждом случае приходится решать каким из средств, или в каком их сочетании можно получить наибольший экономический эффект.

ВЫВОД

 

Металлы составляют одну из основ цивилизации на планете  Земля. Их широкое внедрение в  промышленное строительство и транспорт  произошло на рубеже XVIII-XIX. В это  время появился первый чугунный мост, спущено на воду первое судно, корпус которого был изготовлен из стали, созданы  первые железные дороги. Начало практического  использования человеком железа относят к IX веку до нашей эры. Именно в этот период человечество перешло  из бронзового века в век железный.

В XXI веке высокие темпы  развития промышленности, интенсификация производственных процессов, повышение  основных технологических параметров (температура, давление, концентрация реагирующих средств и др.) предъявляют  высокие требования к надежной эксплуатации технологического оборудования и строительных конструкций. Особое место в комплексе  мероприятий по обеспечению бесперебойной  эксплуатации оборудования отводится  надежной защите его от коррозии и  применению в связи с этим высококачественных химически стойких материалов.

Необходимость осуществления  мероприятий по защите от коррозии диктуется тем обстоятельством, что потери от коррозии приносят чрезвычайно  большой ущерб. По имеющимся данным, около 10% ежегодной добычи металла  расходуется на покрытие безвозвратных  потерь вследствие коррозии и последующего распыления. Основной ущерб от коррозии металла связан не только с потерей больших количеств металла, но и с порчей или выходом из строя самих металлических конструкций, т.к. вследствие коррозии они теряют необходимую прочность, пластичность, герметичность, тепло- и электропроводность, отражательную способность и другие необходимые качества. К потерям, которые терпит народное хозяйство от коррозии, должны быть отнесены также громадные затраты на всякого рода защитные антикоррозионные мероприятия, ущерб от ухудшения качества выпускаемой продукции, выход из строя оборудования, аварий в производстве и так далее.

Защита от коррозии является одной из важнейших проблем, имеющей  большое значение для народного  хозяйства.

Коррозия является физико-химическим процессом, защита же от коррозии металлов - проблема химии в чистом виде.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Васильева И.Н. Экономические  основы технологического развития. - М.: Банки и биржи, ЮНИТИ, 1995. - 160 с.

2. Технология важнейших  отраслей промышленности. Под ред.  Гинберга А.М., Хохлова Б.А. - М.: Высшая школа, 1985 - 385 с.

3. Технология металлов. Под  ред. Кнорозова Б.В., Усова Л.Ф.  и др. - М.: Металлургия, 1978 . - 903 с.

3. Краткая химическая  энциклопедия под редакцией И.А.  Кнуянц и др. - М.: Советская энциклопедия, 1961-1967, Т.2.

4. Советский энциклопедический  словарь. - М.: Советская энциклопедия, 1983.

5. Андреев И.Н. Коррозия  металлов и их защита. - Казань: Татарское книжное издательство, 1979.

6. Войтович В.А., Мокеева Л.Н. Биологическая коррозия. - М.: Знание, 1980 Лукьянов П.М. Краткая история химической промышленности. - М.: Издательство АН СССР, 1959.

7. Теддер Дж., Нехватал А., Джубб А. Промышленная органическая химия. - М.: Мир, 1977.

8. Улиг Г.Г., Реви Р.У. Коррозия и борьба с ней. - Л.: Химия, 1989.

9. Никифоров В.М. Технология  металлов и конструкционные материалы. - М.: Высшая школа, 1980.