Korrosjonshastighet er en multifaktoriell parameter som avhenger både av ytre miljøforhold og av materialets indre egenskaper. I den normative og tekniske dokumentasjonen er det visse begrensninger på de tillatte verdiene for metallødeleggelse under drift av utstyr og bygningskonstruksjoner for å sikre problemfri drift. I ingeniørfag er det ingen universell metode for å bestemme korrosjonshastigheten. Dette skyldes kompleksiteten ved å ta hensyn til alle faktorer. Den mest pålitelige metoden er å studere driftshistorien til anlegget.
Criteria
For tiden brukes flere korrosjonshastigheter i ingeniørdesign:
- I henhold til den direkte vurderingsmetoden: reduksjon i massen til en metalldel per overflateenhet - vektindikator (målt i gram per 1 m2 i 1 time); skadedybde (eller korrosjonsprosessens permeabilitet), mm/år; mengden av den frigjorte gassfasen av korrosjonsprodukter; hvor lang tid den første korrosjonsskaden oppstår; antall korrosjonssentre per arealenhetoverflater som dukket opp over en viss tidsperiode.
- Indirekte estimert: elektrokjemisk korrosjonsstrømstyrke; elektrisk motstand; endring i fysiske og mekaniske egenskaper.
Den første direkte verdsettelsesindikatoren er den vanligste.
Beregningsformler
I det generelle tilfellet finner man vekttapet som bestemmer korrosjonshastigheten til metallet ved hjelp av følgende formel:
Vkp=q/(St), hvor q er reduksjonen i metallets masse, g;
S – overflaten som materialet ble overført fra, m2;
t – tidsperiode, timer
For metallplater og skjell laget av det, bestemme dybdeindeksen (mm/år):
H=m/t, m er dybden av penetrering i metallet.
Det er følgende forhold mellom den første og andre indikatoren beskrevet ovenfor:
H=8, 76Vkp/ρ, hvor ρ er tettheten til materialet.
Hovedfaktorer som påvirker korrosjonshastigheten
Følgende grupper av faktorer påvirker hastigheten på metallødeleggelse:
- internt, relatert til materialets fysiske og kjemiske natur (fasestruktur, kjemisk sammensetning, overflateruhet på delen, rest- og driftsspenninger i materialet og andre);
- ekstern (miljøforhold, bevegelseshastigheten til et etsende medium, temperatur, atmosfærens sammensetning, tilstedeværelsen av inhibitorer eller sentralstimulerende midler og andre);
- mekanisk (utvikling av korrosjonssprekker, ødeleggelse av metall under påvirkning av sykliske belastninger,kavitasjon og gnagingskorrosjon);
- designfunksjoner (valg av metallkvalitet, gap mellom deler, krav til ruhet).
Fysiske og kjemiske egenskaper
De viktigste interne korrosjonsfaktorene er følgende:
- Termodynamisk stabilitet. For å bestemme det i vandige løsninger, brukes referanse Pourbaix-diagrammer, langs abscisseaksen som pH til mediet er plottet, og langs ordinataksen redokspotensialet. Et potensielt skifte i positiv retning betyr større stabilitet av materialet. Tentativt er det definert som det normale likevektspotensialet til metallet. I virkeligheten korroderer materialer med forskjellige hastigheter.
- Plasseringen til et atom i det periodiske systemet for kjemiske elementer. De metallene som er mest utsatt for korrosjon er alkali- og jordalkalimetaller. Korrosjonshastigheten avtar når atomnummeret øker.
- Krystallstruktur. Det har en tvetydig effekt på ødeleggelse. Den grovkornede strukturen i seg selv fører ikke til en økning i korrosjon, men er gunstig for utviklingen av intergranulær selektiv ødeleggelse av korngrenser. Metaller og legeringer med en homogen fasefordeling korroderer jevnt, mens de med ujevn fordeling korroderer i henhold til en fokalmekanisme. Det gjensidige arrangementet av fasene utfører funksjonen til anoden og katoden i et aggressivt miljø.
- Energiinhomogenitet av atomer i krystallgitteret. Atomer med høyest energi er plassert i hjørnene av ansiktenemikroruheter og er aktive oppløsningssentre under kjemisk korrosjon. Derfor øker forsiktig bearbeiding av metalldeler (sliping, polering, etterbehandling) korrosjonsmotstanden. Denne effekten forklares også av dannelsen av tettere og mer kontinuerlige oksidfilmer på glatte overflater.
Påvirkning av middels surhet
I prosessen med kjemisk korrosjon påvirker konsentrasjonen av hydrogenioner følgende punkter:
- løselighet av korrosjonsprodukter;
- dannelse av beskyttende oksidfilmer;
- metallødeleggelseshastighet.
Når pH er i området 4-10 enheter (sur løsning), avhenger korrosjonen av jern av intensiteten av oksygenpenetrering til overflaten av objektet. I alkaliske løsninger avtar først korrosjonshastigheten på grunn av overflatepassivering, og øker deretter ved pH >13 som følge av oppløsningen av den beskyttende oksidfilmen.
For hver type metall er det sin egen avhengighet av intensiteten av ødeleggelsen på surheten til løsningen. Edelmetaller (Pt, Ag, Au) er motstandsdyktige mot korrosjon i et surt miljø. Zn, Al blir raskt ødelagt i både syrer og alkalier. Ni og Cd er motstandsdyktige mot alkalier, men korroderer lett i syrer.
Sammensetning og konsentrasjon av nøytrale løsninger
Hastigheten av korrosjon i nøytrale løsninger avhenger mer av egenskapene til s altet og dets konsentrasjon:
- Under hydrolysen av s alter ii et korrosivt miljø dannes ioner som fungerer som aktivatorer eller retardere (hemmere) av metallødeleggelse.
- De forbindelsene som øker pH øker også hastigheten på den destruktive prosessen (for eksempel soda), og de som reduserer surheten reduserer den (ammoniumklorid).
- I nærvær av klorider og sulfater i løsningen aktiveres destruksjonen inntil en viss konsentrasjon av s alter er nådd (som forklares med intensiveringen av anodeprosessen under påvirkning av klorid og svovelioner), og avtar deretter gradvis på grunn av en reduksjon i løseligheten av oksygen.
Noen typer s alter kan danne en uløselig film (for eksempel jernfosfat). Dette bidrar til å beskytte metallet mot ytterligere ødeleggelse. Denne egenskapen brukes ved påføring av rustnøytralisatorer.
korrosjonshemmere
Korrosjonshemmere (eller inhibitorer) har forskjellige virkningsmekanismer på redoksprosessen:
- Anode. Takket være dem dannes en passiv film. Denne gruppen inkluderer forbindelser basert på kromater og bikromater, nitrater og nitritter. Den siste typen inhibitorer brukes til interoperasjonell beskyttelse av deler. Når du bruker anodiske korrosjonshemmere, er det nødvendig å først bestemme deres minste beskyttende konsentrasjon, siden tilsetning i små mengder kan føre til en økning i ødeleggelseshastigheten.
- Katode. Virkningsmekanismen deres er basert på en reduksjon i konsentrasjonen av oksygen og følgelig en nedgang i den katodiske prosessen.
- Skjerming. Disse inhibitorene isolerer metalloverflaten ved å danne uløselige forbindelser som avsettes som et beskyttende lag.
Den siste gruppen inkluderer rustnøytralisatorer, som også brukes til å rense oksider. De inneholder vanligvis fosforsyre. Under dens påvirkning oppstår metallfosfatering - dannelsen av et sterkt beskyttende lag av uløselige fosfater. Nøytralisatorer påføres med en sprøytepistol eller rulle. Etter 25-30 minutter får overflaten en hvit-grå farge. Etter at sammensetningen har tørket, påføres maling og lakk.
Mekanisk handling
En økning i korrosjon i et aggressivt miljø forenkles av slike typer mekanisk handling som:
- Interne (under støping eller varmebehandling) og ytre (under påvirkning av en ekstern påført belastning) påkjenninger. Som et resultat oppstår elektrokjemisk inhomogenitet, den termodynamiske stabiliteten til materialet avtar, og det dannes korrosjonssprekker. Spesielt rask er ødeleggelsen under strekkbelastninger (sprekker dannes i vinkelrette plan) i nærvær av oksiderende anioner, for eksempel NaCl. Et typisk eksempel på enheter som er utsatt for denne typen ødeleggelse er deler av dampkjeler.
- Vekselvis dynamisk handling, vibrasjon (korrosjonstrøtthet). Det er en intensiv nedgang i utmattelsesgrensen, det dannes flere mikrosprekker, som deretter smelter sammen til en stor. Nummersykluser til feil avhenger i større grad av den kjemiske og fasesammensetningen til metaller og legeringer. Pumpeaksler, fjærer, turbinblader og annet utstyr er utsatt for slik korrosjon.
- Friksjon av deler. Rask korrosjon skyldes mekanisk slitasje av de beskyttende filmene på overflaten av delen og kjemisk interaksjon med miljøet. I væske er destruksjonshastigheten lavere enn i luft.
- Kavitasjonspåvirkning. Kavitasjon oppstår når kontinuiteten til væskestrømmen brytes som følge av dannelsen av vakuumbobler som kollapser og skaper en pulserende effekt. Som et resultat oppstår dype skader av lokal karakter. Denne typen korrosjon sees ofte i kjemiske apparater.
Designfaktorer
Ved design av elementer som opererer under aggressive forhold, må det tas hensyn til at korrosjonshastigheten øker i følgende tilfeller:
- når forskjellige metaller kommer i kontakt (jo større forskjellen er i elektrodepotensialet mellom dem, desto høyere er strømstyrken til den elektrokjemiske destruksjonsprosessen);
- i nærvær av mekaniske spenningskonsentratorer (riller, spor, hull og andre);
- med lav renslighet av den maskinerte overflaten, da dette resulterer i lokale kortsluttede galvaniske par;
- med en betydelig forskjell i temperatur for individuelle deler av apparatet (det dannes termiske galvaniske celler);
- i nærvær av stillestående soner (spor, hull);
- ved formingrestspenninger, spesielt i sveisede skjøter (for å eliminere dem er det nødvendig å sørge for varmebehandling - gløding).
Evalueringsmetoder
Det er flere måter å vurdere ødeleggelseshastigheten for metaller i aggressive miljøer:
- Laboratorium - testing av prøver under kunstig simulerte forhold nær reelle. Fordelen deres er at de lar deg redusere studietiden.
- Felt - holdt under naturlige forhold. De tar lang tid. Fordelen med denne metoden er å få informasjon om egenskapene til metallet under betingelser for videre drift.
- In-situ testing av ferdige metallgjenstander i det naturlige miljøet.
