Elektrochemická korózia je najbežnejšou formou korózie. Elektrochemická reakcia nastáva, keď sa kov dostane do kontaktu s okolitým elektrolyticky vodivým médiom. V tomto prípade redukcia oxidačnej zložky korozívneho prostredia neprebieha súčasne s ionizáciou atómov kovu a ich rýchlosti závisia od elektródového potenciálu kovu. Hlavnou príčinou elektrochemickej korózie je termodynamická nestabilita kovov v ich prostredí. Hrdzavenie potrubí, čalúnenie dna námornej lode, rôzne kovové konštrukcie v atmosfére a mnoho ďalších príkladov elektrochemickej korózie.
Elektrochemická korózia zahŕňa také typy lokálnej deštrukcie, ako je jamková korózia, medzikryštalická korózia, štrbinová korózia. Okrem toho procesy elektrochemická korózia vyskytujú sa v pôde, atmosfére, mori.
Mechanizmus elektrochemickej korózie môže pokračovať dvoma spôsobmi:
1) Homogénny mechanizmus elektrochemickej korózie:
Povrchová vrstva splnená. považované za homogénne a homogénne;
Dôvodom rozpúšťania kovu je termodynamická možnosť katódových alebo anódových aktov;
Oblasti K a A migrujú po povrchu v čase;
Rýchlosť elektrochemickej korózie závisí od kinetického faktora (času);
Za limitný prípad možno považovať homogénny povrch, ktorý je možné realizovať aj v tekutých kovoch.
2) Heterogénny mechanizmus elektrochemickej korózie:
U tvrdých kovov je povrch nehomogénny, pretože. rôzne atómy zaujímajú rôzne polohy v kryštálovej mriežke v zliatine;
Heterogenita sa pozoruje v prítomnosti cudzích inklúzií v zliatine.
Elektrochemická korózia má niektoré znaky: delí sa na dva súčasne prebiehajúce procesy (katódový a anodický), ktoré sú na sebe kineticky závislé; v niektorých oblastiach povrchu môže elektrochemická korózia nadobudnúť lokálny charakter; rozpustenie hlavného met. sa vyskytuje na anódach.
Povrch akéhokoľvek kovu pozostáva z mnohých mikroelektród skratovaných cez samotný kov. Pri kontakte s korozívnym médiom výsledné galvanické články prispievajú k jeho elektrochemickej deštrukcii.
Dôvody výskytu lokálnych galvanických článkov môžu byť veľmi odlišné:
1) heterogenita zliatiny
Heterogenita splnená. fázy v dôsledku nehomogenity zliatiny a prítomnosti mikro- a makroinklúzií;
Nerovnomernosť oxidových filmov na povrchu v dôsledku prítomnosti makro- a mikropórov, ako aj nerovnomerná tvorba sekundárnych produktov korózie;
Prítomnosť hraníc kryštálových zŕn na povrchu, výskyt dislokácie na povrchu, anizotropia kryštálov.
2) nehomogenita média
Oblasť s obmedzený prístup oxidačným činidlom bude anóda vo vzťahu k oblasti s voľný prístup, ktorý urýchľuje elektrochemickú koróziu.
3) heterogenita fyzikálnych podmienok
Ožarovanie (ožiarená oblasť - anóda);
Vplyv vonkajších prúdov (miestom vstupu bludného prúdu je katóda, miestom výstupu je anóda);
Teplota (vo vzťahu k chladným oblastiam, vyhrievané sú anódy) atď.
Počas prevádzky galvanického článku prebiehajú súčasne dva elektródové procesy:
Anodický- kovové ióny prechádzajú do roztoku
Fe → Fe 2+ + 2e
Prebieha oxidačná reakcia.
Katóda- nadbytočné elektróny sú asimilované molekulami alebo atómami elektrolytu, ktoré sa potom redukujú. Na katóde prebieha redukčná reakcia.
O 2 + 2H 2 O + 4e → 4OH - (depolarizácia kyslíka v neutrálnom, alkalickom médiu)
O 2 + 4H + + 4e → 2H 2 O (depolarizácia kyslíka v kyslom prostredí)
2 H + + 2e → H 2 (počas depolarizácie vodíka).
Inhibícia anodického procesu vedie tiež k inhibícii katódového procesu.
Korózia kovu prebieha na anóde.
Pri kontakte dvoch elektricky vodivých fáz (napríklad met. - Medium), keď je jedna z nich nabitá kladne a druhá záporne, vzniká medzi nimi potenciálny rozdiel. Tento jav je spojený so vznikom dvojitej elektrickej vrstvy (EDL). Nabité častice sú na fázovom rozhraní umiestnené asymetricky.
Potenciálne skoky v procese elektrochemickej korózie môžu nastať z dvoch dôvodov:
Keď dosť veľká energia hydratáciou sa kovové ióny môžu odlomiť a prejsť do roztoku, pričom na povrchu zanechajú ekvivalentný počet elektrónov, ktoré určujú jeho záporný náboj. Záporne nabitý povrch k sebe priťahuje katióny pervitínu. z roztoku. Na fázovom rozhraní sa teda objaví dvojitá elektrická vrstva.
Na povrchu kovu sa vybíjajú katióny elektrolytov. To vedie k tomu, že povrch met. získava kladný náboj, ktorý tvorí s aniónmi roztoku dvojitú elektrickú vrstvu.
Niekedy nastane situácia, keď povrch nie je nabitý, a preto neexistuje DEL. Potenciál, pri ktorom je tento jav pozorovaný, sa nazýva potenciál nulového náboja (φ N). Každý kov má svoj vlastný potenciál nulového náboja.
Veľkosť elektródových potenciálov má veľmi veľký vplyv na charakter korózneho procesu.
Potenciálny skok medzi dvoma fázami nie je možné merať, ale pomocou kompenzačnej metódy je možné merať elektromotorickú silu prvku (EMF), ktorý pozostáva z referenčnej elektródy (jej potenciál sa bežne považuje za nulový) a elektródy pod štúdium. Ako referenčná elektróda sa berie štandardná vodíková elektróda. EMF galvanického článku (štandardná vodíková elektróda a skúmaný prvok) sa nazýva elektródový potenciál. Referenčné elektródy môžu byť tiež chlorid strieborný, kalomel, nasýtený síran meďnatý.
Medzinárodný dohovor v Štokholme 1953. bolo rozhodnuté umiestniť referenčnú elektródu pri nahrávaní vždy vľavo. V tomto prípade sa EMF vypočíta ako potenciálny rozdiel medzi pravou a ľavou elektródou.
E = Vp - Vl
Ak sa kladný náboj vo vnútri systému pohybuje zľava doprava - EMF prvku sa považuje za kladné
E max \u003d - (ΔG T) / mnF,
kde F je Faradayovo číslo. Ak sa kladné náboje pohybujú v opačnom smere, rovnica bude vyzerať takto:
Emax = + (AG T)/mnF.
Pri korózii v elektrolytoch sú najčastejšie a najvýznamnejšie adsorpcia (adsorpcia katiónov alebo aniónov na fázovom rozhraní) a elektródové potenciály (prechod katiónov z kovu do elektrolytu alebo naopak).
Elektródový potenciál, pri ktorom je kov v rovnováhe s vlastnými iónmi, sa nazýva rovnovážny (reverzibilný). Závisí od charakteru kovovej fázy, rozpúšťadla, teploty elektrolytu, aktivity met iónov.
Rovnovážny potenciál sa riadi Nernstovou rovnicou:
E=Eo+ (RT/nF) Lna Me n+
kde, E ο - štandardný potenciál splnený.; R je molárna plynová konštanta; n je stupeň oxidácie met iónu; T - teplota; F - Faradayovo číslo, α Me n+ - aktivita met iónov.
Pri stanovenom rovnovážnom potenciáli nie je pozorovaná elektrochemická korózia.
Ak elektródou prechádza elektrický prúd, je narušený jej rovnovážny stav. Elektródový potenciál sa mení v závislosti od smeru a sily prúdu. Zmena potenciálneho rozdielu, ktorá vedie k zníženiu sily prúdu, sa bežne nazýva polarizácia. Zníženie polarizovateľnosti elektród sa nazýva depolarizácia.
Rýchlosť elektrochemickej korózie je tým nižšia, čím väčšia je polarizácia. Polarizácia je charakterizovaná veľkosťou prepätia.
Polarizácia je troch typov:
Elektrochemické (pri spomalení anodických alebo katódových procesov);
Koncentrácia (pozorovaná, keď je rýchlosť približovania sa depolarizátora k povrchu a odstraňovanie produktov korózie nízka);
Fáza (spojená s tvorbou novej fázy na povrchu).
Elektrochemická korózia sa pozoruje aj pri kontakte dvoch rôznych kovov. V elektrolyte tvoria galvanický pár. Elektronegatívna z nich bude anóda. Anóda sa v tomto procese postupne rozpustí. V tomto prípade dochádza k spomaleniu až úplnému zastaveniu elektrochemickej korózie na katóde (elektropozitívnejšia). Napríklad pri kontakte morská voda dural s niklom intenzívne rozpúšťa presne dural.
Medzi všetkými existujúce druhy deštrukcia kovov, najbežnejšia je elektrochemická korózia, ktorá vzniká v dôsledku jej interakcie s elektrolyticky vodivým prostredím. Hlavným dôvodom tohto javu je termodynamická nestabilita kovov v prostrediach, ktoré ich obklopujú.
Mnoho predmetov a štruktúr podlieha tomuto typu korózie:
- plynové a vodovodné potrubia;
- prvky vozidiel;
- iné konštrukcie vyrobené z kovu.
V atmosfére, v zemi a dokonca aj v slanej vode sa môžu vyskytnúť korózne procesy, to znamená hrdza. Čistenie kovových konštrukcií od prejavov elektrochemickej korózie je zložitý a zdĺhavý proces, preto je jednoduchšie predísť jej vzniku.
Hlavné odrody
Počas korózie v elektrolytoch sa chemická energia premieňa na elektrickú energiu. V tomto ohľade sa nazýva elektrochemický. Je zvykom rozlišovať nasledujúce typy elektrochemická korózia.
Intergranulárne
Medzikryštálovou koróziou sa rozumie taký nebezpečný jav, pri ktorom sa selektívne ničia hranice zŕn niklu, hliníka a iných kovov. Výsledkom je strata pevnosti a plastických vlastností materiálu. Hlavným nebezpečenstvom tohto typu korózie je, že nie je vždy viditeľná vizuálne.
Pitting
Jamková elektrochemická korózia je bodové poškodenie jednotlivých oblastí povrchu medi a iných kovov. V závislosti od povahy lézie existujú uzavreté, otvorené a tiež povrchové jamky. Veľkosť postihnutých oblastí sa môže pohybovať od 0,1 mm do 1,5 mm.
štrbinový
Štrbinová elektrochemická korózia sa nazýva vylepšený proces deštrukcie kovové konštrukcie v miestach trhlín, medzier a trhlín. Štrbinová korózia sa môže vyskytnúť vo vzdušnej atmosfére, zmesi plynov ako aj morská voda. Tento typ ničenia je typický pre plynovody, dná lodí a mnohé iné predmety.
Výskyt korózie v podmienkach malého množstva oxidačného činidla je bežný kvôli zložitému prístupu k stenám štrbiny. To vedie k hromadeniu korozívnych produktov vo vnútri medzier. Elektrolyt obsiahnutý vo vnútornom priestore medzery sa môže meniť pod vplyvom hydrolýzy produktov korózie.
Na ochranu kovov pred štrbinovou koróziou sa zvyčajne používa niekoľko metód:
- utesnenie medzier a trhlín;
- elektrochemická ochrana;
- proces inhibície.
Ako preventívne metódy by sa mali používať iba tie materiály, ktoré sú najmenší stupeň náchylné na hrdzu, ako aj spočiatku kompetentne a racionálne navrhovať plynovody a iné dôležité zariadenia.
Kompetentná prevencia je v mnohých prípadoch jednoduchší proces ako následné čistenie kovových konštrukcií od odolnej hrdze.
Ako sa prejavuje korózia?
Ako príklad priebehu korozívneho procesu je možné uviesť zničenie rôznych zariadení, automobilových komponentov, ako aj akýchkoľvek kovových konštrukcií a umiestnených:
- v atmosférickom vzduchu;
- vo vodách - moria, rieky obsiahnuté v pôde a pod vrstvami pôdy;
- v technickom prostredí atď.
V procese hrdzavenia sa z kovu stáva multielektronický galvanický článok. Takže napríklad, ak meď a železo prídu do kontaktu v elektrolytickom médiu, meď je katóda a železo je anóda. Darovaním elektrónov medi, železo vo forme iónov vstupuje do roztoku. Vodíkové ióny sa začínajú pohybovať smerom k medi a tam sa vybíjajú. Katóda, ktorá sa stáva čoraz negatívnejšou, sa čoskoro vyrovná potenciálu anódy, v dôsledku čoho sa proces korózie začína spomaľovať.
Rôzne druhy korózie sa prejavujú rôznymi spôsobmi. Elektrochemická korózia je intenzívnejšia, keď sú v katóde inklúzie kovu s menšou aktivitou v porovnaní s koróznou - hrdza sa na nich objavuje rýchlejšie a je dosť výrazná.
Atmosférická korózia sa vyskytuje v podmienkach vlhkého vzduchu a normálnej teploty. V tomto prípade sa na povrchu kovu vytvorí film vlhkosti s rozpusteným kyslíkom. Proces deštrukcie kovu sa zintenzívňuje so zvyšovaním vlhkosti vzduchu a obsahu plynných oxidov uhlíka a síry za predpokladu, že:
- praskliny;
- drsnosť;
- ďalšie faktory vyvolávajúce uľahčenie procesu kondenzácie.
Korózia pôdy najviac postihuje rôzne podzemné stavby, plynovody, káble a iné stavby. K deštrukcii medi a iných kovov dochádza v dôsledku ich úzkeho kontaktu s pôdnou vlhkosťou, ktorá obsahuje aj rozpustený kyslík. K zničeniu potrubí môže dôjsť už šesť mesiacov po ich výstavbe, ak sa pôda, v ktorej sú inštalované, vyznačuje zvýšenou kyslosťou.
Pod vplyvom bludných prúdov vychádzajúcich z cudzích predmetov dochádza k elektrickej korózii. Jeho hlavné zdroje sú elektrické železnice, elektrické vedenie a špeciálne inštalácie pracujúci na jednosmerný prúd. Vo väčšej miere tento typ korózie vyvoláva zničenie:
- plynovody;
- všetky druhy štruktúr (mosty, hangáre);
- elektrické káble;
- ropovody.
Pôsobenie prúdu vyvoláva výskyt oblastí vstupu a výstupu elektrónov - to znamená katód a anód. Najintenzívnejší deštruktívny proces je práve v oblastiach s anódami, preto je na nich hrdza výraznejšia.
Korózia jednotlivých komponentov plynovodov a vodovodných potrubí môže byť spôsobená skutočnosťou, že proces ich inštalácie je zmiešaný, to znamená, že k nemu dochádza pomocou rôzne materiály. Najbežnejšími príkladmi sú jamky v medených prvkoch a bimetalová korózia.
Pri zmiešanej inštalácii železných prvkov s meďou a zliatinami zinku je proces korózie menej kritický ako pri odlievaní medi, to znamená pri zliatinách medi, zinku a cínu. Korózii potrubí je možné zabrániť pomocou špeciálnych metód.
Metódy prevencie hrdze
Na boj proti zákernej hrdze sa používajú rôzne metódy. Zvážte tie z nich, ktoré sú najúčinnejšie.
Metóda číslo 1
Jednou z najpopulárnejších metód je elektrochemická ochrana liatiny, ocele, titánu, medi a iných kovov. Na čom je založená?
Elektrochemické spracovanie kovov je špeciálna metóda zameraná na zmenu tvaru, veľkosti a drsnosti povrchu anodickým rozpúšťaním v elektrolyte pod vplyvom elektrického prúdu.
Na zabezpečenie spoľahlivej ochrany proti hrdzi je potrebné ešte pred začiatkom prevádzky kovové výrobky spracovávať ich špeciálnymi prostriedkami, ktoré vo svojom zložení obsahujú rôzne zložky organického a anorganického pôvodu. Táto metóda zabraňuje vzniku hrdze určitý čas, pokrytie však budete musieť aktualizovať neskôr.
Elektrická ochrana je proces, pri ktorom je kovová konštrukcia pripojená k externému zdroju konštanty elektrický prúd. V dôsledku toho sa na jeho povrchu vytvorí polarizácia elektród katódového typu a všetky anódové oblasti sa začnú transformovať na katódové.
Elektrochemické spracovanie kovov môže prebiehať za účasti anódy alebo katódy. V niektorých prípadoch dochádza k striedavému spracovaniu kovového produktu oboma elektródami.
Katodická ochrana proti korózii je potrebná v situáciách, keď kov, ktorý sa má chrániť, nevykazuje tendenciu pasivovať. Na kovový výrobok je pripojený externý zdroj prúdu - špeciálna stanica katódovej ochrany. Táto metóda je vhodná na ochranu plynovodov, ako aj potrubí na zásobovanie vodou a vykurovanie. Tento spôsob má však určité nevýhody v podobe praskania a deštrukcie ochranných náterov – k tomu dochádza v prípadoch výrazného posunu potenciálu objektu v negatívnom smere.
Metóda číslo 2
Elektroiskrové spracovanie kovov sa môže vykonávať pomocou zariadení rôzne druhy- bezkontaktné, kontaktné, aj anódovo-mechanické.
Metóda číslo 3
Na spoľahlivú ochranu plynovodov a iných potrubí pred hrdzou sa často používa metóda, ako je striekanie elektrickým oblúkom. Výhody tejto metódy sú zrejmé:
- výrazná hrúbka ochrannej vrstvy;
- vysoká úroveň výkonu a spoľahlivosti;
- používanie relatívne lacného vybavenia;
- jednoduchý technologický postup;
- možnosť využitia automatizovaných liniek;
- nízke náklady na energiu.
Medzi nedostatky túto metódu- nízka účinnosť pri spracovaní konštrukcií v korozívnom prostredí, ako aj v niektorých prípadoch nedostatočná priľnavosť k oceľovému podkladu. V akejkoľvek inej situácii je takáto elektrická ochrana veľmi účinná.
Metóda číslo 4
Na ochranu rôznych kovových konštrukcií - plynovodov, mostných konštrukcií, všetkých druhov potrubí - je potrebná účinná antikorózna úprava.
Tento postup sa vykonáva v niekoľkých etapách:
- dôkladné odstránenie tukových usadenín a olejov pomocou účinných rozpúšťadiel;
- čistenie ošetreného povrchu od solí rozpustných vo vode sa vykonáva pomocou profesionálnych vysokotlakových prístrojov;
- odstránenie existujúcich štrukturálnych chýb, zarovnanie hrán - to je potrebné, aby sa zabránilo odlupovaniu naneseného náteru;
- dôkladné čistenie povrchu pieskovačkou - to sa robí nielen na odstránenie hrdze, ale aj na dosiahnutie požadovaného stupňa drsnosti;
- nanesenie antikorózneho materiálu a dodatočnej ochrannej vrstvy.
Správna predúprava plynovodov a rôznych kovových konštrukcií im poskytne spoľahlivú ochranu pred elektrochemickou koróziou počas prevádzky.
Prednáška 4
Elektrochemická korózia je spontánna deštrukcia kovov v dôsledku elektrochemickej interakcie s kvapalnými elektrolytmi s elektrickou vodivosťou. Týmito elektrolytmi môže byť voda, vodné roztoky kyseliny, zásady, roztavené soli. Elektrochemická korózia je rozšírená a má mnoho odrôd. Dôvodom elektrochemickej korózie je znížená termodynamická stabilita väčšiny kovov a ich tendencia prejsť do iónového stavu.
Počas elektrochemickej korózie je interakcia kovu s prostredím charakterizovaná anodickými a katódovými procesmi vyskytujúcimi sa v rôznych častiach kovového povrchu. Produkty korózie sa tvoria iba v oblastiach anódy.
Elektrochemická korózia je výsledkom práce korozívnych galvanických článkov. Prebieha nasledovne: na anodických miestach prebieha oxidačná reakcia za vzniku kovových iónov Fe 2+ a na katódových miestach sa vplyvom kyslíka tvorí hydroxid (ako výsledok reakcie depolarizácie kyslíka). Ióny Fe 2+ a OH - sa posielajú k sebe a tvoria nerozpustnú zrazeninu Fe (OH) 2, ktorá sa môže rozložiť na oxid železa a vodu. (Fe (OH)2 -> Fe203 + H20). Elektróny uvoľnené počas oxidačnej reakcie z anódovej časti cez kov produktu prúdia do katódovej časti a zúčastňujú sa redukčnej reakcie.
Model korózneho mikroprvku je znázornený na obrázku 4.
Elektrochemickým mechanizmom prebiehajú tieto typy koróznych procesov:
Korózia v elektrolytoch - korózia kovov v tekutých médiách, ktoré vedú elektrický prúd. V závislosti od typu elektrolytu sa korózia rozlišuje v roztokoch kyselín, zásad a solí (kyselina, zásada, soľ), v morskej, riečnej vode.
Zloženie elektrolytu určuje mechanizmus korózneho procesu, ovplyvňuje jeho kinetiku a rýchlosť. Rýchlosť korózie sa napríklad zníži, ak elektrolyt obsahuje anióny alebo oxidačné činidlá, v dôsledku interakcie, s ktorou sa na povrchu kovu vytvorí film z ťažko rozpustných solí.
Kyslík rozpustený v elektrolyte má inhibičný alebo urýchľovací účinok na proces korózie kovov.
Koncentrácia elektrolytu tiež ovplyvňuje proces korózie. Prakticky vo všetkých prírodné prostredie so zvýšením koncentrácie solí v elektrolyte sa rýchlosť korózie najprv zvýši na určité maximum a potom sa zníži v dôsledku zníženia rozpustnosti kyslíka a obtiažnosti katódového procesu.
Rýchlosť korózie ovplyvňuje aj teplota elektrolytu. Je to spôsobené tým, že so zvyšujúcou sa teplotou sa zvyšuje elektrická vodivosť elektrolytu. So zvýšením teploty elektrolytu sa rýchlosť korózie môže niekedy zvýšiť desaťkrát a stokrát.
Korózia pôdy - korózia podzemných kovových konštrukcií pod vplyvom pôdneho elektrolytu. Na povrchu kovových výrobkov, ktoré sú v kontakte s pôdnym elektrolytom, v dôsledku miestnych nehomogenít kovu alebo elektrolytu, veľké množstvo korozívne články, ktorých charakter je podobný charakteru galvanických článkov.
Pôdna korózia je najbežnejším typom elektrochemickej korózie ovplyvňujúcej podzemné kovové konštrukcie. Pôdy a pôdy sú mimoriadne rozmanité nielen vo veľkých regiónoch, ale dokonca aj v rámci nich malá plocha. Medzi pôdou, najviac povrchová vrstva zem a zem nemá jasnú hranicu.
Biokorózia - špeciálny prípad korózia pôdy, vyskytujúca sa pod vplyvom mikroorganizmov, v dôsledku životnej činnosti, ktorej sa tvoria látky, ktoré urýchľujú korózne procesy. V prírode sú najrozšírenejšie anaeróbne baktérie redukujúce sírany, v dôsledku čoho vzniká sírovodík, ktorý po spojení so železom dáva sulfid železa. Anaeróbne baktérie redukujúce sírany, ktoré sa bežne vyskytujú vo vode, bahne, odpadových vôd, ropné vrty, spodné sedimenty, zemina, cement. Najpriaznivejším prostredím pre rozvoj týchto baktérií sú pôdy s (optimálne 6-7,5) pri 25-30 0 C. Životne dôležitá aktivita aeróbnych baktérií železa je sprevádzaná uvoľňovaním nerozpustného filmu hydroxidu železa ako produktov korózie.
Biokorózia (zanesenie podmorských štruktúr morskými rastlinnými a živočíšnymi organizmami - machorasty, balanusy, rozsievky, koraly) ničí ochranné nátery a urýchľuje deštrukciu kovov. Niektoré živé organizmy (napríklad mušle) spomaľujú proces korózie, pretože spotrebúvajú veľa kyslíka.
Atmosférická korózia - korózia kovov v atmosfére vzduchu alebo v prostredí akéhokoľvek vlhkého plynu. Pri absencii vlhkosti vo vzduchu železo koroduje zanedbateľnou rýchlosťou.
Závisí od stupňa vlhkosti kovového povrchu a na tomto základe sa delí na tri typy:
1) korózia za mokra (at relatívna vlhkosť vzduch ~ 100%) v prítomnosti viditeľného filmu vlhkosti na kovovom povrchu;
2) vlhká atmosferická korózia v prítomnosti neviditeľného filmu vlhkosti na kovovom povrchu, ktorý sa vytvára počas kapilárnej adsorpcie alebo chemickej kondenzácie;
3) suchá atmosférická korózia pri úplnej absencii vlhkosti na kovovom povrchu.
Atmosféry sa výrazne líšia vlhkosťou, teplotou a znečistením, takže rýchlosť atmosférickej korózie v rôznych oblastiach nie je rovnaká, čím bližšie k morskému pobrežiu, tým viac je vzduch nasýtený morskou soľou, najmä NaCl. AT priemyselné oblasti vo vzduchu sa objavuje značné množstvo SO 2, ktorý sa mení na kyselinu sírovú. Keď motory bežia vnútorné spaľovanie Vo veľkom množstve vzniká NO, ktorý sa uvoľňuje do atmosféry. Veľké množstvá H2S sa uvoľňujú do atmosféry v mestách a priemyselných centrách.
Podľa agresivity atmosféry ju možno rozdeliť na tieto hlavné typy: morské, priemyselné, mestské, vidiecke, arktické.
Špecifickými faktormi ovplyvňujúcimi agresivitu atmosféry sú (okrem plynov) prach a vlhkosť.
Hrdzavý povlak vytvorený za atmosférických podmienok môže mať ochranné vlastnosti, takže rýchlosť korózie s časom klesá.
V reálnych podmienkach sa všetky tieto druhy korózie vzájomne premieňajú. Charakter zmeny rýchlosti atmosférickej korózie v závislosti od hrúbky vlhkého filmu je znázornený na obrázku. Táto rýchlosť sa mení od nuly pre koróziu za sucha, dosahuje maximum pre koróziu za mokra a klesá na určitú konštantnú hodnotu charakterizujúcu rýchlosť korózie daného kovu v elektrolyte.
Rýchlosť atmosférickej korózie kovov je ovplyvnená o veľké číslo faktory:
1) vlhkosť vzduchu (tvorba elektrolytu);
2) nečistoty zo vzduchu (plyny SO 2, SO 3, K 2 S, NH 3, Cb-HC1 a pod. v kontakte s vodou pôsobia ako depasivátory, komplexotvorné činidlá alebo katódové depolarizátory, pevné častice zvyšujú elektrickú vodivosť elektrolytového filmu a uľahčiť adsorpciu plynov a vlhkosti zo vzduchu);
3) povaha atmosféry (čistá, špinavá, suchá, mokrá);
4) zemepisnej oblasti(trópy, subtrópy, stredný pruh, prázdny, pól);
5) stav povrchu korózneho materiálu (prítomnosť produktov korózie);
6) prítomnosť cudzích inklúzií v kove (niektoré z nich chránia pred koróziou - katódové inklúzie, ako sú Cu, Pb, Pd, zatiaľ čo iné prispievajú k deštrukcii kovu);
7) teplota (so stúpajúcou teplotou klesá rýchlosť korózie a vlhkosť).
Metódy ochrany kovov pred atmosférickou koróziou sú nasledovné:
a) nanášanie ochranných náterov (mazadlá, laky, filmy, zinkovanie, niklovanie, chrómovanie, fosfátovanie, oxidové filmy); b) vplyv na riadiace procesy (anódová pasivácia Cr, Al, Ti, Ni, katódové inklúzie Cu, Pd); c) redukcia vrstvy elektrolytu na povrchu korodujúceho kovu (sušenie a čistenie vzduchu); d) používanie inhibítorov korózie (NaNO 2 , dusitany, uhličitany, benzoáty dicyklohexylamínu a monoetanolamínu) najmä pri skladovaní kovov a ich preprave v kontajneroch alebo obaloch z obalových materiálov.
Elektrokorózia - korózia podzemných kovových konštrukcií spôsobená prenikaním zvodových prúdov z koľajníc elektrifikovaných vozidiel alebo iných priemyselných elektrických inštalácií a konštrukcií (elektrifikované železnice, podchody, DC prenosové vedenia, inštalácie katódovej ochrany podzemných kovových konštrukcií) do konštrukcií.
Tieto prúdy sa nazývajú bludné prúdy, ich veľkosť a smer sa môžu časom meniť.
Hlavnou veličinou charakterizujúcou intenzitu elektrokorózneho procesu je sila prúdu tečúceho z podzemnej stavby do zeme na jednotku povrchu.
Veľkosť unikajúceho prúdu z podzemnej stavby závisí od mnohých faktorov, najmä:
Odpor pôda;
Veľkosť bludných prúdov v zemi;
Vzájomné usporiadanie zdroje bludných prúdov a podzemné stavby;
Stav vonkajšieho izolačného náteru na podzemnej stavbe;
Pozdĺžna odolnosť podzemnej stavby.
Kontaktná korózia je korózia spôsobená elektrickým kontaktom medzi dvoma kovmi s rôznym elektrochemickým potenciálom.
Napäťová korózia nastáva vtedy, keď je korozívne prostredie a mechanické namáhanie v kove vystavené súčasne.
Štrbinová korózia - urýchlenie koróznej deštrukcie kovu elektrolytom v úzkych medzerách a štrbinách (v závitových a prírubových spojoch).
Korozívna erózia - pri súčasnom vystavení korozívnemu prostrediu a treniu.
Pri súčasnej korózii a náraze dochádza ku koróznej kavitácii životné prostredie(korózia lopatiek obežných kolies odstredivých čerpadiel, deštrukcia lopatiek vrtule na lodiach).
Tretie - korózia je lokálna korózna deštrukcia kovov pri vystavení agresívne prostredie v podmienkach oscilačného pohybu dvoch trecích plôch voči sebe.
Štrukturálna korózia je spôsobená štrukturálnou nehomogenitou zliatiny. V tomto prípade dochádza k zrýchlenému procesu deštrukcie korózie v dôsledku zvýšená aktivita akúkoľvek zložku zliatiny.
Tepelná kontaktná korózia vzniká v dôsledku teplotného gradientu, v dôsledku nerovnomerného zahrievania povrchu kovu.
Chemická korózia je proces spočívajúci v deštrukcii kovu pri interakcii s agresívnym vonkajšie prostredie. Chemická rozmanitosť koróznych procesov nemá žiadnu súvislosť s vplyvom elektrického prúdu. Pri tomto type korózie dochádza k oxidačnej reakcii, kedy je deštruovaný materiál zároveň redukčným činidlom prvkov prostredia.
Klasifikácia rôznych agresívnych prostredí zahŕňa dva typy ničenia kovov:
- chemická korózia v neelektrolytových kvapalinách;
- chemická plynová korózia.
Plynová korózia
Najbežnejší typ chemickej korózie - plynová - je korozívny proces, ktorý sa vyskytuje v plynoch pri zvýšených teplotách. Tento problém je typický pre prevádzku mnohých typov technologických zariadení a dielov (armatúry pecí, motory, turbíny a pod.). Navyše, cez vysoké teploty používané pri spracovaní kovov vysoký tlak(ohrievanie pred valcovaním, razením, kovaním, tepelnými procesmi atď.).
Vlastnosti stavu kovov pri zvýšených teplotách sú určené ich dvoma vlastnosťami - tepelnou odolnosťou a tepelnou odolnosťou. Tepelná odolnosť je stupeň stability mechanických vlastností kovu pri ultravysokých teplotách. Pod stabilitou mechanických vlastností sa rozumie zachovanie pevnosti po dlhú dobu a odolnosť proti tečeniu. Tepelná odolnosť je odolnosť kovu voči korozívnej aktivite plynov pri zvýšených teplotách.
Rýchlosť vývoja plynová korózia poháňané množstvom ukazovateľov vrátane:
- atmosférická teplota;
- komponenty zahrnuté v kove alebo zliatine;
- parametre prostredia, kde sa plyny nachádzajú;
- trvanie kontaktu s plynným médiom;
- vlastnosti korozívnych produktov.
Proces korózie je viac ovplyvnený vlastnosťami a parametrami oxidového filmu, ktorý sa objavuje na povrchu kovu. Vznik oxidu možno chronologicky rozdeliť do dvoch etáp:
- adsorpcia molekúl kyslíka na kovovom povrchu v interakcii s atmosférou;
- kontakt kovového povrchu s plynom, výsledkom čoho je chemická zlúčenina.
Prvý stupeň je charakterizovaný objavením sa iónovej väzby v dôsledku interakcie kyslíka a povrchových atómov, keď atóm kyslíka odoberá z kovu pár elektrónov. Výsledná väzba sa vyznačuje mimoriadnou pevnosťou - je väčšia ako väzba kyslíka s kovom v oxide.
Vysvetlenie tohto spojenia spočíva v pôsobení atómového poľa na kyslík. Akonáhle je povrch kovu naplnený oxidačným činidlom (a to sa deje veľmi rýchlo), pri nízkych teplotách sa vplyvom van der Waalsovej sily začína adsorpcia oxidačných molekúl. Výsledkom reakcie je objavenie sa najtenšieho monomolekulárneho filmu, ktorý časom hrubne, čo komplikuje prístup kyslíka.
V druhej fáze existuje chemická reakcia, počas ktorej oxidačný prvok prostredia odoberá valenčné elektróny z kovu. Chemická korózia je konečným výsledkom reakcie.
Charakteristika oxidového filmu
Klasifikácia oxidových filmov zahŕňa tri typy:
- tenké (neviditeľné bez špeciálnych zariadení);
- stredné (temperované farby);
- hrubé (viditeľné voľným okom).
Vzniknutý oxidový film má ochranné schopnosti – spomaľuje alebo dokonca úplne brzdí rozvoj chemickej korózie. Prítomnosť oxidového filmu tiež zvyšuje tepelnú odolnosť kovu.
Avšak naozaj efektný film musí spĺňať niekoľko vlastností:
- byť neporézny;
- majú pevnú štruktúru;
- majú dobré adhézne vlastnosti;
- líšia sa chemickou inertnosťou vo vzťahu k atmosfére;
- byť tvrdé a odolné voči opotrebovaniu.
Jedna z vyššie uvedených podmienok - súvislá štruktúra má obzvlášť dôležitosti. Podmienkou kontinuity je prebytok objemu molekúl oxidového filmu nad objemom atómov kovu. Kontinuita je schopnosť oxidu pokryť celok kovový povrch. Ak táto podmienka nie je splnená, fóliu nemožno považovať za ochrannú. Z tohto pravidla však existujú výnimky: pre niektoré kovy, napríklad pre horčík a prvky skupiny alkalických zemín (okrem berýlia), nie je kontinuita kritickým ukazovateľom.
Na určenie hrúbky oxidového filmu sa používa niekoľko techník. Ochranné vlastnosti filmu možno určiť v čase jeho vytvorenia. Na tento účel sa študuje rýchlosť oxidácie kovu a parametre zmeny rýchlosti v priebehu času.
Pre už vytvorený oxid sa používa iná metóda, ktorá spočíva v štúdiu hrúbky a ochranné vlastnosti filmy. Na tento účel sa na povrch nanesie činidlo. Ďalej odborníci stanovia čas potrebný na penetráciu činidla a na základe získaných údajov vyvodia záver o hrúbke filmu.
Poznámka! Dokonca aj nakoniec vytvorený oxidový film pokračuje v interakcii s oxidačným prostredím a kovom.
Rýchlosť vývoja korózie
Rýchlosť vývoja chemickej korózie závisí od teplotný režim. Pri vysokých teplotách sa oxidačné procesy vyvíjajú rýchlejšie. Okrem toho zníženie úlohy termodynamického faktora reakcie neovplyvňuje proces.
Značný význam má chladenie a variabilný ohrev. V dôsledku tepelného namáhania vznikajú v oxidovom filme trhliny. Cez medzery sa oxidačný prvok dostáva na povrch. V dôsledku toho a nová vrstva oxidový film a prvý sa odlupuje.
Významnú úlohu zohrávajú aj zložky plynného média. Tento faktor je individuálny pre rôzne druhy kovov a je v súlade s teplotnými výkyvmi. Napríklad meď rýchlo koroduje, ak sa dostane do kontaktu s kyslíkom, ale je odolná voči tomuto procesu v prostredí oxidu síry. Pre nikel je naopak oxid sírový deštruktívny a stabilita sa pozoruje v kyslíku, oxide uhličitom a vo vodnom prostredí. Chróm je však odolný voči všetkým uvedeným médiám.
Poznámka! Ak úroveň disociačného tlaku oxidu prekročí tlak oxidačného prvku, oxidačný proces sa zastaví a kov sa stane termodynamicky stabilným.
Zložky zliatiny tiež ovplyvňujú rýchlosť oxidačnej reakcie. Napríklad mangán, síra, nikel a fosfor nespôsobujú oxidáciu železa. Ale hliník, kremík a chróm tento proces spomaľujú. Kobalt, meď, berýlium a titán ešte viac spomaľujú oxidáciu železa. Prídavky vanádu, volfrámu a molybdénu pomôžu zintenzívniť proces, čo sa vysvetľuje taviteľnosťou a prchavosťou týchto kovov. Najpomalšie oxidačné reakcie prebiehajú s austenitickou štruktúrou, pretože je najviac prispôsobená vysokým teplotám.
Ďalším faktorom, od ktorého závisí rýchlosť korózie, sú vlastnosti ošetrovaného povrchu. Hladký povrch oxiduje pomalšie, zatiaľ čo nerovný povrch rýchlejšie.
Korózia v neelektrolytových kvapalinách
Medzi nevodivé kvapalné médiá (t. j. neelektrolytové kvapaliny) patria napr organickej hmoty, ako:
- benzén;
- chloroform;
- alkoholy;
- tetrachlórmetán;
- fenol;
- olej;
- benzín;
- petrolej atď.
Okrem toho sa malé množstvo anorganických kvapalín, ako je kvapalný bróm a roztavená síra, považuje za neelektrolytové kvapaliny.
Je potrebné poznamenať, že organické rozpúšťadlá samotné nereagujú s kovmi, avšak v prítomnosti malého množstva nečistôt dochádza k intenzívnemu interakčnému procesu.
Prvky obsahujúce síru v oleji zvyšujú rýchlosť korózie. Tiež korozívne procesy sú zosilnené vysokými teplotami a prítomnosťou kyslíka v kvapaline. Vlhkosť zintenzívňuje rozvoj korózie v súlade s elektromechanickým princípom.
Ďalším faktorom rýchleho rozvoja korózie je tekutý bróm. o normálne teploty je obzvlášť deštruktívny pre ocele s vysokým obsahom uhlíka, hliník a titán. Vplyv brómu na železo a nikel je menej významný. Najväčšiu odolnosť voči tekutému brómu vykazuje olovo, striebro, tantal a platina.
Roztavená síra agresívne reaguje s takmer všetkými kovmi, predovšetkým s olovom, cínom a meďou. Síra ovplyvňuje uhlíkové ocele a titán menej a takmer úplne ničí hliník.
Ochranné opatrenia pre kovové konštrukcie v nevodivých kvapalných médiách sa vykonávajú pridaním kovov odolných voči určitému prostrediu (napríklad ocele s vysoký obsah chróm). Používajú sa aj špeciálne ochranné nátery (napríklad v prostredí, kde je veľa síry, sa používajú hliníkové nátery).
Metódy ochrany proti korózii
Metódy ochrany proti korózii zahŕňajú:
Výber konkrétneho materiálu závisí od potenciálnej efektívnosti (vrátane technologickej a finančnej) jeho použitia.
Moderné princípy ochrany kovov sú založené na nasledujúcich metódach:
- Zlepšenie chemickej odolnosti materiálov. Úspešne sa osvedčili chemicky odolné materiály (plasty s vysokým obsahom polymérov, sklo, keramika).
- Izolácia materiálu od agresívneho prostredia.
- Zníženie agresivity technologického prostredia. Príklady takýchto účinkov zahŕňajú neutralizáciu a odstránenie kyslosti v korozívnom prostredí, ako aj použitie rôznych inhibítorov.
- Elektrochemická ochrana (uloženie vonkajšieho prúdu).
Vyššie uvedené metódy sú rozdelené do dvoch skupín:
- Zvýšenie chemickej odolnosti a izolácia sa aplikujú pred uvedením oceľovej konštrukcie do prevádzky.
- Zníženie agresivity prostredia a elektrochemická ochrana sa využívajú už v procese používania kovového výrobku. Použitie týchto dvoch techník umožňuje zaviesť nové spôsoby ochrany, v dôsledku čoho je ochrana poskytovaná meniacimi sa prevádzkovými podmienkami.
Jeden z najčastejšie používaných spôsobov ochrany kovov – galvanické antikorózne nanášanie – sa pri veľkých plochách ekonomicky neoplatí. Príčina v vysoké náklady pre prípravný proces.
Vedúce miesto medzi metódami ochrany je obsadené povlakom kovov lakovacie materiály. Popularita tohto spôsobu boja proti korózii je spôsobená kombináciou niekoľkých faktorov:
- vysoké ochranné vlastnosti (hydrofóbnosť, odpudzovanie kvapalín, nízka priepustnosť plynov a paropriepustnosť);
- vyrobiteľnosť;
- dostatok príležitostí pre dekoratívne riešenia;
- udržiavateľnosť;
- ekonomické opodstatnenie.
Použitie široko dostupných materiálov zároveň nie je bez nevýhod:
- neúplné zvlhčenie kovového povrchu;
- zhoršená priľnavosť povlaku k základnému kovu, čo vedie k hromadeniu elektrolytu pod antikoróznym povlakom, a tým prispieva ku korózii;
- pórovitosť, čo vedie k zvýšenej priepustnosti vlhkosti.
A predsa lakovaný povrch chráni kov pred koróznymi procesmi aj pri úlomkovom poškodení filmu, pričom nedokonalé galvanické nátery môžu koróziu dokonca urýchliť.
Organosilikátové povlaky
Chemická korózia sa prakticky nevzťahuje na organokremičité materiály. Dôvodom je zvýšená chemická stabilita takýchto kompozícií, ich odolnosť voči svetlu, hydrofóbne vlastnosti a nízka absorpcia vody. Organosilikáty sú tiež odolné voči nízke teploty, majú dobré adhézne vlastnosti a odolnosť proti opotrebovaniu.
Problémy s deštrukciou kovov v dôsledku účinkov korózie nezmiznú napriek vývoju technológií na boj proti nim. Dôvodom je neustály nárast produkcie kovov a stále viac ťažké podmienky využívanie ich produktov. V tejto fáze je nemožné problém definitívne vyriešiť, preto sa úsilie vedcov sústreďuje na hľadanie spôsobov, ako spomaliť korózne procesy.
