Rodzaje i metody korozji. Co to jest korozja chemiczna i jak ją wyeliminować? Ze względu na charakter dodatkowych wpływów

Każdy z nas okresowo spotyka się w swoim życiu z różnego rodzaju korozją. Występuje korozja metalu, betonu i niektórych rodzajów tworzyw sztucznych. Aby dowiedzieć się, jak prawidłowo radzić sobie z korozją, należy najpierw zrozumieć, czym jest korozja.

Korozja to zniszczenie ciał stałych spowodowane procesami chemicznymi i elektrochemicznymi zachodzącymi na powierzchni ciała podczas jego interakcji ze środowiskiem zewnętrznym. Już samo słowo korozja pochodzi od późnego łacińskiego słowa corrosio – korodowanie. Korozja metali powoduje szczególne szkody. Najbardziej powszechnym i najbardziej znanym nam wszystkim rodzajem korozji jest rdzewienie żelaza. Termin „korozja” odnosi się do metali, betonu, niektórych tworzyw sztucznych i innych materiałów. Oprócz korozji konstrukcje metalowe (w szczególności budowlane) podlegają erozji - niszczeniu powierzchni materiału pod wpływem naprężeń mechanicznych. Erozję powodują deszcz, wiatr, pył piaskowy i inne czynniki naturalne. Dlatego łuki mostów, kratownice budynków i inne konstrukcje muszą być zabezpieczone kompleksowo. Zatem korozja to fizyczne i chemiczne oddziaływanie metalu z otoczeniem, prowadzące do zniszczenia metalu. W wyniku korozji metale przekształcają się w trwałe związki – tlenki lub sole, w postaci których występują w przyrodzie. Korozja pochłania do 10 procent metalu produkowanego w kraju. Trudno uwzględnić większe straty pośrednie wynikające z przestojów i zmniejszonej produktywności urządzeń narażonych na korozję, z zakłócenia normalnego przebiegu procesów technologicznych, z wypadków spowodowanych spadkiem wytrzymałości konstrukcji metalowych itp.

Dlaczego korozję nazywa się korozją?

Słowo korozja pochodzi od łacińskiego słowa „corrodo” – „gryźć”. Niektóre źródła odnoszą się do późnołacińskiego „corrosio” - „korozja”. Nie należy mylić pojęć „korozja” i „rdza”. Jeśli korozja jest procesem, to rdza jest jednym z jej skutków. To słowo odnosi się tylko do żelaza, które jest częścią stali i żeliwa. W dalszej części pod pojęciem „korozja” będziemy rozumieć korozję metali. Zgodnie z międzynarodowym standardem ISO8044 Przez korozję rozumie się fizykochemiczne lub chemiczne oddziaływanie metalu (stopu) z otoczeniem, prowadzące do pogorszenia właściwości użytkowych metalu (stopu), środowiska lub układu technicznego, który je zawiera. Rdza to warstwa częściowo uwodnionych tlenków żelaza powstająca na powierzchni żelaza i niektórych jego stopów w wyniku korozji. Beton, kamień budowlany, drewno i inne materiały również podlegają zniszczeniu korozyjnemu; Korozja polimerów nazywana jest degradacją.

Środowisko, w którym metal koroduje (koroduje) nazywane jest środowiskiem korozyjnym lub agresywnym. W przypadku metali mówiąc o ich korozji mamy na myśli niepożądany proces interakcji metalu z otoczeniem.

Fizykochemiczną istotą zmian, jakim ulega metal podczas korozji, jest utlenianie metalu. Każdy proces korozji jest wieloetapowy:

1. Konieczne jest dostarczenie na powierzchnię metalu ośrodka korozyjnego lub jego poszczególnych składników.
2. Oddziaływanie środowiska z metalem.
3. Całkowite lub częściowe usunięcie produktów z powierzchni metalu (do objętości cieczy, jeśli medium jest płynne).

Wiadomo, że większość metali (oprócz Ag, Pt, Cu, Au) występuje w przyrodzie w stanie jonowym: tlenki, siarczki, węglany itp., zwane potocznie rudami metali. Stan jonowy jest korzystniejszy, charakteryzuje się niższą energią wewnętrzną. Jest to zauważalne w produkcji metali z rud i ich korozji. Energia pochłonięta podczas redukcji metalu ze związków wskazuje, że wolny metal ma wyższą energię niż związek metalu. Prowadzi to do tego, że metal w kontakcie ze środowiskiem korozyjnym ma tendencję do przechodzenia w stan korzystny energetycznie przy mniejszym zapasie energii. Oznacza to, że możemy powiedzieć, że podstawową przyczyną korozji jest niestabilność termodynamiczna układu składającego się z metalu i składników otaczającego (korozyjnego) środowiska. Miarą niestabilności termodynamicznej jest energia swobodna uwalniana podczas interakcji metalu z tymi składnikami. Jednak sama energia darmowa nie określa jeszcze szybkości procesu korozji, czyli wartości najważniejszej dla oceny odporności metalu na korozję. W niektórych przypadkach warstwy adsorpcyjne lub fazowe (filmy), które pojawiają się na powierzchni metalu w wyniku zapoczątkowania procesu korozji, tworzą tak gęstą i nieprzeniknioną barierę, że korozja zatrzymuje się lub jest znacznie zahamowana. Dlatego w warunkach eksploatacyjnych metal o większym powinowactwie do tlenu może okazać się bardziej stabilny, a nie mniej (przykładowo swobodna energia tworzenia tlenków dla Cr czy Al jest wyższa niż dla Fe i często są one lepsze Fe w oporze).

Klasyfikacja procesów korozyjnych

W zależności od rodzaju (charakteru geometrycznego) uszkodzeń korozyjnych na powierzchni lub w objętości metalu.

Korozja, która oddziałuje na całą powierzchnię metalu, nazywana jest korozją solidny. Dzieli się na mundur I nierówny, w zależności od tego, czy głębokość zniszczenia korozyjnego jest taka sama w różnych obszarach. Na lokalny Uszkodzenia korozyjne mają charakter lokalny i pozostawiają znaczną (czasami przytłaczającą) część powierzchni praktycznie nienaruszoną. W zależności od stopnia lokalizacji istnieją plamy korozyjne, wrzody i plamy (wżery). Zmiany punktowe mogą powodować pod powierzchnią korozja rozprzestrzeniająca się bocznie pod bardzo cienką (na przykład nitowaną) warstwą metalu, która następnie tworzy pęcherze lub złuszcza się. Najbardziej niebezpieczne rodzaje korozji lokalnej to międzykrystaliczny (międzykrystaliczny), który nie niszcząc ziaren metalu przesuwa się głębiej wzdłuż ich mniej stabilnych granic, oraz transkrystaliczny, który przecina metal z pęknięciem bezpośrednio przez ziarna. Uszkodzenia te, nie pozostawiając prawie żadnych widocznych śladów na powierzchni, mogą prowadzić do całkowitej utraty wytrzymałości i zniszczenia części lub konstrukcji. Zbliżony do nich charakterem nóż korozję, jak nóż przecinający metal wzdłuż spoiny podczas stosowania niektórych stopów w szczególnie agresywnych roztworach. Czasami specjalnie podkreślają powierzchowne nitkowate korozja rozwijająca się na przykład pod powłokami niemetalicznymi oraz warstwa po warstwie korozja przebiega głównie w kierunku odkształcenia plastycznego. Konkretny wyborczy korozja, podczas której nawet poszczególne składniki roztworów stałych mogą selektywnie rozpuszczać się w stopie (np. odcynkowanie mosiądzu).

Zgodnie z mechanizmem reakcji metalu z otoczeniem (korozja chemiczna i elektrochemiczna).

Korozja jest chemiczny, jeżeli po zerwaniu wiązania metalicznego atomy metalu są bezpośrednio połączone wiązaniem chemicznym z tymi atomami lub grupami atomów, które są częścią środków utleniających, które odbierają elektrony walencyjne metalu. Korozja chemiczna jest możliwa w każdym środowisku korozyjnym, jednak najczęściej obserwuje się ją w przypadkach, gdy środowiskiem korozyjnym nie jest elektrolit (korozja gazowa, korozja w nieprzewodzących cieczach organicznych). Jego prędkość jest najczęściej określona przez dyfuzję cząstek metalu i utleniacza przez warstwę powierzchniową produktów korozji (utlenianie większości metali w wysokiej temperaturze za pomocą gazów), czasami przez rozpuszczenie lub odparowanie tej warstwy (utlenianie w wysokiej temperaturze W lub Mo), jego kraking (utlenianie Nb w wysokich temperaturach), a czasami w wyniku konwekcyjnego dostarczania środka utleniającego ze środowiska zewnętrznego (w bardzo niskich stężeniach).

Korozja jest elektrochemiczny jeżeli po opuszczeniu siatki metalowej powstały kation wejdzie w kontakt nie ze środkiem utleniającym, ale z innymi składnikami środowiska korozyjnego; elektrony są przenoszone do środka utleniającego, który jest uwalniany podczas tworzenia kationu. Proces taki jest możliwy w przypadkach, gdy w środowisku występują dwa rodzaje odczynników, z których niektóre (solwatujące lub kompleksujące) są zdolne do łączenia się trwałymi wiązaniami z kationem metalu bez udziału jego elektronów walencyjnych, zaś inne (utleniacze ) może przyłączać elektrony walencyjne metalu bez zatrzymywania kationów wokół ciebie. Podobne właściwości mają roztwory lub stopy elektrolitów, w których solwatowane kationy zachowują znaczną ruchliwość. Zatem podczas korozji elektrochemicznej usunięcie atomu z siatki metalowej (co jest istotą każdego procesu korozji) odbywa się w wyniku dwóch niezależnych, ale sprzężonych, wzajemnie powiązanych procesów elektrochemicznych: anodowego - przejścia solwatowanych kationów metali do roztworu i katodowy - wiążący utleniacz uwolnionych elektronów. Wynika z tego, że proces korozji elektrochemicznej można spowolnić nie tylko bezpośrednio hamując proces anodowy, ale także wpływając na prędkość procesu katodowego. Dwa najpowszechniejsze procesy katodowe to: wyładowanie jonów wodorowych (2 mi+ 2H + = H2) i redukcja rozpuszczonego tlenu (4 mi+ O2 + 4H + = 2H2O lub 4 mi+ O 2 + 2H 2 O = 4OH -), które często nazywane są odpowiednio depolaryzacją wodoru i tlenu.

Procesy anodowe i katodowe, z takim czy innym prawdopodobieństwem i w takiej czy innej kolejności, zachodzą w dowolnym miejscu powierzchni metalu, w którym kationy i elektrony mogą oddziaływać ze składnikami środowiska korozyjnego. Jeżeli powierzchnia jest jednorodna, to procesy katodowe i anodowe są jednakowo prawdopodobne na całej jej powierzchni; w takim idealnym przypadku korozję nazywa się jednorodno-elektrochemiczną (zauważając tym samym brak jakiejkolwiek niejednorodności w rozkładzie prawdopodobieństwa procesów elektrochemicznych w dowolnym punkcie powierzchni, co oczywiście nie wyklucza termodynamicznej niejednorodności oddziałujących faz) . W rzeczywistości na powierzchniach metali występują obszary o różnych warunkach dostarczania reagujących składników, o różnych stanach energetycznych atomów lub z różnymi zanieczyszczeniami. W takich obszarach mogą zachodzić procesy anodowe lub katodowe z większą intensywnością, a korozja staje się heterogeniczno-elektrochemiczna.

Według rodzaju środowiska korozyjnego

Niektóre środowiska korozyjne i powodowane przez nie zniszczenia są na tyle charakterystyczne, że zachodzące w nich procesy korozyjne klasyfikuje się także według nazwy tych środowisk.

Z reguły wyroby i konstrukcje metalowe narażone są na wiele rodzajów korozji – w tych przypadkach mówi się o działaniu tzw. korozji mieszanej.

Korozja gazowa– korozja w środowisku gazowym w wysokich temperaturach.

Korozja atmosferyczna– korozja metalu w warunkach atmosferycznych przy wilgotności wystarczającej do wytworzenia filmu elektrolitu na powierzchni metalu (szczególnie w obecności agresywnych gazów lub aerozoli kwasów, soli itp.). Cechą korozji atmosferycznej jest silna zależność jej szybkości i mechanizmu od grubości warstwy wilgoci na powierzchni metalu lub stopnia zawilgocenia powstałych produktów korozji.

Korozja płynna– korozja w mediach ciekłych. W zależności od warunków oddziaływania ciekłego ośrodka na metal, ten rodzaj korozji charakteryzuje się również korozją przy całkowitym zanurzeniu, przy częściowym zanurzeniu, przy zmiennym zanurzeniu, które mają swoje charakterystyczne cechy.

Korozja podziemna– korozja metali w glebach i gruntach. Cechą charakterystyczną korozji podziemnej jest duża różnica w szybkości dostarczania tlenu (głównego depolaryzatora) na powierzchnię konstrukcji podziemnych w różnych gruntach (dziesiątki tysięcy razy).

Ze względu na charakter dodatkowych wpływów

Korozja naprężeniowa rozwija się w obszarze obciążeń mechanicznych rozciągających lub zginających, a także odkształceń szczątkowych lub naprężeń termicznych i z reguły prowadzi do transkrystalicznego pękanie korozyjne, na które narażone są np. stalowe liny i sprężyny w warunkach atmosferycznych, stale węglowe i nierdzewne w elektrowniach parowych, wysokowytrzymałe stopy tytanu w wodzie morskiej itp. Pod obciążeniem zmiennym może objawiać się zmęczenie korozyjne, wyrażające się mniej lub bardziej gwałtowny spadek wytrzymałości zmęczeniowej metalu w obecności środowiska korozyjnego. Erozja korozyjna(lub korozja na skutek tarcia) to przyspieszone zużycie metalu pod jednoczesnym wpływem wzajemnie wzmacniających się czynników korozyjnych i ściernych (tarcie ślizgowe, przepływ cząstek ściernych itp.). Z nią związany kawitacja korozja zachodzi podczas kawitacyjnego przepływu agresywnego środowiska wokół metalu, kiedy ciągłe pojawianie się i „zapadanie” małych pęcherzyków próżniowych tworzy strumień niszczycielskich wstrząsów mikrohydraulicznych oddziałujących na powierzchnię metalu. Można rozważyć bliską odmianę martwię się- korozja obserwowana w miejscach styku mocno ściśniętych lub toczących się części, jeżeli pomiędzy ich powierzchniami na skutek drgań powstają mikroskopijne przemieszczenia ścinające.

Upływ prądu elektrycznego przez granicę metalu z agresywnym środowiskiem powoduje, w zależności od charakteru i kierunku wycieku, dodatkowe reakcje anodowe i katodowe, które mogą bezpośrednio lub pośrednio prowadzić do przyspieszonego lokalnego lub ogólnego zniszczenia metalu (korozja prąd błądzący). Podobne zniszczenia, zlokalizowane w pobliżu styku, mogą być spowodowane kontaktem w elektrolicie dwóch różnych metali tworzących zamknięte ogniwo galwaniczne - kontakt korozja. W wąskich szczelinach pomiędzy częściami, a także pod luźną powłoką lub narostem, gdzie wnika elektrolit, ale dostęp tlenu niezbędnego do pasywacji metalu jest utrudniony, może powstawać szczelinowe korozja, w której rozpuszczanie metalu następuje głównie w szczelinie, a reakcje katodowe częściowo lub całkowicie zachodzą obok niej na otwartej powierzchni.

Zwyczajowo jest również podkreślanie biologiczny korozję zachodzącą pod wpływem produktów przemiany materii bakterii i innych organizmów, oraz promieniowanie korozja - pod wpływem promieniowania radioaktywnego.

Wskaźnik szybkości korozji

Aby ustalić szybkość korozji metalu w danym środowisku, zwykle dokonuje się obserwacji zmian w czasie jakiejś cechy, która obiektywnie odzwierciedla zmianę właściwości metalu. W praktyce korozyjnej najczęściej stosuje się następujące wskaźniki.

Wskaźnik zmiany masy

Wskaźnik zmiany masy to zmiana masy próbki w wyniku korozji, na jednostkę powierzchni metalu S i na jednostkę czasu (na przykład g/m·h).

W zależności od warunków korozji wyróżnia się:

1. ujemny wskaźnik zmiany masy
K-m=
gdzie m jest utratą masy metalu podczas korozji po usunięciu produktów korozji.

2. dodatni wskaźnik zmiany masy K+m=
gdzie m jest wzrostem masy metalu w czasie w wyniku wzrostu warstwy produktów korozji.

Jeżeli znany jest skład produktów korozji, to można dokonać konwersji z K na K i odwrotnie K-m= K+m (nok A Me / n Me Aok)
gdzie A i M to odpowiednio masa atomowa i cząsteczkowa Me oraz środka utleniającego; n i n to wartościowość metalu i środka utleniającego w środowisku utleniającym.

Objętościowy wskaźnik korozji

K to objętość gazu V pochłoniętego lub uwolnionego podczas procesu na jednostkę powierzchni metalu i jednostkę czasu (na przykład cm/cm·h).
K=obj. Vs
objętość gazu zwykle prowadzi do normalnych warunków.
W odniesieniu do korozji elektrochemicznej, gdy proces depolaryzacji katodowej odbywa się w wyniku wyładowania jonów wodoru, na przykład zgodnie ze schematem 2H ​​+ 2 mi= H lub jonizacja cząsteczek tlenu O + 4 mi+2H O = 4OH; wprowadzane są odpowiednio wskaźniki tlenu (K) i wodoru (K).
Wodorowy wskaźnik korozji to objętość H uwolnionego podczas procesu korozji, określana jako Su.
Wskaźnik korozji tlenowej to objętość O zaabsorbowana w procesie podzielona przez Su.

Wskaźnik oporu

Zmiana oporności elektrycznej próbki metalu w określonym czasie testu może być również wykorzystana jako wskaźnik korozji (K).
КR = (R/Ro) 100% dla czasu t
gdzie Ro i R są odpowiednio oporem elektrycznym próbki przed i po korozji.
Metoda ta ma pewną wadę: grubość metalu musi być taka sama przez cały czas trwania badania i dlatego najczęściej określa się rezystywność, tj. zmiana rezystancji elektrycznej na jednostkę powierzchni próbki (cm, mm) o długości równej jeden. Metoda ta ma ograniczenia w zastosowaniu (dla blachy o grubości nie większej niż 3 mm). Najdokładniejsze dane uzyskuje się dla próbek drutu. Ta metoda nie jest odpowiednia dla połączeń spawanych.

Mechaniczny wskaźnik korozji

Zmiana dowolnej właściwości metalu podczas korozji. Stosunkowo często stosuje się zmiany wytrzymałości na rozciąganie. Wskaźnik siły wyraża się w następujący sposób:
Ko = (cal/cal) 100% dla czasu t
gdzie c jest zmianą wytrzymałości na rozciąganie próbki po korozji w czasie; in – wytrzymałość końcowa przed korozją.

Indeks korozji głębokości

K – głębokość zniszczenia metalu P w jednostce czasu (np. mm/rok).
Głębokość zniszczenia korozyjnego P może być średnia lub maksymalna. Wskaźnik korozji wgłębnej można wykorzystać do scharakteryzowania korozji równomiernej i nierównomiernej (w tym lokalnej) metali. Jest przydatny do porównywania szybkości korozji metali o różnych gęstościach. Przejście od masy, prądu i objętości do głębokości jest możliwe przy równomiernej korozji.

Korozja(z łac. corrosio - korozja) to samoistne niszczenie metali w wyniku interakcji chemicznej lub fizykochemicznej z otoczeniem. Ogólnie rzecz biorąc, jest to zniszczenie dowolnego materiału, czy to metalu, ceramiki, drewna czy polimeru. Przyczyną korozji jest termodynamiczna niestabilność materiałów konstrukcyjnych na działanie substancji znajdujących się w środowisku, z którymi się z nimi stykają.

Przykładem jest korozja tlenowa żelaza w wodzie: 4Fe + 6H2O + 3O2 = 4Fe(OH)3. Uwodniony wodorotlenek żelaza Fe(OH)3 nazywany jest rdzą.

Mechanizm korozji samochodu

Zanim spróbujesz zabezpieczyć się przed korozją, należy odpowiedzieć sobie na pytanie, czym jest korozja metalu. W życiu codziennym korozja to pojawienie się rdzy na powierzchni metalu. Jakie są główne mechanizmy powstawania rdzy?

Należy przyznać, że do chwili obecnej nie ma pełnej odpowiedzi na to pytanie, a wyniki prowadzonych badań pokazują, że proces korozji jest bardzo złożony, gdyż na jej wystąpienie wpływa bardzo wiele czynników – skład chemiczny metalu, środowisko, w którym się znajduje, temperatura, ciśnienie, obecność gazów itp. Z tego powodu w książce zawarto jedynie najbardziej podstawowe informacje z teorii korozji, których znajomość jest niezbędna do prawidłowego zabezpieczenia karoserii. Czytelnik może uzyskać pełniejsze zrozumienie mechanizmów korozji, korzystając z zalecanej literatury.

Korozja żelaza (mianowicie jest to proces, który rozważymy dalej) zachodzi, jeśli dodatkowo występują co najmniej dwa dodatkowe składniki: elektrolit, z którym graniczy żelazo, i inny przewodnik, również graniczący z elektrolitem. W normalnych warunkach elektrolitem jest woda deszczowa, wilgoć atmosferyczna, śnieg i brud drogowy. Drugim przewodnikiem w stosunku do nadwozia samochodu jest najczęściej powierzchnia ziemi, atmosfera lub inny przewodnik zewnętrzny znajdujący się w pobliżu samochodu. Dwa przewodniki (w tym przypadku nazywane elektrodami) zanurzone w elektrolicie tworzą tzw. ogniwo galwaniczne. Główną właściwością ogniwa galwanicznego jest to, że jeśli elektrody są wykonane z różnych metali, wówczas taki element jest źródłem napięcia. W tym przypadku elektroda dodatnia nazywana jest anodą, elektroda ujemna nazywana jest katodą.

Wypróbuj prosty eksperyment. Rozpuść łyżkę soli kuchennej w szklance ciepłej wody i opuść dwa talerze - jeden miedziany, drugi stalowy. Najprostsze źródło napięcia jest gotowe. Za pomocą woltomierza można łatwo sprawdzić, czy ogniwo galwaniczne wytwarza niewielkie napięcie, mniejsze niż pół wolta. Jeśli będziesz kontynuować eksperyment przez kilka dni, zauważysz, jak rdza zacznie pojawiać się na powierzchni stali. To proste doświadczenie wyraźnie pokazuje mechanizm korozji metalu. Wyjaśnienie tego mechanizmu jest następujące.

Z kursu fizyki wiadomo, że przewodniki charakteryzują się zdolnością do uwalniania elektronów do środowiska zewnętrznego. Można sobie wyraźnie wyobrazić, że każdy przewodnik otoczony jest chmurą elektronów, które pod wpływem energii cieplnej wylatują z niego, a następnie, jeśli nic im nie przeszkadza, wracają do przewodnika pod wpływem sił elektrycznych. Jeśli metal zostanie umieszczony w elektrolicie, wówczas dodatnie jony metali (tj. te atomy metalu, których elektrony znajdują się w środowisku zewnętrznym) zaczną przemieszczać się do elektrolitu. W rezultacie metal zyskuje pewien potencjał, który można zmierzyć. W praktyce potencjał metalu określa się w odniesieniu do specjalnej elektrody wzorcowej, której potencjał przyjmuje się za zero. Powstała różnica potencjałów między elektrodą standardową a metalem nazywana jest potencjałem elektrody standardowej (SEP).

Najbardziej interesujący jest proces korozji żelaza w elektrolicie w obecności mniej aktywnego metalu. W tym przypadku żelazo, jako metal bardziej aktywny, jest anodą, a metal mniej aktywny – katodą. W parze galwanicznej bardziej aktywny metal, anoda, zawsze koroduje.

Korozji anodowej towarzyszą dwa rodzaje reakcji - utlenianie na anodzie i redukcja na katodzie. Poniżej dla pewności rozważymy żelazo (Fe) jako anodę, jednakże wszystkie wyniki dotyczące jego korozji obowiązują, przynajmniej jakościowo, dla dowolnego wcześniej wymienionego metalu.

Reakcję utleniania można przedstawić jako proces, w którym atomy żelaza oddają dwa elektrony i w efekcie przekształcają się w dodatnio naładowane jony żelaza (Fe2+), które w miejscu styku z anodą przechodzą do roztworu elektrolitu. Te dwa elektrony przekazują ładunek ujemny na anodę, powodując w ten sposób przepływ prądu w kierunku katody, gdzie łączą się z jonami dodatnimi. Jednocześnie dodatnie jony anody łączą się z ujemnie naładowanymi grupami hydroksylowymi (OH), które są zawsze obecne w roztworze elektrolitu.

Schematycznie reakcję na anodzie można zapisać w następujący sposób:

Fe + 20N- = Fe2+ + 2е + 20N- = Fe(OH)2 + 2е

Pod wpływem jonów żelaza na katodzie pojawiają się jony wodoru (H+), z którymi łączą się elektrony anody. Proces ten opisano schematycznie w następujący sposób:

Н+ + 2е = 2Н = Н2

te. Na katodzie następuje wydzielanie wodoru.

Jeśli reakcje anodowe i katodowe łączą się, prowadzą do ogólnej reakcji korozji:

Fe + 2H2O = Fe(OH)2 + H2

W ten sposób żelazo w połączeniu z wodą i mniej aktywnym metalem zamienia się w wodorotlenek żelaza, który powszechnie nazywany jest rdzą.

Obecność dodatkowej soli w wodzie prowadzi do wzrostu przewodności elektrolitu, a w konsekwencji do zwiększenia szybkości utleniania anody. W tym przypadku dodatkowo tworzy się roztwór chlorku żelaza i kwasu solnego. Takie warunki stwarzają dla zmotoryzowanych nasi drogowcy każdej zimy. Jednak kwaśne deszcze, które spadają wraz z opadami atmosferycznymi, również nie wpływają na trwałość samochodu.

Ważną cechą korozji jest szybkość korozji, którą definiuje się jako głębokość wnikania korozji w metal w jednostce czasu. W przypadku żelaza najbardziej typowa szybkość korozji mieści się w zakresie 0,05–0,02 nm/rok. Z podanych wartości szybkości korozji wynika, że ​​jeśli powłoka lakiernicza ulegnie uszkodzeniu w ciągu 5 lat eksploatacji samochodu, grubość metalu może zmniejszyć się o 0,25-1 mm, tj. w rzeczywistości, jeśli zostaną podjęte specjalne środki ochronne nie zostaną dostarczone, metal zardzewieje, jak mówią, na wskroś.

Opisany mechanizm korozji wskazuje także główne sposoby zwalczania tego zjawiska. Podstawowym sposobem jest wyeliminowanie katody lub elektrolitu, jednak ta metoda jest najmniej odpowiednia, ponieważ samochodu nie można odizolować od otoczenia, a zwłaszcza od powierzchni ziemi. Pozostały dwie możliwości - odizolować metal od elektrolitu za pomocą powłoki lub przekształcić karoserię z anody w katodę.

Pierwsza metoda jest znana wszystkim miłośnikom motoryzacji i ma szerokie zastosowanie w praktyce, jednak nie zatrzymuje korozji jako takiej, a jedynie chroni metal przed rdzą. Jeśli lakier zostanie uszkodzony, korozja zaczyna powodować korozję metalu, a ponowne nałożenie powłoki wiąże się z dużymi kosztami czasowymi i materiałowymi (załącznik 1, 2).

Najbardziej wrażliwymi częściami nadwozia są ukryte wgłębienia i szczeliny, takie jak progi, belki wewnętrzne, podłużnice, słupki, wewnętrzne powierzchnie drzwi, sufit i prawie całe nadwozie (patrz Załącznik 1). Skomplikowany kształt ukrytych pęknięć i ubytków utrudnia, a często uniemożliwia odpowiednie przygotowanie powierzchni do malowania i samego malowania, a wewnętrzne naprężenia metalu zagiętego w tych miejscach przyczyniają się do jego intensywnej korozji. W tych warunkach żywotność nadwozia samochodu osobowego przed awarią wynosi 6 lat.

Jednocześnie, nie zaprzeczając znaczeniu regularnej renowacji lakieru, autor zwraca uwagę na zasadniczo inną metodę ochrony karoserii przed korozją, a mianowicie całkowite zaprzestanie samego procesu korozji poprzez zmianę potencjału nadwozia . Metoda ta nazywana jest w literaturze ochroną katodową.

Ochrona katodowa metali polega na tym, że szybkość korozji jest proporcjonalna do aktywności metali tworzących parę galwaniczną. W normalnych warunkach nadwozie samochodu jest anodą i dlatego ulega korozji. Jeśli zmienisz potencjał nadwozia w stosunku do środowiska zewnętrznego, czy to za pomocą zewnętrznego źródła napięcia, czy poprzez kontakt z bardziej aktywnym metalem, wówczas samo nadwozie stanie się katodą i w ogóle nie będzie korodować (przynajmniej szybkość korozji zmniejszy się setki razy), a anoda zacznie się pogarszać. Ze względu na sposób zmiany potencjału zabezpieczanego metalu wyróżnia się ochronę protektorową i elektrochemiczną. Zanim jednak rozważymy metody zabezpieczenia, wskazane jest opisanie charakterystyki korozji samochodu w różnych warunkach eksploatacji.

Korozja samochodów w trakcie eksploatacji i bierne metody jej zwalczania

Szczególny wpływ na korozję karoserii mają warunki przechowywania samochodu. Dzieje się tak dlatego, że samochód przez większość czasu stoi w garażu i tylko przez niewielką część czasu jest w ruchu. Podczas jazdy samochód jest intensywnie przewiewany świeżym powietrzem, „wentylowany”, co przy pozostałych czynnikach zmniejsza szybkość korozji.

Warunki przechowywania, w pierwszym przybliżeniu, można podzielić na przechowywanie samochodu na otwartym parkingu (w tym pod markizą) oraz przechowywanie samochodu w garażu. Rozważmy opcje przechowywania.

Korozja samochodu na otwartym parkingu

Na otwartym parkingu samochód jest stale narażony na działanie wilgoci zawartej w powietrzu i opadów atmosferycznych. W warunkach niskiej i średniej wilgotności w sezonie ciepłym, gdy zmienia się temperatura powietrza (na przykład wieczorem lub wczesnym rankiem), wilgoć atmosferyczna skrapla się na całej powierzchni samochodu, zarówno na zewnątrz, jak i wewnątrz kabiny. Największe jej nagromadzenie obserwuje się w ukrytych wnękach (progi, podłużnice, słupki, na wewnętrznej powierzchni drzwi, sufitach pod obiciami dekoracyjnymi). Wraz ze wzrostem temperatury wilgoć odparowuje z otwartych powierzchni, ale pozostaje przez długi czas w ukrytych wnękach. W rezultacie to właśnie te, zwykle trudno dostępne części ciała, bardziej niż inne ulegają korozji. Przy dużej wilgotności powietrza lub podczas opadów wilgoć rozkłada się mniej więcej równomiernie na całej zewnętrznej powierzchni samochodu i ponieważ w tym przypadku nie ulega stagnacji, w najmniejszym stopniu powoduje proces korozji.

Należy jednak pamiętać, że w tym przypadku możliwe jest gromadzenie się wilgoci we wnętrzu samochodu. Tym samym, podczas przechowywania samochodu na otwartym parkingu, wewnętrzne powierzchnie jego nadwozia są najbardziej podatne na korozję. Powierzchnie zewnętrzne korodują tylko tam, gdzie uszkodzony jest lakier.

Choć może się to wydawać dziwne, należy zachować dodatkowe środki ostrożności podczas przechowywania samochodu pod namiotem. Markiza (na przykład wykonana z plandeki) niezawodnie chroni samochód przed kurzem, brudem, śniegiem i częściowo przed wodą, ale w ogóle nie chroni samochodu przed wilgocią z powietrza. Ponadto wilgoć skrapla się pod markizą i długo utrzymuje się na karoserii. W ten sposób samochód pod markizą znajduje się jakby w kąpieli wodnej, co przyczynia się do korozji samochodu latem, gdy po chłodnej nocy wzrasta temperatura powietrza. Mechanizm powstawania rdzy w tym przypadku jest jasny z poprzednich rozważań. Karoseria i wilgotne powietrze tworzą razem parę galwaniczną, w której karoseria jest anodą. Jeśli pokrywa styka się z powierzchnią samochodu, to nawet powłoka lakiernicza nie jest w stanie zabezpieczyć przed korozją i prześwitami rdzy.

Zwykle wystarczy kilka letnich porannych mgieł, aby nowy samochód zamienił się w kupę zardzewiałego metalu. Dlatego też, jeśli zakrywasz samochód markizą, pamiętaj o przestrzeganiu zasad:

1. Nie dopuszczaj do kontaktu pokrowca z karoserią;
2. zapewnić wentylację pod osłoną;
3. Okresowo, zwłaszcza w okresach dużej wilgotności i zmian temperatury, należy zdjąć poszycie i przewietrzyć samochód.

Zasady te można wdrażać w praktyce na różne sposoby.

Rama w formie drabiny wykonana jest z narożników duraluminiowych o wymiarach 40x40 mm. Długość ramy odpowiada długości samochodu, szerokość ramy jest nieco większa niż szerokość samochodu. Poprzeczki ramy środkowej mocuje się do bagażnika dachowego samochodu za pomocą śrub lub lin.

Na powstałą ramę narzuca się prostokątną plandekę. Taka konstrukcja chroni samochód przed deszczem i brudem, zapewnia dobrą wentylację (ponieważ nie ma przedniej i tylnej ściany), a demontaż i montaż zajmuje kilka minut.

Korozja samochodu przechowywanego w garażu

Na pierwszy rzut oka najlepsze warunki do długotrwałego przechowywania samochodu powstają w garażu, ponieważ garaż chroni samochód przed opadami zewnętrznymi. Jednak liczne badania wykazały, że dzieje się tak tylko przy niskiej wilgotności powietrza. W warunkach dużej wilgotności (w strefie środkowej okres ten obejmuje jesień, a zwłaszcza wiosnę, czyli prawie sześć miesięcy) szybkość korozji metalu w zwykłej stalowej skrzyni z betonową podłogą wynosi 1 mm/rok, czyli 5-20 razy wyższa niż na świeżym powietrzu. Powodem tego, na pierwszy rzut oka paradoksalnego zjawiska, jest to, że metalowe ściany garażu stanowią przykład dodatkowej katody, która zwiększa szybkość korozji. Obecność tak dużej dodatkowej katody powoduje korozję zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz całej obudowy. W tym przypadku te części ciała, które znajdują się w bardziej wilgotnych, dolnych warstwach atmosfery - podłoga, spód, felgi i skrzynia biegów - cierpią w większym stopniu.

Aby lepiej zabezpieczyć samochód, ściany garażu muszą być pomalowane, a podłoga musi być niezawodnie chroniona przed wodami gruntowymi. W tym celu przed ułożeniem betonu, asfaltu czy tłucznia ułóż na podłożu arkusze polietylenu, które całkowicie zakryją powierzchnię podłogi. W ten sposób niezawodnie zabezpieczysz swój garaż przed wilgocią zawartą w gruncie, co jest szczególnie ważne w tym okresie jesiennych deszczy i wiosennych powodzi. Niektórzy miłośnicy samochodów tapicerują drewnem ściany i podłogę garażu. Taka ochrona pojazdu jednak drastycznie zmniejsza bezpieczeństwo przeciwpożarowe. Dlatego, jeśli to możliwe, lepiej jest zastosować w tym celu powłokę azbestową lub włókno szklane. Urządzając garaż, pamiętaj o zapewnieniu wentylacji. Wentylacja garażu sprzyja stałej wymianie powietrza, zmniejsza wilgotność powietrza i tym samym spowalnia tempo korozji. Najprostszym sposobem wentylacji garażu jest zastosowanie rury azbestowej ułożonej pionowo na wysokości 30-40 cm nad podłogą i wznoszącej się 1 m ponad dach garażu.

Średnica rury dla standardowego garażu o pojemności 50-60 m3 powinna wynosić co najmniej 20 cm, aby zapobiec przedostawaniu się deszczu do garażu przez rurę, ozdobić jej wierzch metalowym stożkiem, który dodatkowo musi być uziemiony.

Korozja ruchomego samochodu

Z reguły podczas jazdy szybkość korozji karoserii maleje. Przyczyną tego zjawiska jest to, że napływające powietrze intensywnie nadmuchuje karoserię, w efekcie czego wilgotność powietrza spada zarówno na zewnątrz, jak i wewnątrz karoserii. Jednakże podczas jazdy po brudnej lub mokrej drodze działanie na karoserię deszczu, śniegu, soli posypywanej zimą na drogach w połączeniu z mechanicznym działaniem piasku, drobnych kamieni, kry i wibracji, prowadzi do starzenie się i zniszczenie powłoki. Najbardziej narażonymi miejscami w tym przypadku są wewnętrzne powierzchnie przednich i tylnych błotników, spód, skrzynia biegów i zawieszenie samochodu. Naprężenia mechaniczne w połączeniu z wilgocią powodują, że te obszary karoserii jako pierwsze zaczynają korodować.

Najbardziej znane sposoby zabezpieczenia nadwozia poruszającego się samochodu to zabezpieczenie antykorozyjne dna oraz zastosowanie wkładek błotników. Najlepszą powłoką zabezpieczającą dno jest powłoka na bazie żywic gumowych, która charakteryzuje się doskonałą przyczepnością do metalu i tworzy grubą, luźną warstwę, w której osadzają się cząstki mechaniczne (piasek, brud) i nie dostają się do metalu.

Okładziny błotników doskonale chronią wewnętrzne powierzchnie skrzydeł przed mechanicznym działaniem brudu i piasku. Jednocześnie pomiędzy okładzinami błotników a powierzchnią, którą chronią, tworzy się zamknięta przestrzeń, co przyczynia się do gromadzenia się wilgoci. Dlatego przy montażu nakładek błotników należy zapewnić swobodny dostęp powietrza do wentylacji i zaleca się demontaż wkładek błotników w przypadku dłuższego postoju samochodu.

Powyższe fakty, a także własne obserwacje miłośników motoryzacji wskazują na bardzo różnorodne warunki, w jakich zachodzi korozja karoserii. Wśród tej odmiany wyróżniamy dwa warunki, które naszym zdaniem mają największy wpływ: powstawanie lokalnych miejsc gromadzenia się wilgoci oraz kondensacja wilgoci zarówno na wewnętrznych, jak i zewnętrznych powierzchniach karoserii. W takich przypadkach rozważone zostaną metody ochrony katodowej.

KOROZJA METALI– oddziaływanie fizykochemiczne lub chemiczne metalu (stopu) z otoczeniem, prowadzące do pogorszenia właściwości użytkowych metalu (stopu), środowiska lub układu technicznego, który je zawiera.

Słowo korozja pochodzi od łacińskiego słowa „corrodo” – „gryźć” (późnołacińskie „corrosio” oznacza „korozję”).

Korozja jest spowodowana reakcją chemiczną pomiędzy metalem i substancjami środowiskowymi, która zachodzi na styku metalu i środowiska. Najczęściej jest to utlenianie metalu na przykład tlenem atmosferycznym lub kwasami zawartymi w roztworach, z którymi metal ma kontakt. Szczególnie podatne na to są metale znajdujące się w szeregu napięciowym (seriach aktywności) na lewo od wodoru, w tym żelazo.

W wyniku korozji żelazo rdzewieje. Proces ten jest bardzo złożony i obejmuje kilka etapów. Można to opisać równaniem sumarycznym:

4Fe + 6H 2 O (wilgoć) + 3O 2 (powietrze) = 4Fe(OH) 3

Wodorotlenek żelaza(III) jest bardzo niestabilny, szybko traci wodę i zamienia się w tlenek żelaza(III). Związek ten nie chroni powierzchni żelaza przed dalszym utlenianiem. W rezultacie żelazny przedmiot może zostać całkowicie zniszczony.

Wiele metali, w tym dość aktywnych (np. aluminium), ulega korozji i pokrywa się gęstą, dobrze związaną warstwą tlenku, która nie pozwala utleniaczom wnikać w głębsze warstwy i w ten sposób chroni metal przed korozją. Po usunięciu tej warstwy metal zaczyna oddziaływać z wilgocią i tlenem w powietrzu.

Aluminium w normalnych warunkach jest odporne na działanie powietrza i wody, nawet wrzącej wody, jednak jeśli na powierzchnię aluminium nałoży się rtęć, powstały amalgamat niszczy warstwę tlenkową - wypycha ją z powierzchni, a metal szybko zamienia się w białe płatki aluminium metawodorotlenek:

4Al + 2H 2O + 3O 2 = 4AlO(OH)

Stopione aluminium reaguje z wodą, uwalniając wodór:

2Al + 4H 2O = 2AlO(OH) + 3H 2

Niektóre raczej nieaktywne metale są również podatne na korozję. W wilgotnym powietrzu powierzchnia miedzi pokrywa się zielonkawą powłoką (patyną) w wyniku tworzenia się mieszaniny zasadowych soli.

Czasami, gdy metale korodują, nie dochodzi do utleniania, ale do redukcji niektórych pierwiastków zawartych w stopach. Na przykład pod wysokimi ciśnieniami i temperaturami węgliki zawarte w stali są redukowane przez wodór.

Niszczenie metali w obecności wodoru odkryto w połowie XIX wieku. Francuski inżynier Sainte-Claire Deville zbadał przyczyny nieoczekiwanych pęknięć luf. Podczas analizy chemicznej znalazł w metalu wodór. Deville uznał, że przyczyną nagłego spadku wytrzymałości stali było nasycenie wodorem.

Wodór sprawiał wiele kłopotów projektantom urządzeń do jednego z najważniejszych przemysłowych procesów chemicznych – syntezy amoniaku. Pierwsze urządzenia do tej syntezy wytrzymały zaledwie kilkadziesiąt godzin, po czym rozpadły się na drobne części. Dopiero dodanie do stali tytanu, wanadu czy molibdenu pomogło rozwiązać ten problem.

Korozja metali może obejmować także ich rozpuszczanie w ciekłych, roztopionych metalach (sód, ołów, bizmut), które stosowane są zwłaszcza jako chłodziwa w reaktorach jądrowych.

Pod względem stechiometrycznym reakcje opisujące korozję metali są dość proste, ale pod względem mechanizmu należą do złożonych procesów heterogenicznych. Mechanizm korozji zależy przede wszystkim od rodzaju agresywnego środowiska.

Kiedy materiał metalowy wchodzi w kontakt z chemicznie aktywnym gazem, na jego powierzchni pojawia się warstewka produktów reakcji. Zapobiega dalszemu kontaktowi metalu z gazem. Jeśli przez tę warstwę nastąpi przeciwdyfuzja reagujących substancji, reakcja będzie kontynuowana. Proces ten przebiega w wysokich temperaturach. Podczas korozji warstwa produktu stale gęstnieje, a metal ulega zniszczeniu. Metalurgia i inne gałęzie przemysłu wykorzystujące wysokie temperatury ponoszą ciężkie straty w wyniku korozji gazowej.

Korozja występuje najczęściej w środowiskach elektrolitowych. W niektórych procesach technologicznych metale mają kontakt ze stopionymi elektrolitami. Jednak najczęściej korozja występuje w roztworach elektrolitów. Metal nie musi być całkowicie zanurzony w cieczy. Roztwory elektrolitów mogą występować w postaci cienkiej warstwy na powierzchni metalu. Często przenikają do środowiska otaczającego metal (gleba, beton itp.).

Podczas budowy mostu metra i stacji Leninskie Góry w Moskwie do betonu dodano duże ilości chlorku sodu, aby zapobiec zamarzaniu jeszcze nie stwardniałego betonu. Stacja została zbudowana w możliwie najkrótszym czasie (zaledwie 15 miesięcy) i otwarta 12 stycznia 1959 roku. Jednakże obecność chlorku sodu w betonie spowodowała zniszczenie zbrojenia stalowego. 60% konstrukcji żelbetowych uległo korozji, dlatego stację zamknięto z powodu rekonstrukcji , trwający prawie 10 lat. Dopiero 14 stycznia 2002 r. ponownie otwarto most metra i stację Worobiowe Góry.

Używanie soli (zwykle chlorku sodu lub wapnia) do usuwania śniegu i lodu z dróg i chodników powoduje również szybsze niszczenie metali. Poważnie dotknięte są pojazdy i komunikacja podziemna. Szacuje się, że w samych Stanach Zjednoczonych stosowanie soli do zwalczania opadów śniegu i lodu prowadzi do strat w wysokości około 2 miliardów dolarów rocznie z powodu korozji silnika oraz 0,5 miliarda dolarów na dodatkowe naprawy dróg, podziemnych autostrad i mostów.

W środowiskach elektrolitowych korozja jest spowodowana nie tylko działaniem tlenu, wody czy kwasów na metale, ale także procesami elektrochemicznymi. Już na początku XIX w. Korozja elektrochemiczna była badana przez angielskich naukowców Humphry'ego Davy'ego i Michaela Faradaya. Pierwszą teorię korozji elektrochemicznej wysunął w 1830 roku szwajcarski naukowiec De la Rive. Wyjaśnił występowanie korozji w miejscu styku dwóch różnych metali.

Korozja elektrochemiczna prowadzi do szybkiego niszczenia metali bardziej aktywnych, które w różnych mechanizmach i urządzeniach stykają się z metalami mniej aktywnymi, znajdującymi się po prawej stronie szeregu napięcia elektrochemicznego. Zastosowanie części miedzianych lub mosiężnych w konstrukcjach żelaznych lub aluminiowych pracujących w wodzie morskiej znacznie zwiększa korozję. Znane są przypadki zniszczeń i zatonięć statków, których żelazne poszycie mocowano miedzianymi nitami.

Osobno aluminium i tytan są odporne na działanie wody morskiej, ale jeśli zetkną się w jednym produkcie, na przykład w obudowie do podwodnego sprzętu fotograficznego, aluminium bardzo szybko się psuje i obudowa przecieka.

Procesy elektrochemiczne mogą zachodzić także w metalu jednorodnym. Uaktywniają się, jeśli występują różnice w składzie ziaren metalu w masie i na granicy, niejednorodne naprężenia mechaniczne, mikrozanieczyszczenia itp. W opracowaniu ogólnej teorii korozji elektrochemicznej materiałów metalowych wzięło udział wielu naszych rodaków, w tym Władimir Aleksandrowicz Kistyakowski (1865–1952) i Aleksander Naumowicz Frumkin (1895–1976).

Jedną z przyczyn występowania korozji elektrochemicznej są prądy błądzące, które powstają na skutek upływu części prądu z obwodów elektrycznych do gruntu lub roztworów wodnych, gdzie spadają na konstrukcje metalowe. Tam, gdzie prąd opuszcza te struktury, metal rozpoczyna się ponownie w glebie lub wodzie. Takie strefy niszczenia metali pod wpływem prądów błądzących szczególnie często obserwuje się w obszarach naziemnego transportu elektrycznego (linie tramwajowe, elektryczny transport kolejowy). Prądy te mogą osiągać kilka amperów, co prowadzi do dużych uszkodzeń korozyjnych. Przykładowo przepływ prądu o natężeniu 1 A przez rok spowoduje rozpuszczenie 9,1 kg żelaza, 10,7 kg cynku i 33,4 kg ołowiu.

Korozja może również wystąpić pod wpływem promieniowania, a także produktów przemiany materii bakterii i innych organizmów. Rozwój bakterii na powierzchni konstrukcji metalowych związany jest ze zjawiskiem biokorozji. Zanieczyszczanie podwodnej części statków drobnymi organizmami morskimi wpływa również na procesy korozyjne.

Gdy metal jest jednocześnie narażony na działanie środowiska zewnętrznego i naprężeń mechanicznych, aktywują się wszystkie procesy korozyjne, co zmniejsza stabilność termiczną metalu, niszczy warstwy tlenkowe na powierzchni metalu oraz intensyfikuje procesy elektrochemiczne w miejscach, w których pojawiają się pęknięcia i niejednorodności.

Korozja powoduje ogromne, nieodwracalne straty metali; co roku około 10% produkowanego żelaza ulega całkowitemu zniszczeniu. Według Instytutu Chemii Fizycznej Rosyjskiej Akademii Nauk co szósty wielki piec w Rosji pracuje na próżno - cały wytopiony metal zamienia się w rdzę. Zniszczenie konstrukcji metalowych, pojazdów rolniczych, transportowych i urządzeń przemysłowych powoduje przestoje, wypadki i pogorszenie jakości produktów. Uwzględnienie możliwej korozji prowadzi do wzrostu kosztów metali w produkcji aparatury wysokociśnieniowej, kotłów parowych, metalowych pojemników na substancje toksyczne i radioaktywne itp. Zwiększa to ogólne straty korozyjne. Na zabezpieczenie antykorozyjne trzeba wydać ogromne pieniądze. Stosunek strat bezpośrednich, strat pośrednich i kosztów ochrony antykorozyjnej szacuje się na (3–4):1:1. W krajach uprzemysłowionych szkody spowodowane korozją sięgają 4% dochodu narodowego. W naszym kraju wynosi to miliardy rubli rocznie.

Problemy z korozją stale się pogłębiają ze względu na ciągły wzrost produkcji metali i zaostrzanie warunków ich pracy. Środowisko, w którym użytkowane są konstrukcje metalowe, staje się coraz bardziej agresywne, m.in. ze względu na jego zanieczyszczenie. Wyroby metalowe stosowane w technologii pracują w warunkach coraz wyższych temperatur i ciśnień, silnych przepływów gazów i cieczy. Dlatego też zagadnienia ochrony materiałów metalowych przed korozją stają się coraz bardziej istotne. Nie da się całkowicie zapobiec korozji metalu, dlatego jedynym sposobem jej zwalczania jest znalezienie sposobów na jej spowolnienie.

Problem zabezpieczenia metali przed korozją pojawił się niemal na samym początku ich stosowania. Próbowano chronić metale przed wpływami atmosferycznymi za pomocą tłuszczów, olejów, a później poprzez powlekanie innymi metalami, a przede wszystkim niskotopliwą cyną (cynowanie). W pracach starożytnego greckiego historyka Herodota (V w. p.n.e.) i starożytnego rzymskiego naukowca Pliniusza Starszego (I w. p.n.e.) znajdują się już wzmianki o zastosowaniu cyny do ochrony żelaza przed rdzą. Obecnie walka z korozją prowadzona jest w kilku kierunkach jednocześnie - starają się zmienić środowisko, w którym funkcjonuje wyrób metalowy, wpłynąć na odporność korozyjną samego materiału i zapobiec kontaktowi metalu z agresywnymi substancjami z zewnątrz środowisko.

Korozji można całkowicie zapobiec jedynie w środowisku obojętnym, na przykład w atmosferze argonu, ale w zdecydowanej większości przypadków faktyczne stworzenie takiego środowiska podczas pracy konstrukcji i mechanizmów jest niemożliwe. W praktyce, aby zmniejszyć działanie korozyjne ośrodka, starają się usunąć z niego najbardziej reaktywne składniki, np. zmniejszają kwasowość roztworów wodnych i zanieczyszczeń, z którymi mogą mieć kontakt metale. Jedną z metod zwalczania korozji żelaza i jego stopów, miedzi, mosiądzu, cynku i ołowiu jest usuwanie tlenu i dwutlenku węgla z roztworów wodnych. W energetyce i niektórych gałęziach techniki woda jest również uwalniana od chlorków, które stymulują miejscową korozję. Aby zmniejszyć kwasowość gleby, przeprowadza się wapnowanie.

Agresywność atmosfery silnie zależy od wilgotności. Dla każdego metalu istnieje pewna krytyczna wilgotność względna, poniżej której nie ulega on korozji atmosferycznej. W przypadku żelaza, miedzi, niklu i cynku wynosi 50–70%. Czasami, aby zachować przedmioty o wartości historycznej, sztucznie utrzymuje się ich temperaturę powyżej punktu rosy. W zamkniętych pomieszczeniach (np. w opakowaniach) wilgotność zmniejsza się za pomocą żelu krzemionkowego lub innych adsorbentów. Agresywność atmosfery przemysłowej determinowana jest głównie przez produkty spalania paliw ( cm. ZANIECZYSZCZENIE ŚRODOWISKA). Zapobieganie kwaśnym deszczom i eliminacja emisji szkodliwych gazów pomaga zmniejszyć straty spowodowane korozją.

Zniszczenie metali w środowisku wodnym można spowolnić stosując inhibitory korozji, które do roztworów wodnych dodaje się w małych ilościach (zwykle poniżej 1%). Promują pasywację powierzchni metalu, czyli tworzenie cienkiej i gęstej warstwy tlenków lub innych słabo rozpuszczalnych związków, co zapobiega zniszczeniu głównej substancji. W tym celu stosuje się niektóre sole sodowe (węglany, krzemiany, borany) i inne związki. Jeśli żyletki zanurzymy w roztworze chromianu potasu, wytrzymają znacznie dłużej. Często stosuje się inhibitory organiczne, które są skuteczniejsze od nieorganicznych.

Jedna z metod zabezpieczenia antykorozyjnego opiera się na opracowaniu nowych materiałów charakteryzujących się wyższą odpornością na korozję. Trwają poszukiwania substytutów metali korozyjnych. Tworzywa sztuczne, ceramika, szkło, guma, azbest i beton są bardziej odporne na wpływy środowiska, ale pod wieloma innymi właściwościami ustępują metalom, które nadal służą jako główne materiały konstrukcyjne.

Metale szlachetne są praktycznie odporne na korozję, ale są zbyt drogie, aby można je było powszechnie stosować, dlatego stosuje się je tylko w najbardziej krytycznych częściach, na przykład do produkcji niekorodujących styków elektrycznych. Nikiel, aluminium, miedź, tytan i stopy na ich bazie charakteryzują się wysoką odpornością na korozję. Ich produkcja rośnie dość szybko, ale już teraz najbardziej dostępnym i powszechnie stosowanym metalem pozostaje szybko rdzewiejące żelazo. Stopowanie jest często stosowane w celu nadania odporności na korozję stopom na bazie żelaza. W ten sposób uzyskuje się stal nierdzewną, która oprócz żelaza zawiera chrom i nikiel. Najpopularniejsza w naszych czasach stal nierdzewna, gatunek 18–8 (18% chromu i 8% niklu), pojawiła się w 1923 roku. Jest dość odporna na wilgoć i tlen. Pierwsze tony stali nierdzewnej w naszym kraju wytopiono w 1924 roku w Zlatoust. Obecnie opracowano wiele gatunków takich stali, które oprócz chromu i niklu zawierają mangan, molibden, wolfram i inne pierwiastki chemiczne. Często stosuje się stopowanie powierzchniowe niedrogich stopów żelaza z cynkiem, aluminium i chromem.

Aby oprzeć się korozji atmosferycznej, na wyroby stalowe nakłada się cienkie powłoki z innych metali, które są bardziej odporne na wilgoć i tlen atmosferyczny. Często stosuje się chromowanie i niklowanie. Ponieważ powłoki chromowane często zawierają pęknięcia, zwykle nakłada się je na mniej dekoracyjne powłoki niklowe. Ochrona puszek przed korozją powodowaną przez kwasy organiczne znajdujące się w produktach spożywczych wymaga stosowania znacznych ilości cyny. Przez długi czas kadm był używany do powlekania naczyń kuchennych, jednak obecnie wiadomo, że metal ten jest niebezpieczny dla zdrowia, a powłoki kadmowe stosowane są wyłącznie w technologii.

Aby spowolnić korozję, na powierzchnię metalu nakłada się lakiery i farby, oleje mineralne i smary. Konstrukcje podziemne pokryte są grubą warstwą bitumu lub polietylenu. Wewnętrzne powierzchnie rur stalowych i zbiorników zabezpieczane są tanimi powłokami cementowymi.

Aby lakier był bardziej niezawodny, powierzchnia metalu jest dokładnie oczyszczana z brudu i produktów korozji i poddawana specjalnej obróbce. Do wyrobów stalowych stosuje się tzw. konwertery rdzy zawierające kwas ortofosforowy (H 3 PO 4) i jego sole. Rozpuszczają resztkowe tlenki i tworzą gęstą i trwałą warstwę fosforanów, która może przez pewien czas chronić powierzchnię produktu. Następnie metal pokrywa się warstwą podkładu, który powinien dobrze przylegać do powierzchni i mieć właściwości ochronne (zwykle stosuje się czerwony ołów lub chromian cynku). Dopiero po tym można nałożyć lakier lub farbę.

Jedną z najskuteczniejszych metod zwalczania korozji jest ochrona elektrochemiczna. Aby chronić platformy wiertnicze, spawane podstawy metalowe i podziemne rurociągi, łączy się je jako katodę z zewnętrznym źródłem prądu. Jako anodę stosuje się pomocnicze elektrody obojętne.

Inną wersję takiego zabezpieczenia stosuje się do stosunkowo niewielkich konstrukcji stalowych lub dodatkowo izolowanych obiektów metalowych (np. rurociągów). W tym przypadku stosuje się protektor - anodę wykonaną ze stosunkowo aktywnego metalu (zwykle magnezu, cynku, aluminium i ich stopów), który stopniowo zapada się, chroniąc główny przedmiot. Za pomocą jednej anody magnezowej można zabezpieczyć do 8 km rurociągów. Ochrona bieżnika jest powszechna; na przykład w USA na produkcję ochraniaczy wydaje się rocznie około 11,5 tys. ton aluminium.

Ochrona jednego metalu przez inny, bardziej aktywny metal, znajdujący się w szeregu napięcia po lewej stronie, jest skuteczna, nie powodując różnicy potencjałów. Bardziej aktywny metal (na przykład cynk na powierzchni żelaza) chroni mniej aktywny metal przed zniszczeniem.

Elektrochemiczne metody zwalczania korozji obejmują również ochronę przed zniszczeniem konstrukcji przez prądy błądzące. Jednym ze sposobów eliminacji takiej korozji jest podłączenie metalowego przewodnika do odcinka konstrukcji, z którego płynie prąd błądzący, wraz z szyną, po której porusza się tramwaj lub pociąg elektryczny.

Elena Savinkina

KOROZJA METALI
spontaniczne niszczenie fizyczne i chemiczne oraz przekształcanie metalu użytecznego w bezużyteczne związki chemiczne. Większość składników środowiska, czy to cieczy, czy gazów, przyczynia się do korozji metali; Stałe czynniki naturalne powodują rdzewienie konstrukcji stalowych, uszkodzenia karoserii, powstawanie wżerów (wżerów trawiennych) na powłokach chromowych itp. W tych przykładach powierzchnia metalu ulega widocznemu zniszczeniu, ale pojęcie korozji obejmuje przypadki wewnętrznego działania niszczącego, na przykład na styku kryształów metalu. Ta tak zwana korozja strukturalna (międzykrystaliczna) występuje na zewnątrz niezauważalnie, ale może prowadzić do awarii, a nawet wypadków. Często nieoczekiwane uszkodzenie części metalowych jest związane ze stresem, zwłaszcza związanym ze zmęczeniem korozją metalu. Korozja nie zawsze jest destrukcyjna. Na przykład zielona patyna często spotykana na rzeźbach z brązu to tlenek miedzi, który skutecznie chroni metal pod warstwą tlenku przed dalszą korozją atmosferyczną. To wyjaśnia doskonały stan wielu starożytnych monet z brązu i miedzi. Kontrola korozji prowadzona jest metodami ochronnymi opracowanymi w oparciu o znane zasady naukowe, pozostaje jednak jednym z najpoważniejszych i najbardziej wymagających problemów współczesnej technologii. OK. Co roku w wyniku korozji traci się 20% całkowitej ilości metali, a na ochronę antykorozyjną wydaje się ogromne kwoty.
Elektrochemiczny charakter korozji. M. Faraday (1830-1840) ustalił związek reakcji chemicznych z prądem elektrycznym, co było podstawą elektrochemicznej teorii korozji. Jednak szczegółowe zrozumienie procesów korozyjnych nastąpiło dopiero na początku XX wieku. Elektrochemia jako nauka powstała w XVIII wieku. dzięki wynalezieniu A. Volta (1799) pierwszego elementu galwanicznego (kolumny galwanicznej), za pomocą którego uzyskiwano prąd ciągły poprzez zamianę energii chemicznej na energię elektryczną. Ogniwo galwaniczne składa się z pojedynczego ogniwa elektrochemicznego, w którym dwa różne metale (elektrody) są częściowo zanurzone w roztworze wodnym (elektrolicie) zdolnym do przewodzenia prądu elektrycznego. Elektrody na zewnątrz elektrolitu są połączone przewodem elektrycznym (drutem metalowym). Jedna elektroda („anoda”) rozpuszcza się (koroduje) w elektrolicie, wytwarzając jony metali, które przechodzą do roztworu, podczas gdy jony wodoru gromadzą się na drugiej elektrodzie („katodzie”). Przepływ jonów dodatnich w elektrolicie jest kompensowany przez przepływ prądu elektronowego (prądu elektrycznego) z anody do katody w obwodzie zewnętrznym.

Jony metali przechodząc do roztworu reagują ze składnikami roztworu, tworząc produkty korozji. Produkty te są często rozpuszczalne i nie zapobiegają dalszej korozji metalowej anody. Zatem, jeśli dwa sąsiednie obszary, np. na powierzchni stali, choć nieznacznie różnią się od siebie składem lub strukturą, to w odpowiednim (na przykład wilgotnym) środowisku utworzy się w tym miejscu komórka korozji. Jeden obszar jest anodą w stosunku do drugiego i to właśnie ten obszar będzie korodował. Zatem wszystkie małe lokalne niejednorodności metalu tworzą mikroogniwa anodowo-katodowe, dlatego powierzchnia metalu zawiera wiele obszarów potencjalnie podatnych na korozję. Jeśli stal zanurzy się w zwykłej wodzie lub prawie dowolnej cieczy zawierającej wodę, wówczas odpowiedni elektrolit jest już gotowy. Nawet w umiarkowanie wilgotnej atmosferze na powierzchni metalu osadza się kondensacja wilgoci, co prowadzi do powstania ogniwa elektrochemicznego. Jak już wspomniano, ogniwo elektrochemiczne składa się z elektrod zanurzonych w elektrolicie (tj. dwóch półogniw). Potencjał (siła elektromotoryczna, EMF) ogniwa elektrochemicznego jest równy różnicy potencjałów między elektrodami obu półogniw. Potencjały elektrod są mierzone w odniesieniu do wodorowej elektrody odniesienia. Zmierzone potencjały elektrod metali sprowadzane są do szeregu napięć, w którym metale szlachetne (złoto, platyna, srebro itp.) znajdują się na prawym końcu szeregu i mają dodatnią wartość potencjału. Zwykłe metale nieszlachetne (magnez, aluminium itp.) mają silnie ujemne potencjały i znajdują się bliżej początku rzędu na lewo od wodoru. Pozycja metalu w szeregu naprężeń wskazuje na jego odporność na korozję, która rośnie od początku szeregu do jego końca, tj. od lewej do prawej.
Zobacz także ELEKTROCHEMIA; ELEKTROLITY.
Polaryzacja. Ruch jonów dodatnich (wodorowych) w elektrolicie w kierunku katody, po którym następuje wyładowanie, prowadzi do powstania na katodzie wodoru cząsteczkowego, co zmienia potencjał tej elektrody: ustala się potencjał znaku odwrotnego (stacjonarnego), który zmniejsza całkowite napięcie ogniwa. Prąd w ogniwie spada bardzo szybko do wyjątkowo małych wartości; w tym przypadku mówi się, że komórka jest „spolaryzowana”. Stan ten wiąże się ze zmniejszeniem lub nawet zaprzestaniem korozji. Jednakże oddziaływanie tlenu rozpuszczonego w elektrolicie z wodorem może zniweczyć ten efekt, dlatego tlen nazywany jest „depolaryzatorem”. Efekt polaryzacji czasami objawia się zmniejszeniem szybkości korozji w wodach stojących z powodu braku tlenu, chociaż takie przypadki są niezwykłe, ponieważ efekty konwekcji w ciekłym ośrodku są zwykle wystarczające do dostarczenia rozpuszczonego tlenu na powierzchnię katody. Nierównomierne rozmieszczenie depolaryzatora (zwykle tlenu) na powierzchni metalu może również powodować korozję, ponieważ tworzy się w ten sposób ogniwo zagęszczające tlen, w którym korozja zachodzi w taki sam sposób, jak w każdym ogniwie elektrochemicznym.
Pasywność i inne efekty anodowe. Termin pasywacja był pierwotnie używany w odniesieniu do odporności na korozję żelaza zanurzonego w stężonym roztworze kwasu azotowego. Jest to jednak zjawisko bardziej ogólne, ponieważ w pewnych warunkach wiele metali znajduje się w stanie pasywnym. Zjawisko pasywności zostało wyjaśnione w 1836 roku przez Faradaya, który wykazał, że jest ono spowodowane niezwykle cienką warstwą tlenku powstałą w wyniku reakcji chemicznych zachodzących na powierzchni metalu. Taki film można przywrócić (zmienić chemicznie), a metal ponownie staje się aktywny w kontakcie z metalem o bardziej ujemnym potencjale, na przykład żelazem w pobliżu cynku. W tym przypadku powstaje para galwaniczna, w której metalem pasywnym jest katoda. Wodór uwolniony na katodzie przywraca jej ochronną warstwę tlenkową. Warstwy tlenkowe na aluminium chronią je przed korozją, dlatego też aluminium anodowane, powstające w procesie anodowego utleniania, wykorzystywane jest zarówno do celów dekoracyjnych, jak i w życiu codziennym. W szerokim sensie chemicznym wszystkie procesy anodowe zachodzące na metalu mają charakter utleniający, ale termin „utlenianie anodowe” oznacza ukierunkowane tworzenie się znacznej ilości stałego tlenku. Na aluminium, które jest anodą w ogniwie, którego elektrolitem jest kwas siarkowy lub fosforowy, tworzy się film o określonej grubości. Wiele patentów opisuje różne modyfikacje tego procesu. Wstępnie anodowana powierzchnia ma porowatą strukturę i można ją pomalować na dowolny kolor. Wprowadzenie dwuchromianu potasu do elektrolitu daje jasny pomarańczowo-żółty odcień, podczas gdy heksacyjanożelazian(II) potasu, nadmanganian ołowiu i siarczek kobaltu zabarwiają folię odpowiednio na niebiesko, czerwono-brązowo i czarno. W wielu przypadkach stosuje się rozpuszczalne w wodzie barwniki organiczne, które nadają pomalowanej powierzchni metaliczny połysk. Powstałą warstwę należy utrwalić, dla czego wystarczy potraktować powierzchnię wrzącą wodą, chociaż stosuje się również wrzące roztwory octanów niklu lub kobaltu.
Korozja strukturalna (międzykrystaliczna). Różne stopy, w szczególności aluminium, wraz ze starzeniem zwiększają swoją twardość i wytrzymałość; proces przyspiesza się poddając stop obróbce cieplnej. W tym przypadku tworzą się cząstki submikroskopowe, które rozmieszczone są wzdłuż granicznych warstw mikrokryształów (w przestrzeni międzykrystalicznej) stopu. W pewnych warunkach obszar bezpośrednio przylegający do granicy staje się anodą w stosunku do wnętrza kryształu, a w środowisku korozyjnym granice między krystalitami będą preferencyjnie podlegać korozji, a pęknięcia korozyjne wnikają głęboko w strukturę metalu. Ta „korozja strukturalna” poważnie wpływa na właściwości mechaniczne. Można temu zapobiec poprzez odpowiednio dobrane reżimy obróbki cieplnej lub zabezpieczenie metalu powłoką odporną na korozję. Napawanie to powlekanie na zimno jednego metalu drugim: stop o wysokiej wytrzymałości jest walcowany pomiędzy cienkimi paskami czystego aluminium i zagęszczany. Metal zawarty w takiej kompozycji staje się odporny na korozję, a sama powłoka ma niewielki wpływ na właściwości mechaniczne.
Zobacz także POWŁOKI METALI.
Zapobieganie korozji. Podczas korozji elektrochemicznej powstałe produkty często rozpuszczają się (przechodzą do roztworu) i nie zapobiegają dalszemu niszczeniu metalu; W niektórych przypadkach do roztworu można dodać związek chemiczny (inhibitor), który reaguje z pierwotnymi produktami korozji tworząc nierozpuszczalne związki o właściwościach ochronnych, które osadzają się na anodzie lub katodzie. Na przykład żelazo łatwo koroduje w rozcieńczonym roztworze soli kuchennej (NaCl), ale dodanie siarczanu cynku do roztworu powoduje wytworzenie słabo rozpuszczalnego wodorotlenku cynku na katodzie, a dodanie fosforanu sodu powoduje wytworzenie nierozpuszczalnego fosforanu żelaza na anodzie (przykłady katodowego i anodowego inhibitory). Takie metody ochrony można zastosować tylko w przypadkach, gdy konstrukcja jest całkowicie lub częściowo zanurzona w ciekłym środowisku korozyjnym. Aby zmniejszyć szybkość korozji, często stosuje się ochronę katodową. W tej metodzie do układu przykładane jest napięcie elektryczne, tak że całą chronioną konstrukcję stanowi katoda. Osiąga się to poprzez podłączenie konstrukcji do jednego bieguna prostownika lub generatora prądu stałego, podczas gdy zewnętrzna, chemicznie obojętna anoda, taka jak grafit, jest podłączona do drugiego bieguna. Na przykład w przypadku zabezpieczenia antykorozyjnego rurociągów, w pobliżu nich w ziemi zakopuje się nierozpuszczalną anodę. W niektórych przypadkach stosuje się do tego celu dodatkowe anody ochronne, np. zawieszone w zbiornikach magazynujących wodę, przy czym woda w zbiorniku pełni rolę elektrolitu. Inne metody ochrony katodowej umożliwiają przepływ wystarczającego prądu z innego źródła przez strukturę, która w całości staje się katodą i zawiera ewentualne lokalne anody i katody o tym samym potencjale. W tym celu do chronionego metalu podłącza się metal o bardziej ujemnym potencjale, który pełni rolę anody protektorowej w utworzonej parze galwanicznej i ulega zniszczeniu jako pierwszy. Anody cynkowe stosowane są od 1825 roku, kiedy to słynny angielski chemik H. Davy zaproponował zastosowanie ich do ochrony miedzianych powłok na drewnianych kadłubach statków. Anody na bazie stopów magnezu są szeroko stosowane do ochrony kadłubów nowoczesnych statków przed korozją w wodzie morskiej. Anody protektorowe są częściej stosowane w porównaniu do anod podłączonych do zewnętrznych źródeł prądu, ponieważ nie wymagają zużycia energii. Malowanie powierzchniowe stosuje się również w celu zabezpieczenia przed korozją, szczególnie jeśli konstrukcja nie jest całkowicie zanurzona w cieczy. Powłoki metalowe można nakładać metodą natryskiwania metali lub galwanizacji (np. chromowanie, cynkowanie, niklowanie).
Rodzaje korozji specyficznej. Korozja naprężeniowa to zniszczenie metalu pod wpływem połączonego działania obciążenia statycznego i korozji. Głównym mechanizmem jest początkowe powstawanie wżerów korozyjnych i pęknięć, po których następuje uszkodzenie konstrukcji spowodowane koncentracją naprężeń w tych pęknięciach. Szczegóły mechanizmu korozji są złożone i nie zawsze zrozumiałe; mogą być powiązane z naprężeniami szczątkowymi. Czyste metale, a także mosiądz, nie są podatne na korozję pod wpływem naprężeń. W przypadku stopów pęknięcia pojawiają się w przestrzeni międzykrystalicznej będącej anodą w stosunku do wewnętrznych obszarów ziaren; zwiększa to prawdopodobieństwo korozji wzdłuż granic międzykrystalicznych i ułatwia późniejszy proces pękania wzdłuż nich. Zmęczenie korozyjne jest również konsekwencją połączonego działania naprężeń mechanicznych i korozji. Jednak obciążenia cykliczne są bardziej niebezpieczne niż statyczne. Pękanie zmęczeniowe często występuje przy braku korozji, ale destrukcyjny wpływ pęknięć korozyjnych, które powodują koncentrację naprężeń, jest oczywisty. Jest prawdopodobne, że wszystkie tak zwane mechanizmy zmęczeniowe wiążą się z korozją, ponieważ korozji powierzchniowej nie można całkowicie wyeliminować. Korozja spowodowana ciekłymi metalami jest specjalną formą korozji, która nie wiąże się z mechanizmem elektrochemicznym. Ciekłe metale mają ogromne znaczenie w układach chłodzenia, w szczególności w reaktorach jądrowych. Jako chłodziwa stosuje się ciekły potas i sód oraz ich stopy, a także ciekły ołów, bizmut i stopy ołowiowo-bizmutowe. Większość metali i stopów konstrukcyjnych w kontakcie z takim ciekłym medium ulega w mniejszym lub większym stopniu zniszczeniu, a mechanizm korozji może być w każdym przypadku inny. Po pierwsze, materiał pojemnika lub rur w systemie wymiany ciepła może w niewielkim stopniu rozpuścić się w ciekłym metalu, a ponieważ rozpuszczalność na ogół zmienia się w zależności od temperatury, rozpuszczony metal może wytrącić się z roztworu w schłodzonej części układu, powodując w ten sposób zatykanie kanałów i zaworów. Po drugie, międzykrystaliczna penetracja ciekłego metalu jest możliwa, jeśli zachodzi selektywna reakcja z dodatkami stopowymi materiału konstrukcyjnego. Tutaj, podobnie jak w przypadku elektrochemicznej korozji międzykrystalicznej, właściwości mechaniczne ulegają pogorszeniu bez widocznych objawów i bez zmiany masy konstrukcji; jednakże takie przypadki destrukcyjnego wpływu są rzadkie. Po trzecie, metale ciekłe i stałe mogą reagować, tworząc stop powierzchniowy, który w niektórych przypadkach służy jako bariera dyfuzyjna dla dalszego ataku. Korozja erozyjna (udarowa, korozja kawitacyjna) odnosi się do mechanicznego oddziaływania ciekłego metalu przepływającego w trybie turbulentnym. W skrajnych przypadkach prowadzi to do kawitacji i zniszczenia erozyjnego konstrukcji.
Zobacz także KAWITACJA. W związku z rozwojem energetyki jądrowej prowadzone są intensywne badania nad korozyjnym działaniem promieniowania, jednak w otwartej prasie niewiele jest informacji na ten temat. Powszechnie używany termin „uszkodzenie radiacyjne” odnosi się do wszelkich zmian w charakterze mechanicznym, fizycznym lub chemicznym materiałów stałych, które powstają w wyniku narażenia na następujące rodzaje promieniowania: promieniowanie jonizujące (promieniowanie rentgenowskie lub g), lekkie cząstki naładowane (elektrony) ), ciężkie cząstki naładowane (cząstki a) i ciężkie cząstki nienaładowane (neutrony). Wiadomo, że bombardowanie metalu ciężkimi cząsteczkami o dużej energii prowadzi do zaburzeń na poziomie atomowym, który w odpowiednich okolicznościach może być miejscem reakcji elektrochemicznych. Jednak ważniejsza zmiana zachodzi nie w samym metalu, ale w jego otoczeniu. Takie efekty pośrednie powstają w wyniku działania promieniowania jonizującego (np. promieni g), które nie zmienia właściwości metalu, lecz w roztworach wodnych powoduje powstawanie silnie reaktywnych wolnych rodników i nadtlenku wodoru, a m.in. związki przyczyniają się do wzrostu szybkości korozji. Ponadto inhibitor korozji, taki jak dwuchromian sodu, zostanie zredukowany i straci swoją skuteczność. Pod wpływem promieniowania jonizującego również warstwy tlenkowe ulegają jonizacji i tracą swoje właściwości antykorozyjne. Wszystkie powyższe cechy są w dużym stopniu zależne od specyficznych warunków związanych z korozją.
Utlenianie metali. Większość metali reaguje z tlenem atmosferycznym, tworząc stabilne tlenki metali. Szybkość utleniania zależy w dużym stopniu od temperatury i w normalnych temperaturach na powierzchni metalu tworzy się jedynie cienka warstwa tlenku (np. na miedzi jest to zauważalne poprzez ciemnienie powierzchni). W wyższych temperaturach proces utleniania zachodzi szybciej. Metale szlachetne stanowią wyjątek od tej reguły, ponieważ mają niskie powinowactwo do tlenu. Zakłada się, że złoto w ogóle nie utlenia się po podgrzaniu w powietrzu lub tlenie, natomiast słabe utlenianie platyny w temperaturach do 450°C ustaje po podgrzaniu do wyższych temperatur. Konwencjonalne metale konstrukcyjne utleniają się, tworząc cztery rodzaje związków tlenkowych: lotne, gęste, ochronne lub nieporowate. Niewielka liczba metali ogniotrwałych, takich jak wolfram i molibden, staje się krucha w wysokich temperaturach i tworzy lotne tlenki, w związku z czym nie tworzy się ochronna warstwa tlenku, a w wysokich temperaturach metale muszą być chronione atmosferą obojętną (gazy szlachetne). Metale ultralekkie mają tendencję do tworzenia zbyt gęstych tlenków, które są porowate i nie chronią metali przed dalszym utlenianiem. Z tego powodu magnez bardzo łatwo się utlenia. Ochronne warstwy tlenków tworzą się na wielu metalach, ale zwykle mają one jedynie umiarkowaną ochronę. Na przykład warstwa tlenku na aluminium całkowicie pokrywa metal, ale pod wpływem naprężenia ściskającego powstają pęknięcia, prawdopodobnie na skutek zmian temperatury i wilgotności. Ochronne działanie warstw tlenkowych ogranicza się do stosunkowo niskich temperatur. Wiele „metali ciężkich” (np. miedź, żelazo, nikiel) tworzy nieporowate tlenki, które choć nie pękają, nie zawsze chronią metal nieszlachetny. Teoretycznie tlenki te cieszą się dużym zainteresowaniem i są aktywnie badane. Zawierają mniej niż stechiometryczna ilość metalu; brakujące atomy metalu tworzą dziury w siatce tlenkowej. W rezultacie atomy mogą dyfundować przez sieć, a grubość warstwy tlenku stale rośnie.
Zastosowanie stopów. Ponieważ wszystkie znane metale konstrukcyjne są podatne na utlenianie, elementy konstrukcyjne znajdujące się w wysokich temperaturach w środowisku utleniającym powinny być wykonane ze stopów zawierających metal odporny na działanie utleniacza jako pierwiastka stopowego. Wymagania te spełnia chrom, dość tani metal (stosowany w postaci żelazochromu), który występuje niemal we wszystkich stopach wysokotemperaturowych spełniających wymagania odporności na utlenianie. Dlatego wszystkie stale nierdzewne stopowe z chromem mają dobrą odporność na utlenianie i są szeroko stosowane w gospodarstwach domowych i przemyśle. Stop nichromowy, który jest szeroko stosowany jako drut do spiral pieców elektrycznych, zawiera 80% niklu i 20% chromu i jest całkowicie odporny na utlenianie w temperaturach do 1000 ° C. Właściwości mechaniczne są nie mniej ważne niż odporność na utlenianie, a często okazuje się, że pewne pierwiastki stopowe (takie jak chrom) nadają stopowi zarówno wytrzymałość w wysokiej temperaturze, jak i odporność na utlenianie, tak że problem utleniania w wysokiej temperaturze nie stał się poważnym problemem, dopóki nie zastosowano oleju opałowego zawierającego wanad (w gazie silniki turbinowe) lub sód. Zanieczyszczenia te, wraz z siarką w paliwie, wytwarzają produkty spalania, które są wyjątkowo żrące. Próby rozwiązania tego problemu zaowocowały opracowaniem dodatków, które po spaleniu tworzą nieszkodliwe lotne związki z wanadem i sodem. Korozja cierna nie obejmuje korozji galwanicznej ani bezpośredniego utleniania w fazie gazowej, ale jest przede wszystkim efektem mechanicznym. Jest to uszkodzenie przegubowych powierzchni metalowych w wyniku ścierania podczas ich małych wielokrotnych przemieszczeń względnych; obserwowane w postaci zadrapań, wrzodów, muszli; towarzyszy zakleszczaniu i zmniejsza odporność na zmęczenie korozyjne, ponieważ powstałe zadrapania służą jako punkt wyjścia dla rozwoju zmęczenia korozyjnego. Typowymi przykładami są uszkodzenia rowków montażowych łopatek turbin na skutek wibracji, ścieranie wirników sprężarek, zużycie zębów przekładni, połączeń gwintowych itp. Przy małych wielokrotnych przemieszczeniach ochronne warstwy tlenków ulegają zniszczeniu, ścieraniu na proszek, a szybkość korozji wzrasta. Korozę cierną stali można łatwo rozpoznać po obecności czerwono-brązowych cząstek tlenku. Walkę z korozją cierną prowadzi się poprzez udoskonalanie konstrukcji, stosowanie powłok ochronnych, uszczelek elastomerowych i smarów.
Zobacz też
Wielka encyklopedia radziecka

Korozja metalu- – niszczenie metali na skutek chemicznego lub elektrochemicznego oddziaływania ze środowiskiem korozyjnym. 1. Dla procesu korozji należy używać określenia „proces korozji”, a dla wyniku procesu – „korozja... ... Encyklopedia terminów, definicji i objaśnień materiałów budowlanych

korozja metalu- Zniszczenie metali w wyniku chemicznego lub elektrochemicznego oddziaływania ze środowiskiem korozyjnym. Zastosowanie 1. Dla procesu korozji należy używać określenia „proces korozji”, a dla wyniku procesu... ... Przewodnik tłumacza technicznego

Zniszczenie powierzchni metali pod wpływem środków chemicznych. lub elektrochemiczne czynniki: narażenie na gazy (tlen, dwutlenek węgla, siarkowodór itp.), sole rozpuszczalne (z których najbardziej niebezpieczne są chlorki), kwasy mineralne i organiczne... Techniczny słownik kolejowy

KOROZJA METALI- samoistne niszczenie metali spowodowane działaniem środków chemicznych. i elektrochemiczne procesy zachodzące na ich powierzchni podczas interakcji ze środowiskiem zewnętrznym, w wyniku których najpierw zmienia się wygląd powierzchni, następnie traci się plastyczność, zmniejsza się wytrzymałość mechaniczna... Wielka encyklopedia politechniczna

Korozja metalu- 1. Korozja metali Zniszczenie metali na skutek ich chemicznego lub elektrochemicznego oddziaływania ze środowiskiem korozyjnym 1. Dla procesu korozji należy używać określenia „proces korozji”, a dla wyniku procesu „korozja… ”. .. Słownik-podręcznik terminów dokumentacji normatywnej i technicznej

- (od późnej łac. korozja korozyjna), fizyczna. chemia interakcja metaliczna materiału i środowiska, co prowadzi do pogorszenia wydajności. St. w materiale, środowisku i technologii. systemów, których częściami są. K. m. opiera się na substancji chemicznej. pomiędzy materiałem a... ... Encyklopedia chemiczna

korozja metalu- metalų korozija statusas T sritis chemija apibrėžtis Metalų, jų lydinių ir metalinių gaminių irimas dėl aplinkos poveikio. atitikmenys: pol. korozja metali; korozja metalu; korozja metaliczna rus. korozja metali... Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

Korozja metalu- Korozja: fizykochemiczne oddziaływanie metalu z otoczeniem, w wyniku którego zmieniają się właściwości metalu i często następuje pogorszenie właściwości użytkowych metalu, środowiska lub układu technicznego je obejmującego...

Ministerstwo Edukacji Federacji Rosyjskiej

Uniwersytet Ekonomiczny stanu Pacyfiku

ABSTRAKCYJNY

Dyscyplina: Chemia

Temat: Korozja metali

Zakończony:

Uczeń grupy 69

Krivitskaya Evgenia

Nachodka

Korozja materiałów niemetalowych

W miarę jak warunki pracy stają się coraz trudniejsze (wzrost temperatury, naprężenia mechaniczne, agresywność środowiska itp.), materiały niemetalowe są również narażone na działanie środowiska. W związku z tym w odniesieniu do tych materiałów zaczęto używać terminu „korozja”, na przykład „korozja betonu i żelbetu”, „korozja tworzyw sztucznych i gumy”. Oznacza to ich zniszczenie i utratę właściwości użytkowych na skutek chemicznego lub fizykochemicznego oddziaływania z otoczeniem. Należy jednak wziąć pod uwagę, że mechanizmy i kinetyka procesów dla niemetali i metali będą różne.

Korozja metalu

Tworzenie się par galwanicznych jest z pożytkiem wykorzystywane do tworzenia baterii i akumulatorów. Z drugiej strony powstanie takiej pary prowadzi do niekorzystnego procesu, którego ofiarą jest szereg metali - korozja. Korozja odnosi się do elektrochemicznego lub chemicznego niszczenia materiału metalowego, który występuje na powierzchni. Najczęściej podczas korozji metal utlenia się do jonów metali, które po dalszych przemianach wytwarzają różne produkty korozji. Korozja może być spowodowana procesem chemicznym lub elektrochemicznym. W związku z tym rozróżnia się korozję chemiczną i elektrochemiczną metali.

Korozja chemiczna

Korozja chemiczna to oddziaływanie powierzchni metalu z (korozją- aktywny) środowiska, któremu nie towarzyszy występowanie procesów elektrochemicznych na granicy faz. W tym przypadku oddziaływania utleniania metalu i redukcji składnika utleniającego środowiska korozyjnego zachodzą w jednym akcie. Na przykład tworzenie się kamienia, gdy materiały na bazie żelaza reagują w wysokich temperaturach z tlenem:

4Fe + 3O 2 → 2Fe 2 O 3

Podczas korozji elektrochemicznej jonizacja atomów metalu i redukcja składnika utleniającego środowiska korozyjnego nie zachodzą w jednym procesie, a ich tempo zależy od potencjału elektrody metalu (np. rdzewienie stali w wodzie morskiej).

Korozja elektrochemiczna

Zniszczenie metalu pod wpływem pierwiastków galwanicznych powstających w środowisku korozyjnym nazywa się korozją elektrochemiczną. Korozji jednorodnego materiału, na przykład rdzewienia żelaza itp., nie należy mylić z korozją elektrochemiczną. W przypadku korozji elektrochemicznej (najczęstsza forma korozji) zawsze wymagana jest obecność elektrolitu (kondensat, woda deszczowa itp.), z którym stykają się elektrody - albo różne elementy struktury materiału, albo dwa różne materiały stykające się o różnych potencjałach redoks. Jeśli jony soli, kwasów itp. zostaną rozpuszczone w wodzie, wzrasta jej przewodność elektryczna i wzrasta szybkość procesu.

Element żrący

Kiedy dwa metale o różnych potencjałach redoks stykają się i zanurzają w roztworze elektrolitu, na przykład wodzie deszczowej z rozpuszczonym dwutlenkiem węgla CO 2, powstaje ogniwo galwaniczne, tzw. ogniwo korozyjne. To nic innego jak zamknięte ogniwo galwaniczne. Powoli rozpuszcza materiał metaliczny o niższym potencjale redoks; druga elektroda w parze z reguły nie koroduje. Ten rodzaj korozji jest szczególnie charakterystyczny dla metali o wysokim potencjale ujemnym. Zatem już bardzo mała ilość zanieczyszczeń na powierzchni metalu o wysokim potencjale redoks wystarczy, aby pojawił się pierwiastek korozyjny. Szczególnie zagrożone są obszary, w których stykają się metale o różnym potencjale, takie jak spoiny lub nity.

Jeżeli elektroda rozpuszczająca jest odporna na korozję, proces korozji ulega spowolnieniu. Jest to podstawa na przykład do ochrony wyrobów żelaznych przed korozją poprzez cynowanie lub cynkowanie - cyna lub cynk mają bardziej ujemny potencjał niż żelazo, dlatego w takiej parze żelazo jest przywracane, a cyna lub cynk muszą korodować. Jednak ze względu na tworzenie się warstwy tlenku na powierzchni cyny lub cynku proces korozji ulega znacznemu spowolnieniu.

Korozja wodorowa i tlenowa

Jeśli nastąpi redukcja jonów H 3 O + lub cząsteczek wody H 2 O, mówi się o korozji wodorowej lub korozji z depolaryzacją wodoru. Redukcja jonów przebiega według następującego schematu:

2H 3 O + + 2e − → 2H 2 O + H 2

2H 2O + 2e – → 2OH – + H 2

Jeśli wodór nie zostanie uwolniony, co często ma miejsce w środowisku obojętnym lub silnie zasadowym, tlen ulega redukcji i mówimy o korozji tlenowej lub korozji z depolaryzacją tlenu:

O 2 + 2H 2 O + 4e – → 4OH –

Element korozyjny może powstać nie tylko w wyniku zetknięcia się dwóch różnych metali. Pierwiastek korozyjny powstaje także w przypadku jednego metalu, jeśli np. struktura powierzchni jest niejednorodna.

Przeciw powstawaniu rdzy

Korozja powoduje co roku straty rzędu miliardów dolarów, a rozwiązanie tego problemu jest ważnym zadaniem. Głównymi szkodami powodowanymi przez korozję nie jest utrata metalu jako takiego, ale ogromny koszt produktów zniszczonych przez korozję. Dlatego roczne straty z tego tytułu w krajach uprzemysłowionych są tak duże. Rzeczywistych strat z tego powodu nie można określić, oceniając jedynie straty bezpośrednie, które obejmują koszt zawalonej konstrukcji, koszt wymiany sprzętu i koszt środków zabezpieczających przed korozją. Jeszcze większe szkody wynikają ze strat pośrednich. Należą do nich przestoje urządzeń podczas wymiany skorodowanych części i zespołów, wycieki produktów i zakłócenia procesów technologicznych.

Idealną ochronę antykorozyjną zapewnia w 80% odpowiednie przygotowanie powierzchni, a tylko w 20% jakość zastosowanych farb i lakierów oraz sposób ich aplikacji. . Najbardziej produktywną i efektywną metodą przygotowania powierzchni przed dalszym zabezpieczeniem podłoża jest obróbka strumieniowo-ścierna .

Zazwyczaj wyróżnia się trzy obszary metod ochrony antykorozyjnej:

1. Strukturalny

2. Aktywny

3. Pasywny

Aby zapobiec korozji, stosuje się je jako materiały konstrukcyjne. stale nierdzewne , Stale kortenowskie , metale nieżelazne .

Jako zabezpieczenie przed korozją można zastosować dowolny powłoki, co zapobiega tworzeniu się pierwiastka korozyjnego (metoda pasywna).

Korozja tlenowa ocynkowanego żelaza

Korozja tlenowa żelaza pokrytego cyną

Powłoki lakiernicze, powłoki polimerowe i emaliowanie muszą przede wszystkim zapobiegać dostępowi tlenu i wilgoci. Często stosuje się również powlekanie stali innymi metalami, takimi jak cynk, cyna, chrom i nikiel. Powłoka cynkowa chroni stal nawet wtedy, gdy powłoka ulegnie częściowemu zniszczeniu. Cynk ma bardziej ujemny potencjał i najpierw koroduje. Jony Zn 2+ są toksyczne. Do produkcji puszek wykorzystuje się cynę pokrytą warstwą cyny. W przeciwieństwie do blachy ocynkowanej, gdy warstwa cyny zostanie zniszczona, żelazo zaczyna korodować i to intensywniej, ponieważ cyna ma bardziej dodatni potencjał. Innym sposobem zabezpieczenia metalu przed korozją jest zastosowanie elektrody ochronnej o dużym potencjale ujemnym, na przykład wykonanej z cynku lub magnezu. W tym celu specjalnie tworzony jest element korozyjny. Chroniony metal działa jak katoda i ten rodzaj ochrony nazywa się ochroną katodową. Elektrodę rozpuszczającą nazywa się zatem protektorową anodą ochronną. Metodę tę stosuje się do ochrony statków morskich, mostów, kotłowni i rur podziemnych przed korozją. Aby chronić kadłub statku, na zewnątrz kadłuba przymocowane są płyty cynkowe.

Jeśli porównasz potencjały cynku i magnezu z żelazem, mają one więcej potencjałów ujemnych. Niemniej jednak korodują wolniej ze względu na tworzenie się na powierzchni ochronnej warstwy tlenku, która chroni metal przed dalszą korozją. Tworzenie takiego filmu nazywa się pasywacją metalu. W aluminium jest on wzmocniony przez utlenianie anodowe (anodowanie). Po dodaniu niewielkiej ilości chromu do stali na powierzchni metalu tworzy się warstwa tlenku. Zawartość chromu w stali nierdzewnej wynosi ponad 12 procent.

System cynkowania na zimno

System cynkowania na zimno ma na celu wzmocnienie właściwości antykorozyjnych złożonej powłoki wielowarstwowej. System zapewnia pełną katodową (lub galwaniczną) ochronę powierzchni żelaznych przed korozją w różnych agresywnych środowiskach

System cynkowania na zimno dostępny jest w jednym, dwóch lub trzech pakietach i obejmuje:

· spoiwo – znane są kompozycje na bazie chlorokauczuku, krzemianu etylu, polistyrenu, żywicy epoksydowej, uretanu, alkidu (modyfikowanego);

· wypełniacz antykorozyjny – proszek cynkowy („pył cynkowy”), zawierający ponad 95% cynku metalicznego, o wielkości cząstek mniejszej niż 10 mikronów i minimalnym stopniu utlenienia.;

utwardzacz (w systemach dwu- i trzyskładnikowych)

Jednoskładnikowe systemy cynkowania na zimno dostarczane są w stanie gotowym do użycia i wymagają jedynie dokładnego wymieszania kompozycji przed aplikacją. Systemy dwu- i trzyskładnikowe mogą być dostarczane w kilku opakowaniach i wymagają dodatkowych operacji przygotowujących kompozycję przed aplikacją (wymieszanie spoiwa, wypełniacza, utwardzacza).