4.2.2. Факторы, влияющие на скорость химической коррозии

Скорость газовой коррозии зависит от природы металла, состава сплава, химической активности газовой среды, свойств продуктов коррозии, температуры среды, времени контакта среды с металлом и др. Продукты коррозии металла образуют пленки различной толщины, от свойств которых зависит дальнейший процесс коррозии. Поэтому важно знать свойства образующихся пленок, механизм и законы их роста, отношение их к воздействию температуры, давления и т.д. Тормозить коррозионный процесс могут пленки, являющиеся сплошными, беспористыми, твердыми, износостойкими и инертными по отношению к агрессивным средам, имеющие высокую адгезию (прилипание) к металлу и коэффициент термического расширения, близкий к коэффициенту термического расширения металла.

Процессы газовой коррозии многостадийны и протекают на границе раздела фаз металл – газовая среда по следующим стадиям:

1) подход газообразных веществ к поверхности раздела фаз;

2) адсорбция газа поверхностью металла;

3) химическое взаимодействие;

4) отвод (десорбция, возгонка) продуктов коррозии из зоны реакции (осуществляется в отдельных случаях).

Пленки продуктов коррозии хрупки и малопластичны и образование трещин зависит от того, претерпевает ли пленка в процессе роста растяжения, благоприятствующие ее разрушению, или она образуется в условиях сжатия. Это зависит от соотношения между объемами продуктов коррозии (Vокс.) и металла (V_Me), из которого они образовались:

α = V окс / VMe =Mr (окс) ∙ ρMe/n Ar(Me) ∙ ρ(окс),

(4.9)

где α – фактор Пиллинга-Бэдвордса; Mr(окс) – относительная молекулярная масса оксида;Ar(Me) – относительная атомная масса металла; ρ(окс) – плотность оксида; ρ(Me)-плотность металла;n– число атомов металла в «молекуле» оксида;Vокс – объем оксида;V_Me– объем металла.

Значения фактора Пиллинга-Бэдвордса для некоторых металлов приводится в приложении 3.

Если α < 1, то образующая пленка не может быть сплошной и не защищает металл от коррозии.

Следовательно, газ-окислитель беспрепятственно проникает к поверхности металла, и стадией, определяющей скорость процесса коррозии, является химическое взаимодействие металла с газом.

Скорость роста пленки во времени у таких металлов остается постоянной, и толщина пленки прямо пропорциональна времени окисления:

y = k·τ,

(4.10)

где y-толщина пленки;K-постоянная;τ- время окисления.

Рост толщины оксидной пленки во времени по линейному закону характерен для щелочных и щелочноземельных металлов, ванадия, вольфрама, молибдена. При повышении температуры реакция окисления таких металлов начинает резко ускоряется вследствие плохого отвода теплоты. Рыхлая пленка оксида металла является препятствием для отвода теплоты, выделяющейся в ходе реакции. Вследствие этого происходит разогрев металла, скорость окисления возрастает. Если I< α < 2, на поверхности металла образуется сплошная защитная пленка. Большинство применяемых в технике металлов окисляется по параболическому закону: y²=kτ+const, к ним относятся Cu, Ni (t> 500⁰C), Zn, Cd, Sn и другие. Для некоторых металлов характерна логарифмическая зависимость между толщиной пленки и временем ее роста: y = ln(kτ), наблюдается медленный рост пленки. Это такие металлы, как:Cu(t>100⁰C),Ta(t> 150⁰C),Ni(t< 650⁰C),Fe(t< 400⁰C),Al,Cr.