Глава 10. Коррозия и защита металлов
10.1. Общие сведения о коррозии
Коррозией называется процесс самопроизвольного разрушения металлов в результате химического и физико-химического воздействия окружающей среды. Сущность коррозионных процессов сводится к переходу металлов в термодинамически более стабильные в определенных условиях продукты: оксиды, гидроксиды и др.
Коррозия является одним из самых разрушительных процессов природы. По мере развития техники происходило расширение видов и форм коррозии металлов и неметаллических материалов, увеличивались вызываемые ею потери. Причиной этого, с одной стороны, является быстро растущее количество изделий, устройств, машин и конструкций, с другой - возрастающее загрязнение окружающей среды (атмосферы, вод и почвы) продуктами сгорания угля и жидкого топлива, бытовыми и промышленными стоками, газовыми выбросами промышленных предприятий, химическими веществами, используемыми в быту, сельском хозяйстве и т.д.
Вред, наносимый коррозией, огромен. Только черных металлов разрушается до 10 %от выпускаемого количества. Однако ущерб определяется не только чистым весом разрушаемого металла, но и в значительно большей степени стоимостью тех конструкций, которые вышли из строя из-за подчас незначительного очага коррозии, а также стоимостью ремонта испорченного оборудования. В сумму ущерба от коррозии вхо-
дит и стоимость всех мероприятий по борьбе с коррозией, включая применение многочисленных защитных покрытий (металлических, лакокрасочных и других), применение дефицитных и дорогостоящих конструкционных материалов и т.д.
10.2. Классификация коррозионных процессов
По механизму протекания процессов различают химическую и электрохимическую коррозию.
Химическая коррозия- процесс, протекающий за счет гетерогенной химической реакции, без разделения на отдельные стадии. Продукты коррозии образуются непосредственно на участке, подвергаемом коррозии. К ней относят коррозию газовую (например, окисление металла при нагреве) и коррозию в неэлектролитах. Примерами коррозии такого рода служат разрушение лопаток и других элементов турбин, находящихся в контакте с горячими топливными газами, коррозия резервуаров, коммуникаций и химических реакторов, вызванная действием таких газов, какH2S,H2,CO,Cl2, NH3, перегретый водяной пар или жидких неэлектролитов, например, нефти и продуктов ее переработки, расплавленной серы, органических соединений.
Электрохимическая коррозиявозникает в растворах электролитов, причем ей сопутствуют протекающие на поверхности металла электрохимические процессы: окислитель-
ный - растворение металла и восстановительный – электрохимическое восстановление компонентов среды. На скорость электрохимической коррозии влияют особенности как самого металла (вид, структура, неоднородности, наличие пленок и
покрытий), так и электролитической среды (состав, концентрация, температура, кислотность и т.д.). Влияют также условия эксплуатации металлической конструкции. Видами электрохимической коррозии являются: атмосферная, подземная, морская, биологическая, коррозия под действием блуждающих токов и др.
Атмосфернойназывается коррозия металла, находящегося в среде влажного воздуха.
Жидкостнаякоррозия протекает в электролитах, включая расплавленные соли. Выделяют морскую коррозию, являющейся следствием агрессивного действия морской среды – морской воды и атмосферы.
Подземная или грунтовая коррозияпроисходит из-за агрессивного действия почвы.
Электрокоррозиявозникает под действием внешнего источника тока, например, коррозия под действием блуждающих токов, или коррозия (растворение) нерастворимого анода работающего электролизера.
Биологическая коррозия происходит в результате изменений в коррозионной среде вследствие деятельности микроорганизмов, например, бактерий или других живых организмов – водорослей, плесени, грибов.
По характеру разрушения коррозия делится на сплошную, или общую, и местную, или локальную (рис. 67)
Общая коррозия называется равномерной, если фронт коррозионного разрушения распространяется параллельно плоскости металла (рис. 67, а), и неравномерной, если скорость коррозии на различных участках неодинакова (рис. 67,б).
Примером общей коррозии является избирательная коррозия, которая характерна для сплавов - твердых растворов.
Местная коррозия имеет ряд разновидностей, среди которых распространены следующие: а) коррозия пятнами, в виде отдельных раковин; б) точечная, или питинговая, коррозия - разрушение в глубину металла с образованием пор, вплоть до
сквозных; в) межкристаллитная коррозия - разрушение металла по границам кристаллитов; г) внутрикристаллитная коррозия - разрушение по зернам кристаллитов. Этот вид коррозии наблюдается при коррозионном растрескивании, протекающем под влиянием внешних механических нагрузок или внутренних напряжений.
а б в г д е ж
Рис. 67: Виды коррозионного разрушения.
а- сплошная равномерная коррозия;б- сплошная неравномерная коррозия;в- избирательная коррозия;г- неравномерная коррозия пятнами;д- неравномерная точечная коррозия;
е- межкристаллитная коррозия;ж- внутрикристаллитная коррозия при коррозионном растрескивании
под действием внешних сил F.