2.4. Законы роста пленок на поверхности стальных сооружений
2.4.1. Закон роста несплошных пленок
Пленки, не образующие, сплошного и плотного слоя (VОк/VМe < 1), не являются защитными, так как окислитель сравнительно свободно проникает через них к поверхности металла, адсорбируется на ней и вступает с металлом в химическую реакцию. В этом случае скорость реакции не зависит от толщины образующейся пленки и подчиняется уравнению кинетики химической реакции:
,
(2.4.1)
где h - толщина образующейся пленки; t - продолжительность коррозионного процесса (окисления металла); Кc - константа скорости химической реакции; С - концентрация окислителя на поверхности металла.
Проинтегрировав приведенное дифференциальное уравнение:
,
(2.4.2)
получим:
h = KcCt + const, (2.4.3)
Постоянную интегрирования определяют из начального условия:
в начальный момент химической коррозии, при t = 0, значение h = 0, а, следовательно, const = 0.
Тогда:
h = KcCt, (2.4.3)
т.е. имеем линейный закон роста окисной пленки.
2.4.2. Закон роста сплошных пленок
Рассмотрим два закона нарастания сплошных пленок, характерных для химической коррозии металлов. Если исходить из преимущественной диффузии через окисную пленку окислителя (зона роста пленки при этом находится на границе раздела пленка - металл), то для скорости установившегося режима процесса справедливо уравнение диффузионной кинетики:
,
(2.4.4)
где D - коэффициент диффузии окислителя в окисной пленке; С0 - концентрация окислителя на внешней поверхности окисной пленки; С - концентрация окислителя на внутренней поверхности пленки (на поверхности металла).
В случае, когда весь поступивший в зону реакции окислитель успевает прореагировать с металлом (накапливания окислителя на поверхности металла или на внутренней поверхности пленки не происходит), т.е. С 0, то уравнение (2.4.4) принимает вид:
,
(2.4.5)
Разделив переменные и проинтегрировав, находим:
,
(2.4.6)
или:
,
(2.4.7)
Используя начальные условия (при t = 0, h = 0), получим, что const = 0. Тогда
,
(2.4.8)
т.е. имеем параболический закон роста окисной пленки.
Аналогичное уравнение получается, если в основу расчетов положить преимущественно диффузию через окисную пленку ионов металла (рост пленки происходит на границе раздела пленка - окислитель).