Автор: Пользователь скрыл имя, 24 Января 2012 в 00:34, курс лекций
Коррозионное разрушение металлов и сплавов, происходящие в атмосфере в результате протекания электрохимических и химических реакций, называется атмосферной коррозией.
1. Атмосферная коррозия
2. Контактная коррозия
3. Подземная коррозия
Лекция 13
Тема: Коррозия металлов в различных средах
1. Атмосферная коррозия
2. Контактная коррозия
3. Подземная
коррозия
Коррозионное разрушение металлов и сплавов, происходящие в атмосфере в результате протекания электрохимических и химических реакций, называется атмосферной коррозией.
Этот вид коррозии является наиболее распространенным – приблизительно 80% металлоизделий и конструкций эксплуатируются и хранятся в атмосферных условиях: (с/х машины, авиационный, железнодорожный, водный, автомобильный транспорт, оборудование химической, металлургической, нефти обрабатывающей промышленности, мосты, военная техника и т.д.)
Причиной атмосферной коррозии является наличие в атмосфере воздуха паров, воды кислорода, агрессивных газов.
Обычно
атмосферную коррозию классифицируют
по степени увлажненности
1.1.
Сухая атмосферная коррозия
Коррозионный процесс в этих условиях связан с образованием на металлической поверхности тонких окисных пленок в результате химического взаимодействия поверхности и кислорода атмосферы. Наличие защитных окисных пленок приводит к установлению постоянной и очень незначительной скорости коррозии.
Присутствие в атмосфере других газов, например, сернистых соединений, снижает защитные свойства пленки, и несколько увеличивает скорость коррозии. Однако, сухая коррозия не приводит к существенному разрушению металла.
1.2.
Влажная коррозия протекает
Мокрая атмосферная коррозия протекает в атмосфере при относительной влажности около 100% в условиях возможной капельной конденсации электролитов на металлической поверхности или при непосредственном попадании их на металл ( брызги морской и речной воды, дождевые капли). Коррозия протекает при наличии видимой пленки электролита (влаги).
Деление это довольно условно, т.к. возможны взаимные переходы одного вида коррозии в другой.
Скорость атмосферной коррозии зависит от толщины и состава пленки электролита.
Пленки влаги могут образоваться в результате адсорбционной конденсации и капиллярной конденсации влаги.
Адсорбционные пленки очень тонкие толщиной до нескольких десятков молекулярных слоев.
Конденсация влаги на плоской поверхности происходит при относительной влажности 100%. Однако в капиллярах и узких щелях конденсация происходит при относительной влажности меньше 100%. Это обусловлено тем, что упругость паров над поверхностью жидкости зависит от кривизны мениска.
Если сравните давление насыщенных паров над плоской, выпуклой и вогнутой поверхностью воды, то наибольшим оно будет на выпуклой, а наименьшим над вогнутой поверхностью.
При прочих равных условиях Р1=Рое-А/r ехр (-А/r) например, при =150С давлении 1 атм упругость насыщенного пара над твердой поверхностью 12,7 мм рт.ст и конденсация происходит при 100% влажности; а над мениском с радиусом кривизны r=1,2·10-6 мм упругость паров уменьшается до 5,0 мм рт. ст и конденсация паров происходит при 39% относительной влажности.
Таким образом, наличие на поверхности металла микро щелей, пор, зазоров приводит к конденсации паров влаги и при относительной влажности – <100%.
Кроме того, над растворами солей (продуктов коррозии) конденсация происходит при более низкой – давлении насыщенных паров воды, чем над чистой водой.
Например, при t=200С над насыщенными растворами солей конденсация паров воды происходит при:
10% -42% -91%
ZnCl2 Zn(NO3)2 ZnSO4
Конденсирующиеся на металле пленки влаги, имеющие толщину порядка 100-200мкм (0,1-0,2мм) представляют собой относительно концентрированные электролиты.
Особенность атмосферной коррозии металлов – легкая доступность кислорода к поверхности металла. Тонкий слой влаги мало затрудняет диффузию и облегчается доставка кислорода в результате интенсивного само перемешивания электролита в тонких слоях конвекцией она обусловлена наличием градиента температуры и поверхностного натяжения.
Следовательно, атмосферная коррозия протекает преимущественно с кислородной деполяризацией.
Но
поступление кислорода к
Таким образом, с уменьшением толщины пленки электролита катодный процесс коррозии металла облегчается, а анодный процесс затрудняется.
В
случае сплавов на основе железа сохранение
продуктов коррозии на поверхности
проводит к заметному замедлению
ионизации металла. Это создает
возможность регулирования
1.3.1. Факторы, влияющие на скорость атмосферной коррозии.
Влажность воздуха, способствуя образованию пленки влаги на поверхности металла, вызывает его электрохимическую коррозию. С увеличением относительной влажности воздуха скорость коррозии возрастает.
Vk
1
0 20 40 60 80 100 влажность
Однако для чистого воздуха (кривая 1) увеличение влажности до 100% не приводит к заметному росту скорости коррозии.
Наличие в атмосфере 0,01% SO2 приводит к увеличению скорости коррозии и – в 100 раз, причем ускорение коррозионного процесса наступает при относительной влажности – 70%. Относительная влажность, при которой скорость коррозии резко увеличивается, называется «критической влажностью». Величина критической влажности зависит от природы металла (Сu 80%, Fe – 70%), от состояния его поверхности и от состава атмосферы:
1.3.2. содержание в воздухе посторонних газов, не входящих в состав возудах (CO2, Cl2, SO2, SO3, H2S, HCl), попадая в пленку влаги:
Подсчитано, что количество образующегося серного ангидрида SO2, составляет 2-8% от общего количества сжигаемого топлива. Это приводит к ежегодному появлению в мировом воздушном океане 60-90млн.т серного ангидрида. В результате этого скорость коррозии в промышленной атмосфере в 30-50 раз выше, чем в чистой.
взвешенные твердые частицы, содержащиеся в воздухе, осаждаясь на поверхности металлов, могут сильно увеличивать атмосферную коррозию. Коррозионно – активные частицы (NaCl, Na2SO4, (NH4)2, SO4) усиливают коррозионный процесс:
Частицы
угля на поверхности металла усиливают
адсорбционную способность
1.3.3 влияние температуры на атмосферную коррозию исследовано менее подробно. Установлено, что повышение температуры при постоянной абсолютной влажности (т.е. содержании водяных паров) воздуха проводит к уменьшению относительной влажности. Это приводит к уменьшению скорости коррозии металлов, т.е. (уменьшается, затрудняется) конденсация влаги на поверхности металла и облегчает испарение пленки влаги.
Понижение температуры приводит к усилению коррозионного процесса, т.к. при этом облегчается конденсация влаги на поверхности металла, затрудняется испарение пленки. А при температуре ниже точки росы происходит капельная конденсация. Имеющиеся данные показывают, что в пределах одного географического района усиление коррозии наблюдается в летние месяцы года.
1.3.4. На скорость атмосферной коррозии оказывает влияние климатические условия данной местности - географический фактор.
Немаловажным является количество выпадающих атмосферных осадков. В районах с сухим тропическим климатом коррозионная стойкость малоуглеродистой стали выше, чем в морской или промышленной атмосфере. Так, например, в сельских районах срок службы проводов связи в 10 раз больше по сравнению с промышленными районами.
По данным Института стали и железа (Англия) скорость коррозии мартеновской стали в г. Хартуме (Судан) в сухой чистой атмосфере в 100 раз меньше, чем в атмосфере Тродингема (Англия), сильно загрязненной сернистым газом.
Скорость атмосферной коррозии значительной мере обусловлена содержанием в атмосфере минеральных солей и коррозионно – агрессивных газов. Маловероятно, чтобы химически чистая вода могла вызвать столь значительные скорости коррозионного процесса. Источником минеральных солей является мировой океан, занимающий более 70% земной поверхности. Подсчитано, что с поверхности одного Каспийского моря в атмосферу поступает несколько тысяч тонн соли в сутки.
1.4. Методы защиты от атмосферной коррозии.
1.4.1. Нанесение защитных покрытий:
1.4.2. превращение поверхностного слоя металла в химическое соединен (окисел, фосфат) обладающее защитными свойствами.
1.4.3.
торможение анодного
При
влажной атмосферной коррозии, когда
велика концентрация кислорода у
поверхности металла и
- медь является эффективным катодом и способствует пассивированию железа.
1.4.4. уменьшение слоя электролита на поверхности корродирующего металла:
1.4.5.
использование замедлителей