Коррозия металлов в различных средах

2. Контактная коррозия.

      2.1. современная техника использует  самые разнообразные металлы  и сплавы, которые в конструкциях  машин, аппаратов могут находиться  в контакте друг с другом.

      Контакт разнообразных металлов и сплавов и воздействие коррозионной среды могут привести к возникновению контактной коррозии, вследствие образования микропар (гальванического элемента).

      Обычно  металл, имеющий более отрицательный  электрохимический потенциал (анод макропары), будет корродировать более интенсивно, чем металл с более положительным (менее отрицательным) значением потенциала (катод).

      Итак, при коррозии основного металла  катодные контакты могут быть опасными, а анодные защитными. Об опасности контактной коррозии в первом приближении можно судить по величине стандартных электродных потенциалов (в водных растворах при 25⁰С).

      Каждый  вышестоящий металл будет анодном  по отношению к нижестоящему. Чем  больше разность потенциалов (движущая сила процесса) контактируемых металлов, тем больше скорость коррозии. Поэтому могут быть очень опасные контакты, приводящие к быстрой коррозии анода, и менее опасные, где коррозия анода не будет очень высокой.

      Контактная  коррозия наиболее опасна:

      - в морской воде: в некоторых активных нейтральных средах; в кислых средах; в атмосфере. (Химическая аппаратура, опреснительные установки, морские корабли могут нести значительный урон из-за контактной коррозии).

      Эффективность отрицательного влияния на коррозии основного металла катодных контактов зависит от:

• природы металла, которая определяет его обратимый электродный потенциал в данных условиях и особенности поляризуемости электродных процессов.
• от величины поверхности контакта.

      Контактная  коррозия тем больше, чем больше отношение поверхностей катодного контакта (S₂) и основного (анодного S₁) металла, т.е. чем больше (S₂>> S₁) S_k>> S_a.

      Пример. О том, насколько важно учитывать  контакт разнородным металлом при  конструировании, свидетельствует  пример яхты «Зов моря». В 20-х годах нашего века по заказу американского миллионера была построена одна из лучших яхт в мире. Строители яхты обшили днище монель – металлом (сплав 70 Ni и 30% Сu), а киль, форштевень и раму руля изготовили из стали. В морской воде в нижней части яхты образовался сильный микрогальванический элемент с катодом из монель – металла и анодом из стали. Этот элемент настолько сильно работал, что еще до завершения отделки яхта была выведена из строя, ни разу не выйдя в море.

      2.2. Методы борьбы с контактной коррозией металлов.

      2.2.1. при конструктивным машин, оборудования, аппаратов, морских судов осуществлять  правильный подбор контактируемых  металлов и сплавов: 

• наименьшее различие потенциалам;
• отсутствие опасных анодных деталей,
• благоприятное соотношение площадей S_а>> S_к.

      2.2.2. если по конструктивным особенностям  избежать применения разнородных  металлов невозможно, проводят электрод  изоляцию их в месте контакта  с помощь изолирующих прокладок,  лакокрасочных или других изолирующих  покрытий: используют ингибиторы коррозии (для закрытых систем).

      2.2.3. применяют защитный (анодный) контакт,  т.е. присоединяют к конструкции  анодный протектор металла (например  Zn, Mg или их сплавы). Их электродный потенциал и поверхность обеспечивают катодную поляризацию всех остальных металлов конструкции, т.е. перевод их в катоды.

      Чем отрицательнее потенциал, меньше анодная  поляризуемость и больше поверхность  металла анодного протектора, тем  больше эффективность защитного  действия анодного контакта.

      Таким образом, рассмотрено вредное влияние катодного контакта. Однако это не всегда бывает так. Если возможно наступление пассивности (в присутствии окислителей и депассиваторов или при отсутствии активаторов), то контакт с катодным металлом  может обеспечить наступление пассивного состояния основного металла и значительно снизить при этом скорость его коррозии, т.е. является катодным протектором и осуществляет анодную поляризацию.

      Контакт с анодным металлом (катодная поляризация) может затруднить наступление пассивности  основного металла, а если он находится в пассивном состоянии, может его дипассивировать, т.е. вызовет увеличение коррозии.

      3. Подземная коррозия металлов.

      3.1. В подавляющем большинстве случаев  (за исключением очень сухих  почв и грунтов) под земная  коррозия металлов протекает по электрохимическому механизму.

      Наиболее  характерным катодным процессом  в подземных условиях является кислородная  деполяризация с преобладанием  торможения транспорта О₂ в почве или грунте к поверхности корродирующего металла осуществляется напряженным течение газообразной или жидкой фазы, конвекционным перемешиванием этих фаз или диффузией О₂ в газообразной или жидкой фазе.

      В сильно кислых грунтах может происходить  и водородная деполяризация. Не исключена  также возможность электрохимического восстановления продуктов жизнедеятельности различных грунтов микроорганизмов.

      Подземная коррозия подразделяется:

• на грунтовую, обусловленную электрохимическим воздействием подземных металлических сооружений с коррозионно-активным грунтом:
• на коррозию блуждающими токами (электрокоррозию), обусловленную наличием подземных металлических сооружений в зоне действия блуждающих токов, что приводит к дополнительному усиленному местному разрушению этих конструкций. Этот вид подземной коррозии металлов во много раз опасен грунтовой коррозии.

      3.2. Контролирующий фактор и особенности  грунтовой коррозии металлов.

      В зависимости от условий могут  быть следующие случаи контроля грунтовой  коррозии металлов:

• преимущественный катодный контроль – во влажных грунтах;
• преимущественный анодный контроль, который более вероятен в  рыхлых и сухих  грунтах;
• смешанный катодно – омический контроль – при грунтовой коррозии металлических конструкций вследствие работ протяженных макропар (например, трубопроводов при работе макропар неравномерной аэрации).

      В большинстве практических случаев  коррозия подземных сооружений протекает  с преимущественным катодным контролем, обусловленным торможением транспорта О₂ к металлу.

      3.3. Для грунтовой коррозии характерны  следующие особенности:

      - возникновение и работа микро  коррозионных пар вследствие  различия кислородной проницаемости  отдельных участков грунта, местной  неоднородности грунтов, различной  глубины залегания участков металлической  конструкции в грунте и т.д. , причем эти микро пары часто имеют значительные размеры;

      - большое влияние омического сопротивления  грунта в связи со значительной  ролью работы микрокоррозионных  пар, зависящей от этого сопротивления,  в общем коррозионном процессе;

      - преимущественно язвенный характер  коррозионных разрушений.

      3.4. Влияние различных факторов на  грунтовую коррозию металлов.

      - наличие влаги делает грунты  электролитом и вызывает электрохимическую  коррозию находящихся в нем  металлов. Увеличение влажности  грунта облегчает протекание  анодного процесса (затрудняя пассивацию металла), уменьшает электросопротивление грунта, но затрудняет протекание катодного процесса при значительном насыщении водой пор грунта (уменьшая аэрируем ость грунта и скорость диффузии О₂). Поэтому зависимость скорость коррозии металлов от влажности грунта имеет вид кривых с максимумом – при большом избытке воды скорость коррозии металлов падает вследствие торможения катодного процесса, что обусловлено сильным ростом толщины диффузионного слоя.  

      Потеря  массы  Δm, г/м²

      Δm

               3 

                2                                    1    

               1                             2

                0     6      12      18      24  влажность 

      влажность % 1-в песке; 2-в глине.

      - воздухопроницаемость грунтов зависит  не только от влажности, но и от особенностей состава, плотности грунтов и т.д. Повышение воздухопроницаемости грунтов обычно ускоряет коррозионный процесс, так как облегчается протекание катодного процесса. Неравномерность аэрации поверхности металлического сооружения приводит к образованию аэрационных гальванических пар: на участках более аэрируемых (песок) локализуется катодный процесс, а на менее аэрируемых (глина) – анодный процесс.

      - электропроводимость грунтов, которая  колеблется от нескольких единиц  до сотен ом на метр зависит главным образом от его влажности, состава и количества солей и структуры. Увеличение засоленности грунта облегчает протекание анодного процесса (в результате депассивирующего действия особенно галоидных солей), катодного процесса (например, ускорение катодного процесса окисными солями железа) и снижает электросопротивление.

      - кислотность грунта, которая характеризуется  колебаниями рН в пределах  от 9 до 3, ускоряет коррозию в результате  повышения растворимости вторичных  продуктов коррозии и возможной дополнительной катодной деполяризации водородными ионами.

      - неоднородность грунта по его  структуре, плотности, составу,  влажности, кислотности и т.д.  приводит к возникновению макрокоррозионных  пар и усилению коррозии металлов  и ее неравномерности. 

      - микроорганизмы, находящиеся в большом количестве в почвах и грунтах, могут вызывать значительное местное ускорение коррозии металлов, в частности, стали.

      - температура грунта, которая в  зависимости от географической  широты, климатических условий, времени  года и суток колеблется от -50 до +50⁰С, влияет на кинетику электродных процессов и диффузии, определяющих скорость грунтовой коррозии металлов.

      3.5. Методы борьбы с подземной  коррозией металлов

      Эти методы осуществляются: