От каких факторов зависит скорость коррозии металлов

От каких факторов зависит скорость коррозии металлов

Извлечения из классической книги

И.Л.Розенфельд, В.П.Персианцева «Ингибиторы атмосферной коррозии», М., «ХИМИЯ», 1985г.

Факторы, влияющие на скорость атмосферной коррозии

Наиболее важными факторами, определяющими скорость атмосферной коррозии являются: влажность атмосферы; состав атмосферы; суммарная длительность пребывания пленки влаги, образовавшейся на поверхности металла; ее химический состав; температура воздуха.

Влажность атмосферы. Абсолютная влажность воздуха (количество водяного пара в единице объема воздуха) при неизменных других условиях определяет толщину адсорбционной пленки, образующейся на поверхности металла. Так, например, толщина слоя влаги, образующейся на поверхности железа при относительной влажности воздуха 55%, составляет 15 молекулярных слоев, а при относительной влажности 100% — 90 – 100 молекулярных слоев.

От относительной влажности зависит и количество воды, которое сконденсируется на поверхности металла при охлаждении изделия, однако и в этом случае при последующем ее испарении коррозия при меньших относительных влажностях, например при 76%, может оказаться выше, чем при 100% влажности. Сказывается эффект саморазмешивания… Малые скорости коррозии наблюдаются лишь при относительных влажностях до 60%. Превышение этой влажности при любом количестве сконденсированной на поверхности металла влаги приводит к резкому возрастанию скорости коррозии. Однако при большом количестве сконденсированной влаги коррозия при 80%-ной относительной влажности выше, чем при 100%.

Количество же сконденсированной на поверхности металла влаги зависит от температурного перепада: чем он выше, тем больше конденсируется воды при заданной влажности.

Количество сконденсированной влаги может изменяться также от присутствия на поверхности металла посторонних веществ. Их влияние сказывается на капиллярной конденсации. Кроме того, они способны стать центрами кристаллизации. Особенно опасны вещества, отличающиеся высокой гигроскопичостью. В их присутствии изменяются значения относительной влажности воздуха, при которой наблюдается резкое возрастание скорости коррозии металлов (Hk — критическая влажность). Так, например, при наличии на поверхности железа аммонийных солей скорость коррозии резко возрастает, а влажность воздуха спускается с 80 до 50% .

Природа продуктов коррозии железа оказывает также сильное влияние на критическую влажность; для железа, покрытого продуктами коррозии, образованными в дистиллированной воде, критическая влажность равна 65%, а для морской воды критическая влажность снижается до 50% [194].

Помимо снижения критической влажности посторонние частицы, осаждающиеся на поверхности металла, могут повышать скорость разрушения металлов вследствие изменения структуры защитных пленок, а также их адгезии с поверхностью металла.

Возникновение поверхностного натяжения между твердыми частицами и продуктами коррозии может приводить к тому, что последние будут прилипать к твердой частичке, а не к поверхности металла, ослабляя этим защитные свойства образующихся продуктов коррозии. Это наблюдается также в том случае, если природа частичек такова, что они могут взаимодействовать с переходящими в раствор ионами металла с образованием растворимых продуктов коррозии вместо нерастворимых гидроокисей металлов.

Отсюда следует весьма важный вывод: возникшие по каким-либо причинам продукты коррозии даже в виде мелких очагов должны быть возможно быстрее удалены, чтобы они не способствовали дальнейшему развитию коррозии. Следует также избегать попадания посторонних частиц на поверхность изделия.

Состав атмосферы. Агрессивные свойства атмосферы по отношению к металлам определяются не только влажностью, но и теми загрязнениями, которые в нее попадают. Самыми неблагоприятными видами загрязнений являются сернистый газ и хлористый натрий. Первый попадает в атмосферу вместе с продуктами, образующимися при сжигании сернистого топлива, второй – за счет соли, уносимой ветром с поверхности океанов и морей.

Сернистый газ. С некоторой критической концентрации сернистый газ сильно увеличивает скорость коррозии таких металлов, как железо, алюминий, цинк, медь и другие. При постоянной концентрации сернистого газа в атмосфере скорость коррозии металлов возрастает с повышением относительной влажности атмосферы. Возрастание скорости коррозии металлов наблюдается и в том случае, когда в атмосфере нет сернистого газа, но поверхность металла предварительно подвергалась его воздействию. Коррозия при этом протекает так, как будто атмосфера содержит сернистый газ . такой отрицательный эффект связан с тем, что сернистый газ в присутствии адсорбированной влаги на металле образует кристаллогидраты, которые не удаляются с поверхности металла даже при откачке и способствуют возникновению и развитию коррозионного процесса. Наиболее опасными в промышленной атмосфере являются оседания на поверхности конструкции частичек угольной пыли.

Хлористый натрий. Хлористый натрий, подобно сернистому газу, весьма заметно усиливает коррозию ряда металлов в атмосферных условиях. Основной причиной ускорения коррозии хлористым натрием является образование в его присутствии растворимых продуктов коррозии вместо нерастворимых гидроокисей, возникающих под чистой пленкой влаги. Кроме того, ионы хлора препятствуют образованию пассивирующих пленок. Агрессивное действие хлористого натрия в условиях атмосферы следует также связывать с его способностью адсорбировать влагу из относительно сухих атмосфер. Уже при относительной влажности воздуха, равной 70%, хлористый атрий адсорбирует влагу, что сопровождается сильным увеличением скорости коррозии.

Читайте также:  Самый туго легкоплавкий металл

Из других загрязнений воздуха наиболее агрессивными являются хлор, аммиак, сероводород и углекислый газ… Не останавливаясь подробно на рассмотрении влияния этих загрязнений атмосферы на механизм и скорость коррозионных процессов, отметим то общее, что есть в действии этих соединений, а также их некоторые отличительные особенности.

Отличительной особенностью хлора является его агрессивность как во влажных, так и в относительно сухих атмосферах (Н = 42%). При высоких относительных влажностях наступает резкое возрастание скорости коррозии. Последнее связано с тем, что хлор является сильным катодным деполяризатором при высоких относительных влажностях. Кроме того, в результате образования хлористых соединений он сдвигает критическую влажность к более низким значениям.

Коррозионная активность сероводорода, подобно сернистому газу, наступает лишь при достижении определенного значения относительной влажности атмосферы. В сухой атмосфере в присутствии сероводорода коррозия цинка, кадмия, олова, алюминия, сурьмы, висмута, хрома, железа, чугуна, легированных сталей, кобальта и никеля ничтожна. Общим для рассматриваемых видов загрязнений является их более низкая (в большинстве случаев) агрессивность по сравнению с сернистым газом и хлористым натрием. Аммиак сам по себе для железа и сплавов на его основе не опасен. Однако для медных сплавов он представляет большую опасность, вызывая коррозионное растрескивание.

Продолжительность пребывания пленки влаги на поверхности металла. в атмосферах, не загрязненных заметными количествами специфических коррозионно-активных примесей, процесс атмосферной коррозии возникает и развивается лишь в том случае, если на поверхности металла присутствует пленка влаги определенной толщины (10-20 молекулярных слоев), приобретающая свойства электролита. Продолжительность развития коррозионного процесса и количество металла, превратившегося в продукты коррозии, зависит от длительности пребывания пленки электролита на поверхности металла. Чем дольше не высыхает пленка, образовавшаяся на металле, или чем чаще она возобновляется, тем дольше протекает процесс коррозии, а следовательно, при всех прочих равных условиях тем большему коррозионному разрушению подвергается металл.

Существенное значение длительности общего времени пребывания пленки влаги для коррозионного разрушения подтверждается также тем, что, например, в Батуми, где выпадает максимальное по Союзу количество осадков (число дней с росой – 68) и где, казалось бы, коррозия должна быть наибольшей, она оказывается ниже, чем, скажем, в приморских условиях Мурманска, где количество осадков значительно меньше число дней с росой – 25). Это объясняется тем, что в Батуми, где много солнечных дней, условия для удаления пленки с поверхности металла более благоприятны, чем в Мурманске. Поэтому общее время контакта металла с электролитом в Батуми значительно меньше, чем в Мурманске, а следовательно, и коррозия там меньше. Этим же эффектом можно объяснить, почему сильнее корродирует та сторона образца или конструкции, которая обращена к земле, а не та, на которую непосредственно выпадают атмосферные осадки.

Температура воздуха. Скорость коррозии с температурой обычно возрастает, поскольку с ростом температуры увеличивается кинетика электрохимических реакций, обусловливающих коррозионный процесс.

При атмосферной коррозии, протекающей . в видимых слоях электролитов, чаще всего с катодным ограничением, температура изменяет скорость процесса главным образом благодаря изменению кинетики катодной реакции восстановления кислорода, скорость которой определяется скоростью диффузии кислорода к электроду.

Поскольку коэффициент диффузии кислорода с температурой растет (коэффициент диффузии изменяется по закону D = RT / (6p r h),

где R – постоянная Больцмана; r – радиус диффундирующей частицы; h – вязкость среды), а толщина диффузионного слоя уменьшается (вследствие усиления саморазмешивания, обусловленного конвекцией), то повышение температуры должно привести к росту предельного диффузионного тока и, следовательно, скорости коррозии. Необходимо, однако, иметь в виду, что при коррозии металлов в атмосфере с изменением температуры меняется длительность контакта электролита с металлом. Поэтому общий коррозионный эффект зависит от изменения кинетики электродных реакций и от изменения времени пребывания электролита на поверхности металла.

Ввиду наличия двух факторов, действующих в прямо противоположном направлении (длительность контакта металла с электролитом уменьшается с повышением температуры, а скорость реакций, обусловливающих коррозионный процесс, увеличивается), зависимость скорости атмосферной коррозии от температуры является весьма сложной и ее не всегда легко предсказать. Если эффекты, возникающие от длительного пребывания металла в контакте с электролитом, превышают эффекты, возникающие за счет более интенсивного протекания процесса при более высокой температуре, то коррозия в районах, характеризующихся относительно низкой температурой, может быть больше, чем в районах, отличающихся высокими температурами. Однако высокие температуры, сочетающиеся с длительным пребыванием металла в контакте с электролитом, что, например, наблюдается во влажном тропическом климате, способствуют усиленной коррозии

Читайте также:  Соотнесите железу внутренней секреции гормон заболевания вызванные нарушением деятельности желез

Источник

Привет студент

Понятие о коррозии металлов

ПОНЯТИЕ О КОРРОЗИИ МЕТАЛЛОВ

Коррозией называется разрушение металла под химическим действием окружающей среды.

Металлы встречаются в природе преимущественно в виде соединений с неметаллическими элементами, например, железо — в виде Fe2О3 и др., алюминий — А12О3, медь — Cu2S и т. д.

Для получения металла в чистом виде необходима затрата энергии, так как металлургическими процессами нарушается равновесное состояние между металлом и веществами, с которыми он связан в естественном состоянии.

Полученные в результате металлургических процессов металлы под действием атмосферных условий (газов и влаги) снова стремятся перейти в устойчивые соединения с другими веществами, иначе говоря, корродируют.

В настоящее время коррозия выводит из строя ежегодно около 1 % находящегося в пользовании металла.

В изделиях и сооружениях в результате коррозии может происходить последовательное разрушение поверхности, образование раковин и приобретение металлом губчатого строения. Разработка современной теории коррозии основана на исследованиях Г. В. Акимова, Н. А. Изгарышева, Н. Д. Томашева и др.

Различают два основных вида коррозии металла: химическую и электрохимическую.

Химической коррозией называются процессы разрушения металла в сухих газах или в жидкостях, не проводящих электрического тока (масло, бензин).

Такого рода коррозия имеет, например, место при окислении металла в термических печах, при разъедании топочных связей и пр. Степень химической коррозии сильно возрастает с повышением температуры; в виде примера можно указать на цвета побежалости.

Скорость разрушения металла при химической коррозии определяется степенью сродства металла с кислородом и свойствами образующейся при этом пленки (ее плотностью, отсутствием в ней пор, прочностью прикрепления пленки к металлу).

На фиг. 158 приведен график окисления железа в зависимости от температуры.

Опыт показывает, что пленка окисла обнаруживает защитные свойства, если объем окисла больше объема окисленного металла; так, для Са, Сu и Fe отношение объема окисла к объему окисленного металла соответственно равно 0,78; 1,70 и 2,06. Защитные свойства пленки окислов меди и железа можно видеть на фиг. 159; из графика видно, что для Са пленка не обнаруживает защитных свойств.

Переменный нагрев и охлаждение металла увеличивают скорость коррозии, так как колебания температуры нарушают цельность пленки.

Химическая коррозия может разрушать металл не только с поверхности, но и между кристаллическими зернами, проникая в глубь металла. В последнем случае коррозия называется межкристаллитной.

Электрохимической коррозией называется разрушение металла при соприкосновении с жидкостями, проводящими электрический ток. Происходящие здесь явления аналогичны тем, которые имеют место в гальваническом элементе.

Металлическая пластинка, погруженная в жидкость, проводящую ток, выделяет частицы, заряженные положительно, — ионы, а сама заряжается отрицательно — электронами. Между пластинкой и жидкостью устанавливается электростатическое равновесие.

Количество ионов, выделяемое различными металлами, различно, следовательно, различны и их потенциалы.

При соединении погруженных в жидкость пластинок из разнородных металлов проводником, находящимся вне жидкости, по последнему потечет ток (фиг. 160) электронов от А к В; одновременно и в жидкости возникает ток ионов от А к В. На поверхности пластинки В ионы нейтрализуются электронами, притекшими по проводнику.

Включенный в цепь гальванометр покажет течение электричества в цепи.

В результате происходит разрушение пластинки А (анода).

В гальванической паре разрушается тот металл, который выделяет большее количество положительно заряженных ионов и, следовательно, сам получает более высокий отрицательный заряд. Для сравнения электроположительных свойств металлов их электродные потенциалы измеряются в одинаковых условиях по отношению к потенциалу водородного электрода, принятому равным нулю.

По мере убывания положительного заряда в паре с водородным электродом пли, как принято говорить, по мере убывания электроположительных свойств, металлы располагаются в ряд, называемый рядом напряжений: Au, Pt, Hg, Ag, Сu, Bi, Sb, (H2), Pb, Sn, Ni, Co, Cd, Fe, Cr, Zn, Mn, Al, Mg, Be, Na, K. Li.

Этот ряд составлен при условии, что определение электродных потенциалов производилось при нормальной концентрации раствора (в растворе, содержащем 1 г-эквивалент ионов данного металла на 1 л при 18° С).

Читайте также:  Чем тушат горящие щелочные металлы

Всякий металл, занимающий в этом ряду более правое положение, будет разрушаться в контакте с занимающими более левое положение и тем сильнее, чем дальше эти металлы находятся друг от друга в ряду.

В зависимости от электролита порядок расположения указанных металлов в ряде напряжений может быть и другой, а следовательно, может измениться и относительная способность к корродированию.

Скорость разъедания характеризуется силой тока между ними.

Величина этого тока может уменьшаться и коррозия замедляется, вследствие поляризации электродов и, в первую очередь, катода, на котором в процессе коррозии накапливаются электроны. Деполяризация катода (удаление электронов) может происходить двумя путями: а) путем выделения водорода на катоде с поглощением при этом электронов; такой процесс деполяризации имеет место в кислой среде; б) путем снятия с катода электронов газообразным кислородом, находящимся в растворе с образованием при этом гидроксил-ионов по уравнению

такого вида деполяризация характерна для нейтральных растворов.

Поляризация уменьшает электродвижущую силу пары и способна даже изменить знак потенциала. Поэтому интенсивность процесса разрушения металла при электрохимической коррозии зависит также и от степени поляризации электродов: чем больше поляризация, тем слабее коррозия и наоборот.

Различают следующие виды электрохимической коррозии: гальванокоррозйю и коррозию под влиянием блуждающих токов.

Гальваиокоррозией называется процесс разрушения металла при соприкосновении разнородных металлов в присутствии электролита; в качестве примера можно указать на разрушение железа паровых котлов, образующих гальваническую пару с топочной медью. Во многих случаях процесс гальванокоррозии обусловливается неоднородностью структуры металла или сплава. В качестве примера можно указать на разрушение перлита; здесь отрицательно заряженным является феррит (по отношению к цементиту), подвергающийся разрушению в присутствии влаги. Коррозию, возникающую в результате неоднородности структуры, т. е. вследствие наличия микроэлементов, называют микрокоррозией или структурной коррозией.

Распространенное мнение, что микрокоррозии подвергаются только сплавы, нельзя считать вполне правильным, так как неоднородность структуры может иметь место и в чистом металле, например, вследствие наклепа. Кроме того, некоторая возможность микрокоррозии чистого металла может вызываться неодинаковостью потенциалов в различных точках поверхности металла, которая никогда не бывает абсолютно однородной.

Однако очевидно, что чистые металлы могут подвергаться микрокоррозии в меньшей мере по сравнению со сложным по структуре сплавом и что микрокоррозия проявляется тем меньше, чем меньше неоднородность поверхности металла.

Вызывающие микрокоррозию токи весьма малы: величина их может быть равна приблизительно 10 — 6 —10 — 7 а/см 2 . Малая величина этих токов компенсируется продолжительностью их действия.

В районах, обслуживаемых электрическими железными дорогами, токи, возвращающиеся из сети на станцию через рельсы, могут частично ответвляться, проходя по металлу предметов, находящихся в почве (водопроводных труб, каркасов железобетонных сооружений и пр.). В этом случае почва, содержащая растворы солей, играет роль электролита; разрушению подвергается металл, являющийся анодом. Такой вид коррозии называют коррозией под влиянием блуждающих токов.

Факторы, влияющие на скорость коррозии

Внутренние факторы. К внутренним факторам, влияющим на скорость коррозии, относятся химический состав, структура, внутренние напряжения и состояние поверхности металла. Чистые металлы при прочих равных условиях менее подвержены коррозии, чем сплавы.

Менее других подвержены коррозии сплавы, имеющие структуру твердого раствора.

Внутренние напряжения материала способствуют коррозии его; наклепанный материал разъедается больше, чем материал с нормальной структурой. Наличие внутренних напряжений и наклеп способствуют образованию гальванопар.

Чем ровнее поверхность металла, тем меньше он корродирует; при повреждении поверхности металл начинает корродировать быстрее. Причиной этого является то обстоятельство, что гладкая поверхность лучше покрывается защитной пленкой.

Внешние факторы. К внешним факторам, влияющим на скорость коррозии, относятся действие на металл окружающей среды: воды, кислот, щелочей, солей и газов, а также температура окружающей среды.

Коррозионная усталость металла

Коррозионной усталостью металла называется разрушение металла, находящегося под одновременным воздействием циклических напряжений и факторов, вызывающих коррозию.

Причиной быстрого разрушения металла является, с одной стороны, разрушение пленки окисла и, следовательно, неиспользование ее защитных свойств, а с другой — поверхностное разрушение металла, вызываемое коррозией, способствующее возникновению трещин усталости. Под влиянием коррозии предел усталости металла снижается в некоторых случаях на 65% против нормальной величины.

Скачать реферат: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера. КАК ТУТ СКАЧИВАТЬ

Источник

Поделиться с друзьями
Металл
Adblock
detector