Korrosionshastighed er en multifaktoriel parameter, der afhænger både af eksterne miljøforhold og af materialets indre egenskaber. I den normative og tekniske dokumentation er der visse begrænsninger for de tilladte værdier af metaldestruktion under driften af udstyr og bygningskonstruktioner for at sikre deres problemfri drift. I teknik er der ingen universel metode til at bestemme korrosionshastigheden. Dette skyldes kompleksiteten i at tage hensyn til alle faktorer. Den mest pålidelige metode er at studere anlæggets driftshistorie.
Kriterier
I øjeblikket bruges flere korrosionshastigheder i ingeniørdesign:
- Ifølge den direkte vurderingsmetode: reduktion i massen af en metaldel pr. overfladeenhed - vægtindikator (målt i gram pr. 1 m2 i 1 time); skadesdybde (eller korrosionsprocespermeabilitet), mm/år; mængden af den frigivne gasfase af korrosionsprodukter; det tidsrum, hvor den første korrosionsskade opstår; antal korrosionscentre pr. arealenhedoverflader, der dukkede op over en vis periode.
- Indirekte estimeret: elektrokemisk korrosionsstrømstyrke; elektrisk modstand; ændring i fysiske og mekaniske egenskaber.
Den første direkte værdiansættelsesindikator er den mest almindelige.
Beregningsformler
I det generelle tilfælde findes vægttabet, der bestemmer metallets korrosionshastighed, af følgende formel:
Vkp=q/(St), hvor q er faldet i metallets masse, g;
S – overfladeareal, hvorfra materialet blev overført, m2;
t – tidsrum, timer
For metalplader og skaller fremstillet af det, bestemme dybdeindekset (mm/år):
H=m/t, m er dybden af penetration i metallet.
Der er følgende forhold mellem den første og anden indikator beskrevet ovenfor:
H=8, 76Vkp/ρ, hvor ρ er materialets tæthed.
Hovedfaktorer, der påvirker korrosionshastigheden
Følgende grupper af faktorer påvirker hastigheden af metaldestruktion:
- internt, relateret til materialets fysiske og kemiske natur (fasestruktur, kemisk sammensætning, delens overfladeruhed, rest- og driftsspændinger i materialet og andre);
- ekstern (miljøforhold, bevægelseshastighed for et ætsende medium, temperatur, atmosfærens sammensætning, tilstedeværelsen af inhibitorer eller stimulanser og andre);
- mekanisk (udvikling af korrosionsrevner, ødelæggelse af metal under påvirkning af cykliske belastninger,kavitation og gnidningskorrosion);
- designfunktioner (valg af metalkvalitet, mellemrum mellem dele, krav til ruhed).
Fysiske og kemiske egenskaber
De vigtigste interne korrosionsfaktorer er følgende:
- Termodynamisk stabilitet. For at bestemme det i vandige opløsninger bruges reference Pourbaix-diagrammer langs abscisseaksen, hvoraf mediets pH er plottet, og langs ordinataksen redoxpotentialet. Et potentielt skift i den positive retning betyder større stabilitet af materialet. Foreløbigt defineres det som metallets normale ligevægtspotentiale. I virkeligheden korroderer materialer med forskellige hastigheder.
- Placeringen af et atom i det periodiske system af kemiske grundstoffer. De metaller, der er mest modtagelige for korrosion, er alkali- og jordalkalimetaller. Korrosionshastigheden falder, efterhånden som atomnummeret stiger.
- Krystalstruktur. Det har en tvetydig effekt på ødelæggelse. Den grovkornede struktur i sig selv fører ikke til en stigning i korrosion, men er gunstig for udviklingen af intergranulær selektiv ødelæggelse af korngrænser. Metaller og legeringer med en homogen fordeling af faser korroderer jævnt, mens dem med en uensartet fordeling korroderer i henhold til en fokalmekanisme. Det indbyrdes arrangement af faserne udfører funktionen af anoden og katoden i et aggressivt miljø.
- Energi-inhomogenitet af atomer i krystalgitteret. Atomer med den højeste energi er placeret i hjørnerne af ansigternemikroruheder og er aktive opløsningscentre under kemisk korrosion. Derfor øger omhyggelig bearbejdning af metaldele (slibning, polering, efterbehandling) korrosionsbestandigheden. Denne effekt forklares også af dannelsen af tættere og mere kontinuerlige oxidfilm på glatte overflader.
Indflydelse af medium syre
I processen med kemisk korrosion påvirker koncentrationen af brintioner følgende punkter:
- opløselighed af korrosionsprodukter;
- dannelse af beskyttende oxidfilm;
- metaldestruktionshastighed.
Når pH er i området 4-10 enheder (sur opløsning), afhænger korrosionen af jern af intensiteten af iltgennemtrængning til overfladen af objektet. I alkaliske opløsninger falder korrosionshastigheden først på grund af overfladepassivering, og stiger derefter ved pH >13 som følge af opløsningen af den beskyttende oxidfilm.
For hver type metal er der sin egen afhængighed af ødelæggelsesintensiteten af opløsningens surhedsgrad. Ædelmetaller (Pt, Ag, Au) er modstandsdygtige over for korrosion i et surt miljø. Zn, Al ødelægges hurtigt i både syrer og baser. Ni og Cd er modstandsdygtige over for alkalier, men korroderer let i syrer.
sammensætning og koncentration af neutrale opløsninger
Hastigheden af korrosion i neutrale opløsninger afhænger mere af s altets egenskaber og dets koncentration:
- Under hydrolysen af s alte ii et ætsende miljø dannes ioner, der virker som aktivatorer eller retardere (hæmmere) af metaldestruktion.
- De forbindelser, der øger pH-værdien, øger også hastigheden af den destruktive proces (f.eks. soda), og dem, der reducerer surhedsgraden, nedsætter den (ammoniumchlorid).
- I nærvær af chlorider og sulfater i opløsningen aktiveres destruktionen, indtil en vis koncentration af s alte er nået (hvilket forklares ved intensiveringen af anodeprocessen under påvirkning af chlorid- og svovlioner), og aftager derefter gradvist på grund af et fald i opløseligheden af oxygen.
Nogle typer s alte er i stand til at danne en uopløselig film (f.eks. jernphosphat). Dette hjælper med at beskytte metallet mod yderligere ødelæggelse. Denne egenskab bruges ved påføring af rustneutraliserende midler.
Korrosionsinhibitorer
Korrosionshæmmere (eller inhibitorer) adskiller sig i deres virkningsmekanisme på redoxprocessen:
- Anode. Takket være dem dannes en passiv film. Denne gruppe omfatter forbindelser baseret på kromater og bikromater, nitrater og nitritter. Den sidste type inhibitorer bruges til interoperationel beskyttelse af dele. Ved brug af anodiske korrosionsinhibitorer er det nødvendigt først at bestemme deres mindste beskyttelseskoncentration, da tilsætning i små mængder kan føre til en stigning i destruktionshastigheden.
- Katode. Mekanismen for deres virkning er baseret på et fald i koncentrationen af ilt og følgelig en opbremsning i den katodiske proces.
- Afskærmning. Disse inhibitorer isolerer metaloverfladen ved at danne uopløselige forbindelser, der aflejres som et beskyttende lag.
Den sidste gruppe omfatter rustneutralisatorer, som også bruges til at rense oxider. De indeholder norm alt fosforsyre. Under dens indflydelse forekommer metalfosfatering - dannelsen af et stærkt beskyttende lag af uopløselige fosfater. Neutralisatorer påføres med en sprøjtepistol eller rulle. Efter 25-30 minutter får overfladen en hvidgrå farve. Efter at sammensætningen er tørret, påføres maling og lak.
Mekanisk handling
En stigning i korrosion i et aggressivt miljø lettes af sådanne typer af mekanisk handling som:
- Interne (under støbning eller varmebehandling) og ydre (under påvirkning af en ekstern påført belastning) spændinger. Som et resultat opstår der elektrokemisk inhomogenitet, materialets termodynamiske stabilitet falder, og der dannes korrosionsrevner. Særlig hurtig er ødelæggelsen under trækbelastninger (revner dannes i vinkelrette planer) i nærværelse af oxiderende anioner, for eksempel NaCl. Et typisk eksempel på enheder, der er udsat for denne type ødelæggelse, er dele af dampkedler.
- Vekselvis dynamisk handling, vibration (korrosionstræthed). Der er et intensivt fald i træthedsgrænsen, der dannes flere mikrorevner, som derefter smelter sammen til en stor. Nummercyklusser til svigt afhænger i højere grad af den kemiske og fasemæssige sammensætning af metaller og legeringer. Pumpeaksler, fjedre, turbineblade og andet udstyr er udsat for sådan korrosion.
- Friktion af dele. Hurtig korrosion skyldes mekanisk slid af de beskyttende film på overfladen af delen og kemisk interaktion med miljøet. I væske er destruktionshastigheden lavere end i luft.
- Kavitationspåvirkning. Kavitation opstår, når kontinuiteten af væskestrømmen krænkes som følge af dannelsen af vakuumbobler, der kollapser og skaber en pulserende effekt. Som følge heraf opstår dybe skader af lokal karakter. Denne type korrosion ses ofte i kemiske apparater.
Designfaktorer
Når der designes elementer, der arbejder under aggressive forhold, skal der tages højde for, at korrosionshastigheden stiger i følgende tilfælde:
- når uens metaller kommer i kontakt (jo større forskellen er i elektrodepotentialet mellem dem, desto højere er strømstyrken af den elektrokemiske ødelæggelsesproces);
- ved tilstedeværelse af mekaniske spændingskoncentratorer (riller, riller, huller og andre);
- med lav renhed af den bearbejdede overflade, da dette resulterer i lokale kortsluttede galvaniske par;
- med en signifikant forskel i temperatur af individuelle dele af apparatet (der dannes termiske galvaniske celler);
- i tilstedeværelse af stillestående zoner (slots, huller);
- ved dannelserestspændinger, især i svejsede samlinger (for at eliminere dem er det nødvendigt at sørge for varmebehandling - udglødning).
Evalueringsmetoder
Der er flere måder at vurdere hastigheden for ødelæggelse af metaller i aggressive miljøer:
- Laboratorium - test af prøver under kunstigt simulerede forhold tæt på virkelige. Deres fordel er, at de giver dig mulighed for at reducere studietiden.
- Felt - holdt under naturlige forhold. De tager lang tid. Fordelen ved denne metode er at få information om metallets egenskaber under betingelserne for yderligere drift.
- In-situ test af færdige metalgenstande i det naturlige miljø.
