Korrosionshastighet är en multifaktoriell parameter som beror både på yttre miljöförhållanden och på materialets inre egenskaper. I den normativa och tekniska dokumentationen finns det vissa begränsningar för de tillåtna värdena för metallförstöring under driften av utrustning och byggnadskonstruktioner för att säkerställa att de fungerar problemfritt. Inom teknik finns det ingen universell metod för att bestämma korrosionshastigheten. Detta beror på komplexiteten i att ta hänsyn till alla faktorer. Den mest tillförlitliga metoden är att studera anläggningens drifthistorik.
Criteria
För närvarande används flera korrosionshastigheter i teknisk design:
- Enligt den direkta bedömningsmetoden: minskning av massan av en metalldel per ytenhet - viktindikator (mätt i gram per 1 m2 i 1 timme); skadedjup (eller korrosionsprocessens permeabilitet), mm/år; mängden frigjord gasfas av korrosionsprodukter; den tid under vilken den första korrosionsskadan uppträder; antal korrosionscentra per ytenhetytor som dök upp under en viss tidsperiod.
- Indirekt uppskattad: elektrokemisk korrosionsströmstyrka; elektrisk resistans; förändring i fysiska och mekaniska egenskaper.
Den första direkta värderingsindikatorn är den vanligaste.
Beräkningsformler
I det allmänna fallet hittas viktminskningen som bestämmer metallens korrosionshastighet av följande formel:
Vkp=q/(St), där q är minskningen av metallens massa, g;
S – yta från vilken materialet överfördes, m2;
t – tidsperiod, timmar
För plåt och skal tillverkade av den, bestäm djupindex (mm/år):
H=m/t, m är penetrationsdjupet i metallen.
Det finns följande samband mellan den första och andra indikatorn som beskrivs ovan:
H=8, 76Vkp/ρ, där ρ är materialets densitet.
Huvudfaktorer som påverkar korrosionshastigheten
Följande grupper av faktorer påverkar graden av metallförstöring:
- internt, relaterat till materialets fysikaliska och kemiska natur (fasstruktur, kemisk sammansättning, detaljens ytjämnhet, rest- och driftsspänningar i materialet och andra);
- extern (miljöförhållanden, rörelsehastighet för ett frätande medium, temperatur, atmosfärens sammansättning, förekomsten av inhibitorer eller stimulantia och andra);
- mekanisk (utveckling av korrosionssprickor, förstörelse av metall under inverkan av cykliska belastningar,kavitation och frätningskorrosion);
- designfunktioner (val av metallkvalitet, mellanrum mellan delar, krav på grovhet).
Fysiska och kemiska egenskaper
De viktigaste interna korrosionsfaktorerna är följande:
- Termodynamisk stabilitet. För att bestämma det i vattenlösningar används referensdiagram för Pourbaix, längs abskissaxeln vars pH-värde är avsatt och längs ordinataaxeln redoxpotentialen. En potentiell förskjutning i positiv riktning innebär större stabilitet hos materialet. Preliminärt definieras det som metallens normala jämviktspotential. I verkligheten korroderar material i olika takt.
- Placeringen av en atom i det periodiska systemet för kemiska grundämnen. De metaller som är mest mottagliga för korrosion är alkali- och jordalkalimetaller. Korrosionshastigheten minskar när atomnumret ökar.
- Kristallstruktur. Det har en tvetydig effekt på förstörelse. Den grovkorniga strukturen i sig leder inte till en ökning av korrosion, men är gynnsam för utvecklingen av intergranulär selektiv förstörelse av korngränser. Metaller och legeringar med en homogen fördelning av faser korroderar jämnt, medan de med en ojämn fördelning korroderar enligt en fokalmekanism. Det inbördes arrangemanget av faserna utför funktionen av anoden och katoden i en aggressiv miljö.
- Energiinhomogenitet hos atomer i kristallgittret. Atomer med högst energi finns i hörnen av ansiktenamikrogrovheter och är aktiva centra för upplösning under kemisk korrosion. Därför ökar noggrann bearbetning av metalldelar (slipning, polering, efterbehandling) korrosionsbeständigheten. Denna effekt förklaras också av bildandet av tätare och mer kontinuerliga oxidfilmer på släta ytor.
Påverkan av medelhög syra
I processen med kemisk korrosion påverkar koncentrationen av vätejoner följande punkter:
- löslighet av korrosionsprodukter;
- bildning av skyddande oxidfilmer;
- metallförstöringshastighet.
När pH är i intervallet 4-10 enheter (sur lösning), beror korrosionen av järn på intensiteten av syrepenetration till föremålets yta. I alkaliska lösningar minskar korrosionshastigheten först på grund av ytpassivering och ökar sedan, vid pH >13, som ett resultat av upplösningen av den skyddande oxidfilmen.
För varje typ av metall är det ett eget beroende av förstörelsens intensitet på lösningens surhet. Ädelmetaller (Pt, Ag, Au) är resistenta mot korrosion i en sur miljö. Zn, Al förstörs snabbt i både syror och alkalier. Ni och Cd är resistenta mot alkalier men korroderar lätt i syror.
Komposition och koncentration av neutrala lösningar
Hastigheten av korrosion i neutrala lösningar beror mer på s altets egenskaper och dess koncentration:
- Under hydrolysen av s alter ii en korrosiv miljö bildas joner som fungerar som aktivatorer eller retarderare (inhibitorer) av metallförstöring.
- De föreningar som ökar pH ökar också hastigheten på den destruktiva processen (till exempel soda), och de som minskar surheten minskar den (ammoniumklorid).
- I närvaro av klorider och sulfater i lösningen aktiveras destruktionen tills en viss koncentration av s alter uppnås (vilket förklaras av intensifieringen av anodprocessen under inverkan av klorid och svaveljoner), och minskar sedan gradvis på grund av en minskning av syrelösligheten.
Vissa typer av s alter kan bilda en olöslig film (till exempel järnfosfat). Detta hjälper till att skydda metallen från ytterligare förstörelse. Den här egenskapen används vid applicering av rostneutraliseringsmedel.
Korrosionsinhibitorer
Korrosionsinhibitorer (eller inhibitorer) skiljer sig i sin verkningsmekanism på redoxprocessen:
- Anod. Tack vare dem bildas en passiv film. Denna grupp inkluderar föreningar baserade på kromater och bikromater, nitrater och nitriter. Den sista typen av inhibitorer används för interoperativt skydd av delar. Vid användning av anodiska korrosionsinhibitorer är det nödvändigt att först bestämma deras lägsta skyddskoncentration, eftersom tillsats i små mängder kan leda till en ökning av destruktionshastigheten.
- Katod. Mekanismen för deras verkan är baserad på en minskning av koncentrationen av syre och följaktligen en avmattning i den katodiska processen.
- Skärmning. Dessa inhibitorer isolerar metallytan genom att bilda olösliga föreningar som avsätts som ett skyddande lager.
Den sista gruppen inkluderar rostneutraliserare, som också används för att rengöra oxider. De innehåller vanligtvis fosforsyra. Under dess inflytande sker metallfosfatering - bildandet av ett starkt skyddande lager av olösliga fosfater. Neutraliseringsmedel appliceras med en sprutpistol eller rulle. Efter 25-30 minuter får ytan en vitgrå färg. Efter att kompositionen torkat appliceras färger och lacker.
Mekanisk åtgärd
En ökning av korrosion i en aggressiv miljö underlättas av sådana typer av mekaniska åtgärder som:
- Interna (vid formning eller värmebehandling) och externa (under påverkan av en extern pålagd belastning) påkänningar. Som ett resultat uppstår elektrokemisk inhomogenitet, materialets termodynamiska stabilitet minskar och korrosionssprickor bildas. Särskilt snabb är förstörelsen under dragbelastningar (sprickor bildas i vinkelräta plan) i närvaro av oxiderande anjoner, till exempel NaCl. Ett typiskt exempel på anordningar som är föremål för denna typ av förstörelse är delar av ångpannor.
- Alternerande dynamisk verkan, vibration (korrosionsutmattning). Det sker en intensiv minskning av utmattningsgränsen, flera mikrosprickor bildas, som sedan smälter samman till en stor. siffracykler till misslyckande i större utsträckning beror på den kemiska och fassammansättningen av metaller och legeringar. Pumpaxlar, fjädrar, turbinblad och annan utrustning är föremål för sådan korrosion.
- Friktion av delar. Snabb korrosion beror på mekaniskt slitage av skyddsfilmerna på delens yta och kemisk interaktion med miljön. I vätska är destruktionshastigheten lägre än i luft.
- Kavitationspåverkan. Kavitation uppstår när kontinuiteten i vätskeflödet kränks som ett resultat av bildandet av vakuumbubblor som kollapsar och skapar en pulserande effekt. Som ett resultat uppstår djupa skador av lokal karaktär. Denna typ av korrosion ses ofta i kemiska apparater.
Design Factors
När man designar element som arbetar under aggressiva förhållanden, måste man ta hänsyn till att korrosionshastigheten ökar i följande fall:
- när olika metaller kommer i kontakt (ju större skillnaden är i elektrodpotentialen mellan dem, desto högre strömstyrka för den elektrokemiska destruktionsprocessen);
- i närvaro av mekaniska spänningskoncentratorer (spår, spår, hål och andra);
- med låg renhet på den bearbetade ytan, eftersom detta resulterar i lokala kortslutna galvaniska par;
- med en signifikant skillnad i temperatur för enskilda delar av apparaten (värmegalvaniska celler bildas);
- i närvaro av stillastående zoner (fack, luckor);
- vid formningkvarvarande spänningar, särskilt i svetsfogar (för att eliminera dem är det nödvändigt att tillhandahålla värmebehandling - glödgning).
Utvärderingsmetoder
Det finns flera sätt att bedöma graden av förstörelse av metaller i aggressiva miljöer:
- Laboratorium - testning av prover under artificiellt simulerade förhållanden nära verkliga. Deras fördel är att de tillåter dig att minska studietiden.
- Fält - hålls under naturliga förhållanden. De tar lång tid. Fördelen med denna metod är att erhålla information om metallens egenskaper under betingelserna för fortsatt drift.
- Tester på plats av färdiga metallföremål i den naturliga miljön.
