Коррозия металлов и её виды

Химические и физико-химические реакции, возникающие в момент взаимодействия окружающей среды с металлами и сплавами, в большинстве случаев приводят к их самопроизвольному разрушению. Процесс саморазрушения имеет собственный термин – «коррозия». Результатом коррозии является существенное ухудшение свойств металла, вследствие чего изделия из него быстро выходят из строя. Каждый металл обладает свойствами, позволяющими ему сопротивляться разрушению. Коррозийная стойкость или, как ее еще называют, химическое сопротивление материала, является одним из главных критериев, по которым осуществляется отбор металлов и сплавов для изготовления тех или иных изделий.

В зависимости от интенсивности и длительности коррозийного процесса металл может быть подвергнут как частичному, так и полному разрушению. Взаимодействие коррозийной среды и металла приводят к образованию на поверхности металла таких явлений, как окалина, оксидная пленка и ржавчина.

Данные явления отличаются друг от друга не только внешним видом, но еще и степенью адгезии с поверхностью металлов. Так, например, в процессе окисления такого металла, как алюминий, его поверхность покрывает пленка оксидов, отличающаяся высокой прочностью. Благодаря этой пленке разрушительные процессы купируются и не проникают вовнутрь. Если говорить о ржавчине, то результатом ее воздействия является образование рыхлого слоя. Процесс коррозии в данном случае очень быстро проникает во внутреннюю структуру металла, что способствует его скорейшему разрушению.

Показатели, по которым осуществляется классификация коррозийных процессов:

• вид коррозийной среды;
• условия и механизм протекания;
• характер коррозийных разрушений;
• вид дополнительных воздействий на металл.

По механизму коррозийного процесса различают как химическую, так и электрохимическую коррозию металлов и сплавов.

Химическая коррозия – это взаимодействие металлов с коррозийной средой, в процессе которого наблюдается единовременное осуществление окисления металла и восстановление окислительного компонента среды. Взаимодействующие между собой продукты не разделены пространственно.

Электрохимическая коррозия – это взаимодействие металлов с коррозийно-активной средой, представляющей собой раствор электролита. Процесс ионизации атомов металла, а также процесс восстановления окислительного компонента данной коррозийной среды протекают в разных актах. Электродный потенциал раствора электролита оказывает существенное влияние на скорость этих процессов.

В зависимости от типа агрессивной среды существует несколько видов коррозии

Атмосферная коррозия представляет собой саморазрушение металлов в воздушной атмосфере, либо в газовой атмосфере, отличающейся повышенной влажностью.

Газовая коррозия – это коррозия металлов, происходящая в газовой среде, содержание влаги в которой минимально. Отсутствие влаги в газовой среде не единственное условие, способствующее саморазрушению металла. Также коррозия возможна и при высоких температурах. Наиболее часто встречается данный вид коррозии в нефтехимической и химической промышленности.

Радиационная коррозия представляет собой саморазрушение металла под воздействием на него радиоактивного излучения разной степени интенсивности.

Подземная коррозия – это коррозия, происходящая в почвах и различных грунтах.

Контактная коррозия представляет вид коррозии, образованию которого способствует контакт нескольких металлов, отличающихся друг от друга стационарными потенциалами в конкретном электролите.

Биокоррозия – это коррозия металлов, происходящая под воздействием различных микроорганизмов и их жизнедеятельности.

Коррозия током (внешним и блуждающим) – еще один вид коррозии металлов. Если на металл воздействует ток от внешнего источника, то это коррозия внешним током. Если же воздействие осуществляется посредством блуждающего тока, то это коррозия блуждающего тока.

Коррозийная кавитация представляет собой процесс саморазрушения металлов, возникновению которого способствует как ударное, так и коррозионное воздействие внешней среды.

Коррозия под напряжением

представляет собой коррозию металла, причиной появления которой является взаимодействие коррозийно-активной среды и напряжений механического типа. Данный вид коррозии представляет существенную опасность для конструкций из металла, которые подвергаются сильнейшим механическим нагрузкам.

Фреттинг-коррозия — вид коррозии металлов, к которой приводит совокупность вибрации и воздействие коррозийной среды. Чтобы минимизировать вероятность возникновения коррозии при трении и вибрации, необходимо внимательно подходить к выбору конструкционного материала. Также необходимо применять специальные покрытия и по возможности снизить коэффициент трения.

По характеру разрушений коррозия разделяется на сплошную и избирательную

Сплошная коррозия полностью покрывает поверхность металла. Если скорость разрушений на всей поверхности одинакова, то это равномерная коррозия. Если разрушение металла на различных его участках происходит с разной скоростью, то коррозия называется неравномерной.

Избирательная коррозия подразумевает разрушение одного из компонентов сплава или же одной структурной составляющей.

Местная коррозия, проявляющаяся в виде отдельно разбросанных по поверхности металла пятен, представляет собой углубления разной толщины. Разрушения могут представлять собой раковины или точки.

Подповерхностная коррозия образуется непосредственно на поверхности металла, после чего активно проникает вглубь. Данный вид коррозии сопровождается расслоением изделий из металла.

Межкристаллитная коррозия проявляется в разрушении металла по границам зерен. По внешнему виду металла ее достаточно сложно определить. Однако очень быстро меняются показатели прочности и пластичности металла. Изделия из него становятся хрупкими. Наиболее опасен этот вид коррозии для хромистых и хромоникелевых видов стали, а также для алюминиевых и никелевых сплавов.

Щелевая коррозия образуется на тех участках металлов и сплавов, которые находятся в резьбовых креплениях, различных зазорах и под всевозможными прокладками.

Общие сведения о коррозии металла

Коррозия — это разрушение твердых тел, вызванное химическими и электрохимическими процессами, развивающимися на поверхности тела при его взаимо-действии с внешней средой. Особенный ущерб приносит коррозия металлов. Распространенный и наиболее знакомый всем нам вид коррозии — ржавление железа. Термин «коррозия» применим к металлам, бетону, некоторым пластмассам и другим материалам. Коррозия — это физико-химическое взаимодействие металла со средой, ведущее к разрушению металла.

Трудно учесть более высокие косвенные потери от простоев и снижения производительности оборудования, подвергшегося коррозии, от нарушения нормального хода технологических процессов, от аварий, обусловленных снижением прочности металлических конструкций, и т. п. Точная оценка ущерба от коррозии железа и стали, конечно, невозможна. Однако на основе некоторых доступных данных по среднему ежегодному объёму замены гофрированных металлических крыш, проводов, трубопроводов, стальных вагонеток и других железных и стальных объектов, подверженных коррозии, можно сделать вывод, что из-за неправильной защиты ежегодные затраты на замену в среднем могут достигать 2 процентов от общего объёма используемой стали.

О коррозии металлов

Не следует путать понятия «коррозия» и «ржавчина». Если коррозия — это процесс, то ржавчина один из его результатов.

Это слово применимо только к железу, входящему в состав стали и чугуна. В дальнейшем под термином «коррозия» мы будем подразумевать коррозию металлов. Согласно международному стандарту ISO 8044 под коррозией понимают физико-химическое или химическое взаимодействие между металлом (сплавом) и средой, приводящее к ухудшению функциональных свойств металла (сплава), среды или включающей их тех-нической системы. Ржавчина  — это слой частично гидратированных оксидов железа, образующийся на поверхности железа и некоторых его сплавов в результате коррозии.

Кроме коррозии, металлические (в частности, строительные) конструкции подвергаются действию эрозии — разрушению поверхности материала под влиянием механического воздействия. Эрозию провоцируют дожди, ветры, песчаная пыль и прочие природные факторы.
Идеальная защита от коррозии на 80% обеспечивается правильной подготовкой поверхности под окраску и только на 20% качеством используемых лакокрасочных материалов и способом их нанесения (ISO).

Процесс коррозии

Коррозией металлов называется самопроизвольное их разрушение вследствие химического или электрохимического взаимодействия с окружающей средой.

Среда, в которой металл подвергается коррозии (корродирует), называется коррозионной или агрессивной средой. В случае с металлами, говоря об их коррозии, имеют в виду нежелательный процесс взаимодей-ствия металла со средой.

Стадии коррозионного процесса:

• подвод коррозионной среды к поверхности ме-талла;
• взаимодействие среды с металлом;
• полный или частичный отвод продуктов от поверхности металла.

Классификация коррозионных процессов

По природе разрушения различают следующие виды коррозии:

Химическая коррозия — это процесс, при котором окисление металла и восстановление окислительного компонента среды протекают в одном акте.
Химическая коррозия возможна в любой коррозионной среде, однако чаще всего она наблюдается в тех случаях, когда коррозионная среда не является элект-ролитом (газовая коррозия, коррозия в неэлектропро-водных органических жидкостях).

Электрохимическая коррозия — это разрушение металлов вследствие их электрохимического взаимодействия с электролитически проводящей средой, при котором ионизация атомов металла и восстановление окислительного компонента среды протекает не в одном акте и их скорости зависят от величины электродного потенциала металла. Этот вид коррозии наиболее распространен. При электрохимической коррозии химическое превращение вещества сопровождается выделением электрической энергии в виде постоянного тока.

Биохимическая коррозия — в случае, когда коррозия металла в морской воде усиливается под действием обрастания поверхности морскими организмами.
Электрокоррозия — усиление коррозии под действием анодной поляризации, вызванной внешним электрическим полем (например, при производстве сварочных работ на плаву, при наличии блуждающих токов в акватории).

По типу коррозионной среды

Некоторые коррозионные среды и вызываемые ими разрушения столь характерны, что по названию этих сред классифицируются и протекающие в них коррозионные процессы.
Как правило, металлические изделия и конструкции подвергаются действию многих видов коррозии — в этих случаях говорят о действии так называемой смешанной коррозии.

Газовая коррозия — коррозия в газовой среде при высоких температурах.

Атмосферная коррозия — коррозия металла в усло-виях атмосферы при влажности, достаточной для образования на поверхности металла пленки электролита (осо-бенно в присутствии агрессивных газов или аэрозолей кислот, солей и т. д.). Особенностью атмосферной коррозии является сильная зависимость ее скорости и механизма от толщины слоя влаги на поверхности металла или степени увлажнения образовавшихся продуктов коррозии.

Жидкостная коррозия — коррозия в жидких средах.

Подземная коррозия — коррозия металла в грунтах и почвах. Характерной особенностью подземной коррозии является большое различие в скорости доставки кислорода к поверхности подземных конструкций в разных почвах (в десятки тысяч раз).

По характеру разрушения коррозию различают

Сплошная — Охватывает всю поверхность металла
Местная — Охватывает отдельные участки коррозии
Равномерная — Протекает с приблизительно одинаковой скоростью по всей поверхности
Точечная (питтинг) — В виде отдельных точек диаметром до 2 мм
Язвенная — В виде язв диаметром от 2 до 50 мм
Пятнами — В виде пятен диаметром более 50 мм и глубиной до2 мм
Подповерхностная — Вызывает расслоение металла и вспучивание слоев
Подпленочная — Протекает под защитным покрытием металла
Межристаллитная — В виде разрушения границ зерен
Селективная (избирательная) — В виде растворения отдельных компонентов сплава
Щелевая — Развивается в щелях и узких зазорах

Как протекает электрохимическая коррозия в …………………….. среде при контакте металлов ……… и ………. ?

Напишите мне в whatsapp, пришлите ссылку на эту страницу в чат, оплатите и получите файл!

Закажите у меня новую работу, просто написав мне в whatsapp!

Описание заказа и 38% решения ( + фото):

Как протекает электрохимическая коррозия в . ……………………. среде при контакте металлов ……… и ………. ? Какой из металлов разрушается? Почему? Приведите электронные уравнения анодного и катодного процессов. Какие продукты коррозии образуются? 177. Во влажном воздухе находятся две железные пластинки. Часть поверхности одной из них покрыта оловом, а часть поверхности другой – медью. Как происходит коррозия в том и другом случае? Составьте электронные уравнения анодных и катодных процессов. Какие продукты при этом образуются?

Решение

Электрохимическая коррозия металлов происходит в среде электролита (растворы кислот, щелочей, солей, влажный воздух) и может быть представлена как совокупность анодного (окисление) и катодного (восстановление) процессов. При контакте металлов разной электрохимической активности коррозионному разрушению в первую очередь подвергается металл с наиболее отрицательной величиной электродного потенциала. При этом такой металл выполняет функции анода в электрохимической системе и окисляется. Электронное уравнение анодного процесса можно представить в общем виде: Рассмотрим железную пластину, покрытую оловом. Из двух металлов анодом является Fe, т.к. его электродный потенциал  является величиной более отрицательной, чем электродный потенциал  Следовательно, в данном случае коррозионному разрушению будет подвергаться железная пластина. Анодный процесс имеет вид:  В катодном процессе при электрохимической коррозии участвуют частицы-окислители, находящиеся в электролите: — в кислой среде  в нейтральной среде (влажный воздух, атмосферная коррозия)  условии задачи указана нейтральная среда. Следовательно, катодный процесс можно отобразить следующим электронным уравнением:  Продукты коррозии определяются результатами анодного и катодного процессов: — в кислой среде выделяется газообразный водород и образуется соль металлаанода и кислоты, создающей среду; — в нейтральной среде продуктом коррозии является гидроксид металла-анода (как результат взаимодействия катионов металла-анода и гидроксид-ионов, образующихся на катоде). Во влажной среде протекает превращение: В рассматриваемой в задаче системе продуктами коррозии являются: Рассмотрим железную пластину, покрытую медью. Из двух металлов анодом является, т.к. его электродный потенциал  В) является величиной более отрицательной, чем электродный потенциал  Следовательно, в данном случае коррозионному разрушению будет подвергаться железная пластина. Анодный процесс имеет вид:  Катодный процесс:: Во влажной среде протекает превращение:  В рассматриваемой в задаче системе продуктами коррозии являются: 

Похожие готовые решения по химии:

© Преподаватель Анна Евкова

При копировании любых материалов с сайта evkova.org обязательна активная ссылка на сайт www.evkova.org

Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи

Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей

Правовые документы

Whatsapp и логотип whatsapp являются товарными знаками корпорации WhatsApp LLC.

Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.

Антикоррозийная обработка авто – Блог – Империя Автостекла

Каждый автомобиль, даже тот, который только что выехал из автосалона, подвержен коррозии. Не самый благополучный климат России вкупе со смесями, применяющимися против гололеда, влияют на металл крайне скверным образом.

Российские автопроизводители часто нарушают и без того далекие от совершенства технологии производства автомобилей. Это приводит к тому, что покупатель получает машину, которая уже начала ржаветь.

Типы коррозии

Существует 3 вида коррозии: химическая, электрохимическая, а также механохимическая. При коррозии первого типа металл окисляют находящиеся в атмосфере вещества. При электрохимической коррозии металл ржавеет из-за воды, содержащей большое количество примесей, превращающих ее в электролит. Механохимическая коррозия возникает в тех случаях, когда помимо двух вышеперечисленных видов добавляется еще и механическое воздействие (трение, вибрация) на кузовные детали.

Электрохимическая коррозия

Электрохимическая коррозия является самой распространенной. Дороги зимой постоянно посыпаются солью и различными смесями, которые, смешиваясь с водой, образуют электролит. Такая коррозия с поразительной быстротой поражает те участки кузова автомобиля, где были нарушены технологии производства.

Полностью победить коррозию невозможно, но уменьшить причиняемый ей вред вполне реально. В этом деле очень хорошо помогает антикоррозийная обработка.

Желательно проводить антикоррозийную обработку автомобиля сразу и полностью, а не частями.

Полная антикоррозийная обработка состоит из нескольких видов работ, каждый из которых требует определенные материалы и инструменты. Разные работы направлены на защиту разных участков машины.

Химическая коррозия

Меры по защите автомобиля от ржавчины начинаются еще с завода. Лакокрасочное покрытие служит не только для красоты, в первую очередь оно должно защищать металл. От качества использованных здесь грунтовок и красок будет зависеть дальнейшая судьба машины. Большое значение имеют и технологии, по которым производятся данные работы. Некоторым автопроизводителям удается достичь очень высокой степени защиты кузовов от коррозии, но российским заводам до них очень далеко.

Механическая коррозия

Нижние части кузова (днище, арки и т.д.) постоянно подвержены действию камней и песка, что приводит к их абразивному износу. Защитить автомобиль от этого можно при помощи специальных мастик, имеющих густую консистенцию и сохраняющих эластичность после высыхания. Наносить такую мастику можно при помощи кисти или специальных распылителей.

Этапы проведения антикоррозийной обработки

Перед нанесением защитных составов лакокрасочное покрытие машины следует тщательно очистить от солей и прочих вредных веществ. Для этого применяются специальные полироли. Очистив кузов, можно начинать наносить на него защитный препарат. Делать это необходимо губкой, не пропуская при этом ни одного миллиметра поверхности.

Далее необходимо растереть препарат. Для этого используются обычные полировальные инструменты, на которые надевают насадку, представляющую собой шерстяной круг. Полученное покрытие будет надежной защитой от влаги и вредных веществ, содержащихся в атмосфере.

Наиболее трудным моментом является обработка скрытых и труднодоступных мест. Эти места очень хорошо собирают грязь и воду, поэтому тщательно очистить их крайне необходимо. Сделать это нелегко, поэтому при проведении данной процедуры используются средства, умеющие «выталкивать» загрязнения.

Обрабатывают эти места путем распыления защитных составов. Образующиеся пары легко проникают во все труднодоступные места. Иногда для лучшего проникновения антикоррозийных средств в эти места используют дрель, при помощи которой просверливают отверстия, через которые в дальнейшем распыляют средства.

Помимо обработки кузова всевозможными химическими составами, можно использовать и механическую защиту, то есть установить на машину специальные элементы защиты кузова (брызговики, накладки на арки, подкрылки и др.). Как правило, устанавливаются они с помощью саморезов. После установки таких деталей, необходимо обработать места их креплений противокоррозийными средствами.

Среди автолюбителей есть немало любителей тюнинга, устанавливающих на свои машины спойлеры и другие кузовные элементы, улучшающие внешний вид или технические характеристики автомобиля. Следует помнить, что места креплений данных деталей также нуждаются в тщательной обработке.

В заключение

Несмотря на широкий ассортимент представленных на рынке антикоррозийных средств и их доступность, проводить обработку самостоятельно все же не рекомендуется. Качественное выполнение данной процедуры требует кропотливости и немалого опыта, поэтому лучше всего доверить проведение антикоррозийной обработки профессионалам.

Смотрите также другие статьи в нашем блоге.

Коррозия: разновидности коррозии, способы защиты

Коррозия – это разрушение металлических, керамических, деревянных и других материалов в результате химического или физико-химического взаимодействия. Что же касается причин возникновения такого нежелательного эффекта, то они разные. В большинстве случаев это конструкционная неустойчивость к термодинамическим воздействиям окружающей среды. Давайте подробно разберемся с тем, что такое коррозия. Виды коррозии тоже обязательно нужно рассмотреть, да и о защите от нее поговорить не будет лишним.

Немного общих сведений

Мы привыкли слышать термин «ржавление», который применяется в случае коррозии металла и сплавов. Есть еще такое понятие, как «старение», — оно свойственно полимерам. По сути, это одно и то же. Яркий пример – старение резиновых изделий из-за активного взаимодействия с кислородом. Помимо этого, некоторые пластиковые элементы разрушаются под воздействием атмосферных осадков. Скорость протекания коррозии напрямую зависит от условий, в которых находится объект. Так, ржавчина на металлическом изделии будет распространяться тем быстрее, чем выше температура. Также влияет и влажность: чем она выше, тем быстрее металл станет непригодным для дальнейшей эксплуатации. Опытным путем установлено, что примерно 10 процентов металлических изделий безвозвратно списываются, и виной всему – коррозия. Виды коррозии бывают различными и классифицируются в зависимости от типа сред, характера протекания и тому подобного. Давайте рассмотрим их более подробно.

Классификация

В настоящее время существует более двух десятков вариантов ржавления. Мы приведем только самые основные виды коррозии. Условно их можно поделить на следующие группы:

• Химическая коррозия – процесс взаимодействия с коррозионной средой, при котором окисление металла и восстановление окислителя проходят в одном акте. Металл и окислитель не разделены пространственно.
• Электрохимическая коррозия – процесс взаимодействия металла с раствором электролита. Ионизация атомов и восстановление окислителя проходят в разных актах, однако скорость во многом зависит от электродного потенциала.
• Газовая коррозия – химическое ржавление металла при минимальном содержании влаги (не более 0,1 процента) и/или высоких температурах в газовой среде. Чаще всего данный вид встречается в химической и нефтеперерабатывающей промышленности.

Помимо этого, существует еще огромное количество процессов ржавления. Все они и есть коррозия. Виды коррозии, кроме вышеописанных, включают биологическое, радиоактивное, атмосферное, контактное, местное, целевое ржавление и др.

Электрохимическая коррозия и ее особенности

При таком виде разрушения процесс протекает при соприкосновении металла с электролитом. В качестве последнего может выступать конденсат или дождевая вода. Чем больше в жидкости содержится солей и кислот, тем выше электропроводность, а следовательно, и скорость протекания процесса. Что же касается наиболее подверженных коррозии мест металлической конструкции, то это заклепки, сварные соединения, места механических повреждений. В случае если конструкционные свойства сплава железа делают его устойчивым к ржавлению, процесс несколько замедляется, однако все равно продолжается. Ярким примером является оцинковка. Дело в том, что цинк имеет более отрицательный потенциал, нежели железо. По этой простой причине сплав железа восстанавливается, а цинк коррозирует. Однако наличие на поверхности оксидной пленки сильно замедляет процесс разрушения. Безусловно, все виды электрохимической коррозии являются крайне опасными и иногда с ними даже невозможно бороться.

Химическая коррозия

Такое изменение металла встречается довольно часто. Ярким примером является появление окалины в результате взаимодействия металлических изделий с кислородом. Высокая температура в этом случае выступает ускорителем процесса, а участвовать в нем могут такие жидкости, как вода, соли, кислоты, щелочи и растворы солей. Если говорить о таких материалах, как медь или цинк, то их окисление приводит к возникновению устойчивой к дальнейшей коррозии пленки. Стальные же изделия образуют окиси железа. Дальнейшие химические процессы приводят к возникновению ржавчины, которая не обеспечивает никакой защиты от дальнейшего разрушения, а наоборот, способствует этому. В настоящее время все виды химической коррозии устраняются при помощи оцинковки. Могут применяться и другие средства защиты.

Виды коррозии бетона

Изменение структуры и увеличение хрупкости бетона под воздействием окружающей среды может быть трех видов:

• Разрушение частей цементного камня – один из самых распространенных видов коррозии. Он имеет место в том случае, если изделие из бетона подвергается систематическому воздействию атмосферных осадков и других жидкостей. В результате вымывается гидрат окиси кальция и нарушается структура.
• Взаимодействие с кислотами. Если цементный камень будет контактировать с кислотами, то образуется бикарбонат кальция – агрессивный химический элемент для бетонного изделия.
• Кристаллизация труднорастворимых веществ. По сути, имеется в виду биокоррозия. Суть заключается в том, что микроорганизмы (споры, грибки) попадают в поры и там развиваются, вследствие чего происходит разрушение.

Коррозия: виды, способы защиты

Без сомнения, миллиардные ежегодные убытки привели к тому, что люди стали бороться с этим вредным воздействием. Можно с уверенностью говорить о том, что все виды коррозии приводят к потере не самого металла, а ценных металлоконструкций, на строительство которых тратятся огромные деньги. Сложно сказать, возможно ли обеспечить 100-процентную защиту. Тем не менее, при правильной подготовке поверхности, которая заключается в абразивоструйной очистке, можно добиться хороших результатов. От электрохимической коррозии надежно защищает лакокрасочное покрытие при правильном его нанесении. А от разрушения металла под землей надежно защитит специальная обработка поверхности.

Активные и пассивные методы борьбы

Суть активных методов заключается в том, чтобы изменить структуру двойного электрического поля. Для этого используют источник постоянного тока. Напряжение нужно выбирать таким образом, чтобы повышался электродный потенциал изделия, которое нужно защитить. Еще один крайне популярный метод — «жертвенный» анод. Он разрушается, защищая основной материал.

Пассивная защита подразумевает использование лакокрасочного покрытия. Основная задача заключается в том, чтобы полностью предотвратить попадание влаги, а также кислорода на защищаемую поверхность. Как уже было отмечено несколько выше, имеет смысл использовать цинковое, медное или никелевое напыление. Даже частично разрушенный слой будет защищать металл от ржавления. Конечно, данные виды защиты от коррозии металлов действенны только тогда, когда поверхность не будет иметь видимых дефектов в виде трещин, сколов и тому подобного.

Оцинкование в подробностях

Мы уже с вами рассмотрели основные виды коррозии, а сейчас хотелось бы поговорить о лучших методах защиты. Одним из таких является оцинкование. Суть его заключается в том, что на обрабатываемую поверхность наносится цинк или его сплав, что придает поверхности некоторые физико-химические свойства. Стоит отметить, что данный метод считается одним из самых экономичных и эффективных, и это при том, что на металлизацию цинком расходуется примерно 40 процентов от мировой добычи этого элемента. Оцинкованию могут подвергаться стальные листы, крепежные детали, а также приборы и другие металлоконструкции. Интересно то, что с помощью металлизации или распыления можно защитить изделие любого размера и формы. Декоративного назначения цинк не имеет, хотя с помощью некоторых специальных добавок появляется возможность получения блестящих поверхностей. В принципе, этот металл способен обеспечить максимальную защиту в агрессивных средах.

Заключение

Вот мы и рассказали вам о том, что такое коррозия. Виды коррозии тоже были рассмотрены. Теперь вы знаете, как защитить поверхность от преждевременного ржавления. По большому счету, сделать это предельно просто, но немалое значение имеет то, где и как эксплуатируется изделие. Если оно постоянно подвергается динамическим и вибрационным нагрузкам, то велика вероятность возникновения трещин в лакокрасочных покрытиях, через которые влага будет попадать на металл, в результате чего он будет постепенно разрушаться. Тем не менее, использование различных резиновых прокладок и герметиков в местах взаимодействия металлических изделий может несколько продлить срок службы покрытия.

Ну, вот и все по данной теме. Помните о том, что преждевременное разрушение конструкции из-за воздействия коррозии может привести к непредвиденным последствиям. На предприятии большой материальный ущерб и человеческие жертвы возможны в результате ржавления несущей металлоконструкции.

Электрохимическая коррозия — обзор

4.4 Экспериментальные кривые поляризации

В экспериментальных исследованиях электрохимической коррозии для определения скорости и поведения коррозии часто используется потенциостатическая цепь, которая включает в себя поляризационную ячейку, как схематически показано на рисунке 4.12. Рабочий электрод (WE) представляет собой образец коррозии (т. Е. Оцениваемый материал). Вспомогательный электрод (AE) или противоэлектрод в идеале изготовлен из материала, который будет поддерживать реакции электрохимического окисления или восстановления с реагентами в электролите, но сам по себе не будет подвергаться коррозии и тем самым загрязнять электролит.АЭ обычно изготавливается из платины или графита высокой плотности. Электрод сравнения (RE) поддерживает постоянный потенциал, относительно которого измеряется потенциал WE с помощью электрометра, вольтметра с высоким импедансом (> 10 ¹⁴ Ом), который ограничивает ток через электрометр до чрезвычайно малых значений, которые пренебрежимо малы. влияют на потенциал RE или WE. Потенциостат — это быстродействующий источник постоянного тока (DC), который будет поддерживать потенциал WE относительно RE на постоянном (заданном или заданном) значении, даже если ток внешней цепи, I _ex , может изменяться. на несколько порядков.Когда потенциостат отключен от образца коррозии (WE), существует состояние разомкнутой цепи или разомкнутой ячейки, WE свободно корродирует, измеренный потенциал представляет собой потенциал коррозии разомкнутой цепи, E _corr и, конечно же, , Я _от = 0.

Рисунок 4.12. Потенциостатическая цепь.

Потенциостат может быть настроен на поляризацию WE либо анодно, и в этом случае итоговая реакция на поверхности WE является окислением (электроны удаляются из WE), либо катодно, и в этом случае итоговая реакция на поверхности WE является восстановлением ( электроны, потребляемые на ВЭ).Что касается потенциостатической цепи на рисунке 4.12, определение поляризационной кривой обычно начинается с первого измерения потенциала коррозии холостого хода, E _corr , до тех пор, пока не будет достигнуто установившееся значение (например, изменение менее 1,0 мВ пятиминутный период). Затем потенциостат настраивается на управление на E _{или Corr} и подключается к поляризационной ячейке. Затем уставка потенциала сбрасывается непрерывно или ступенчато для управления историей потенциала-времени WE, пока измеряется I _ex .Если заданный потенциал постоянно увеличивается (выше E _или ), создается кривая анодной поляризации. И наоборот, если потенциал непрерывно снижается (ниже E _или ), создается кривая катодной поляризации.

Интерпретация экспериментально определенной поляризационной кривой, включая понимание информации, получаемой из нее, основана на форме поляризационной кривой, которая получается из поляризационных кривых для отдельных реакций анодной и катодной полуэлементов, происходящих на поверхности металла. .Эти отдельные поляризационные кривые, предполагающие поведение Тафеля во всех случаях, показаны на рисунке 4.13 (пунктирные кривые) с обозначениями E _corr и I _corr . Предполагается, что в рассматриваемом потенциальном диапазоне вклады I _{ox, X} и I _{red, M} в чистые анодные и катодные кривые пренебрежимо малы. Следовательно, I _a = I _{ox, M} и I _c = I _{красный, X} . При любом потенциале WE, установленном потенциостатом, экспериментально измеренный внешний ток, I _ex , представляет собой разность между I _{ox, M} и I _{красный, X} .Эта разница в терминах тафелевских выражений для отдельных реакций составляет

Рисунок 4.13. Схематические экспериментальные поляризационные кривые (сплошные кривые), предполагающие тафелевское поведение для индивидуального окисления, и поляризационные кривые восстановления катодного реагента (штриховые кривые).

(4.83) Iex = Iox, M − Ired, X = Io, Me2.3 (E − E′M) βoX, M − Io, Xe2.3 (E − E′x) βred, x

Это Очевидно, что I _ex изменяется с положительного на отрицательный, когда I _{красный, X} становится больше, чем I _{ox, M} .Это изменение знака происходит, когда I _ex проходит через I _ex = 0, в этой точке E = E _corr и I _{ox, M} = I _{красный, X} = I _corr . Таким образом, можно выделить два диапазона тока: I _ex > 0 (в котором преобладает анодная реакция или реакция окисления) и I _ex <0 (в котором преобладает катодная реакция или реакция восстановления). Свойства этих двух диапазонов суммированы ниже.

В диапазоне токов, I _ex > 0, потенциал WE, установленный потенциостатом, больше, чем E _corr .Электроны, произведенные в единицу времени реакцией M → M ^{m +} + me, превышают количество электронов, потребляемых в единицу времени реакцией X ^{x +} + xe → X, и чистое окисление происходит в WE. Положительный ток согласуется со знаком, который присваивает положительное значение току внешней цепи, когда чистое окисление происходит в WE. Для I _ex > 0 график зависимости E от log I _ex принимает форму верхней сплошной кривой на рисунке 4.13, анодной ветви экспериментальной поляризационной кривой.Когда E достаточно увеличивается выше E _corr , чтобы вызвать I _{красный, X} становится незначительным по сравнению с I _{ox, M} (обычно 50–100 мВ),

(4.84) ​​Iex = Iox, M

и I _ex становится прямой мерой скорости окисления, I _{ox, M} , металла в этом диапазоне потенциалов. Этот линейный участок экспериментальной кривой показывает тафелевскую кривую анодной реакции металла, а экстраполяция тафелевской кривой на E’M дает оценку экспериментальной плотности тока обмена металла, I _{o, M} / A _a , где A _a — площадь ЗЕ.

В диапазоне токов, I _ex <0, потенциал WE, установленный потенциостатом, меньше, чем E _corr . На поверхности металла количество электронов, потребляемых в единицу времени реакцией X ^{x +} + xe → X, превышает количество электронов, произведенных в единицу времени реакцией M → M ^{m +} + me. Происходит чистое восстановление, и электроны должны поступать в WE через внешнюю цепь; ток внешней цепи (I _ex ) будет отрицательным. График зависимости E от log | I _ex | принимает форму нижней сплошной кривой на рисунке 4.13. Когда E уменьшается до уровня ниже E _corr , чтобы вызвать I _{ox, M} становится незначительным (обычно 50–100 мВ),

(4,85) Iex = −Ired, X

или

(4,86) | Iex | = Ired, X

и I _ex становится прямой мерой скорости катодной реакции, I _{красный, X} , на металле. Этот линейный участок экспериментальной кривой показывает тафелевскую кривую катодной реакции, а экстраполяция тафелевской кривой на E’X дает оценку экспериментальной плотности тока обмена катодной реакции, I _{o, X} / A _c , где A _c — площадь ЗЕ.

Подчеркивается, что в более общем смысле I _ex — это экспериментально измеренный ток, представляющий чистую разницу между суммой всех токов реакции окисления и суммой всех токов реакции восстановления на границе раздела:

(4.87 ) Iex = ΣIox − ΣIred.

Для двух рассматриваемых полуэлементных реакций

(4.88) Iex = (Iox, M + Iox, X) — (Ired, X + Ired, M).

При условии, что I _{ox, X} и I _{красный, M} незначительны,

(4.89) Iex = Iox, M — Ired, X.

Вышеупомянутое соотношение в равной степени применимо, если кривая скорости окисления металла или кривая скорости восстановления катодного реагента не подчиняется поведению Тафеля. Чтобы проиллюстрировать эту точку зрения, исследуются три дополнительные схематические пары индивидуальных анодных и катодных поляризационных кривых. На рис. 4.14 металл подвергается активному-пассивному окислению, а E _corr находится в пассивной области. На рисунке 4.15, где кривая общей скорости восстановления включает восстановление как растворенного кислорода (O ₂ + 4H ⁺ + 4e → 2H ₂ O), так и ионов водорода (2H ⁺ + 2e → H _2). ) и их соответствующие предельные токи диффузии, показанный металл проявляет активно-пассивное окислительное поведение, а E _corr находится в пассивной области.Для примера на рисунке 4.15 следует отметить, что если бы растворенный кислород был удален из электролита, E _corr был бы в активной области, I _corr был бы значительно больше, а экспериментальные поляризационные кривые выглядели бы как на рисунке 4.16.

Рисунок 4.14. Схематические экспериментальные поляризационные кривые.

Рисунок 4.15. Схематические экспериментальные поляризационные кривые.

Рисунок 4.16. Схематические экспериментальные поляризационные кривые.

Chem1 Электрохимическая коррозия

Вероятно, не существует более широко распространенного электрохимического процесса, вызывающего большие экономические потери и более скрытого от глаз, чем коррозия металлов.И все же на вводных курсах химии о нем редко упоминается больше, чем вкратце. Этот урок пытается помочь преодолеть этот недостаток.

Коррозию можно определить как разрушение материалов химическими процессами. Из них наиболее важной на сегодняшний день является электрохимическая коррозия металлов, в которой процесс окисления M → M ^{n +} + n e ^{n —} облегчается наличием подходящего акцептора электронов, в коррозионной науке иногда называют деполяризатором .

В некотором смысле коррозию можно рассматривать как самопроизвольное возвращение металлов в свои руды; огромное количество энергии, потребляемой при добыче, рафинировании и производстве металлов в полезные объекты, рассеивается множеством различных маршрутов.

Хороший справочник по этой теме — Corosion and Corrosion Control: An Introduction to Corrosion Science and Engineering (4 Ed), R.W. Revie and H.H. Uhlig. Ограниченные ее части можно увидеть на этом сайте Google Книг.

Экономические аспекты коррозии намного важнее, чем думает большинство людей; Согласно отчету 2001 года, стоимость коррозии только в США составила 276 миллиардов долларов в год. Из этой суммы около 121 миллиарда долларов было потрачено на борьбу с коррозией, а разница в 155 миллиардов долларов осталась чистой убытком для экономики. Коммунальные предприятия, особенно системы питьевого водоснабжения и канализации, несут наибольший экономический ущерб. на втором месте — автомобили и транспорт.

На этом изображении показана внутренняя часть торгового центра Algo Center в Эллиот-Лейк, Онтарио после того, как в июне 2012 года часть парковочной площадки на крыше обрушилась на первый этаж, в результате чего погибли два человека.Основной причиной обрушения этого и очень большого количества других парковочных сооружений в холодном климате было попадание дорожной соли в настил, что привело к электрохимической коррозии стальных арматурных стержней, встроенных в бетон. Однако, настоящая причина была человеческая неудача ; Проблемы с утечкой через настил крыши возникали почти с момента постройки конструкции в 1970-х годах, но стоимость надлежащей обработки этих утечек (например, нанесение защитного покрытия на настил) удерживала владельцев торговых центров от таких инвестиций.(Подробнее здесь)

1 Ячейки коррозии и реакции

Особенностью большинства процессов коррозии является то, что стадии окисления и восстановления происходят в разных местах металла. Это возможно, потому что металлы являются проводящими, поэтому электроны могут проходить через металл от анодной области к катодной. Присутствие воды необходимо для переноса ионов к металлу и от него, но может быть достаточно тонкой пленки адсорбированной влаги.

Коррозионная система может рассматриваться как короткозамкнутая электрохимическая ячейка, в которой анодный процесс представляет собой что-то вроде

Fe (s) → Fe ²⁺ (водн.) + 2 e ^—

, а катодные ступени могут быть любыми из

O ₂ + 2 H ₂ O + 4 e ^— → 4 OH ^—

H ⁺ + e ^— → ½ H ₂ (г)

M ²⁺ + 2 e ^— → M (с)

где М — металл.

Коррозия часто начинается в месте ( 1 ), где металл находится под напряжением (в месте изгиба или сварного шва) или изолирован от воздуха (где два куска металла соединены или находятся под неплотно приставшей пленкой краски). ионы металлов растворяются в пленке влаги, а электроны мигрируют в другое место ( 2 ), где они захватываются деполяризатором . Кислород — самый распространенный деполяризатор; образующиеся гидроксид-ионы реагируют с Fe ²⁺ с образованием смеси водных оксидов железа, известной как ржавчина .

Какие части металла служат анодами и катодами, может зависеть от многих факторов, как видно из обычно наблюдаемых нерегулярных структур коррозии. Атомы в областях, которые подверглись напряжению, которое может быть получено при формовании или механической обработке, часто имеют более высокую свободную энергию и, следовательно, имеют тенденцию становиться анодными.

[ссылка]

Если одна часть металлического объекта защищена от атмосферы так, что O ₂ недостаточно для создания или поддержания оксидной пленки, эта «защищенная» область часто будет местом, на котором коррозия наиболее активна.Тот факт, что такие участки обычно скрыты от глаз, во многом объясняет сложность обнаружения и контроля коррозии.

Большинство металлов покрыто тонкой оксидной пленкой, препятствующей анодному растворению. Когда происходит коррозия, иногда в металле образовывается узкое отверстие или углубление или . Дно этих ям, как правило, лишено кислорода, что способствует дальнейшему врастанию ямы в металл.

Тенденция к анодированию мест, лишенных кислорода, является причиной многих часто наблюдаемых структур коррозии

В отличие от анодных участков, которые обычно локализуются в определенных областях поверхности, катодная часть процесса может происходить практически где угодно.Поскольку оксиды металлов обычно являются полупроводниками, большинство оксидных покрытий не препятствуют потоку электронов к поверхности, поэтому почти любая область, которая подвергается воздействию O ₂ или какого-либо другого акцептора электронов, может действовать как катод.

Ржавые пятна от автомобилей и ванных комнат

Любой, кто владел старым автомобилем, видел коррозию на стыках между частями кузова и под пленкой краски. Вы также заметили, что, как только начинается коррозия, она начинает питаться сама собой.Одна из причин этого заключается в том, что одним из продуктов реакции восстановления O ₂ является ион гидроксида. Высокий pH, образующийся в этих катодных областях, имеет тенденцию разрушать защитную оксидную пленку и может даже смягчать или ослаблять пленки краски, так что эти участки могут стать анодными. Больший запас электронов способствует более интенсивному катодному действию, которое порождает еще больше анодных участков и так далее.

Очень распространенной причиной коррозии является контакт двух разнородных металлов, что может произойти около крепежа или в сварном шве.Влага собирается в точке соединения, действуя как электролит и образуя ячейку, в которой два металла служат электродами. Влага и проводящие соли на внешних поверхностях обеспечивают внешний токопроводящий путь, эффективно замыкая элемент накоротко и вызывая очень быструю коррозию; Вот почему автомобили так быстро ржавеют в местах, где на дорогах кладут соль для растапливания льда.

Коррозия разнородных металлов может произойти, даже если два металла изначально не находятся в прямом контакте.Например, в домах, где для водопровода используются медные трубы, в воде всегда присутствует небольшое количество растворенного Cu ²⁺ . Когда эта вода сталкивается со стальными трубами или сливом для раковины, покрытым хромом e- , благородная медь more- откладывается на другом металле, образуя новую коррозионную ячейку, контактирующую с металлами. В случае хромированной фурнитуры для раковины это приводит к образованию солей Cr ³⁺ , которые выпадают в осадок в виде зеленоватых пятен.

2 Контроль коррозии

Поскольку для возникновения коррозии должны иметь место как катодный, так и анодный этапы, предотвращение любого из них остановит коррозию. Наиболее очевидная стратегия — остановить оба процесса, нанеся на объект краску или другое защитное покрытие. Даже если это будет сделано, вероятно, останутся места, где покрытие сломано или не проникает, особенно если есть отверстия или резьба.

Более сложный подход состоит в том, чтобы приложить к металлу небольшой отрицательный заряд, тем самым затрудняя протекание реакции M → M ²⁺ + 2 e ^— .

Как защитные покрытия контролируют коррозию

Один из способов обеспечения этого отрицательного заряда — нанесение покрытия из более активного металла. Таким образом, очень распространенный способ защиты стали от коррозии — покрытие ее тонким слоем цинка; этот процесс известен как цинкование.Цинковое покрытие менее благородно, чем железо, но склонно к избирательной коррозии. Растворение этого жертвенного покрытия оставляет после себя электроны, которые концентрируются в железе, делая его катодным и тем самым препятствуя его растворению.

видео по электрохимической коррозии:

Химия ржавчины и коррозии (Джейсон Гуди, 12½ м)

Инфраструктурная коррозия и разложение (Геоканал, 43 м)

Эффект покрытия железа менее активным металлом обеспечивает интересный контраст.Обычная луженая банка (справа) — хороший тому пример. Пока оловянное покрытие остается неповрежденным, все в порядке, но воздействие влажной атмосферы даже на крошечную часть лежащего под ним железа вызывает коррозию. Электроны, высвобождаемые из железа, перетекают в олово, делая его более анодным, поэтому теперь олово активно способствует коррозии железа! Вы, наверное, наблюдали, как жестяные банки очень быстро разрушаются, когда их оставляют на открытом воздухе.

Катодная защита для контроля коррозии

Более изощренная стратегия — поддерживать постоянное отрицательное электрический заряд на металле, так что его растворение в виде положительных ионов заблокирован.Поскольку вся поверхность вдавливается в катодный Состояние этот метод известен как катодная защита . Источником электронов может быть внешний источник постоянного тока. (обычно используется для защиты нефтепроводов и других подземных сооружений), или это может быть коррозия другого, просто кусок более активного металла, такого как цинк или алюминий, закопанный в земле поблизости.

3 Галерея ужасов коррозии

Коррозия гвоздя

Ногти погружают в агар, который образует влажный твердый гель.Агар также содержит фенолфталеин и гексацианоирон (III). Fe (CN6) — образует темно-синий цвет («берлинскую лазурь») в присутствии Fe2 +. Синие цвета явно связаны с теми частями ногтя, которые подверглись нагрузке, что способствует анодному высвобождению Fe2 + из металла. Розовым цветом показаны катодные области, которые стали щелочными в результате реакции. O2 + 2 h3O + 4e– → 4 OH– Это ясно показывает разделение анодного и катодного процессов при коррозии.

Внутренняя часть водопровода4>

Если вы живете в старой части города, где возрасту 50-100 лет, вода, которую вы пьете, вполне могла пройти через трубу в таком состоянии! Подобная сильная коррозия чаще встречается в регионах с кислой водой. Такая вода поступает из горных снеготаяний и сточных вод и обычно приобретает кислотность за счет растворенного в атмосфере углекислого газа.

Воды из рек, озер и особенно подземные воды из колодцев обычно достаточно долго контактировали с карбонатсодержащими отложениями, чтобы их можно было нейтрализовать.Администраторы гидротехнических сооружений любят делать воду слегка щелочной и слегка перенасыщенной карбонатом кальция, чтобы поддерживать тонкий слой твердого карбоната на внутренней части трубы, который защищает ее от коррозии.

Стальные арматурные стержни в бетоне

Все большие бетонные конструкции содержат стальные арматурные стержни («арматуру»), которые помогают обеспечить структурную целостность при различных условиях нагрузки и особенно во время землетрясений.Попадание воды, даже в виде тумана или тумана, может привести к серьезным коррозионным повреждениям, как видно на этом снимке этой колонны, которая поддерживает путепровод на шоссе. \\

Коррозия металлических стыков

На рисунке показаны два стальных конструктивных элемента, соединенных чугунными фланцами, скрепленными вместе болтами. По какой-то причине одна из частей стала более анодной, чем другая, что привело к сильной коррозии верхней части.

Коррозия, вызванная почвенными бактериями

Эта газовая труба была похоронена в красной почве, содержащей железный колчедан (FeS). Бактерия thiobacillus ferrooxidans получает энергию, окисляя Fe2 + до более растворимого Fe3 +, передавая электроны O2. Он также окисляет серу, образуя серную кислоту. Образовавшийся химический коктейль прорезал трубу.

Эти оцинкованные болты использовались для соединения деревянных балок.Последующее перемещение балок из-за различных условий нагрузки привело к истиранию цинкового покрытия. Недостаток кислорода около центров болтов также, вероятно, способствовал коррозии, предотвращая образование защитной оксидной пленки.

Коррозия из-за недостатка кислорода

Эти оцинкованные болты использовались для соединения деревянных балок. Последующее перемещение балок из-за различных условий нагрузки привело к истиранию цинкового покрытия. Недостаток кислорода около центров болтов также, вероятно, способствовал коррозии, предотвращая образование защитной оксидной пленки.

Точечная коррозия поверхности

Точечная коррозия, как правило, приводит к образованию узких, но глубоких отверстий («ямок») на поверхности, которые трудно обнаружить, особенно когда они покрываются продуктами коррозии. Как только яма образуется, она имеет тенденцию копать глубже из-за более медленной диффузии кислорода в узкое дно ямы.

Нержавеющая сталь не полностью защищена от коррозии

Стальные сплавы

, содержащие 13–26 мас.% Хрома, при контакте с воздухом образуют тонкий, хорошо прилипающий поверхностный слой Cr ₂ O ₃ , тем самым становясь пассивированным и устойчивым к коррозии.Но для того, чтобы сохранить это сопротивление, кислород должен оставаться доступным для поверхности.

Если это условие не соблюдается, пассивирующая пленка может разрушиться, как это произошло с этим фланцем, который подвергся сильной точечной коррозии. Хлорид-ионы также могут нарушить защитную пленку, хотя существуют специальные сорта нержавеющей стали, доступные для использования в морских условиях, которые более устойчивы к этому эффекту.

Следует проявлять особую осторожность при соединении нержавеющих сталей с другими конструкциями.Излишнее затягивание гаек на этом кронштейне могло повредить пленку Cr ₂ O ₃ ; использование крепежных винтов и гаек не из нержавеющей стали гарантирует обычную гальваническую коррозию.

Что вы должны уметь

Убедитесь, что вы полностью понимаете следующие основные концепции, представленные выше.

• Электрохимическая коррозия металлов происходит, когда электроны от атомов на поверхности металла переносятся на подходящий акцептор электронов или деполяризатор .Должна присутствовать вода, чтобы служить средой для переноса ионов.
• Наиболее распространенными деполяризаторами являются кислород, кислоты и катионы менее активных металлов.
• Поскольку электроны проходят через сам металлический объект, анодная и катодная области (две половины электрохимической ячейки) могут находиться на значительном расстоянии друг от друга.
• Анодные области имеют тенденцию образовываться в местах, где металл подвергается напряжению или защищен от кислорода.
• Контакт с другим металлом, прямой или косвенный, может привести к коррозии более активного металла.
• Коррозию стали можно предотвратить путем цинкования , то есть путем покрытия ее цинком, более активным металлом, растворение которого оставляет на металле отрицательный заряд, который препятствует дальнейшему растворению Fe ²⁺ .
• Катодная защита с использованием внешнего источника напряжения широко используется для защиты подземных сооружений, таких как резервуары, трубопроводы и опоры.Источником может быть расходуемый анод из цинка или алюминия, либо сетевой или фотоэлектрический источник питания.

Список литературы

Отличное иллюстрированное руководство по коррозии и катодной защите

Хорошие схематические иллюстрации различных причин коррозии

Обзор различных форм коррозии (с фотографиями)

Проблемы, связанные с коррозией железобетона

Почему нержавеющая сталь нержавеющая?

Концептуальная карта

Измерения электрохимической коррозии — Гальваническая коррозия

Обзор электрохимических основ коррозии

Большая часть коррозии металлов происходит в результате электрохимических реакций на границе раздела между металлом и раствором электролита.Например, тонкая пленка влаги на поверхности металла образует электролит для атмосферной коррозии. Второй пример: влажный бетон является электролитом для коррозии арматурных стержней в мостах. Хотя большая часть коррозии происходит в воде, коррозия в неводных системах известна.

Коррозия обычно происходит со скоростью, определяемой равновесием противоположных электрохимических реакций. Одна из реакций — это анодная реакция, при которой металл окисляется, высвобождая электроны в металл.Другой — катодная реакция, в которой частицы раствора (часто O ₂ или H ⁺ ) восстанавливаются, удаляя электроны из металла. Когда эти две реакции находятся в равновесии, поток электронов от каждой реакции уравновешен, и чистый поток электронов (электрический ток) не возникает. Две реакции могут происходить на одном металле или на двух разнородных металлах (или участках металла), которые электрически связаны.

На рисунке 1 показан этот процесс. По вертикальной оси отложен электрический потенциал, а по горизонтальной оси — логарифм абсолютного тока.Теоретический ток анодной и катодной реакций представлен прямыми линиями. Кривая линия — это полный ток: сумма анодного и катодного токов. Это ток, который вы измеряете, когда проверяете потенциал металла своим потенциостатом. Острая точка на кривой на самом деле является точкой, в которой ток меняет полярность, когда реакция меняется с анодной на катодную или наоборот. Острый момент вызван нанесением графика по логарифмической оси. Использование логарифмической оси необходимо из-за широкого диапазона значений тока, которые необходимо регистрировать во время эксперимента по коррозии.Из-за явления пассивности ток часто изменяется на шесть порядков во время эксперимента по коррозии.

Рис. 1. Процесс коррозии, показывающий анодную и катодную составляющие тока.

Потенциал металла — это средство, с помощью которого анодная и катодная реакции поддерживаются в равновесии. См. Рис. 1. Обратите внимание, что ток каждой полуреакции зависит от электрохимического потенциала металла. Предположим, что анодная реакция высвобождает в металл слишком много электронов.Таким образом, избыток электронов смещает потенциал металла в более отрицательную сторону, что замедляет анодную реакцию и ускоряет катодную реакцию. Это противодействует начальному возмущению системы.

Равновесный потенциал, принимаемый металлом при отсутствии электрических соединений с металлом, называется потенциалом холостого хода E _oc . В большинстве экспериментов по электрохимической коррозии первым шагом является измерение E _oc .

Значение анодного или катодного тока при E _oc называется током коррозии, I _corr .Если бы мы могли измерить I _corr , мы могли бы использовать его для расчета скорости коррозии металла. К сожалению, I _corr нельзя измерить напрямую. Однако его можно оценить с помощью электрохимических методов. В любой реальной системе I _corr и скорость коррозии являются функцией многих параметров системы, включая тип металла, состав раствора, температуру, движение раствора, историю металла и многие другие.

Приведенное выше описание процесса коррозии ничего не говорит о состоянии металлической поверхности.На практике многие металлы в процессе коррозии образуют оксидный слой на своей поверхности. Если оксидный слой препятствует дальнейшей коррозии, говорят, что металл пассивируется. В некоторых случаях локальные участки пассивной пленки разрушаются, что приводит к значительной коррозии металла на небольшой площади. Это явление называется точечной коррозией или просто точечной коррозией.

Поскольку коррозия происходит в результате электрохимических реакций, электрохимические методы идеально подходят для изучения процессов коррозии. В электрохимических исследованиях образец металла с площадью поверхности в несколько квадратных сантиметров используется для моделирования металла в корродирующей системе.Металлический образец погружается в раствор, характерный для окружающей среды металла в исследуемой системе. Дополнительные электроды погружаются в раствор, и все электроды подключаются к устройству, называемому потенциостатом. Потенциостат позволяет изменять потенциал металлического образца контролируемым образом и измерять протекающий ток в зависимости от приложенного потенциала.

Полезны поляризации как с регулируемым потенциалом (потенциостатическая), так и с регулируемым током (гальваностатическая).Когда поляризация осуществляется потенциостатически, измеряется ток, а когда это делается гальваностатически, измеряется потенциал. Это обсуждение будет сосредоточено на методах с контролируемым потенциалом, которые гораздо более распространены, чем гальваностатические методы. За исключением зависимости потенциала холостого хода от времени, электрохимического шума, гальванической коррозии и некоторых других, потенциостатический режим используется для нарушения равновесного процесса коррозии. Когда потенциал металлического образца в растворе отклоняется от E _oc , это называется поляризацией образца.Отклик (то есть результирующий ток) металлического образца измеряется по мере его поляризации. Отклик используется для разработки модели коррозионного поведения образца.

Количественная теория коррозии

В предыдущем разделе мы указали, что I _corr нельзя измерить напрямую. Во многих случаях вы можете оценить это по данным зависимости тока от напряжения. Вы можете измерить логарифмическую кривую зависимости тока от потенциала в диапазоне примерно полвольта. Сканирование напряжения сосредоточено на E _oc .Затем вы подгоняете измеренные данные к теоретической модели процесса коррозии.

Модель, которую мы используем для процесса коррозии, предполагает, что скорость как анодного, так и катодного процессов контролируется кинетикой реакции переноса электрона на поверхности металла. Обычно это характерно для коррозионных реакций. Электрохимическая реакция под кинетическим контролем подчиняется уравнению. 1, уравнение Тафеля.

В этом уравнении

Я	— ток реакции
Я 0	— это зависящая от реакции константа, называемая током обмена
E	— потенциал электрода
E 0	— равновесный потенциал (константа для данной реакции)
β	— постоянная Тафеля реакции (постоянная для данной реакции, с единицами измерения вольт / декада.

Уравнение Тафеля описывает поведение одной изолированной реакции. В системе коррозии мы имеем две противоположные реакции: анодную и катодную.

Уравнения Тафеля для анодных и катодных реакций в системе коррозии могут быть объединены для создания уравнения Батлера-Фольмера (уравнение 2).

где

Я	— это измеренный ток от ячейки в усилителях
I корр	— ток коррозии в амперах
E	— потенциал электрода
E корр	— потенциал коррозии в вольтах
β а	— анодная постоянная β Тафеля в вольтах на декаду
β в	— катодная постоянная Тафеля β в вольтах на декаду

Что означает уравнение.2 предсказать кривую зависимости тока от напряжения? В E _corr каждый экспоненциальный член равен единице. Следовательно, ток ячейки равен нулю, как и следовало ожидать. Вблизи E _или оба экспоненциальных члена вносят вклад в общий ток. Наконец, поскольку потенциал управляется потенциостатом далеко от E _или , преобладает один экспоненциальный член, а другой член можно игнорировать. Когда это происходит, график зависимости логарифмического тока от потенциала становится прямой линией.

График зависимости логарифма I от E называется графиком Тафеля.График Тафеля на рисунке 1 был построен непосредственно из уравнения Батлера-Фольмера. Обратите внимание на линейные участки кривой тока ячейки.

На практике многие системы коррозии контролируются кинетически и, таким образом, подчиняются уравнению. 2. Кривая логарифмического тока в зависимости от потенциала, которая является линейной по обе стороны от E _{или Corr} , указывает на кинетическое управление исследуемой системой. Однако могут возникнуть сложности, такие как:

• Концентрационная поляризация, где скорость реакции контролируется скоростью, с которой реагенты достигают поверхности металла.Часто катодные реакции демонстрируют концентрационную поляризацию при более высоких токах, когда диффузия иона кислорода или водорода недостаточно высока для поддержания кинетически контролируемой скорости.
• Образование оксида, которое может приводить или не приводить к пассивации. Этот процесс может изменить поверхность исследуемого образца. Исходная поверхность и измененная поверхность могут иметь разные значения констант в формуле. 2.
• Другие эффекты, изменяющие поверхность, такие как преимущественное растворение одного компонента сплава, также могут вызывать проблемы.
• Смешанный процесс управления, при котором одновременно происходит более одной катодной или анодной реакции, может усложнить модель. Примером смешанного управления является одновременное восстановление ионов кислорода и водорода.
• Наконец, падение потенциала в результате протекания тока ячейки через сопротивление раствора ячейки вызывает ошибки в кинетической модели. Этот последний эффект, если он не слишком серьезен, можно исправить с помощью ИК-компенсации в потенциостате.

В большинстве случаев сложности, подобные перечисленным выше, вызывают нелинейность на графике Тафеля.С осторожностью используйте результаты, полученные на графике Тафеля без четко определенной линейной области.

Классический анализ Тафеля выполняется путем экстраполяции линейных частей графика зависимости логарифмического тока от потенциала обратно до их пересечения. См. Рисунок 2 (который представляет собой рисунок 1, перепечатанный с аннотациями, демонстрирующими анализ). Значение анодного или катодного тока на пересечении составляет I _corr . К сожалению, многие реально существующие системы коррозии не обеспечивают достаточной линейной области для точной экстраполяции.Наиболее современное программное обеспечение для испытаний на коррозию, такое как программа Gamry Instruments Corrosion Techniques, выполняет более сложную численную аппроксимацию уравнения Батлера-Фольмера. Измеренные данные соответствуют формуле. 2 путем корректировки значений E _corr , I _corr , β _a и β _c . Преимущество метода аппроксимации кривой состоит в том, что он не требует полностью развернутого линейного участка кривой.

Рис. 2. Классический анализ Тафеля.

Сопротивление поляризации

Ур. 2 можно еще больше упростить, ограничив возможность быть очень близкой к E _corr . Вблизи E _или кривая зависимости тока от напряжения представляет собой прямую линию. Наклон этой линии выражен в единицах сопротивления (Ом). Наклон, следовательно, называется сопротивлением поляризации, R _p . Значение R _p может быть объединено с оценкой коэффициентов β для получения оценки тока коррозии.

Если мы аппроксимируем экспоненциальные члены в уравнении. 2 с первыми двумя членами разложения в степенной ряд () и упрощением, мы получаем одну форму уравнения Штерна-Гири:

В эксперименте с поляризационным сопротивлением вы записываете кривую зависимости тока от напряжения как напряжение ячейки колеблется в небольшом диапазоне потенциалов, который очень близок к E _oc (обычно ± 10 мВ). Числовая аппроксимация кривой дает значение поляризационного сопротивления R _p .Данные о сопротивлении поляризации не дают никакой информации о значениях коэффициентов β. Таким образом, чтобы использовать уравнение. 3 необходимо указать значения β. Их можно получить из графика Тафеля или оценить, исходя из вашего опыта работы с системой, которую вы тестируете.

Расчет скорости коррозии по току коррозии

Численный результат, полученный путем подгонки данных коррозии к модели, обычно представляет собой ток коррозии. Нас интересуют скорости коррозии в более полезных единицах скорости проникновения, таких как миллиметры в год.Как ток коррозии используется для увеличения скорости коррозии? Предположим, что в реакции электролитического растворения участвует химическое вещество, S:

S ® S ^{n +} + n ^e–

Вы можете связать текущий поток с массой с помощью закона Фарадея.

Q = nFM Ур. 4

где

В	— заряд в кулонах в результате реакции S
n	— количество электронов, перенесенных на молекулу или атом S .
Факс	— постоянная Фарадея = 96 485 кулонов / моль
П	— число молей реагирующего вещества S

Более полезная форма уравнения.4 требует концепции эквивалентного веса. Эквивалентный вес (EW) — это масса разновидностей S, которые будут реагировать с одним зарядом Фарадея. Для атомарного компонента EW = AW / n (где AW — атомный вес компонента).

Вспоминая, что M = м / AW и подставляя в уравнение. 4 получаем:

, где м — масса прореагировавшего компонента S.

В случаях, когда коррозия происходит равномерно по всей поверхности металла, скорость коррозии может быть рассчитана в единицах расстояния в год.Будьте осторожны: этот расчет действителен только для равномерной коррозии; он резко недооценивает проблему, возникающую при локальной коррозии!

Для сложного сплава, который подвергается равномерному растворению, эквивалентный вес представляет собой средневзвешенное значение эквивалентных весов компонентов сплава. В качестве весового коэффициента используется мольная доля, а не массовая доля. Если растворение неоднородно, возможно, придется измерить продукты коррозии для расчета EW.

Преобразование потери веса в скорость коррозии (CR) несложно.Нам нужно знать плотность d и площадь образца A. Заряд определяется как Q = It, где t — время в секундах, а I — ток. Мы можем подставить значение постоянной Фарадея. Изменение уравнения. 5,

где

Я корр	Ток коррозии в амперах
К	Константа, определяющая единицы скорости коррозии
EW	Эквивалентный вес в граммах / эквивалент
д	Плотность в г / см 3
А	Площадь образца в см 2

Таблица 1.Константы скорости коррозии

Единицы скорости коррозии	К	Шт.
мм / год (мм / год)	3272	мм (А-см-год)
миллидюймов в год (mpy)	1,288 × 10 5	миллидюйма (А-см-год)

ИК-компенсация

Когда вы пропускаете ток между двумя электродами в проводящем растворе, в растворе всегда есть области с разными потенциалами.Большая часть общего изменения потенциала происходит очень близко к поверхности электродов. Здесь градиенты потенциала в значительной степени вызваны градиентами ионной концентрации, возникающими вблизи металлических поверхностей. Кроме того, всегда существует разность потенциалов (падение потенциала), вызванная протеканием тока через сопротивление в объеме раствора.

В электрохимическом эксперименте потенциал, который вы хотите контролировать или измерять, — это потенциал металлического образца (так называемого рабочего электрода) по сравнению с электродом сравнения.Обычно нас не интересуют падения потенциала, вызванные сопротивлением раствора, потому что они незначительны в типичных растворах электролитов, таких как 1 M H ₂ SO ₄ или 5% NaCl.

Потенциостаты Gamry Instruments, как и все современные электрохимические инструменты, представляют собой трехэлектродные потенциостаты. Они измеряют и регулируют разность потенциалов между нетоковедущим электродом сравнения и одним из двух токоведущих электродов (рабочим электродом).Падение потенциала возле другого токоведущего электрода (противоэлектрода) не имеет значения при использовании трехэлектродного потенциостата.

Тщательное размещение электрода сравнения может компенсировать некоторое падение ИК-излучения, возникающее из-за тока ячейки I, протекающего через сопротивление раствора R. Вы можете думать об электроде сравнения как о измерении потенциала где-то вдоль сопротивления раствора. Чем ближе он к рабочему электроду, тем ближе вы к измерению потенциала без ИК-ошибок.Однако на практике полная ИК-компенсация не может быть достигнута путем размещения электрода сравнения из-за конечных физических размеров электрода. Часть сопротивления ячейки, которая остается после размещения электрода сравнения, называется нескомпенсированным сопротивлением, R _u .

Потенциостаты Gamry могут использовать прерывание по току или ИК-компенсацию с положительной обратной связью для динамической коррекции нескомпенсированных ошибок сопротивления. В технике прерывания тока ток ячейки периодически отключается на очень короткое время.При отсутствии тока, протекающего через сопротивление раствора, его ИК-падение мгновенно исчезает. Падение потенциала на поверхности электрода остается постоянным в быстром масштабе времени. Разница потенциалов при текущем и отсутствии тока является мерой нескомпенсированного падения ИК-излучения.

Потенциостат выполняет измерение прерывания тока сразу после получения каждой точки данных. Потенциостат фактически снимает три потенциальных показания: E ₁ до отключения тока, и E ₂ и E ₃ , когда он выключен (см. Рисунок 3).Обычно последние два используются для экстраполяции разности потенциалов ∆E обратно к точному моменту, когда ток был прерван. Время прерывания зависит от тока ячейки. Время прерывания составляет 40 мкс для более высоких диапазонов тока. В более низких диапазонах тока прерывание длится дольше.

Рисунок 3 . Потенциал прерывания тока в зависимости от времени.

В режимах с контролируемым потенциалом приложенный потенциал можно динамически корректировать с учетом измеренной ИК-погрешности одним из нескольких способов.В простейшем из них ИК-ошибка из предыдущего пункта применяется как поправка к приложенному потенциалу. Например, если требуется потенциал без ИК-излучения 1 В, а измеренная ошибка ИК-излучения составляет 0,2 В, потенциостат применяет 1,2 В. Поправка всегда на одну точку ниже, поскольку ИК-ошибка из одной точки применяется для исправления приложенного потенциал для следующей точки. В дополнение к этому нормальному режиму потенциостат Gamry Instruments предлагает более сложные режимы обратной связи, в которых две точки на кривой затухания усредняются.

По умолчанию в режимах с управляемым потенциалом, потенциальная ошибка, измеренная с помощью прерывания по току, используется для корректировки приложенного потенциала. В режимах регулируемого тока коррекции не требуется. Если выбрана ИК-компенсация, измеренная ИК-ошибка вычитается из измеренного потенциала. Таким образом, все указанные потенциалы не содержат ИК-ошибки.

Подробное теоретическое обсуждение нескомпенсированной устойчивости см. В Keith B. Oldham, et al., Analytical Chemistry, 72 (2000), 3972 и 3981.

Обозначения тока и напряжения

Полярность тока при электрохимических измерениях может быть несовместимой. Значение тока -1,2 мА может означать разные вещи для рабочих в разных отраслях электрохимии или в разных странах или даже для разных потенциостатов. Для электрохимика-аналитика это соответствует 1,2 мА анодного тока. Для исследователя коррозии это означает катодный ток 1,2 мА. Потенциостат Gamry Instruments в режиме по умолчанию следует соглашению о коррозии для тока, в котором положительные токи являются анодными, а отрицательные — катодными.Для удобства наших пользователей по всему миру потенциостаты Gamry Instruments могут предоставить текущую полярность в соответствии с вашими предпочтениями с помощью простой программной команды.

Полярность потенциала также может быть источником путаницы. При измерении электрохимической коррозии равновесный потенциал, принимаемый металлом при отсутствии электрических соединений с металлом, называется потенциалом разомкнутой цепи, E _oc . Мы используем термин «потенциал коррозии», E _corr , для обозначения потенциала в электрохимическом эксперименте, при котором ток не протекает, как это определено путем численной аппроксимации данных зависимости тока от потенциала.В идеальном случае значения для E _oc и E _corr идентичны. Одна из причин, по которой два напряжения могут различаться, заключается в том, что во время сканирования на поверхности электрода произошли изменения.

В большинстве современных потенциостатов все потенциалы указываются или сообщаются как потенциал рабочего электрода относительно электрода сравнения или потенциала холостого хода. Первый всегда помечается как «vs. E _ref », а последний — как« vs. E _oc ”.Уравнения для преобразования одной формы потенциала в другую:

E против E

_oc = (E против E _ref ) — E _oc

E против E

_ref = (E vs. E _oc ) + E _oc

Независимо от того, соответствуют ли потенциалы E _ref или E _oc , используется одно знаковое соглашение. Чем более положительный потенциал, тем он более анодный. Более высокие анодные потенциалы ускоряют окисление на рабочем электроде.И наоборот, отрицательный потенциал ускоряет восстановление на рабочем электроде.

Некоторые источники по теории коррозии и испытаниям на электрохимическую коррозию

Методы электрохимических испытаний на постоянном токе, N.G. Томпсон и Дж. Плательщик, Национальная ассоциация инженеров-коррозионистов. ISBN: 1-877914-63-0.

Принципы и предотвращение коррозии, Денни А. Джонс, Прентис-Холл, 1996. ISBN 0-13-359993-0.

Метод поляризационного сопротивления для определения мгновенных скоростей коррозии, J.R. Scully, Corrosion, 56 (2000), 199.

Некоторые методы электрохимической коррозии одобрены ASTM (Американское общество испытаний и материалов, 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428. Их можно найти в томе 3.02). стандартов ASTM:

G 5: Измерения потенциостатической и потенциодинамической анодной поляризации

G 59: Измерения сопротивления поляризации

G 61: Измерения циклической поляризации для определения локализованной коррозионной восприимчивости сплавов на основе железа, никеля и кобальта

G 100: Циклическая поляризация гальвано-лестничной клетки

G 106: Проверка алгоритма и оборудования для измерения электрохимического импеданса

G 108: Электрохимическая потенциокинетическая реактивация (ЭПР) для обнаружения сенсибилизации

G 150: Электрохимическая критическая температура точечной коррозии, химическое испытание нержавеющей стали 13 Методы в инженерии коррозии, Национальная ассоциация Corrosio Русские инженеры, 1986.

Испытания и оценка коррозии, STP 1000, Ed. Р. Бабоян, С.В. Декан, Американское общество испытаний и материалов, Вест Коншохокен, Пенсильвания, 1991. ISBN 0-8031-1406-0.

Электрохимические испытания на коррозию, СТП 727, Под ред. Ф. Мансфельд и У. Берточчи, Американское общество испытаний и материалов, Вест Коншохокен, Пенсильвания, 1979.

Коррозия и контроль за коррозией, 3-е изд., Герберт Х. Улиг, Джон Вили и сыновья, Нью-Йорк, 1985.

(PDF) Электрохимическая коррозия углеродистой стали, подвергшейся воздействию смеси биодизель / имитированная морская вода

, расположенной в водной фазе, и демонстрирует положительную корреляцию с расстоянием

от границы раздела и градиентом биодизеля в воде.

5. Заключение

Электрохимический анализ проволочного электрода показывает, что материал из углеродистой стали

быстро корродирует при воздействии смеси

биодизеля и 3,5% раствора NaCl, имитирующей морскую воду. Отчетливая картина коррозии была обнаружена с помощью измерений потенциала и тока

, а также с помощью оптических изображений. В то время как все

аноды находились в водной фазе из-за низкого воздействия РК,

большинство катодов были сформированы в водной фазе вдоль границы раздела

вода / биодизель.Относительно низкий ток коррозии был обнаружен в фазе биодизеля вдоль границы раздела фаз

, но текущее распределение

в биодизеле показало положительную корреляцию с расстоянием

от границы раздела биодизель / вода и градиентом концентрации ионов

в биодизеле. . Ржавчина покрывала большую часть поверхности анода в водной фазе, а маслянистое вещество образовывалось вдоль поверхности

катода. Такие образования из-за коррозии могут также повлиять на качество биодизеля

.Поскольку биодизель становится все более доминирующим источником топлива для транспорта, эти открытия предлагают новые способы быстрого определения

характеристик электрохимической коррозии металлов и дают представление

для разработки стратегий предотвращения коррозии.

Благодарности

Эта работа была частично поддержана Исследовательским бюро

(ONR) в рамках награды N000141110813 (Ren). Ван получил стипендию

от Совета по стипендиям Китая (CSC) и Col-

lege of Engineering and Applied Science в UCDenver.

Ссылки

[1] Р. Мабус, Энергетическая программа по безопасности Министерства военно-морского флота и

Независимость, Diane Publishing Co., Дарби, Пенсильвания, 2010.

[2] J.A. Мелеро, Г. Каллеха, А. Гарсия, М. Клаверо, Э.А. Эрнандес, Р. Мираваллес, Т.

Галиндо, Исследования стабильности при хранении и коррозии возобновляемого сырья

и микрруса бензина: ключевой вопрос для их совместной переработки на нефтеперерабатывающих предприятиях, Топливо

89 (2010) 554–562.

[3] Дж.С. Ли, Р.И. Рэй, Б.Дж. Литтл, Связанные с коррозией последствия биодизельного топлива при контакте

с природной морской водой, NACE International, Хьюстон, Техас, 1 (2010), стр.

1–18.

[4] D.F. Актас, Дж. Ли, Б.Дж. Литтл, Р.И. Рэй, И.А. Давыдова, С. Лайлз, Дж. М. Суфита,

Анаэробный метаболизм биодизеля и его влияние на коррозию металлов, Энерг.

Топливо 24 (2010) 2924–2928.

[5] Л. Диас-Баллот, Дж. Ф. Лопес-Сансорес, Л. Мальдонадо-Лопес, Л. Ф. Гарфас-Мезиас,

Коррозионное поведение алюминия при воздействии биодизельного топлива, Electrochem.

Commun. 11 (2009) 41–44.

[6] S. Kaul, R.C. Саксена, А. Кумар, М.С. Неги, А. Бхатнагар, Х. Гоял, А. Gupta,

Коррозионное поведение биодизеля из растительных масел индийского происхождения на дизельном топливе

Детали двигателя, Топливный процесс. Technol. 88 (2007) 303–307.

[7] J.S. Ли, Р.И. Рей, Б.Дж. Литтл, Оценка альтернативных дизельных видов топлива:

микробиологическое загрязнение и коррозия в условиях хранения,

Биообрастание 26 (2010) 623–635.

[8] W. Wang, P.E. Дженкинс, З.Я. Рен, Гетерогенное коррозионное поведение углеродистой стали

в загрязненном водой биодизельном топливе, Коррос. Sci. 53 (2011) 845–849.

[9] Y.J. Tan, Понимание эффектов неоднородности электродов и электрохимической неоднородности

на инициирование точечной коррозии на голых поверхностях электродов

, Corros. Sci. 53 (2011) 1845–1864.

[10] Y.J. Tan, Экспериментальные методы, предназначенные для измерения коррозии в сильно резистивных и неоднородных средах

, Corros.Sci. 53 (2011) 1145–1155.

[11] Y.J. Tan, Органические молекулы, демонстрирующие характеристики локальной коррозии

ухудшение и ингибирование, Corros. Sci. 53 (2011) 2041–2045.

[12] X. Zhang, W. Wang, J. Wang, Новое устройство для проволочно-лучевого электрода.

Метод и его применение в исследовании облагораживания, Corros. Sci. 51 (2009)

1475–1479.

[13] W. Wang, X. Zhang, J. Wang, Гетерогенные электрохимические характеристики границы раздела биопленка / металл

и локальные электрохимические методы, используемые для этой цели

, Mater.Коррос. 60 (2009) 957.

[14] W. Wang, X. Zhang, J. Wang, Влияние локальной активности глюкозооксидазы на

распределение потенциала / тока на нержавеющей стали: исследование с помощью проволочного луча

электродный метод, Электрохим. Acta 54 (2009) 5598–5604.

[15] W. Wang, Y.H. Лу, Я. Цзоу, X. Чжан, Дж. Ван, Гетерогенные электрохимические характеристики

мягкой стали в присутствии локальной оксидазы глюкозы

— исследование методом проволочно-лучевого электрода, Corros.Sci. 52 (2010)

810–816.

[16] Дж. Брейкелл, М. Сигварт, К. Фостер, Д. Маршалл, М. Ходжсон, Р. Коттис, С. Лайон,

Управление ускоренной коррозией при низком уровне воды в морских стальных конструкциях

Конструкции, Classic House , London, 2005.

[17] GA Чжан, Ю.Ф. Ченг, Электрохимическая коррозия трубной стали X65 в эмульсии масло / вода

, Коррозия. Sci. 51 (2009) 901–907.

[18] Z. Helwani, M.R. Othman, N. Aziz, W.J.N. Фернандо, Дж. Ким, Fuel Proces.Technol.

90 (2009) 1502–1508.

[19] В.Г. Плешивцев, Г.А. Филиппов, Ю.А. Пак, О.В. Ливанова, Влияние содержания углерода

и напряженного состояния на скорость коррозии трубной стали в системах отопления

, Металлург 53 (2009) 502–505.

Рис. 4. Изображение WBE из высокоуглеродистой стали, подвергнутого воздействию смеси биодизель / морская вода

(линия 1–6 в биодизеле и линия 7–11 в морской воде).

Рис. 5. Схематическая диаграмма распределения тока коррозии на поверхности углеродистой стали

, подвергшейся воздействию смеси биодизель / морская вода в лабораторном масштабе WBE.Диффузия ионов и биодизеля

обозначена стрелками.

W. Wang et al. / Наука о коррозии 57 (2012) 215–219 219

CET Коррозия — формы коррозии

---

В описанных здесь формах коррозии используется терминология, используемая в NASA-KSC. Существуют и другие не менее действенные методы классификации коррозии, но общепринятой терминологии нет. Имейте в виду, что данная ситуация может привести к нескольким формам коррозии одного и того же куска материала.

---

Равномерная коррозия

Это также называется общей коррозией. Поверхностный эффект от большинства прямых химических атак (например,г., как кислотой) — равномерное травление металла. На полированной поверхности этот тип коррозии сначала проявляется как общее потускнение поверхности, и, если позволить ей продолжаться, поверхность становится шероховатой и, возможно, матовой. Изменение цвета или общее потускнение металла, вызванное его воздействием повышенных температур, не следует рассматривать как однородную коррозию травлением. Использование химически стойких защитных покрытий или более стойких материалов решит эти проблемы.

Хотя это наиболее распространенная форма коррозии, она, как правило, не имеет большого инженерного значения, поскольку конструкции обычно становятся неприглядными и требуют технического обслуживания задолго до того, как на них возникнут структурные повреждения.Объекты, показанные на рисунке ниже, показывают, как эта коррозия может развиваться, если не будут приняты меры контроля.

Вернуться наверх

---

Гальваническая коррозия

Гальваническая коррозия — это электрохимическое действие двух разнородных металлов в присутствии электролита и пути, проводящего электроны. Это происходит при контакте разнородных металлов.

Его можно распознать по образованию коррозии на стыке между разнородными металлами.Например, когда алюминиевые сплавы или сплавы магния контактируют со сталью (углеродистой сталью или нержавеющей сталью), может возникнуть гальваническая коррозия, которая ускорит коррозию алюминия или магния. Это можно увидеть на фотографии выше, где алюминиевая лопасть вертолета корродировала в месте контакта со стальным противовесом.

Гальваническая серия в морской воде

Благородный
(наименее активный)

Платина
Золото
Графит
Серебро
18-8-3 Нержавеющая сталь, тип 316 (пассивный)
18-8 Нержавеющая сталь, тип 304 (пассивный)
Титан
Нержавеющая сталь с 13-процентным хромом, тип 410 (пассивный)
Сплав 7НИ-33Cu
Сплав 75НИ-16Cr-7Fe (пассивный)
Никель (пассивный)
Серебряный припой
M-бронза
G-бронза
70-30 Купроникель
Кремниевая бронза
Медь
Красный латунь
Алюминиевая бронза
Латунь Admiralty
Желтая латунь
76NI-16Cr-7Fe сплав (активный)
Никель (активный)
Морская латунь
Марганцевая бронза
Металл Muntz
Олово
Свинец
18-8-3 Нержавеющая сталь, тип 316 ( активный)
18-8 Нержавеющая сталь, тип 304 (активный)
Нержавеющая сталь с 13-процентным содержанием хрома, тип 410 (активный)
Чугун
Низкоуглеродистая сталь
Алюминий 2024
Кадмий
Альклад
Алюминий 6053
Оцинкованная сталь
Цинк
Магниевые сплавы
Магний
A узловой
(наиболее активный)

Естественные различия в потенциалах металлов вызывают гальванические различия, такие как гальванический ряд в морской воде.Если между любыми двумя из этих материалов возникает электрический контакт в присутствии электролита, между ними должен протекать ток. Чем дальше друг от друга находятся металлы в гальванической последовательности, тем больше будет эффект или скорость гальванической коррозии. Металлы или сплавы на верхнем конце благородны, а на нижнем — активны. Более активным металлом является анод или тот, который подвержен коррозии.
Контроль гальванической коррозии достигается за счет использования более близких друг к другу металлов в гальванической последовательности или путем электрической изоляции металлов друг от друга.Катодная защита также может использоваться для контроля эффектов гальванической коррозии.

Акваланг выше подвергся гальванической коррозии, когда латунный клапан и стальной резервуар смачивались конденсатом. Фланцы с гальванической изоляцией, подобные показанным справа, используются для предотвращения гальванической коррозии. Между фланцами вставляются изоляционные прокладки, обычно полимерные, а изолирующие втулки и шайбы изолируют болтовые соединения

Акваланг выше подвергся гальванической коррозии, когда латунный клапан и стальной резервуар смачивались конденсатом.Фланцы с гальванической изоляцией, подобные показанным справа, используются для предотвращения гальванической коррозии. Между фланцами вставляются изоляционные прокладки, обычно полимерные, а изолирующие втулки и шайбы изолируют болтовые соединения.

KSC проводит исследования воздействия гальванической коррозии. На фотографии ниже показана коррозия, вызванная винтом из нержавеющей стали, вызывающим гальваническую коррозию алюминия. На снимке показана коррозия, возникшая в результате всего лишь шести месяцев пребывания на испытательном полигоне в атмосфере.

Вернуться наверх

---

Коррозия ячейки концентрации

Коррозия ячейки концентрации возникает, когда два или более участков металлической поверхности контактируют с разными концентрациями одного и того же раствора. Существует три основных типа коррозии концентрационных ячеек:

1. Ячейки для концентрации ионов металлов
2. ячейки концентрации кислорода и
3. активно-пассивных ячеек.

Ячейки для концентрирования ионов металлов

В присутствии воды высокая концентрация ионов металлов будет существовать под прилегающими поверхностями, а низкая концентрация ионов металлов будет существовать рядом с щелью, созданной прилегающими поверхностями. Между двумя точками будет существовать электрический потенциал. Область металла, контактирующая с ионами металла с низкой концентрацией, будет катодной и будет защищена, а область металла, контактирующая с ионами металла с высокой концентрацией, будет анодной и корродированной.Это состояние можно устранить, заклеив прилегающие поверхности таким образом, чтобы исключить попадание влаги. Правильное нанесение защитного покрытия с неорганическими цинковыми грунтовками также эффективно снижает коррозию поверхности.

Ячейки для концентрации кислорода

Водный раствор, контактирующий с поверхностью металла, обычно содержит растворенный кислород. Кислородная ячейка может развиться в любой точке, где кислород в воздухе не может равномерно диффундировать в раствор, тем самым создавая разницу в концентрации кислорода между двумя точками.Обычно ячейки для измерения концентрации кислорода находятся под металлическими или неметаллическими отложениями (грязью) на металлической поверхности и под прилегающими поверхностями, такими как заклепочные соединения внахлест. Кислородные ячейки также могут образовываться под прокладками, деревом, резиной, пластиковой лентой и другими материалами, контактирующими с металлической поверхностью. Коррозия будет происходить в области с низкой концентрацией кислорода (анод). Серьезность коррозии из-за этих условий может быть сведена к минимуму путем герметизации, поддержания чистоты поверхностей и отказа от использования материала, позволяющего впитывать влагу между прилегающими поверхностями.

Активно-пассивные элементы

Металлы, для защиты от коррозии которых используется плотно прилегающая пассивная пленка (обычно оксидная); например, аустенитная коррозионно-стойкая сталь может подвергаться коррозии под действием активно-пассивных ячеек. Коррозионное действие обычно начинается с ячейки концентрации кислорода; например, отложения солей на поверхности металла в присутствии воды, содержащей кислород, могут создать кислородный элемент. Если пассивная пленка разрушена под солевым отложением, активный металл под пленкой подвергнется коррозии.Электрический потенциал будет развиваться между большой площадью катода (пассивная пленка) и небольшой площадью анода (активный металл). Это приведет к быстрой питтинговой коррозии активного металла. Этого типа коррозии можно избежать путем частой очистки и нанесения защитных покрытий.

Вернуться наверх

---

Питтинговая коррозия

Пассивные металлы, такие как нержавеющая сталь, устойчивы к коррозионным средам и могут хорошо работать в течение длительного времени.Однако, если коррозия все же возникает, она случайным образом образуется в ямах. Язвенная коррозия наиболее вероятна в присутствии хлорид-ионов в сочетании с такими деполяризаторами, как кислород или окисляющие соли. Методы, которые можно использовать для контроля точечной коррозии, включают поддержание чистоты поверхностей, нанесение защитного покрытия и использование ингибиторов или катодной защиты при погружении. Добавки молибдена в нержавеющую сталь (например, в нержавеющую сталь 316) предназначены для уменьшения точечной коррозии.

(любезно предоставлено www.eci-ndt.com)

Пузырьки или бугорки ржавчины на чугуне выше указывают на то, что происходит точечная коррозия. Исследователи обнаружили, что среда внутри пузырей ржавчины почти всегда имеет более высокое содержание хлоридов и более низкое значение pH (более кислая среда), чем общая внешняя среда. Это приводит к сосредоточенной атаке внутри боксов.

Подобные изменения в окружающей среде происходят внутри щелей, трещин, вызванных коррозией под напряжением, и трещин коррозионной усталости. Все эти формы коррозии иногда включают в термин «коррозия из-за окклюзии ячеек».«

Точечная коррозия может привести к неожиданному и катастрофическому отказу системы. Раскол в трубке вверху слева возник в результате точечной коррозии нержавеющей стали. Типичная яма на этой трубке показана вверху справа.

Иногда точечная коррозия может быть совсем небольшой на поверхности и очень большой под поверхностью. На рисунке внизу слева показан этот эффект, который характерен для нержавеющих сталей и других металлов с защитной пленкой. Точечная коррозия, показанная внизу справа (белая стрелка), привела к коррозионному разрушению под напряжением, показанному черными стрелками.

Полное обсуждение этой коррозии содержится в Steven J. McDanels, «Анализ отказов трубопроводов пусковой площадки Космического центра Кеннеди», Microstructural Science, Vol. 25, 1998, ASM International, Materials Park, OH, стр. 125–129.

Вернуться наверх

---

Щелевая коррозия
Щелевая или контактная коррозия — это коррозия, возникающая в области контакта металлов с металлами или металлов с неметаллами.Это может произойти на шайбах, под ракушками, на песчинках, под нанесенными защитными пленками и в карманах, образованных резьбовыми соединениями. Независимо от того, свободны ли нержавеющие стали от зародышей ямок, они всегда подвержены такому виду коррозии, потому что зародыши не нужны.

Чистота, правильное использование герметиков и защитных покрытий — эффективные средства решения этой проблемы. Сорта нержавеющей стали, содержащие молибден (например, 316 и 316L), обладают повышенной стойкостью к щелевой коррозии.

Показанная выше щелевая коррозия произошла при использовании аэрокосмического сплава (титан — 6, алюминий — 4 ванадий) вместо более стойкого к коррозии сорта титана. В титан добавляются специальные легирующие добавки для получения сплавов, стойких к щелевой коррозии даже при повышенных температурах.

Винты и крепежные детали — частые источники проблем щелевой коррозии. Показанные ниже винты из нержавеющей стали корродировали во влажной атмосфере корпуса прогулочного катера.

(любезно предоставлено marinesurvey.com)

Вернуться наверх

---

Нитевидная коррозия

Этот тип коррозии возникает под окрашенными или гальваническими поверхностями, когда влага проникает в покрытие. Наиболее подвержены этой проблеме лаки и «быстросохнущие» краски. Их использования следует избегать, если отсутствие побочного эффекта не было доказано практическим опытом.Если требуется покрытие, оно должно обладать низкими характеристиками пропускания водяного пара и отличной адгезией. Покрытия с высоким содержанием цинка также следует рассматривать для покрытия углеродистой стали из-за их качества катодной защиты.

(любезно предоставлено www.cp.umist.ac.uk)

Нитевидная коррозия обычно начинается с небольших, иногда микроскопических, дефектов покрытия.

На рисунке слева показана нитевидная коррозия, вызывающая просачивание сварного резервуара.На рисунке справа показаны «червеобразные» туннели нитевидной коррозии, образующиеся под покрытием на Атмосферном испытательном полигоне.

Нитевидная коррозия сводится к минимуму за счет тщательной подготовки поверхности перед нанесением покрытия, использования покрытий, устойчивых к этой форме коррозии (см. Выше), и тщательного осмотра покрытий, чтобы убедиться, что прослойки или отверстия в покрытии сведены к минимуму. .

Вернуться наверх

---

Межкристаллитная коррозия

Межкристаллитная коррозия — это поражение границ зерен металла или сплава или вблизи них.Сильно увеличенное поперечное сечение большинства промышленных сплавов покажет его зернистую структуру. Эта структура состоит из множества отдельных зерен, и каждое из этих крошечных зерен имеет четко определенную границу, которая химически отличается от металла в центре зерна. Термическая обработка нержавеющих сталей и алюминиевых сплавов обостряет эту проблему.

На рисунке выше показана нержавеющая сталь, которая корродировала в зоне термического влияния на небольшом расстоянии от сварного шва.Это типично для межкристаллитной коррозии аустенитных нержавеющих сталей. Эту коррозию можно устранить, используя стабилизированные нержавеющие стали (321 или 347) или низкоуглеродистые марки нержавеющей стали (304L или 3I6L).

Термообрабатываемые алюминиевые сплавы (сплавы серий 2000, 6000 и 7000) также могут иметь эту проблему. См. Раздел о расслаивающейся коррозии ниже.

Вернуться наверх

---

Коррозия отшелушивания

Отслоение — это форма межкристаллитной коррозии.Он проявляется в поднятии поверхностных зерен металла за счет силы расширения продуктов коррозии, возникающих на границах зерен чуть ниже поверхности. Это видимое свидетельство межкристаллитной коррозии и чаще всего наблюдается на экструдированных профилях, где толщина зерна меньше, чем в прокатных формах. Эта форма коррозии характерна для алюминия и может возникать на углеродистой стали.

На рисунке слева показано расслоение алюминия.В канале на панели экспонирования покрытия справа видно отслоение углеродистой стали. Расширение металла, вызванное отслаивающейся коррозией, может создавать напряжения, которые изгибают или разрывают соединения и приводят к разрушению конструкции.

Вернуться наверх

---

Коррозионное растрескивание под напряжением

Коррозионное растрескивание под напряжением (SCC) вызывается одновременным действием растягивающего напряжения и определенной коррозионной среды.Напряжения могут возникать из-за приложенных нагрузок, остаточных напряжений в процессе производства или их комбинации.

Поперечные сечения SCC часто показывают разветвленные трещины. Эта схема разветвления реки уникальна для SCC и используется при анализе отказов, чтобы определить, когда возникла эта форма коррозии.

На фотографии ниже показан SCC изолированного трубопровода конденсата из нержавеющей стали. Вода смочила изоляцию и вызвала выщелачивание хлоридов из изоляции на горячую металлическую поверхность.Это обычная проблема на линиях пара и конденсата. Контроль заключается в поддержании куртки вокруг строп, чтобы влага не попадала в изоляцию или быстро отводилась.

На следующих двух фотографиях показан межкристаллитный SCC алюминиевой аэрокосмической детали. Межкристаллитный характер коррозии можно увидеть на изображении, полученном с помощью растрового электронного микроскопа, слева и на микроскопическом поперечном сечении справа. Стрелки указывают на первичную трещину, показанную на обоих рисунках.Обратите внимание, что вторичные трещины также очевидны. Эти вторичные трещины обычны при коррозионном растрескивании под напряжением.

Указанный выше отказ произошел на алюминиевом сплаве, подверженном остаточным напряжениям и соленой воде. Изменения в термообработке сплавов, рекомендованные Лабораторией материалов КНЦ, устранили эту проблему. McDanels, S.J., «Обзор режимов усталости и других металлургических отказов и анализ в Космическом центре Кеннеди» , Воспламеняемость и чувствительность материалов в атмосферах, обогащенных кислородом: восьмой том , ASTM STP 1319, W.Т. Роялс, Т. Чжоу, Т.А. Steinberg, Eds., American Society for Testing and Materials, 1997.

. Вернуться наверх

---

Коррозионная усталость

Коррозионная усталость — это особый случай коррозии под напряжением, вызванной сочетанием циклического напряжения и коррозии. Ни один металл не застрахован от некоторого снижения его устойчивости к циклическим нагрузкам, если металл находится в агрессивной среде.Повреждение от коррозионной усталости превышает сумму повреждений от циклических напряжений и коррозии. Контроль коррозионной усталости может быть достигнут либо путем снижения циклических напряжений, либо путем контроля коррозии.

«Следы пляжа» на гребном винте, показанные ниже, указывают на прогрессирование усталости на этой поверхности.

Подобные отметки пляжа показаны на аэрокосмической части внизу слева. На изображении, полученном с помощью сканирующего электронного микроскопа с большим увеличением, справа видны бороздки (отдельные следы развития трещин).Часть, показанная ниже, также обсуждается в разделе, посвященном фреттинг-коррозии.

Печально известный пример коррозионной усталости произошел в 1988 году на авиалайнере, летевшем между Гавайскими островами. Эта катастрофа, стоившая одной жизни, побудила авиакомпании посмотреть на свои самолеты и проверить их на коррозионную усталость.

Вернуться наверх

---

Фреттинг-коррозия

Быстрая коррозия, которая возникает на границе раздела между контактирующими, сильно нагруженными металлическими поверхностями, когда они подвергаются легким вибрационным движениям, известна как фреттинг-коррозия.

На фото выше показана фреттинг-коррозия столба забора и проводов, которые раскачиваются на ветру и истираются о столб. Столб ограждения и соединительные провода подвержены коррозии.

Этот тип коррозии чаще всего встречается на опорных поверхностях машин, таких как шатуны, шлицевые валы и опоры подшипников, и часто вызывает усталостное разрушение. Это может происходить в элементах конструкции, таких как фермы, где используются сильно нагруженные болты, и между ними происходит относительное движение.

(любезно предоставлено www.emersonbearing.com)

Фреттинг-коррозия значительно замедляется, если контактирующие поверхности могут быть хорошо смазаны, как в опорных поверхностях механизмов, чтобы исключить прямой контакт с воздухом.

Обойма подшипника, показанная выше, является классическим примером фреттинг-коррозии. Это значительно замедляется, если контактирующие поверхности могут быть хорошо смазаны, как в опорных поверхностях машин, чтобы исключить прямой контакт с воздухом.

Заедание большой алюминиевой детали (вверху слева) привело к отложению мусора (показано на поперечных сечениях справа).Вибрационные движения, трение вперед и назад, также вызывают усталостные трещины, показанные в разделе, посвященном усталостной коррозии.

Вернуться наверх

---

Эрозия Коррозия

Эрозионная коррозия является результатом сочетания агрессивной химической среды и высоких скоростей движения поверхности жидкости. Это может быть результатом быстрого потока жидкости мимо неподвижного объекта, например, в случае с обратным клапаном нефтяного месторождения, показанного слева внизу, или это может быть результатом быстрого движения объекта в неподвижной жидкости, например, когда гребной винт корабля взбивает океан.

Поверхности, подвергшиеся эрозионной коррозии, обычно довольно чистые, в отличие от поверхностей, подвергшихся многим другим формам коррозии.

Эрозионную коррозию можно контролировать, используя более твердые сплавы (включая напыленные напыленным пламенем или сварные твердые покрытия) или используя более устойчивый к коррозии сплав. Изменения скорости жидкости и изменения схемы потока также могут уменьшить эффекты эрозионной коррозии.

Эрозионная коррозия часто является результатом удаления защитной окалины или покрытия с металлической поверхности.Показанная справа эксплуатационная колонна нефтяного месторождения корродировала, когда давление в скважине стало достаточно низким, чтобы вызвать многофазный поток жидкости. Удар схлопывающихся пузырьков газа вызвал повреждение стыков, в которых были подсоединены трубы, и турбулентность была сильнее.

Многие люди предполагают, что эрозионная коррозия связана с турбулентным потоком. Это верно, потому что все практические системы трубопроводов требуют турбулентного потока — жидкость не будет течь достаточно быстро, если бы поддерживался пластинчатый (нетурбулентный) поток.Большая часть, если не вся, эрозионная коррозия может быть связана с многофазным потоком флюида. Обратный клапан слева вверху вышел из строя из-за песка и других частиц в некоррозионной жидкости. Трубка справа вышла из строя из-за разницы давлений, вызванной схлопыванием пузырьков газа на стенке трубы и разрушением защитной минеральной накипи, которая ограничивала коррозию.

Вернуться наверх

---

Дилинг

Легирование — это редкая форма коррозии, обнаруживаемая в медных сплавах, сером чугуне и некоторых других сплавах.Расплавление происходит, когда сплав теряет активный компонент металла и сохраняет более устойчивый к коррозии компонент в пористой «губке» на поверхности металла. Это также может происходить при повторном осаждении благородного компонента сплава на поверхности металла. Контроль осуществляется за счет использования более стойких латуни с ингибиторами сплавов, а также ковкого чугуна или чугуна с шаровидным графитом.

Латунь слева подверглась децинковке, оставив на поверхности пористую медную пробку.Водопроводная труба из серого чугуна, показанная на правой фотографии, имеет заглушки с графитированной и левой графитовой поверхностью, которые можно увидеть на поверхности среза. Бугорки или пузыри ржавчины также указывают на точечную коррозию.

На нижнем фото показан слой меди на поверхности трубки теплообменника из очищенного 70% меди и 30% никеля и мельхиора, снятой с корабля. Застойная морская вода настолько агрессивна, что даже этот обычно устойчивый к коррозии сплав подвергся коррозии. Практически все медные сплавы в некоторых средах подвергаются удалению легирования.

Вернуться наверх

---

Повреждение водородом

Водород может вызвать ряд проблем с коррозией. Водородная хрупкость — это проблема высокопрочных сталей, титана и некоторых других металлов. Контроль осуществляется путем удаления водорода из окружающей среды или использования стойких сплавов.

Водородное образование пузырей может происходить, когда водород попадает в сталь в результате реакции восстановления на металлическом катоде.Одноатомные атомы водорода затем диффундируют через металл, пока не встретятся с другим атомом, обычно во включениях или дефектах в металле. Получающиеся в результате молекулы двухатомного водорода слишком велики, чтобы мигрировать и попасть в ловушку. В конце концов образуется пузырек газа, который может расколоть металл, как показано на рисунке ниже.

Водородные пузыри контролируются путем минимизации коррозии в кислой среде. Это не проблема в нейтральной или едкой среде или с высококачественной сталью с низким уровнем примесей и включений.

Сломанная пружина вверху слева была доставлена ​​в лабораторию материалов KSC для анализа отказов. Исследование при большом увеличении в сканирующем электронном микроскопе (вверху справа) выявило межзеренный раскол, характерный для водородного растрескивания (водородное охрупчивание). Деталь была оцинкована во время ремонта, и водород, попавший в металл во время процесса нанесения покрытия, не прогорелся. Процедура отжига после нанесения покрытия должна быть стандартной для высокопрочных сталей.

Вернуться наверх

---

Коррозия бетона

На снимке слева показаны трещины и пятна на дамбе возле Космического центра Кеннеди. Точечная коррозия на правой фотографии произошла на алюминиевом ограждении бетонной дороги над входом в Атлантический океан.

Бетон — широко используемый конструкционный материал, который часто армируют арматурными стержнями из углеродистой стали, тросом для предварительного натяжения или проволокой для предварительного напряжения.Сталь необходима для сохранения прочности конструкции, но она подвержена коррозии. Растрескивание, связанное с коррозией в бетоне, является серьезной проблемой в районах с морской средой (например, KSC) и в районах, где используются соли для борьбы с обледенением.

Существуют две теории возникновения коррозии в бетоне:

1. Соли и другие химические вещества попадают в бетон и вызывают коррозию. Коррозия металла приводит к появлению расширяющих сил, вызывающих растрескивание бетонной конструкции.
2. Трещины в бетоне позволяют влаге и солям достигать поверхности металла и вызывать коррозию.

У обеих возможностей есть свои сторонники, и не исключено, что коррозия в бетоне может произойти в любом случае. Механизм на самом деле не важен, коррозия приводит к повреждению, и повреждение необходимо контролировать.

В новом строительстве коррозию в бетоне обычно контролируют путем заделки стали на достаточно большую глубину, чтобы химические вещества с поверхности не достигли стали (достаточная глубина покрытия).Другие меры контроля включают поддержание соотношения вода / цемент ниже 0,4, наличие высокого коэффициента цементирования, надлежащую детализацию для предотвращения трещин и образования отложений, а также использование химических добавок. Эти методы очень эффективны, и большинство бетонных конструкций, даже в морской среде, не подвержены коррозии.

К сожалению, некоторые бетонные конструкции подвержены коррозии. Когда это происходит, корректирующие действия могут включать в себя ремонт потрескавшегося и расколотого бетона, покрытие поверхности для предотвращения дальнейшего проникновения коррозионных химикатов в конструкцию и катодную защиту — электрические средства контроля коррозии.KSC имеет опыт применения всех этих методов борьбы с коррозией существующих бетонных конструкций.

Вернуться наверх

---

Микробная коррозия

Микробная коррозия (также называемая микробиологической коррозией или MIC) — это коррозия, вызванная присутствием и деятельностью микробов. Эта коррозия может принимать различные формы, и ее можно контролировать с помощью биоцидов или обычных методов борьбы с коррозией.

Существует ряд механизмов, связанных с этой формой коррозии, и подробные объяснения доступны на веб-сайтах, перечисленных в нижней части этого раздела. Большая часть МПК имеет форму ям, которые образуются под колониями живого органического вещества, минералов и биологических отложений. Эта биопленка создает защитную среду, в которой условия могут стать очень агрессивными, а коррозия ускоряется.

На рисунке ниже показана биопленка на металлической поверхности конденсатора. Эти биопленки могут позволять агрессивным химическим веществам накапливаться внутри и под пленками.Таким образом, коррозионные условия под биопленкой могут быть очень агрессивными, даже в местах, где объемная среда не вызывает коррозии.

(любезно предоставлено www.asm.org)

(любезно предоставлено www.micscan.com)

MIC может быть серьезной проблемой в системах стоячей воды, таких как система противопожарной защиты, в которой образовались ямы, показанные выше.Использование биоцидов и методов механической очистки может снизить МПК, но МПК может возникнуть везде, где может скапливаться застойная вода.

Коррозия (окисление металла) может произойти только в том случае, если присутствует какое-либо другое химическое вещество, подлежащее восстановлению. В большинстве сред восстанавливаемое химическое вещество представляет собой растворенный кислород или ионы водорода в кислотах. В анаэробных условиях (отсутствие кислорода или воздуха) некоторые бактерии (анаэробные бактерии) могут процветать. Эти бактерии могут обеспечивать восстанавливаемые химические вещества, которые способствуют возникновению коррозии.Так возникла ограниченная коррозия, обнаруженная на корпусе «Титаника». На картинке ниже изображен «рустик», снятый с корпуса Титаника. Эта комбинация ржавчины и органического мусора ясно показывает расположение отверстий для заклепок и перекрытие двух стальных пластин.

(Couresy www.dbi.sk.ca)

В большинстве случаев микробная коррозия связана с анаэробными или застойными условиями, но ее также можно найти на конструкциях, подверженных воздействию воздуха. На фотографиях ниже показаны водосбросные ворота плотины гидроэлектростанции на реке Колумбия.Коррозионные трещины под напряжением были вызваны голубиным пометом, который производил аммиак — химическое вещество, которое вызывает коррозионное растрескивание под напряжением медных сплавов, таких как шайбы, используемые на этой конструкции. Поскольку приучить голубей к горшку невозможно, потребовался новый сплав, устойчивый к аммиаку.

(любезно предоставлено www.meic.com)

Помимо использования коррозионно-стойких сплавов, контроль МПК включает использование биоцидов и методов очистки, удаляющих отложения с металлических поверхностей.Бактерии очень мелкие, и часто очень трудно получить достаточно гладкую и чистую металлическую систему, чтобы предотвратить образование микробов.

Вернуться наверх

---

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно.Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом.Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу.Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в cookie-файлах может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Фотоэлектрохимическое применение тонкой пленки ZnOG для мониторинга коррозии стали в кислой среде на месте

1

Koch, G., Varney, J., Thompson, N., Moghissi, O., Gould, M., and Payer, J ., Исследование международных мер предотвращения, применения и экономики технологии коррозии (IMPACT) , Хьюстон, Техас: NACE Int., 2016.

Google Scholar

2

API 571 Механизмы повреждения, влияющие на стационарное оборудование в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности , Вашингтон, округ Колумбия: Am. Бензин. Inst., 2011.

3

ANSI / NACE MR0175 / ISO 15156: Запросы и ответы, Нефтяная и газовая промышленность — материалы для использования в H ₂ S-содержащие среды при добыче нефти и газа , Хьюстон, Техас: NACE Int., 2015.

4

API RP 580, Risk-Based Inspection , Вашингтон, округ Колумбия: Am. Бензин. Inst., 2016.

5

API RP 581, Risk-Based Inspection Methodology , Вашингтон, округ Колумбия: Am. Бензин. Inst., 2016.

6

DNV GL-RP-G101, Инспекция на основе рисков статического механического оборудования морских верхних строений , Осло: DNV GL, 2017.

7

He, Y., Справочный модуль в Материаловедение и инженерия материалов , Амстердам: Elsevier, 2016.

Google Scholar

8

Wallaert, E., Depover, T., De Graeve, I., and Verbeken, K., Metals , 2018, vol. 8, вып. 1.

9

Huang, F., Cheng, P., Zhao, X.Y., Liu, J., Hu, Q., et al., Int. J. Hydrogen Energy , 2017, т. 42. С. 4561–4570.

Артикул Google Scholar

10

Чжоу, К.С., Чен, X.Y., Ван, З., Чжэн, С.Q., Li, X., Zhang, L., et al., Corros. Sci ., 2014, т. 89, стр. 30–37.

Артикул Google Scholar

11

Сон Д.И., Квон Б.В., Ким Х.-Х., Парк Д.Х. и др., Carbon , 2013, т. 59. С. 289–295.

Артикул Google Scholar

12

Фоа Торрес, L.E.F., Roche, S., and Charlier, J.-C., Введение в наноматериалы на основе графена: от электронной структуры к квантовому переносу , Cambridge: Cambridge Univ.Пресса, 2014.

Google Scholar

13

Тайеби А., Оутокеш М., Тайеби М., Шафихани А. и др., J. Alloy. Compd ., 2016, т. 663, стр. 738–749.

Артикул Google Scholar

14

Таваколи М.М., Ашури Х., Симчи А. и Фан З., Phys. Chem. Chem. Физ ., 2015, т. 17. С. 24412–24419.

Артикул Google Scholar

15

Ананд К., Сингх О., Сингх М.П., ​​Каур Дж. И Сингх Р.С., Приводы датчиков , B , 2014, т. 195. С. 409–415.

Артикул Google Scholar

16

Тиан, Х., Фан, Х., Го, Х., и Сон, Н., Сенсорные приводы, B , 2014, т. 195. С. 132–139.

Артикул Google Scholar

17

Сингх Г., Чоудхари А., Харанат Д., Джоши А.Г. и др., Carbon , 2012, т.50. С. 385–394.

Артикул Google Scholar

18

Haldoraj, Y., Voit, W., and Shim, J.-J., Electrochim. Acta , 2014, т. 120. С. 65–72.

Артикул Google Scholar

19

Khenfouch, M., Baitoul, M., and Maaza, M., Opt. Материал ., 2014, т. 36. С. 27–30.

Артикул Google Scholar

20

Ли, Б.и Cao, H., J. Mater. Chem ., 2011, т. 21. С. 3346–3349.

Артикул Google Scholar

21

Feierabend, M., Berghäuser, G., Knorr, A. and Malic, E., Nat. Commun ., 2017, т. 8, арт. ID 14776.

Артикул Google Scholar

22

Разавизаде, О. и Горбани, М., Прибой. Пальто. Технол ., 2019, т.