Коррозия металлов и сплавов

Коррозией называется процесс разрушения материалов в результате взаимодействия с агрессивной средой.

Конструкционные материалы для химического машиностроения должны обладать высокой коррозионной стойкостью, т. е. способностью противостоять коррозионному воздействию среды.

Коррозионная стойкость понятие относительное, так как зависит от многих факторов: вида агрессивной среды, конструкции химически активного компонента, скорости движения среды, температуры, давления и др. Например, углеродистая сталь вполне устойчива к действию концентрированной серной кислоты, но не стойка к действию разбавленной серной кислоты. Многие силикатные материалы устойчивы к действию серной кислоты любой концентрации, однако, не стойки к действию плавиковой кислоты.

Коррозионная стойкость металлов оценивается различными методами. Одним из наиболее распространенных является метод оценки по глубинному показателю коррозии (скорости коррозии). Глубинный показатель коррозии – это величина, характеризующая уменьшение толщины металла в течение года вследствие коррозии.

Согласно ГОСТ 13819-63 все конструкционные материалы по коррозионной стойкости делятся на группы и оцениваются по десятибалльной шкале. Так, материалы для химического машиностроения должны иметь балл не более 5, что соответствует скорости коррозии 0,1 мм/год. Для конструкционных материалов менее ответственных деталей химического оборудования скорость коррозии допускается до 0,5 мм/год.

Виды коррозии

Коррозия металлов может протекать по химическому и электрохимическому механизму.

Электрохимическая коррозия – возникает при действии на металл электролитов и влажных газов и характеризуется наличием двух параллельно идущих процессов: окислительного (растворение металла) и восстановительного (выделение металла из раствора). Этот вид коррозии сопровождается протеканием электрического тока в результате образования микрогальванических элементов. Возникновение коррозионных разрушений в металле связано с неоднородностью металла, присутствием примесей, нарушением структуры металла или защитного слоя, непостоянством состава раствора, неравномерностью деформаций различных участков, разностью температур и другими факторами.

Скорость электрохимической коррозии зависит от концентрации и скорости движения раствора, состава и структуры металла, растворимости продуктов коррозии на анодных и катодных участках, температуры, давления и др.

Химическая коррозия – возникает при действии сухих газов и жидких неэлектролитов на металлы, а так же при действии электролитов на неметаллы. Механизм химической коррозии сводится к диффузии ионов металла сквозь постоянно утолщающуюся пленку продуктов коррозии и встречной диффузии атомов или ионов кислорода.

Примером химической коррозии является газовая коррозия - процесс взаимодействия металлов при высоких температурах и давлениях с кислородом или другими газами (H₂S, SO₂, CO₂, водяной пар). В результате этого процесса на поверхности металлов образуется оксидная пленка, которая во многих случаях обладает защитными свойствами. Толщина такой пленки может меняться от 1-5 мм до десятых долей миллиметра. Хорошими защитными свойствами обладают оксидные пленки, у которых коэффициент линейного термического расширения (КЛТР) близок к значению КЛТР металла.

Скорость химической коррозии значительно зависит от температуры и давления. При повышенных температурах вследствие химической коррозии происходит процесс обезуглероживания углеродистых сталей:

Fe₃C+O₂®3Fe+CO₂;

Fe₃C+CO₂®3Fe+2CO;

Fe₃C+2H₂O®3Fe+CO₂+2H₂.

При повышенных температурах и давлениях обезуглероживание может происходить за счет гидрирования (водородная коррозия):

Fe₃C+2Н₂®3Fe+CH₄.

При сравнительно низких температурах и высоких давлениях происходит разрушение металла в результате воздействия на него оксида углерода с образованием карбонилов (карбонильная коррозия):

Ме+nCO®Ме(СО)_n.

Наличие механических воздействий в присутствии агрессивных сред приводит к возникновению коррозионной навигации и коррозионной усталости металла, сопровождающихся серьезными коррозионными разрушениями.