Rýchlosť korózie je multifaktoriálny parameter, ktorý závisí od vonkajších podmienok prostredia aj od vnútorných vlastností materiálu. V normatívnej a technickej dokumentácii existujú určité obmedzenia na prípustné hodnoty zničenia kovov počas prevádzky zariadení a stavebných konštrukcií, aby sa zabezpečila ich bezproblémová prevádzka. V strojárstve neexistuje univerzálna metóda na určenie rýchlosti korózie. Je to spôsobené zložitosťou zohľadnenia všetkých faktorov. Najspoľahlivejšou metódou je štúdium histórie prevádzky zariadenia.
Kritériá
V súčasnosti sa v inžinierskom dizajne používa niekoľko rýchlostí korózie:
- Podľa priamej metódy hodnotenia: zníženie hmotnosti kovového dielu na jednotku povrchu - indikátor hmotnosti (merané v gramoch na 1 m2 za 1 hodinu); hĺbka poškodenia (alebo priepustnosť korózneho procesu), mm/rok; množstvo uvoľnenej plynnej fázy produktov korózie; čas, počas ktorého sa objaví prvé poškodenie koróziou; počet koróznych centier na jednotku plochypovrchy, ktoré sa objavili počas určitého časového obdobia.
- Nepriamo odhadnuté: elektrochemická korózna sila prúdu; elektrický odpor; zmena fyzikálnych a mechanických vlastností.
Prvý priamy ukazovateľ ocenenia je najbežnejší.
Výpočtové vzorce
Vo všeobecnom prípade sa strata hmotnosti, ktorá určuje rýchlosť korózie kovu, zistí podľa nasledujúceho vzorca:
Vkp=q/(St), kde q je zníženie hmotnosti kovu, g;
S – plocha, z ktorej bol materiál prenesený, m2;
t – časové obdobie, hodiny
Pre plech a škrupiny z neho vyrobené určite index hĺbky (mm/rok):
H=m/t, m je hĺbka prieniku do kovu.
Medzi prvým a druhým indikátorom opísaným vyššie je nasledujúci vzťah:
H=8, 76Vkp/ρ, kde ρ je hustota materiálu.
Hlavné faktory ovplyvňujúce rýchlosť korózie
Rýchlosť deštrukcie kovu ovplyvňujú nasledujúce skupiny faktorov:
- vnútorné, súvisiace s fyzikálnou a chemickou povahou materiálu (fázová štruktúra, chemické zloženie, drsnosť povrchu dielu, zvyškové a prevádzkové napätia v materiáli a iné);
- externé (podmienky prostredia, rýchlosť pohybu korozívneho média, teplota, zloženie atmosféry, prítomnosť inhibítorov alebo stimulantov a iné);
- mechanické (vývoj koróznych trhlín, deštrukcia kovu pôsobením cyklického zaťaženia,kavitačná a trecia korózia);
- konštrukčné prvky (výber akosti kovu, medzery medzi dielmi, požiadavky na drsnosť).
Fyzikálne a chemické vlastnosti
Najdôležitejšie faktory vnútornej korózie sú tieto:
- Termodynamická stabilita. Na jeho stanovenie vo vodných roztokoch sa používajú referenčné Pourbaixove diagramy, pozdĺž ktorých je vynesené pH média a pozdĺž osi y redoxný potenciál. Potenciálny posun v kladnom smere znamená väčšiu stabilitu materiálu. Predbežne je definovaný ako normálny rovnovážny potenciál kovu. V skutočnosti materiály korodujú rôznou rýchlosťou.
- Pozícia atómu v periodickej tabuľke chemických prvkov. Kovy najviac náchylné na koróziu sú alkalické kovy a kovy alkalických zemín. Rýchlosť korózie klesá so zvyšujúcim sa atómovým číslom.
- Kryštálová štruktúra. Má nejednoznačný vplyv na ničenie. Samotná hrubozrnná štruktúra nevedie k zvýšeniu korózie, ale je priaznivá pre rozvoj medzikryštalickej selektívnej deštrukcie hraníc zŕn. Kovy a zliatiny s homogénnym rozložením fáz korodujú rovnomerne, kým tie s nerovnomerným rozložením korodujú podľa ohniskového mechanizmu. Vzájomné usporiadanie fáz plní v agresívnom prostredí funkciu anódy a katódy.
- Energetická nehomogenita atómov v kryštálovej mriežke. Atómy s najvyššou energiou sa nachádzajú v rohoch plôchmikrodrsnosti a sú aktívnymi centrami rozpúšťania pri chemickej korózii. Preto starostlivé opracovanie kovových častí (brúsenie, leštenie, konečná úprava) zvyšuje odolnosť proti korózii. Tento efekt sa vysvetľuje aj tvorbou hustejších a súvislejších oxidových filmov na hladkých povrchoch.
Vplyv strednej kyslosti
V procese chemickej korózie ovplyvňuje koncentrácia vodíkových iónov nasledujúce body:
- rozpustnosť produktov korózie;
- tvorba ochranných oxidových filmov;
- miera zničenia kovu.
Keď je pH v rozmedzí 4-10 jednotiek (kyslý roztok), korózia železa závisí od intenzity prenikania kyslíka na povrch predmetu. V alkalických roztokoch sa rýchlosť korózie najprv zníži v dôsledku pasivácie povrchu a potom sa pri pH >13 zvýši v dôsledku rozpustenia ochranného oxidového filmu.
Pre každý typ kovu existuje vlastná závislosť intenzity deštrukcie od kyslosti roztoku. Ušľachtilé kovy (Pt, Ag, Au) sú odolné voči korózii v kyslom prostredí. Zn, Al sa rýchlo ničia v kyselinách aj zásadách. Ni a Cd sú odolné voči zásadám, ale ľahko korodujú v kyselinách.
Zloženie a koncentrácia neutrálnych roztokov
Rýchlosť korózie v neutrálnych roztokoch závisí viac od vlastností soli a jej koncentrácie:
- Počas hydrolýzy solí vv korozívnom prostredí vznikajú ióny, ktoré pôsobia ako aktivátory alebo spomaľovače (inhibítory) deštrukcie kovov.
- Zlúčeniny, ktoré zvyšujú pH, tiež zvyšujú rýchlosť deštruktívneho procesu (napríklad sóda) a tie, ktoré znižujú kyslosť, ju znižujú (chlorid amónny).
- V prítomnosti chloridov a síranov v roztoku sa deštrukcia aktivuje, kým sa nedosiahne určitá koncentrácia solí (čo sa vysvetľuje zintenzívnením anódového procesu pod vplyvom chloridových a sírových iónov) a potom postupne klesá v dôsledku zníženia rozpustnosti kyslíka.
Niektoré typy solí sú schopné vytvárať nerozpustný film (napríklad fosforečnan železitý). To pomáha chrániť kov pred ďalším zničením. Táto vlastnosť sa používa pri aplikácii prostriedkov na neutralizáciu hrdze.
Inhibítory korózie
Inhibítory korózie (alebo inhibítory) sa líšia v mechanizme účinku na redoxný proces:
- Anóda. Vďaka nim sa vytvorí pasívny film. Do tejto skupiny patria zlúčeniny na báze chrómanov a bichromátov, dusičnanov a dusitanov. Posledný typ inhibítorov sa používa na medzioperačnú ochranu dielov. Pri použití anodických inhibítorov korózie je potrebné najskôr určiť ich minimálnu ochrannú koncentráciu, pretože pridávanie malých množstiev môže viesť k zvýšeniu rýchlosti deštrukcie.
- Katóda. Mechanizmus ich pôsobenia je založený na znížení koncentrácie kyslíka a tým aj na spomalení katódového procesu.
- Tenie. Tieto inhibítory izolujú kovový povrch vytváraním nerozpustných zlúčenín, ktoré sa ukladajú ako ochranná vrstva.
Do poslednej skupiny patria neutralizátory hrdze, ktoré sa používajú aj na čistenie oxidov. Zvyčajne obsahujú kyselinu fosforečnú. Pod jeho vplyvom dochádza k fosfátovaniu kovov - tvorbe silnej ochrannej vrstvy nerozpustných fosfátov. Neutralizéry sa nanášajú striekacou pištoľou alebo valčekom. Po 25-30 minútach získa povrch bielo-šedú farbu. Po zaschnutí kompozície sa aplikujú farby a laky.
Mechanické pôsobenie
Zvýšenie korózie v agresívnom prostredí je uľahčené takými druhmi mechanického pôsobenia ako:
- Vnútorné (počas lisovania alebo tepelného spracovania) a vonkajšie (pod vplyvom externého zaťaženia) napätia. V dôsledku toho dochádza k elektrochemickej nehomogenite, znižuje sa termodynamická stabilita materiálu a vzniká korózne praskanie. Obzvlášť rýchla je deštrukcia pri ťahovom zaťažení (trhliny sa tvoria v kolmých rovinách) v prítomnosti oxidačných aniónov, napríklad NaCl. Typickým príkladom zariadení podliehajúcich tomuto typu deštrukcie sú časti parných kotlov.
- Striedavé dynamické pôsobenie, vibrácie (únava z korózie). Dochádza k intenzívnemu znižovaniu medze únavy, vznikajú viaceré mikrotrhliny, ktoré následne splývajú do jednej veľkej. číslocyklov do zlyhania vo väčšej miere závisí od chemického a fázového zloženia kovov a zliatin. Nápravy čerpadiel, pružiny, lopatky turbíny a ďalšie vybavenie podliehajú takejto korózii.
- Trenie častí. Rýchla korózia je spôsobená mechanickým opotrebovaním ochranných filmov na povrchu dielu a chemickou interakciou s prostredím. V kvapaline je rýchlosť deštrukcie nižšia ako vo vzduchu.
- Vplyv kavitácie. Kavitácia nastáva, keď je narušená kontinuita toku kvapaliny v dôsledku tvorby vákuových bublín, ktoré sa zrútia a vytvárajú pulzujúci efekt. V dôsledku toho dochádza k hlbokým škodám lokálneho charakteru. Tento typ korózie sa často vyskytuje v chemických zariadeniach.
Faktory dizajnu
Pri navrhovaní prvkov pracujúcich v agresívnych podmienkach je potrebné vziať do úvahy, že rýchlosť korózie sa zvyšuje v nasledujúcich prípadoch:
- keď prídu do kontaktu rozdielne kovy (čím väčší je rozdiel v elektródovom potenciáli medzi nimi, tým vyššia je prúdová sila elektrochemického procesu deštrukcie);
- v prítomnosti mechanických koncentrátorov napätia (drážky, drážky, otvory a iné);
- s nízkou čistotou opracovaného povrchu, pretože to vedie k lokálnemu skratu galvanických párov;
- s výrazným rozdielom teplôt jednotlivých častí aparatúry (tvoria sa tepelne galvanické články);
- v prítomnosti stagnujúcich zón (sloty, medzery);
- pri formovanízvyškové napätia najmä vo zvarových spojoch (na ich odstránenie je potrebné zabezpečiť tepelné spracovanie - žíhanie).
Metódy hodnotenia
Existuje niekoľko spôsobov, ako posúdiť mieru deštrukcie kovov v agresívnom prostredí:
- Laboratórium - testovanie vzoriek v umelo simulovaných podmienkach blízkych skutočným. Ich výhodou je, že vám umožňujú skrátiť čas štúdia.
- Pole – koná sa v prírodných podmienkach. Trvajú dlho. Výhodou tejto metódy je získanie informácií o vlastnostiach kovu v podmienkach ďalšej prevádzky.
- In-situ testovanie hotových kovových predmetov v prírodnom prostredí.
