Korozijos greitis yra daugiafaktorinis parametras, kuris priklauso ir nuo išorinių aplinkos sąlygų, ir nuo vidinių medžiagos savybių. Normatyvinėje ir techninėje dokumentacijoje yra nustatyti tam tikri leistinų metalo sunaikinimo verčių apribojimai eksploatuojant įrangą ir statybines konstrukcijas, kad būtų užtikrintas jų sklandus veikimas. Inžinerijoje nėra universalaus metodo korozijos greičiui nustatyti. Taip yra dėl to, kad sudėtinga atsižvelgti į visus veiksnius. Patikimiausias būdas yra ištirti objekto eksploatavimo istoriją.
Kriterijai
Šiuo metu inžineriniame projekte naudojami keli korozijos laipsniai:
- Pagal tiesioginį vertinimo metodą: metalinės detalės masės sumažėjimas paviršiaus vienetui - svorio indikatorius (matuojama gramais 1 m2 1 val.); pažeidimo gylis (arba korozijos proceso pralaidumas), mm/metus; korozijos produktų išsiskiriančios dujinės fazės kiekis; laikotarpis, per kurį atsiranda pirmasis korozijos pažeidimas; korozijos centrų skaičius ploto vienetepaviršiai, atsiradę per tam tikrą laikotarpį.
- Netiesiogiai įvertintas: elektrocheminės korozijos srovės stipris; elektrinė varža; fizikinių ir mechaninių charakteristikų pasikeitimas.
Pirmasis tiesioginio vertinimo rodiklis yra labiausiai paplitęs.
Skaičiavimo formulės
Paprastu atveju svorio netekimas, lemiantis metalo korozijos greitį, nustatomas pagal šią formulę:
Vkp=q/(St), kur q yra metalo masės sumažėjimas, g;
S – paviršiaus plotas, iš kurio buvo perkelta medžiaga, m2;
t – laikotarpis, valandos
Lakštinio metalo ir iš jo pagamintų korpusų gylio indeksas (mm/metai):
H=m/t, m yra įsiskverbimo į metalą gylis.
Yra toks ryšys tarp pirmiau aprašytų pirmojo ir antrojo rodiklių:
H=8, 76Vkp/ρ, kur ρ yra medžiagos tankis.
Pagrindiniai veiksniai, turintys įtakos korozijos greičiui
Šios veiksnių grupės turi įtakos metalo sunaikinimo greičiui:
- vidinis, susijęs su fizine ir chemine medžiagos prigimtimi (fazinė struktūra, cheminė sudėtis, detalės paviršiaus šiurkštumas, liekamieji ir eksploataciniai įtempiai medžiagoje ir kt.);
- išorinės (aplinkos sąlygos, korozinės terpės judėjimo greitis, temperatūra, atmosferos sudėtis, inhibitorių ar stimuliatorių buvimas ir kt.);
- mechaninis (korozinių įtrūkimų atsiradimas, metalo sunaikinimas veikiant ciklinėms apkrovoms,kavitacija ir dilimo korozija);
- dizaino ypatybės (metalo rūšies pasirinkimas, tarpai tarp dalių, šiurkštumo reikalavimai).
Fizikinės ir cheminės savybės
Svarbiausi vidinės korozijos veiksniai yra šie:
- Termodinaminis stabilumas. Norint jį nustatyti vandeniniuose tirpaluose, naudojamos etaloninės Pourbaix diagramos, išilgai kurios abscisių ašies brėžiamas terpės pH, o išilgai ordinačių ašies – redokso potencialas. Galimas poslinkis teigiama kryptimi reiškia didesnį medžiagos stabilumą. Preliminariai jis apibrėžiamas kaip normalus metalo pusiausvyros potencialas. Iš tikrųjų medžiagos rūdija skirtingu greičiu.
- Atomo padėtis periodinėje cheminių elementų lentelėje. Labiausiai korozijai jautrūs metalai yra šarminiai ir šarminių žemių metalai. Korozijos greitis mažėja didėjant atominiam skaičiui.
- Krištolinė struktūra. Ji turi dviprasmišką poveikį sunaikinimui. Pati stambiagrūdė struktūra nedidina korozijos, tačiau yra palanki tarpgranuliniam selektyviam grūdų ribų ardymui. Metalai ir lydiniai, kurių fazės pasiskirsto homogeniškai, korozuoja tolygiai, o nevienodo pasiskirstymo – pagal židinio mechanizmą. Abipusis fazių išdėstymas atlieka anodo ir katodo funkciją agresyvioje aplinkoje.
- Atomų energetinis nehomogeniškumas kristalinėje gardelėje. Didžiausią energiją turintys atomai yra veidų kampuosemikronelygumai ir yra aktyvūs tirpimo centrai cheminės korozijos metu. Todėl kruopštus metalinių dalių apdirbimas (šlifavimas, poliravimas, apdaila) padidina atsparumą korozijai. Šis poveikis taip pat paaiškinamas tankesnių ir ištisesnių oksidų plėvelių susidarymu ant lygių paviršių.
Vidutinio rūgštingumo įtaka
Cheminės korozijos procese vandenilio jonų koncentracija veikia šiuos taškus:
- korozijos produktų tirpumas;
- apsauginių oksidų plėvelių formavimas;
- metalo sunaikinimo greitis.
Kai pH yra 4-10 vienetų diapazone (rūgštinis tirpalas), geležies korozija priklauso nuo deguonies prasiskverbimo į objekto paviršių intensyvumo. Šarminiuose tirpaluose korozijos greitis pirmiausia sumažėja dėl paviršiaus pasyvavimo, o tada, esant pH >13, padidėja dėl apsauginės oksido plėvelės ištirpimo.
Kiekvienos rūšies metalo sunaikinimo intensyvumas priklauso nuo tirpalo rūgštingumo. Taurieji metalai (Pt, Ag, Au) yra atsparūs korozijai rūgščioje aplinkoje. Zn, Al greitai sunaikinami tiek rūgštyse, tiek šarmuose. Ni ir Cd yra atsparūs šarmams, bet lengvai korozuojasi rūgštyse.
Neutralių tirpalų sudėtis ir koncentracija
Neutralių tirpalų korozijos greitis labiau priklauso nuo druskos savybių ir jos koncentracijos:
- Druskų hidrolizės metukorozinėje aplinkoje susidaro jonai, kurie veikia kaip aktyvatoriai arba lėtintuvai (inhibitoriai) metalų ardymui.
- Tie junginiai, kurie didina pH, taip pat padidina destrukcinio proceso greitį (pavyzdžiui, kalcinuota soda), o rūgštingumą mažinantys junginiai jį mažina (amonio chloridas).
- Kai tirpale yra chloridų ir sulfatų, sunaikinimas aktyvuojamas tol, kol pasiekiama tam tikra druskų koncentracija (tai paaiškinama anodo proceso intensyvėjimu, veikiant chlorido ir sieros jonams), ir tada palaipsniui mažėja dėl sumažėjusio deguonies tirpumo.
Kai kurių rūšių druskos gali sudaryti netirpią plėvelę (pavyzdžiui, geležies fosfatas). Tai padeda apsaugoti metalą nuo tolesnio sunaikinimo. Ši savybė naudojama naudojant rūdžių neutralizatorius.
Korozijos inhibitoriai
Korozijos inhibitoriai (arba inhibitoriai) skiriasi savo veikimo mechanizmu redokso procesui:
- Anodas. Jų dėka susidaro pasyvi plėvelė. Šiai grupei priklauso junginiai, kurių pagrindą sudaro chromatai ir bichromatai, nitratai ir nitritai. Paskutinio tipo inhibitoriai naudojami detalių sąveikai apsaugai. Naudojant anodinės korozijos inhibitorius, pirmiausia būtina nustatyti minimalią apsauginę jų koncentraciją, nes pridėjus nedidelius kiekius, gali padidėti sunaikinimo greitis.
- Katodas. Jų veikimo mechanizmas pagrįstas deguonies koncentracijos sumažėjimu ir atitinkamai katodinio proceso sulėtėjimu.
- Ekranas. Šie inhibitoriai izoliuoja metalo paviršių sudarydami netirpius junginius, kurie nusėda kaip apsauginis sluoksnis.
Paskutinei grupei priklauso rūdžių neutralizatoriai, kurie taip pat naudojami oksidams valyti. Paprastai juose yra fosforo rūgšties. Jo įtakoje vyksta metalų fosfatavimas – susidaro stiprus apsauginis netirpių fosfatų sluoksnis. Neutralizatoriai tepami purškimo pistoletu arba voleliu. Po 25-30 minučių paviršius įgauna b altai pilką spalvą. Kompozicijai išdžiūvus, padengiami dažai ir lakai.
Mechaninis veiksmas
Agresyvioje aplinkoje korozijos padidėjimą skatina tokie mechaniniai veiksmai, kaip:
- Vidiniai (liejimo ar terminio apdorojimo metu) ir išoriniai (veikiant išorinei apkrovai) įtempiai. Dėl to atsiranda elektrocheminis nehomogeniškumas, mažėja medžiagos termodinaminis stabilumas, susidaro korozinis įtrūkimas. Ypač greitai sunaikinama esant tempimo apkrovoms (statmenose plokštumose susidaro įtrūkimai), esant oksiduojantiems anijonams, pavyzdžiui, NaCl. Tipiškas tokio tipo sunaikinimo įrenginių pavyzdys yra garo katilų dalys.
- Kintamas dinaminis veiksmas, vibracija (nuovargis nuo korozijos). Intensyviai mažėja nuovargio riba, susidaro daugybiniai mikroįtrūkimai, kurie vėliau susilieja į vieną didelį. Skaičiusciklai iki gedimo labiau priklauso nuo metalų ir lydinių cheminės ir fazinės sudėties. Siurblio ašys, spyruoklės, turbinų mentės ir kita įranga yra veikiamos tokios korozijos.
- Detalių trintis. Greita korozija atsiranda dėl mechaninio detalės paviršiaus apsauginių plėvelių susidėvėjimo ir cheminės sąveikos su aplinka. Skystyje sunaikinimo greitis yra mažesnis nei ore.
- Kavitacijos poveikis. Kavitacija atsiranda, kai pažeidžiamas skysčio srauto tęstinumas, nes susidaro vakuuminiai burbuliukai, kurie subyra ir sukuria pulsuojantį efektą. Dėl to atsiranda gili vietinio pobūdžio žala. Šio tipo korozija dažnai pastebima cheminiuose aparatuose.
Dizaino veiksniai
Projektuojant elementus, veikiančius agresyviomis sąlygomis, reikia atsižvelgti į tai, kad korozijos greitis didėja šiais atvejais:
- kai liečiasi skirtingi metalai (kuo didesnis elektrodų potencialų skirtumas tarp jų, tuo didesnis srovės stiprumas vykstant elektrocheminiam naikinimo procesui);
- esant mechaniniams įtempių koncentratoriams (grioveliai, grioveliai, skylės ir kt.);
- su žema apdirbamo paviršiaus švara, nes dėl to susidaro vietinis trumpasis galvaninių porų jungimas;
- su dideliu atskirų aparato dalių temperatūrų skirtumu (susidaro šiluminiai galvaniniai elementai);
- esant sustingusioms zonoms (tarpams, tarpams);
- formuojantliekamieji įtempimai, ypač suvirintose jungtyse (norint juos pašalinti, būtina numatyti terminį apdorojimą – atkaitinimą).
Vertinimo metodai
Yra keletas būdų, kaip įvertinti metalų sunaikinimo greitį agresyvioje aplinkoje:
- Laboratorija – bandiniai tiriami dirbtinai imituotomis sąlygomis, artimomis tikrovėms. Jų pranašumas yra tas, kad jie leidžia sutrumpinti tyrimo laiką.
- Laukas – vyksta natūraliomis sąlygomis. Jie užtrunka ilgai. Šio metodo pranašumas yra informacijos apie metalo savybes gavimas tolesnio veikimo sąlygomis.
- Pagamintų metalinių objektų bandymas vietoje natūralioje aplinkoje.
