1.6. Показатели коррозии

Для количественного выражения скорости коррозии металлов приняты показатели коррозии: глубинный, изменения массы, объемный, механический и другие, которые являются средней скоростью процесса за время τ .

Показатель изменения толщины образующейся на металле пленки продуктов коррозии K_h — изменение толщины пленки Δh в единицу времени τ (например, мм/год): K_h = Δh/ τ

Показатель изменения массы — изменение массы образца ме­талла в результате коррозии, отнесенное к единице поверхности металла S и к единице времени τ [например, г/(м²ч)]:

а) положительный' показатель изменения массы K _m⁺ = Δm ⁺/S τ , где Δm⁺ —увеличение массы образца металла (г) за время испытания τ (ч);

б) отрицательный показатель изменения массы K_m^- = Δm ^-/S τ = K _m⁺ (А /8 n ) ,

где Δm^- — убыль массы металла за время испытания τ после удаления продуктов коррозии; n – валентность металла.

Глубинный показатель коррозии (проникновение коррозии) K_П — глубина (средняя или максимальная) коррозионного разру­шения металла П в единицу времени τ (например, мм/год): Кп =П / τ = K_m^-  8,7/, где  - плотность металла, г/см³ .

Глубинный показатель коррозии пригоден как для равномер­ной, так и для неравномерной и местной коррозии и удобен при сравнении скорости коррозии различных металлов с разными плотностями.

Объемный показатель коррозии К_V — объем поглощенного или выделившегося в процессе коррозии металла газа (например, кислорода) ΔV, приведенный к нормальным условиям (т. е. t = 0° С и р = 1 атм) и отнесенный к единице поверхности металла и к единице времени [например, см³/(см²-ч)]:

К_{V .} = ΔV/ S τ

Механический показатель коррозии K_Mex — изменение какого-либо показателя механических свойств металла за определенное время коррозионного процесса, выраженное в процентах. Напри­мер, изменение предела прочности металла —прочностной пока­затель коррозии Kσ = Δ σ_τ / σ_о 100% за время τ ,

где σ_τ — изменение предела прочности при растяжении за время τ коррозии; σ_о —предел прочности при растяжении до коррозии.

1.7.Оксидные пленки на поверхности железа

При высоких температурах на железе возможно образование следующих соединений: оксид железа(11) FеО, оксид железа(II,III) Fе₃O₄ и оксид железа а-Fе₂Оз(III). Все эти соединения обнаружены в окалине. Непосредственно к металлу примыкает оксид железа FеО, далее следуют FезО₄ и Fе₂Оз. Соотношение толщин оксидов FеО: Fе₃О₄: Fе₂Оз близко к 100:10:1.

Оксид железа(II) FеО носит название вюстит и имеет кубическую решетку. Кристаллографическая ячейка содержит четыре иона Fе²⁺ и четыре иона О^2-. Оксид устойчив при температурах вьіше 570-575 °С. В окалине вюстит находится в метастабильном переохлажденном состоянии. В зтом оксиде содержится кислород в количествах, превьішающих стехиометрические. Растворяющийся в оксиде кислород ионизируется, отбирая злектроны у части двухвалентных ионов железа Fе²⁺, которьіе переходят в трехвалентные ионьї Fе³⁺. Как показали рентгенографические исследования, при таком процессе образуется большое количество вакансий в кристаллической решетке. Это создает благоприятные условия для диффузии Fе²⁺ и перемещения электронов посредством перехода Fе² = Fе³⁺ + е^-.

Как будет показано далее, вюстит не обладает защитными свойствами.

Оксид железа (II,III) Fе₃О₄ носит название магнетит и имеет кристаллографическую решетку типа шпинели. В решетке на каждый ион Fе²⁺ приходится два иона Fе³⁺ в правильном кристаллографическом чередовании. Fе₃О₄ обладает электронной проводимостью. Зто объясняется тем, что строгое чередование ионов Fе³⁺-Fе²⁺-Fе³⁺ в структуре оксида обеспечивает легкость перехода электрона от одно­го катионного узла к другому. Магнетит устойчив во всем интервале температур от комнатной до точки плавления железа (1538 °С). Защитные свойства выше, чем у вюстита.

При нагревании в окислительной среде до 220 °С магнетит переходит в Fе₂Оз. В этом случае изменяется состав оксида с Fе₃О₄ на Fе₂Оз без изменения кристаллографической структуры. При нагре­вании до 400-500 °С образуется α-Fе₂О₃.

Оксид железа (III) — Fе₂Оз — носит название гематит имеет структуру ромбоэдрической решетки. Гематит существует в широком интервале температур, но выше 1100 °С частично диссоциирует.

Формула оксида	Название	Тип решетки	Устойчивость	Защитные свойства
FeO	вюстит	кубическая	> 5750	Fe2+ легко окисляется до Fe3+, не обладает защ. свойствами
Fe3O4	магнетит	шпинель	до 15380	электронная проводимость Fe3+ - Fe2+- Fe3+ , защ. св-ва выше, чем у FeO.
Fe2O3 (α, γ)	гематит	α-ромбоэдри-ческая или γ-шпинель	до 11000	высокие защитные свойства