4.7 Биологическая коррозия

Коррозия, протекающая, в условиях воздействия микроорганизмов и продуктов их жизнедеятельности называется биологической или биохимической. Такая коррозия вызывается бактериями, находящимися в почве, водоемах, грунтовых водах. Биологическая коррозия носит сезонный характер и наиболее интенсивна в весенний, влажный период. На процесс коррозии оказывают влияние аэробные бактерия, жизнедеятельность которых протекает только при наличии кислорода, и анаэробные бактерии, развивающиеся при отсутствии кислорода.

Аэробные бактерии, способствующие коррозии, могут быть окисляющими серу и осаждающими железо. Первые лучше развиваются в кислой среде (рН = 0¸6). Сущность их действия заключается в том, что они могут окислять серу до серной кислоты. Местная концентрация H₂SO₄ может доходить до 10%.

Железобактерии хорошо развиваются в интервале рН = 4¸10. Они поглощают железо в ионном состоянии и выделяют его в виде нерастворимых соединений. Неравномерное отложение этих соединений на различных участках поверхности металлов приводит к электрохимической гетерогенности поверхности и коррозия усиливается.

Анаэробные бактерии в основном бывают сульфатвосстанавливающими. Наиболее благоприятно они развиваются при рН = 5¸9. В результате жизнедеятельности эти бактерии восстанавливают ионы сульфатов в ионы сульфидов SO₄^2– ® S^2–. Эти бактерии активно поглощают водород, выделяющийся при катодном процессе. Способствует развитию коррозии наличие ионов Fe²⁺. Если этих ионов достаточно для связывания всего образующегося сероводорода, то на поверхности металла образуется рыхлый налет сульфида железа. Коррозия имеет питтинговый характер. Продукты коррозии – черного цвета.

Глава 5 Коррозионно-механическое разрушение металлов

5.1 Влияние статических напряжений

В процессе эксплуатации металлические конструкции подвергаются одновременному воздействию коррозионных сред и механических напряжений. По происхождению механические напряжения делятся на внутренние и извне приложенные.

Внутренние напряжения – это напряжения, возникновение которых связано с термической обработкой, сваркой или деформацией в процессе изготовления деталей. Следует иметь в виду, что в отдельно взятой детали наряду с растягивающими внутренними напряжениями всегда имеются и сжимающие, причем сумма растягивающих напряжений равна сумме сжимающих.

Извне приложенные напряжения по своему характеру могут быть статическими и многократно изменяющимися (переменными).

Механические напряжения могут оказать влияние на электрохимическое поведение, скорость и характер коррозионного разрушения сплавов.

Величина и знак изменения электродного потенциала при приложении растягивающих напряжений определяется следующими основными факторами:

а) Повышением свободной энергии и связанным с ним понижением термодинамической устойчивости металла;

б) Разрушением защитных пленок;

в) Изменением адсорбции компонентов раствора на поверхности металла.

При приложении растягивающих напряжений энергия Гиббса металла увеличивается, а электродный потенциал смещается в отрицательную сторону. Величина изменения равновесного электродного потенциала металла при приложении растягивающих напряжений невелика – не превышают нескольких милливольт. Но в местах концентрации напряжений и локализации механических деформаций смещение электродного потенциала при приложении растягивающих напряжений может достигать нескольких десятков милливольт.

Первичные защитные пленки могут смещать электродный потенциал металла на сотни милливольт. При механическом нарушении сплошности таких пленок при приложении растягивающих напряжений электродный потенциал металла смещается в отрицательную сторону. Если в процессе коррозии под напряжением образуется вторичная защитная пленка, то электродный потенциал металла будет облагораживаться и через некоторое время может достичь первоначального значения.

Адсорбция поверхностно-активных компонентов раствора электролита может изменять электродный потенциал на десятки и сотни милливольт. Поверхностно-активными веществами (ПАВ) в водных растворах электролитов могут быть молекулы, катионы и анионы. Адсорбция ПАВ может изменять сопротивление анодного, катодного или одновременно и анодного и катодного процессов. При торможении только анодного процесса в результате адсорбции ПАВ электродный потенциал смещается в положительную сторону, а при торможении катодного процесса – в отрицательную сторону.

На процесс адсорбции ПАВ могут оказывать влияние механические напряжения. Из физики металлов известно, что при неравномерном распределении механических напряжений сжатые области кристаллической решетку металлов вследствие перераспределения электронов заряжаются положительно, а растянутые – отрицательно. Поэтому на растянутой стороне адсорбция анионов затрудняется, а катионов – облегчается. То же наблюдается при пластической деформации – здесь дислокации в сжатой части заряжены положительно, в растянутом – отрицательно. Поэтому облегчается адсорбция и анионов, и катионов. С изменением адсорбции поверхностно-активных компонентов раствора электролита при приложении растягивающих напряжений электродный потенциал металла может уменьшиться, увеличиться или остаться без изменения.

Таким образом, при приложении растягивающих напряжений электродный потенциал металл, вследствие увеличения термодинамической неустойчивости и механического разрушения пленок уменьшается, а при изменении адсорбции ПАВ может уменьшаться, увеличиваться или оставаться без изменения. В зависимости от того, какой из указанных факторов более эффективен, электродный потенциал металла может увеличиваться, уменьшаться или оставаться без изменений.

Изменение электрохимических характеристик металлов при приложении механических напряжений вызывает изменение скорости коррозии. Установлено, что на скорость коррозии металлов и сплавов в напряженном состоянии оказывает влияние уровень механических напряжений, характер катодного процесса, природа анионов.

В кислых средах при приложении растягивающих напряжений скорость коррозии сталей и алюминиевых сплавов увеличивается.

Наличие анионов Cl^– в растворе серной кислоты увеличивает скорость коррозии стали в большей степени, чем в растворе чистой серной кислоты. Эту закономерность связывают с торможением адсорбции поверхностно-активных анионов на поверхности стали при приложении растягивающих напряжений. При введении в раствор серной кислоты анионов хлора скорость коррозии ненапряженной стали за счет адсорбции анионов Cl^– понижается. При приложении растягивающих напряжений изгибом в упругой области адсорбция Cl^– тормозиться, и скорость коррозии возрастает.