1.4. Количественная оценка коррозии

Скорость общей коррозии оценивают по убыли металла с единицы площади (К), например в г/м²∙ч, или по скорости проникновения коррозии, т. е. по одностороннему уменьшению толщины нетронутого металла (П), например в мм/год.

При равномерной коррозии:

П = 8,75К/r, (1)

где r — плотность металла в г/см³.

При неравномерной и местной коррозии оценивается максимальное проникновение. По ГОСТу 13819—68 установлена 10-балльная шкала общей коррозионной стойкости (см. табл.1). В особых случаях коррозия может оцениваться и по другим показателям (потеря механической прочности и пластичности, рост электрического сопротивления, уменьшение отражательной способности и т. д.), которые выбираются в соответствии с видом К. и назначением изделия или конструкции.

Таблица 1

10-балльная шкала для оценки общей коррозионной стойкости металлов

Группа стойкости	Скорость коррозии металла, мм./год.	Балл
Совершенно стойкие	Менее 0,001	1
Весьма стойкие	Свыше 0,001 до 0,005 Свыше 0,005 до 0,01	2 3
Стойкие	Свыше 0,01 до 0,05 Свыше 0,05 до 0,1	4 5
Пониженно-стойкие	Свыше 0,1 до 0,5 Свыше 0,5 до 1,0	6 7
Малостойкие	Свыше 1,0 до 5,0 Свыше 5,0 до 10,0	8 9
Нестойкие	Свыше 10,0	10

При подборе материалов, стойких к воздействию различных агрессивных сред в тех или иных конкретных условиях, пользуются справочными таблицами коррозионной и химической стойкости материалов или проводят лабораторные и натурные (непосредственно на месте и в условиях будущего применения) коррозионные испытания образцов, а также целых полупромышленных узлов и аппаратов. Испытания в условиях, более жёстких, чем эксплуатационные, называют ускоренными.

2. Антикоррозионная защита

Антикоррозионная защита металлов, комплекс средств защиты металлов и сплавов, металлических изделий и сооружений от коррозии. Антикоррозионную защиту следует предусматривать на всех стадиях производства и эксплуатации металлических изделий — от проектирования объекта и выплавки металла до транспортировки, хранения готовых изделий, монтажа металлических сооружений и их эксплуатации. Потери от коррозии составляют около 12% годовой выплавки металла. Коррозия металлов приводит не только к безвозвратным их потерям, но и к преждевременному выходу из строя дорогостоящих и ответственных изделий и сооружений, к нарушению технологических процессов и простоям оборудования. В ряде случаев коррозия вызывает аварии.

Необходимость защиты металлов от коррозии возникла вместе с появлением первых металлических изделий из меди и железа. Для защиты меди ещё в древние времена применялось горячее лужение, растительные масла, коррозионностойкие сплавы (оловянная бронза, латунь), для защиты железных и стальных изделий — полирование, воронение, лужение. В начале 19 в. был открыт электрохимический метод антикоррозионной защиты с помощью протекторов. В середине 19 в. была установлена принципиальная возможность получения металлических покрытий электролитическим способом. Наиболее интенсивно антикоррозионная защита развивается в 20 в. в связи с изобретением нержавеющих сталей, новых коррозионностойких сплавов, полимерных покрытий и др. Система антикоррозионной защиты определяется условиями эксплуатации и механизмом коррозии металлов (электрохимическим или химическим). По механизму действия все методы антикоррозионной защиты можно разделить на 2 основные группы:

– электрохимические, оказывающие влияние на потенциал металла или его критического значения;

– механические, изолирующие металл от воздействия окружающей среды созданием защитной плёнки и покрытий.

К основным методам антикоррозионной защиты относятся:

1. легирование металлов;

2. термообработка;

3. ингибирование окружающей металл среды;

4. деаэрация среды и водоподготовка;

5. защитные покрытия, создание микроклимата и защитной атмосферы.

Легированием при электрохимической коррозии достигается перевод металла из активного состояния в пассивное, при этом образуется пассивная плёнка с высокими защитными свойствами. Например, легирование железа хромом позволило перевести железо в устойчивое пассивное состояние и создать целый класс сплавов, называемых нержавеющими сталями. Дополнительное легирование нержавеющих сталей молибденом устраняет их склонность к точечной коррозии в морских условиях. Легирование титана небольшим количеством палладия резко повышает коррозионную стойкость в агрессивных слабо окислительных средах. Легированием осуществляется также защита сталей и сплавов от структурной коррозии.

Термическая обработка металлов устраняет структурную неоднородность, вызывающую избирательную коррозию, и снимает внутренние напряжения в сплавах, исключая, тем самым, их склонность к межкристаллитной и точечной коррозии, а также к коррозии под напряжением (например, аустенитных нержавеющих сталей, не содержащих титана и ниобия, алюминиевых сплавов, мартенситных низколегированных и нержавеющих сталей и др.).

Ингибирование среды. Для борьбы с коррозией металлов широко распространены ингибиторы коррозии, которые в небольших количествах вводятся в агрессивную среду и создают на поверхности металла адсорбционную плёнку, тормозящую электродные процессы и изменяющую электрохимические параметры металлов.

Деаэрация и водоподготовка. Наличие кислорода и агрессивных анионов, особенно хлор-ионов, в воде резко сокращает срок работы энергетических установок вследствие коррозии, которая в ряде случаев вызывает коррозионное растрескивание. За счёт деаэрации и водоподготовки изменяются стационарный потенциал и значения критических потенциалов и критических токов металла.

Защитные покрытия. Широко применяют для антикоррозионной защиты защитные покрытия. Они делятся на металлические (чистые металлы и их сплавы) и неметаллические. В зависимости от потенциала металла покрытия могут быть анодными и катодными по отношению к защитному металлу. Вследствие смещения потенциала анодные покрытия уменьшают или полностью устраняют коррозию основного металла в порах покрытия, т. е. оказывают электрохимическую защиту, в то время как катодные покрытия могут усиливать коррозию основного металла в порах, однако ими часто пользуются, т. к. они повышают физико-механические свойства металла, например износостойкость, твёрдость. Но при этом требуются значительно большие толщины покрытий, а в ряде случаев дополнительная защита. Металлические покрытия разделяются также по способу их получения. Широко распространены, особенно в машиностроении, гальванические покрытия, химические методы осаждения металлов путём их восстановления из водных растворов солей, горячий способ нанесения покрытий из расплавов цинка, олова и алюминия. Последний осуществляется главным образом в металлургии на автоматических линиях высокой производительности для горячего цинкования, лужения, алюминирования. Близко к этому методу защиты — термодиффузионное поверхностное легирование сталей хромом, алюминием, кремнием, цинком с целью повышения жаро- и коррозионной стойкости в агрессивных средах. К термодиффузионным процессам относят также азотирование. Получает применение осаждение гальванических покрытий из расплавленных солей, при этом совмещается катодное осаждение металлов с термодиффузионными процессами, что позволяет получить покрытия с высокими защитными и адгезионными свойствами. Широко распространено плакирование — термомеханический метод нанесения тонких слоев коррозионностойкого металла. Весьма удобны для крупногабаритных изделий и сооружений металлизационного покрытия (см. металлизация). Для нанесения тугоплавких металлов применяют плазменное напыление, а также осаждение из газовой фазы. Используется вакуумная металлизация изделий путём конденсации паров металла в вакууме на защищаемую металлическую поверхность. Таким методом могут осаждаться различной толщины слои алюминия, кадмия и других металлов.

Для антикоррозионной защиты применяются также неорганические покрытия, состоящие из окисных, фосфатных, хроматных, фторидных и других сложных неорганических соединений. Неорганические покрытия наносятся химическим и электролитическим методами. Они используются также для повышения защитных свойств гальванических покрытий. К неорганическим покрытиям, получаемым горячим способом, относится эмалирование, широко распространённое в бытовой технике и для защиты металлов от газовой коррозии при высоких температурах. Неметаллические и комбинированные оксидно-металлические покрытия наносятся методом электрофореза. При жёстких допусках и посадках и невозможности нанесения покрытий, а также для дополнительной защиты пользуются защитными смазками, однако они эффективны только при периодическом возобновлении.

Для предотвращения коррозии морских судов, подземных и гидротехнических сооружений, а также химической аппаратуры, работающей с агрессивными электропроводными средами, применяют электрохимические методы защиты. Путём катодной или анодной поляризации от постороннего источника тока или присоединением к защищаемой конструкции протекторов потенциал металла смещается до значений, при которых сильно замедляется или полностью прекращается его коррозия.

Для антикоррозионной защиты широко используют различные неметаллические покрытия — лакокрасочные, пластмассовые, каучуковые. Лакокрасочные покрытия экономичны, обладают высокими защитными свойствами, их можно восстанавливать в процессе эксплуатации. Всё больше распространяются пластмассовые покрытия из полиэтилена, полиизобутилена, фторопласта, найлона, поливинилхлорида и др., обладающих высокой водо-, кислото- и щёлочестойкостью. Многие пластмассы используют как футеровочный материал для химических аппаратов и гальванических ванн (винипласт, фаолит и др.). Для защиты деталей радиоаппаратуры служат заливочные полимерные компаунды. Эффективно защищают от действия кислот и др. реагентов покрытия на основе каучука (гуммирование).

Подземные сооружения, например трубопроводы, защищают от коррозии битумами и асфальтами, а также полимерными лентами и эмалями; от блуждающих токов — с помощью дренажа, который отводит их от конструкции.

При длительном хранении и транспортировании металлические изделия и запасные части подвергают консервации. При горячей и термической обработке легко окисляющихся металлов с целью защиты от газовой коррозии используются защитные атмосферы (например, сварка металлов в аргоне, азоте и др.).

В защите конструкций от коррозии большую роль играет рациональное конструирование. С его помощью устраняют уязвимые для коррозии места конструкций (щели, зазоры, застойные места), исключают неблагоприятные контакты разнородных металлов, усиливающих коррозию, или производят их изоляцию, устраняют ударное воздействие среды на конструкцию и др.