15.3. Корозія сталі у вологому повітрі

У сталі вуглець знаходиться або в елементарному вигляді, або у вигляді карбіду Fe₃C (цементит).

На поверхні сталі спостерігається велика кількість точок (місцин), у яких залізо знаходиться в контакті з кристалами цементиту. У кожній такій точці виникає мікрогальванічний елемент, схема якого така:

A(–) Fe  H₂O, O₂  Fe₃C K(+);

A(–) Fe⁰ – 2ē = Fe²⁺ 2 – корозія,

K(+) O₂ + 4ē + 2H₂O = 4OH^¯ 1 – киснева деполяризація;

2Fe + O₂ + 2H₂O = 2Fe²⁺ + 4OH^¯;

2Fe + O₂ + 2H₂O = 2Fe(OH)₂.

На повітрі відбувається подальше окиснення Fe²⁺ до Fe³⁺:

4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O = 4Fe(OH)₃.

Продукт корозії сталі – іржа, вона являє собою суміш гідроксидів:

mFeO  nFe ₂O₃  pH₂O,

де m, n, p – коефіцієнти, які варіюють у широких межах залежно від умов корозії.

15.4. Види корозії

Згідно з характером навколишнього середовища розрізняють три види корозії: атмосферну, ґрунтову і корозію в розчинах електролітів.

Атмосферна – це корозія у вологому повітрі або вологих газах. На поверхні металу за рахунок адсорбції водяної пари утворюється плівка вологи. Інтенсивність корозії залежить від товщини цієї плівки і наявності у повітрі таких речовин, як CO₂, SO₂, H₂S та ін.

Ґрунтова – це корозія металевих конструкцій, що знаходяться в ґрунті. Ця корозія залежить від структури ґрунту, яка обумовлює інтенсивність надходження О₂ до металу. Крім того, при ґрунтовій корозії потрібно враховувати вплив мікроорганізмів (деякі з них спричиняють корозію дуже інтенсивно).

До корозії в розчинах електролітів належить корозія в прісній та морській воді. Поряд із загальними факторами впливу на корозію велике значення має повнота і періодичність занурення металевих конструкцій в розчини електролітів.

За характером руйнування розрізняють такі типи корозійного ушкодження металів, рис. 34: а – рівномірне, б – точкове, в – плямисте, г – пітинг, д – міжкристалічне, е – розтріскувальне; ж – селективне.

а б

в г

д е ж

Рис. 34. Типи корозійного ушкодження металів

При рівномірній, корозії точками або плямами (ри. 34, а, б, в) руйнування металу йде на поверхні, при цьому механічні властивості металевих конструкцій суттєво не порушуються.

Чотири останніх типи корозії (рис. 34, г, д, е, ж) небезпечні – внаслідок порушення механічних характеристик (міцності, гнучкості і т.П.), оскільки корозія йде в усьому об’ємі металу.

15.5. Фактори, що впливають на швидкість корозії

Швидкість корозії може характеризуватися одним з таких способів:

– втратою маси металу за одиницю часу з одиниці площі;

– зменшенням товщини металу за одиницю часу;

– силою корозійного струму, яка віднесена до одиниці поверхні металу.

На швидкість корозії впливають сім факторів:

1. Чистота металу. Чим чистіший метал, тим менше на його поверхні мікрогальванічних елементів і тим повільніше йде корозія.

2. Взаємне розташування металів, які складають корозійний елемент, в ряду електрохімічних потенціалів. Чим далі в ряду електрохімічних потенціалів знаходяться один від одного метали, з яких утворюється корозійний елемент, тим швидкість корозії більша.

3. Стан поверхні металу. Гладкі поверхні корозують повільніше, ніж шорсткі, оскільки іони металу, що знаходяться на виступних частинах шорсткої поверхні, не так міцно з’єднані з основною масою металу і корозія починається на цих виступах.

4. рН середовища. Відносно рН середовища спостерігаються два випадки:

а) при корозії металів, гідроксиди яких є основами, інтенсивність корозії зменшується із збільшенням рН середовища. Це пов’язано з тим, що на катоді відбувається процес кисневої деполяризації:

К (+) 2Н ₂О + О₂ + 4ē = 4ОН^¯,

при якому утворюються іони ОН^¯ і згідно з принципом Ле-Шательє процес корозії зменшується в лужному середовищі ( рН > 7 );

б) при корозії металів, гідроксиди яких мають амфотерні властивості, інтенсивність корозії найповільніша в нейтральному середовищі, особливо збільшується в лужному (рН = 8 – 10) та кислому (рН < 2).

5. Концентрація кисню. Залежність швидкості корозії від концентрації О₂ складна. Кисень у корозійних процесах виконує дві найважливіші функції:

– деполяризатор;

– пасиватор.

Пасиватори – це речовини, які окиснюють метал на поверхні, при цьому утворюється міцна плівка оксиду металу, яка захищає його від подальшої корозії.

При зростанні концентрації кисню збільшується швидкість корозії. При подальшому збільшенні цієї концентрації поверхня металу насичується киснем і відбувається процес пасивації, при цьому швидкість корозії стає повільнішою.

6. Вологість. При атмосферній корозії зі збільшенням вологості збільшується швидкість корозії (процес деполяризації іде більш інтенсивно).

При ґрунтовій корозії збільшення вологості спричиняє спочатку збільшення швидкості корозії, а потім зниження її, що починається в той момент, коли пори в ґрунті заповнюються водою – це перешкоджає доступу кисню до поверхні металу.

7. Гази в повітрі й домішки у воді. Гази, що викидаються промисловими підприємствами (N_хO_у, сполуки S, Cl₂, CO₂ та ін.), прискорюють корозію металу. В непромисловій місцевості корозія проходить повільніше.

Багато домішок у природній воді прискорюють корозію металевих споруд, що знаходяться під водою, особливо шкідливі речовини, що сприяють розчиненню оксидної плівки. Ці речовини називаються активаторами або стимуляторами. Прикладом таких речовин є іони хлору (Cl^¯).