Korrosioonikiirus on mitmefaktoriline parameeter, mis sõltub nii välistest keskkonnatingimustest kui ka materjali sisemistest omadustest. Normatiivses ja tehnilises dokumentatsioonis on teatud piirangud metallide hävimise lubatud väärtustele seadmete ja ehituskonstruktsioonide töötamise ajal, et tagada nende tõrgeteta töö. Inseneriteaduses ei ole universaalset meetodit korrosioonikiiruse määramiseks. See on tingitud kõigi tegurite arvessevõtmise keerukusest. Kõige usaldusväärsem meetod on uurida rajatise tööajalugu.
kriteeriumid
Praegu kasutatakse projekteerimisel mitut korrosioonimäära:
- Vastav alt otsesele hindamismeetodile: metallosa massi vähenemine pinnaühiku kohta - kaalunäitaja (mõõdetakse grammides 1 m kohta2 1 tunni jooksul); kahjustuse sügavus (või korrosiooniprotsessi läbilaskvus), mm/aastas; korrosioonitoodete eraldunud gaasifaasi kogus; aja pikkus, mille jooksul ilmnevad esimesed korrosioonikahjustused; korrosioonikeskuste arv pinnaühiku kohtapinnad, mis ilmusid teatud aja jooksul.
- Kaudselt hinnatud: elektrokeemilise korrosioonivoolu tugevus; elektritakistus; füüsikaliste ja mehaaniliste omaduste muutus.
Kõige levinum on esimene otsese hindamise indikaator.
Arvutusvalemid
Üldiselt leitakse kaalukadu, mis määrab metalli korrosioonikiiruse, järgmise valemiga:
Vkp=q/(St), kus q on metalli massi vähenemine, g;
S – pindala, millelt materjal kanti, m2;
t – ajavahemik, tunnid
Pleki ja sellest valmistatud kestade puhul määrake sügavusindeks (mm/aastas):
H=m/t, m on metallisse tungimise sügavus.
Eespool kirjeldatud esimese ja teise näitaja vahel on järgmine seos:
H=8, 76Vkp/ρ, kus ρ on materjali tihedus.
Peamised korrosioonikiirust mõjutavad tegurid
Metalli hävimise kiirust mõjutavad järgmised tegurite rühmad:
- sisemine, mis on seotud materjali füüsikalise ja keemilise olemusega (faasistruktuur, keemiline koostis, detaili pinnakaredus, materjalis esinevad jääk- ja tööpinged ja muud);
- väline (keskkonnatingimused, söövitava keskkonna liikumiskiirus, temperatuur, atmosfääri koostis, inhibiitorite või stimulantide olemasolu ja muud);
- mehaaniline (korrosioonipragude teke, metalli hävimine tsükliliste koormuste mõjul,kavitatsioon ja korrosioon);
- disainifunktsioonid (metalli kvaliteedi valik, osade vahed, kareduse nõuded).
Füüsikalised ja keemilised omadused
Kõige olulisemad sisemise korrosioonitegurid on järgmised:
- Termodünaamiline stabiilsus. Selle määramiseks vesilahustes kasutatakse Pourbaixi võrdlusdiagramme, mille abstsissteljele on kantud söötme pH ja ordinaatteljel redokspotentsiaal. Positiivne nihe positiivses suunas tähendab materjali suuremat stabiilsust. Esialgu määratletakse seda kui metalli normaalset tasakaalupotentsiaali. Tegelikkuses korrodeeruvad materjalid erineva kiirusega.
- Aatomi asukoht keemiliste elementide perioodilisuse tabelis. Korrosioonile kõige vastuvõtlikumad metallid on leelis- ja leelismuldmetallid. Korrosiooni kiirus väheneb, kui aatomnumber suureneb.
- Kristallstruktuur. Sellel on hävitamisele mitmetähenduslik mõju. Jämedateraline struktuur ise ei too kaasa korrosiooni suurenemist, kuid on soodne teradevahelise valikulise terade piiride hävitamise arenguks. Homogeense faasijaotusega metallid ja sulamid korrodeeruvad ühtlaselt, ebaühtlase jaotusega aga vastav alt fookusmehhanismile. Faaside vastastikune paigutus täidab agressiivses keskkonnas anoodi ja katoodi funktsiooni.
- Aatomite energeetiline ebahomogeensus kristallvõres. Suurima energiaga aatomid asuvad tahkude nurkadesmikrokaredused ja on keemilise korrosiooni ajal aktiivsed lahustumiskeskused. Seetõttu suurendab metallosade hoolikas töötlemine (lihvimine, poleerimine, viimistlemine) korrosioonikindlust. Seda efekti seletatakse ka tihedamate ja pidevamate oksiidkilede moodustumisega siledatele pindadele.
Keskmise happesuse mõju
Keemilise korrosiooni protsessis mõjutab vesinikioonide kontsentratsioon järgmisi punkte:
- korrosioonitoodete lahustuvus;
- kaitsvate oksiidkilede moodustumine;
- metalli hävitamise määr.
Kui pH on vahemikus 4-10 ühikut (happeline lahus), sõltub raua korrosioon hapniku läbitungimise intensiivsusest objekti pinnale. Leeliselistes lahustes korrosioonikiirus esm alt väheneb pinna passiveerumise tõttu ja seejärel, pH >13 juures, suureneb kaitsva oksiidkile lahustumise tulemusena.
Igal metallitüübil on lagunemise intensiivsuse sõltuvus lahuse happesusest. Väärismetallid (Pt, Ag, Au) on happelises keskkonnas korrosioonikindlad. Zn, Al hävivad kiiresti nii hapetes kui ka leelistes. Ni ja Cd on leeliste suhtes vastupidavad, kuid korrodeeruvad kergesti hapetes.
Neutraalsete lahuste koostis ja kontsentratsioon
Neutraalsete lahuste korrosioonikiirus sõltub rohkem soola omadustest ja selle kontsentratsioonist:
- Soolade hüdrolüüsi ajalsöövitavas keskkonnas tekivad ioonid, mis toimivad metallide hävitamise aktivaatoritena või aeglustajatena (inhibiitoritena).
- Need ühendid, mis suurendavad pH-d, suurendavad ka destruktiivse protsessi kiirust (nt sooda), ja need, mis vähendavad happesust, vähendavad seda (ammooniumkloriid).
- Kloriidide ja sulfaatide juuresolekul lahuses aktiveeritakse hävitamine, kuni saavutatakse teatud soolade kontsentratsioon (mis on seletatav anoodiprotsessi intensiivistumisega kloriidi- ja väävliioonide mõjul) ja seejärel väheneb järk-järgult hapniku lahustuvuse vähenemise tõttu.
Mõnda tüüpi soolad võivad moodustada lahustumatu kile (nt raudfosfaat). See aitab kaitsta metalli edasise hävimise eest. Seda omadust kasutatakse rooste neutraliseerijate pealekandmisel.
Korrosiooniinhibiitorid
Korrosiooni inhibiitorid (või inhibiitorid) erinevad redoksprotsessi toimemehhanismi poolest:
- Anood. Tänu neile moodustub passiivne kile. Sellesse rühma kuuluvad ühendid, mis põhinevad kromaatidel ja bikromaatidel, nitraatidel ja nitrititel. Viimast tüüpi inhibiitoreid kasutatakse osade koostoimimiskaitseks. Anoodsete korrosiooniinhibiitorite kasutamisel tuleb esm alt määrata nende minimaalne kaitsekontsentratsioon, kuna väikestes kogustes lisamine võib põhjustada hävimiskiiruse suurenemist.
- Katood. Nende toimemehhanism põhineb hapniku kontsentratsiooni vähenemisel ja sellest tulenev alt katoodprotsessi aeglustumisel.
- Varjestus. Need inhibiitorid isoleerivad metalli pinna, moodustades lahustumatuid ühendeid, mis ladestuvad kaitsekihina.
Viimase rühma kuuluvad rooste neutralisaatorid, mida kasutatakse ka oksiidide puhastamiseks. Tavaliselt sisaldavad need fosforhapet. Selle mõjul toimub metallide fosfaatimine - lahustumatute fosfaatide tugeva kaitsekihi moodustumine. Neutralisaatorid kantakse pihustuspüstoli või rulliga. 25-30 minuti pärast omandab pind valge-halli värvi. Pärast kompositsiooni kuivamist kantakse peale värvid ja lakid.
Mehaaniline tegevus
Korrosiooni suurenemist agressiivses keskkonnas soodustavad sellised mehaanilised toimingud nagu:
- Sisemised (vormimise või kuumtöötlemise ajal) ja välised (välise koormuse mõjul) pinged. Selle tulemusena tekib elektrokeemiline ebahomogeensus, väheneb materjali termodünaamiline stabiilsus ja tekib korrosioonipragu. Eriti kiire on lagunemine tõmbekoormuste korral (praod tekivad risti tasapindadel) oksüdeerivate anioonide, näiteks NaCl, juuresolekul. Tüüpiline näide seadmetest, mida seda tüüpi hävitatakse, on aurukatelde osad.
- Vahelduv dünaamiline toime, vibratsioon (korrosiooniväsimus). Toimub intensiivne väsimuspiiri langus, tekivad mitmekordsed mikropraod, mis seejärel sulanduvad üheks suureks. Numbertsüklid kuni rikkeni sõltuvad suuremal määral metallide ja sulamite keemilisest ja faasilisest koostisest. Pumba teljed, vedrud, turbiini labad ja muud seadmed on sellisele korrosioonile allutatud.
- Osade hõõrdumine. Kiire korrosioon on tingitud detaili pinnal olevate kaitsekilede mehaanilisest kulumisest ja keemilisest koostoimest keskkonnaga. Vedelikus on hävimiskiirus väiksem kui õhus.
- Kavitatsiooni mõju. Kavitatsioon tekib siis, kui vedeliku voolu järjepidevus on rikutud vaakummullide moodustumise tagajärjel, mis varisevad kokku ja tekitavad pulseeriva efekti. Selle tulemusena tekivad kohaliku iseloomuga sügavad kahjustused. Seda tüüpi korrosiooni esineb sageli keemiaseadmetes.
Disainitegurid
Agressiivsetes tingimustes töötavate elementide projekteerimisel tuleb arvestada, et korrosioonikiirus suureneb järgmistel juhtudel:
- erinevate metallide kokkupuutel (mida suurem on nende elektroodide potentsiaalide erinevus, seda suurem on elektrokeemilise hävimisprotsessi voolutugevus);
- mehaaniliste pingekontsentraatorite (sooned, sooned, augud ja muud) juuresolekul;
- töödeldud pinna madala puhtusega, kuna selle tulemuseks on lokaalsed lühises galvaanilised paarid;
- aparaadi üksikute osade temperatuuride olulise erinevusega (tekivad termilised galvaanilised elemendid);
- seisvate tsoonide olemasolul (pilud, lüngad);
- moodumiseljääkpinged, eriti keevisliidetes (nende kõrvaldamiseks on vaja ette näha kuumtöötlus – lõõmutamine).
Hindamismeetodid
Agressiivses keskkonnas metallide hävimiskiiruse hindamiseks on mitu võimalust:
- Laboratoorium – proovide testimine kunstlikult simuleeritud tingimustes, mis on reaalsele lähedased. Nende eeliseks on see, et need võimaldavad teil vähendada uuringu aega.
- Põld – peetakse looduslikes tingimustes. Need võtavad kaua aega. Selle meetodi eeliseks on teabe saamine metalli omaduste kohta edasise töötamise tingimustes.
- Lõppenud metallesemete kohapealne katsetamine looduskeskkonnas.
