Brzina korozije je multifaktorski parametar koji zavisi i od spoljašnjih uslova okoline i od unutrašnjih svojstava materijala. U normativno-tehničkoj dokumentaciji postoje određena ograničenja u pogledu dopuštenih vrijednosti razaranja metala tokom rada opreme i građevinskih konstrukcija kako bi se osigurao njihov nesmetan rad. U inženjerstvu ne postoji univerzalna metoda za određivanje brzine korozije. To je zbog složenosti uzimanja u obzir svih faktora. Najpouzdanija metoda je proučavanje historije rada objekta.
Kriterijumi
Trenutno se u inženjerskom dizajnu koristi nekoliko stopa korozije:
- Prema direktnoj metodi procjene: smanjenje mase metalnog dijela po jedinici površine - indikator težine (mjereno u gramima po 1 m2 za 1 sat); dubina oštećenja (ili propusnost procesa korozije), mm/god; količina oslobođene gasne faze produkata korozije; dužina vremena tokom kojeg se pojavljuje prva oštećenja od korozije; broj centara korozije po jedinici površinepovršine koje su se pojavile u određenom vremenskom periodu.
- Indirektno procenjeno: jačina struje elektrohemijske korozije; električni otpor; promjena fizičkih i mehaničkih karakteristika.
Prvi indikator direktnog vrednovanja je najčešći.
Formule za izračunavanje
U opštem slučaju, gubitak težine koji određuje brzinu korozije metala nalazi se po sledećoj formuli:
Vkp=q/(St), gdje je q smanjenje mase metala, g;
S – površina sa koje je materijal prebačen, m2;
t – vremenski period, sati
Za lim i školjke napravljene od njega odredite indeks dubine (mm/godina):
H=m/t, m je dubina prodiranja u metal.
Postoji sljedeći odnos između prvog i drugog gore opisanog indikatora:
H=8, 76Vkp/ρ, gdje je ρ gustina materijala.
Glavni faktori koji utiču na brzinu korozije
Sljedeće grupe faktora utiču na brzinu razaranja metala:
- unutarnji, koji se odnosi na fizičku i hemijsku prirodu materijala (fazna struktura, hemijski sastav, hrapavost površine dijela, zaostala i radna naprezanja u materijalu i ostalo);
- spoljni (uslovi okoline, brzina kretanja korozivnog medija, temperatura, sastav atmosfere, prisustvo inhibitora ili stimulansa i drugo);
- mehanički (nastanak korozijskih pukotina, uništavanje metala pod dejstvom cikličkih opterećenja,kavitacija i fretting korozija);
- karakteristike dizajna (izbor metala, razmaci između dijelova, zahtjevi za hrapavosti).
Fizička i hemijska svojstva
Najvažniji faktori unutrašnje korozije su sljedeći:
- Termodinamička stabilnost. Za njegovo određivanje u vodenim rastvorima koriste se referentni Pourbaix dijagrami, duž čije apscisne ose je ucrtan pH medija, a duž ordinatne ose redoks potencijal. Potencijalni pomak u pozitivnom smjeru znači veću stabilnost materijala. Utvrđeno, definira se kao normalni ravnotežni potencijal metala. U stvarnosti, materijali korodiraju različitim brzinama.
- Položaj atoma u periodnom sistemu hemijskih elemenata. Metali koji su najosjetljiviji na koroziju su alkalni i zemnoalkalni metali. Brzina korozije se smanjuje kako se atomski broj povećava.
- Kristalna struktura. Ima dvosmislen efekat na uništavanje. Sama krupnozrnasta struktura ne dovodi do povećanja korozije, ali je povoljna za razvoj intergranularnog selektivnog razaranja granica zrna. Metali i legure s homogenom distribucijom faza korodiraju ravnomjerno, dok one s neujednačenom distribucijom korodiraju po fokalnom mehanizmu. Međusobni raspored faza obavlja funkciju anode i katode u agresivnom okruženju.
- Energetska nehomogenost atoma u kristalnoj rešetki. Atomi sa najvećom energijom nalaze se na uglovima licamikrohrapavosti i aktivni su centri rastvaranja tokom hemijske korozije. Stoga, pažljiva obrada metalnih dijelova (brušenje, poliranje, dorada) povećava otpornost na koroziju. Ovaj efekat se takođe objašnjava stvaranjem gušćih i kontinuiranijih oksidnih filmova na glatkim površinama.
Utjecaj srednje kiselosti
U procesu hemijske korozije, koncentracija vodikovih jona utiče na sledeće tačke:
- rastvorljivost proizvoda korozije;
- formiranje zaštitnih oksidnih filmova;
- stopa uništenja metala.
Kada je pH u rasponu od 4-10 jedinica (kiseli rastvor), korozija gvožđa zavisi od intenziteta prodora kiseonika na površinu predmeta. U alkalnim otopinama, brzina korozije prvo se smanjuje zbog površinske pasivacije, a zatim, pri pH >13, raste kao rezultat rastvaranja zaštitnog oksidnog filma.
Za svaku vrstu metala postoji sopstvena zavisnost intenziteta destrukcije od kiselosti rastvora. Plemeniti metali (Pt, Ag, Au) otporni su na koroziju u kiseloj sredini. Zn, Al se brzo uništavaju iu kiselinama i u alkalijama. Ni i Cd su otporni na alkalije, ali lako korodiraju u kiselinama.
Sastav i koncentracija neutralnih otopina
Brzina korozije u neutralnim rastvorima više zavisi od svojstava soli i njene koncentracije:
- Tokom hidrolize soli uu korozivnoj sredini nastaju joni koji deluju kao aktivatori ili usporavači (inhibitori) razaranja metala.
- Ona jedinjenja koja povećavaju pH takođe povećavaju brzinu destruktivnog procesa (na primer, soda), a ona koja smanjuju kiselost (amonijum hlorid).
- U prisustvu hlorida i sulfata u rastvoru, destrukcija se aktivira sve dok se ne postigne određena koncentracija soli (što se objašnjava intenziviranjem anodnog procesa pod uticajem jona hlorida i sumpora), i zatim se postepeno smanjuje zbog smanjenja rastvorljivosti kiseonika.
Neke vrste soli mogu formirati nerastvorljiv film (na primjer, željezni fosfat). To pomaže u zaštiti metala od daljnjeg uništavanja. Ovo svojstvo se koristi kod primjene neutralizatora rđe.
Inhibitori korozije
Inhibitori korozije (ili inhibitori) razlikuju se po mehanizmu djelovanja na redoks proces:
- Anoda. Zahvaljujući njima nastaje pasivni film. Ova grupa uključuje spojeve na bazi hromata i bihromata, nitrata i nitrita. Posljednja vrsta inhibitora se koristi za međuoperativnu zaštitu dijelova. Kada koristite inhibitore anodne korozije, potrebno je prvo odrediti njihovu minimalnu zaštitnu koncentraciju, jer dodavanje u malim količinama može dovesti do povećanja brzine razaranja.
- Cathode. Mehanizam njihovog djelovanja zasniva se na smanjenju koncentracije kisika i, shodno tome, usporavanju katodnog procesa.
- Shielding. Ovi inhibitori izoluju metalnu površinu formiranjem nerastvorljivih jedinjenja koja se talože kao zaštitni sloj.
Posljednja grupa uključuje neutralizatore rđe, koji se također koriste za čišćenje oksida. Obično sadrže fosfornu kiselinu. Pod njegovim utjecajem dolazi do fosfatiranja metala - formiranja snažnog zaštitnog sloja netopivih fosfata. Neutralizatori se nanose pištoljem za prskanje ili valjkom. Nakon 25-30 minuta, površina poprima bijelo-sivu boju. Nakon što se kompozicija osuši, nanose se boje i lakovi.
Mehaničko djelovanje
Povećavanje korozije u agresivnom okruženju je olakšano takvim vrstama mehaničkog djelovanja kao što su:
- Unutarnji (tokom oblikovanja ili termičke obrade) i vanjski (pod utjecajem vanjskog primijenjenog opterećenja) naprezanja. Kao rezultat toga, dolazi do elektrokemijske nehomogenosti, termodinamičke stabilnosti materijala se smanjuje i formira se koroziono pucanje. Posebno je brzo uništavanje pod vlačnim opterećenjima (pukotine nastaju u okomitim ravninama) u prisustvu oksidirajućih aniona, na primjer, NaCl. Tipičan primjer uređaja koji su podložni ovoj vrsti uništenja su dijelovi parnih kotlova.
- Naizmjenična dinamička akcija, vibracije (zamor od korozije). Dolazi do intenzivnog smanjenja granice zamora, formiraju se više mikropukotina koje se potom spajaju u jednu veliku. Brojciklusi do otkaza u većoj mjeri zavise od hemijskog i faznog sastava metala i legura. Osovine pumpe, opruge, lopatice turbine i druga oprema su podložni takvoj koroziji.
- Trenje dijelova. Brza korozija je posljedica mehaničkog trošenja zaštitnih filmova na površini dijela i kemijske interakcije s okolinom. U tečnosti, brzina razaranja je niža nego u vazduhu.
- Uticaj kavitacije. Kavitacija nastaje kada se naruši kontinuitet toka tekućine kao rezultat stvaranja vakuumskih mjehurića koji se kolabiraju i stvaraju pulsirajući efekat. Kao rezultat toga, dolazi do dubokih oštećenja lokalne prirode. Ova vrsta korozije se često viđa u hemijskim aparatima.
Design Factors
Prilikom projektovanja elemenata koji rade u agresivnim uslovima, mora se uzeti u obzir da se stopa korozije povećava u sledećim slučajevima:
- kada različiti metali dođu u kontakt (što je veća razlika u potencijalu elektrode između njih, to je veća jačina struje elektrohemijskog procesa razaranja);
- u prisustvu mehaničkih koncentratora naprezanja (žljebovi, žljebovi, rupe i drugo);
- uz nisku čistoću obrađene površine, jer to rezultira lokalnim kratkospojnim galvanskim parovima;
- sa značajnom razlikom u temperaturi pojedinih dijelova aparata (formiraju se termogalvanske ćelije);
- u prisustvu stagnirajućih zona (urezi, praznine);
- pri formiranjuzaostala naprezanja, posebno u zavarenim spojevima (da bi se eliminisali potrebno je obezbediti termičku obradu - žarenje).
Metode evaluacije
Postoji nekoliko načina za procjenu brzine razaranja metala u agresivnom okruženju:
- Laboratorija - testiranje uzoraka u veštački simuliranim uslovima koji su bliski stvarnim. Njihova prednost je što vam omogućavaju da skratite vrijeme učenja.
- Teren - održava se u prirodnim uslovima. Traju dosta vremena. Prednost ove metode je dobijanje informacija o svojstvima metala u uslovima daljeg rada.
- In-situ testiranje gotovih metalnih predmeta u prirodnom okruženju.
